朱學(xué)強(qiáng)

(山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟(jì)南 250013)

0 引言

蓬萊群是分布于魯東地區(qū)太古-古元古宙中高級(jí)變質(zhì)結(jié)晶基底之上的蓋層，發(fā)育較強(qiáng)變形構(gòu)造的淺變質(zhì)海相沉積巖。其分布于中生代盆地的邊緣[1]，角度不整合于古元古代粉子山群之上，中生代萊陽(yáng)群之下。近年來(lái)經(jīng)過(guò)大量的碎屑鋯石研究，蓬萊群的鋯石年齡在0.99～2.9Ga之間，根據(jù)最年輕的碎屑鋯石年齡，確定其沉積時(shí)代為新元古代，沉積時(shí)代應(yīng)晚于986Ma[2-4]。

蓬萊群大地構(gòu)造位置位于華北克拉通東南緣，與蘇魯造山帶毗鄰。由于其處于特殊的大地構(gòu)造位置，對(duì)于蓬萊群的研究不僅有助于古大陸的重建[5]，同時(shí)對(duì)解決華北與揚(yáng)子板塊的聚合歷史也至關(guān)重要[6]。

前人研究多針對(duì)蓬萊群的地層屬性，在巖石地層、古生物以及形成時(shí)代研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行討論，而蓬萊群中的變形構(gòu)造研究則相對(duì)較少。王沛成[1]認(rèn)為，蓬萊群在燕山運(yùn)動(dòng)前至少發(fā)生了兩幕構(gòu)造變形。第一幕形成了順層的韌性剪切帶、透入性的板劈理、順層掩臥、平臥小褶皺、拉伸線理等構(gòu)造共生組合。第二幕則形成了伴有板劈理發(fā)育的較寬緩的向斜構(gòu)造。在此基礎(chǔ)上，共同經(jīng)受了燕山期強(qiáng)烈的左旋壓扭性作用的影響。朱光等[7]認(rèn)為，膠北蓬萊群廣泛經(jīng)歷了“蓬萊運(yùn)動(dòng)”，在NNE—SSW向擠壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生了NNW向陡傾褶皺及軸面劈理，并發(fā)生同構(gòu)造低綠片巖相變質(zhì)，是揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞的結(jié)果。

該文通過(guò)對(duì)蓬萊群中發(fā)育的劈理、褶皺、韌性剪切帶等構(gòu)造形變的研究，結(jié)合前人關(guān)于沉積、變質(zhì)、構(gòu)造的對(duì)比，探討其大地構(gòu)造屬性及變質(zhì)變形演化史。

1 地質(zhì)背景

蓬萊群主要分布于棲霞、蓬萊、龍口及廟島群島，主要巖性為板巖、大理巖、石英巖與千枚巖、泥灰?guī)r及灰?guī)r。

研究區(qū)位于魯東棲霞地區(qū)，是蓬萊群分組標(biāo)準(zhǔn)剖面所在地區(qū)，也是蓬萊群出露最為齊全的地區(qū)(圖1)。由下而上分為豹山口組、輔子夼組、南莊組和香夼組，豹山口組主要巖性為板巖，輔子夼組主要巖性為石英巖，南莊組主要巖性為板巖夾大理巖，香夼組主要巖性為灰?guī)r，發(fā)育疊層石及臼齒構(gòu)造等特殊巖性層。蓬萊群的原巖為一套碎屑巖、泥巖、碳酸鹽巖建造。巖石可見(jiàn)粒級(jí)層、波痕、斜層理，板巖中的微層理等變余原生構(gòu)造，經(jīng)歷了低綠片巖相變質(zhì)作用，且有向上變質(zhì)程度漸淺的趨勢(shì)。

1—第四系；2—王氏群；3—青山群；4—萊陽(yáng)群；5—香夼組；6—南莊組；7—輔子夼組；8—豹山口組；9—粉子山群；10—荊山群；11—雨山序列；12—郭家?guī)X序列；13—玲瓏序列；14—萊州序列；15—大柳行序列；16—官道序列；17—棲霞序列；18—馬連莊序列；19—石英二長(zhǎng)斑巖脈；20—金礦脈；21—地質(zhì)界線；22—韌性斷層接觸界線；23—斷層；24—韌性剪切帶圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a)和地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)

