山东省古生代沉积-构造古地理
以奥陶系与石炭系的不整合为界，上、下古生界的沉积-构造古地理格局发生了重大变化。下古生界以相对稳定的海相为主，上古生界以海陆交互作用为特征。古生代地层划分和沉积符合表5.1。
图5.1山东省古生代大地构造单元
图5.1山东省古生代构造单元
1-华北板块陆表海盆地；2-鲁东被动大陆边缘；3-大别-苏鲁裂谷盆地
5.2.1早古生代海相稳定沉积阶段
早古生代山东地区在新元古代末结束了裂陷活动，进入全球同步沉降期。沉积相以浅海相为主，早寒武世出现海岸相。沉积-构造古地理格局总的地理趋势是东深西浅。
(1)寒武纪沉积-构造古地理
早寒武世早期，沉积物沿沂沭断裂带分布，沧浪铺期首先沉积了李灌组海岸陆相碎屑滩砂砾岩相。沧浪铺晚期至龙王庙早期，海侵范围略有扩大，海水相对较深。早期沉积物主要为薄层石灰岩，富含三叶虫化石。这一阶段海岸大致沿寿光、蒙阴、费县、薛城一线，西面为古陆，东面为海域(图5.2)，海侵方向由东南向西北重叠。早寒武世陆源碎屑物质来源于鲁西古陆。由于陆源物质的丰富供给，在沉降盆地中形成了厚达百米的应时砂岩沉积，属于补偿性盆地沉积，特别是枣庄西北部地区，应为古河道滞留沉积，说明该地区是陆源物质供给的主要通道。
龙王庙早、中期:主要沉积环境为碳酸盐台地沉积，包括潮间带-潮上塞卜哈、潮间带-潮下带和潮下带环境。龙王庙中期的海侵第一次淹没了鲁西古陆(图5.3)，鲁西地区与北海融为一体。海水仍在自东南向西北泛滥，鲁西东部海水较深，处于潮下带碳酸盐岩高能环境。而鱼台-宁阳-新泰-蒙阴-临朐-寿光一线以西地区古地形相对较高，由于陆表海的天然屏障作用，处于有限台地潮间带-潮上带的塞卜