2 蓬萊群中的構(gòu)造形變

棲霞地區(qū)蓬萊群宏觀上為一套基本上能按時(shí)代新老劃分的層序正常的單斜巖層，總體產(chǎn)狀為向N傾，傾角較陡，大致為340°～20°∠60°～80°。而實(shí)際上經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)巖層變形強(qiáng)烈，普遍發(fā)育順層劈理、層間劈理及軸面劈理，順層掩臥褶皺、斜歪褶皺以及復(fù)式褶皺，具有多期次性。

(1)順層劈理

發(fā)育于豹山口組一段板巖、二段大理巖以及輔子夼組一段薄層石英巖夾板巖、南莊組二段大理巖以及香夼組一段薄層灰?guī)r夾板巖中，片狀-千枚狀構(gòu)造發(fā)育。

(2)順層掩臥褶皺

發(fā)育于豹山口組底部板巖、大理巖段以及南莊組三段底部的板巖中，褶皺形態(tài)連續(xù)(圖2a)，主要發(fā)育于巖性相對(duì)軟弱的巖層。褶皺的形態(tài)有Z，S，M型，褶皺軸面產(chǎn)狀與所賦存的層型界面產(chǎn)狀基本一致，褶皺翼間角為0°～10°，以S0為變形面，并不同程度被S1置換。

其中，在豹山口組底部板巖中褶皺軸面產(chǎn)狀317°～325°∠60°～66°，樞紐產(chǎn)狀284°∠55°，并且使蓬萊群與下伏白云石英片巖的接觸界面一同褶皺，反映了早期不整合界面受后期構(gòu)造改造的特征。經(jīng)統(tǒng)計(jì)順層掩臥褶皺的軸面產(chǎn)狀317°～330°∠58°～66°之間，樞紐產(chǎn)狀260°～284°∠58°～60°之間。

(3)順層韌性剪切帶

主要發(fā)育于不同能干性巖性層的接觸變化部位，如大理巖與板巖接觸部位、豹山口組底部等(圖2b)，往往作為邊界控制著順層掩臥褶皺的發(fā)育，具有一定的分帶性，并不牽動(dòng)和擾亂大套層序。糜棱面理傾向N，傾角較陡，在板巖中多表現(xiàn)為明顯的糜棱結(jié)構(gòu)，而在相對(duì)強(qiáng)弱互層巖層中發(fā)育明顯的S-C組構(gòu)及多米諾骨牌式構(gòu)造等，其剪切方向反映了平面上的左行走滑特征，剖面上具正斷層性質(zhì)。拉伸線理傾伏向NW，產(chǎn)狀315°∠50°。

(4)層間劈理

劈理在整個(gè)蓬萊群中普遍發(fā)育，包括豹山口組板巖、南莊組板巖、輔子夼組板巖及香夼組薄層泥灰?guī)r中均明顯發(fā)育，原巖為泥質(zhì)巖-粉砂質(zhì)巖石等相對(duì)能干性弱的巖層中，原始沉積韻律層發(fā)育的可見(jiàn)原始沉積層理(S0)。另外，在輔子夼組石英巖發(fā)育段及香夼組泥灰?guī)r段中的較薄的巖性層中也可見(jiàn)及，其中劈理與層理多有一定的角度相交(圖2c)，劈理域主要為絹云母、綠泥石及少量方解石組成。根據(jù)層理與劈理的夾角平面上反映了左行剪切，剖面上具正斷層性質(zhì)。

(5)軸面劈理

軸面劈理是強(qiáng)烈褶皺的巖層中產(chǎn)狀平行于或大致平行于褶皺軸面的劈理(圖2d)，軸面劈理形成于褶皺作用的晚期，是典型的擠壓應(yīng)變面，與最大主壓應(yīng)力方向相垂直，而且在不同巖性層中經(jīng)常發(fā)生劈理折射現(xiàn)象。

(6)斜歪褶皺

該類(lèi)褶皺普遍發(fā)育，同時(shí)多數(shù)伴有軸面劈理的發(fā)育，因巖層的能干性差異形成由協(xié)調(diào)-不協(xié)調(diào)的褶皺(圖2e)。常發(fā)育有間隔劈理以及在褶皺兩翼形成扇形劈理，在不同巖性層中經(jīng)常發(fā)生劈理折射現(xiàn)象。利用軸面與層理的關(guān)系判斷平面上具有左行剪切的特征。

其中豹山口組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為355°∠65°，樞紐產(chǎn)狀54°∠46°。輔子夼組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為60°～75°∠65°，樞紐產(chǎn)狀25°～50°∠38°～55°。南莊組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為45°∠35°，樞紐產(chǎn)狀75°∠30°。香夼組地層中發(fā)育的褶皺軸面產(chǎn)狀為105°∠60°～75°，樞紐產(chǎn)狀55°～65°∠25°～45°。整體上樞紐產(chǎn)狀向北東傾伏，傾角中等。

(7)順層結(jié)晶脈

順層結(jié)晶脈是構(gòu)造變形之前已經(jīng)形成的大致順層發(fā)育的脈體，多為石英脈，多發(fā)育于泥質(zhì)巖變質(zhì)的板巖中，由于其能干性較強(qiáng)，厚度不大，多發(fā)生等厚褶皺，而泥巖中多表現(xiàn)為劈理發(fā)育，褶皺軸面基本平行劈理發(fā)育(圖2f)。

3 討論

(1)蓬萊群構(gòu)造形變表現(xiàn)為3個(gè)期次。早期主要為中深層次，在伸展構(gòu)造體制下，以固態(tài)塑性流變?yōu)樽冃螜C(jī)制的褶疊層構(gòu)造。以順層劈理(片理)、順層掩臥褶皺和順層韌性剪切帶最為發(fā)育，發(fā)生橫向構(gòu)造置換作用。由于不同組段地質(zhì)體巖性的不均勻性，往往導(dǎo)致構(gòu)造變形型式的差別。礦物拉伸線理產(chǎn)狀表明是自SE向NW伸展。

中期，由于熱隆導(dǎo)致的基底不斷抬升和溫度、壓力條件自下而上逐漸降低，促使蓬萊群底部至頂部原巖發(fā)生依次降低的變形、變質(zhì)作用，形成具有分化性的構(gòu)造帶。該期變形是在剪切-收縮體制下，以不同尺度的斜歪褶皺、復(fù)式褶皺以及軸面劈理、層間劈理等為標(biāo)志的構(gòu)造變形，由中深層次向中淺層次剪切變形過(guò)渡。

早中期構(gòu)造形變是在經(jīng)歷了三疊紀(jì)華北板塊與揚(yáng)子板塊間的陸陸碰撞形成蘇魯造山帶之后俯沖—折返后期的板上伸展構(gòu)造(韌性拆離構(gòu)造)不同階段的反映[8]。梁鳳華等[9]對(duì)剪切帶中糜棱巖進(jìn)行的U-Pb測(cè)年反映伸展構(gòu)造的形成和活化時(shí)間為153±2Ma和128.5±1.5Ma，并經(jīng)歷了高溫(>650℃)到低溫(350℃)的組構(gòu)演化過(guò)程，使蓬萊群變形同時(shí)發(fā)生綠片巖相變質(zhì)作用。

a—豹山口組大理巖中順層掩臥褶皺；b—豹山口組底部的糜棱巖化帶；c—南莊組板巖中層理與劈理(南莊)；d—豹山口組三段的褶皺及軸面劈理；e—輔子夼組薄層石英巖中斜歪褶皺；f—順層石英脈褶皺圖2 蓬萊群構(gòu)造形變

晚期主要表現(xiàn)為軸面NE向的寬緩縱彎褶皺，該期褶皺作用形成了大致以臧家莊盆地為核部的向斜構(gòu)造，但是由于斷裂活動(dòng)，北翼缺失，僅保留少量香夼組灰?guī)r地層。由于褶皺作用，盆地兩側(cè)地層產(chǎn)狀傾向相對(duì)，同時(shí)中生代地層也具有相似的產(chǎn)狀特征，反映了該期褶皺至少發(fā)生于萊陽(yáng)群地層沉積之后。該期褶皺必然對(duì)早期構(gòu)造進(jìn)行改造，主要表現(xiàn)為：①層間劈理發(fā)生寬緩的褶皺(圖3)，同時(shí)可見(jiàn)切割早期劈理的膝折構(gòu)造、褶劈理，產(chǎn)狀為315°∠60°，部分產(chǎn)狀傾向南東為118°∠68°，總體走向30°～45°。②通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同組內(nèi)地層中層間劈理的產(chǎn)狀以及褶皺軸面的產(chǎn)狀變化，可以看出具有整體寬緩的弧形變化，通過(guò)構(gòu)造解析得出，軸面產(chǎn)狀319°∠84°(樞紐產(chǎn)狀40°∠63°)(圖4)，與膝折構(gòu)造的產(chǎn)狀基本一致。③在相對(duì)能干性的巖層中，如石英巖、厚層灰?guī)r的層面，均發(fā)育層間滑動(dòng)形成的滑動(dòng)線理，滑動(dòng)線理與褶皺樞紐近于垂直。據(jù)膠萊盆地內(nèi)發(fā)育NE向向斜構(gòu)造判斷，該期構(gòu)造變形受控于早白堊世末期的NW—SE向擠壓應(yīng)力，可能與伊澤納崎板塊脈動(dòng)式向歐亞板塊俯沖有關(guān)[10-11]。

圖3 層間劈理發(fā)育寬緩褶皺

圖4 根據(jù)軸面劈理對(duì)晚期褶皺構(gòu)造解析

(2)蓬萊群與下伏前寒武紀(jì)結(jié)晶基底的接觸關(guān)系，林偉等認(rèn)為膠東地區(qū)蓬萊群與下部的變質(zhì)巖石之間被向北滑落的拆離正斷層所分割[12]。梁鳳華等也認(rèn)為粉子山群與蓬萊群之間為深層次的韌性拆離斷層接觸[9]。

實(shí)際的野外現(xiàn)象表明，在蓬萊群底部斷續(xù)發(fā)育石英巖、石英巖狀礫巖，尤其是寨里于家一帶最為發(fā)育(圖5a)，為蓬萊群底部底礫巖，證明了蓬萊群與變質(zhì)結(jié)晶基底之間角度不整合接觸關(guān)系的存在[13-14]，二者并不是完全表現(xiàn)為韌性斷層接觸，僅局部可見(jiàn)以白云母石英片巖構(gòu)成的韌性剪切帶與下伏地層接觸，并一同發(fā)生了掩臥褶皺(圖5b)。并且該白云母石英片巖帶并不完全沿蓬萊群底部分布，部分分布于下伏的粉子山群地層內(nèi)部。這說(shuō)明蓬萊群與下伏結(jié)晶基底之間早期以角度不整合接觸，后期則受到構(gòu)造作用的改造，而早期深層次的韌性拆離斷裂并不是完全沿著角度不整合界面作用。

a—蓬萊群底部的底礫巖；b—板巖與白云石英片巖接觸并發(fā)生褶皺圖5 蓬萊群與下伏結(jié)晶基底接觸界面特征

4 結(jié)論

蓬萊群經(jīng)歷了三期構(gòu)造演化：早期為伸展構(gòu)造體制下的褶疊層構(gòu)造，中期為剪切-收縮體制下中淺層次剪切變形，它們分別是蘇魯造山帶俯沖折返后期的板上伸展構(gòu)造不同階段的反映，形成、活化時(shí)間分別為(153±2)Ma和(128.5±1.5)Ma。晚期則受控于太平洋板塊向歐亞板塊俯沖造成的早白堊世末期NW—SE向擠壓應(yīng)力作用形成軸向北東的寬緩縱彎褶皺。

蓬萊群與下伏結(jié)晶基底之間為角度不整合接觸，后期則受到早期構(gòu)造作用的改造，卷入褶疊層構(gòu)造之中，深層次的韌性拆離斷裂并不是完全沿著角度不整合界面作用。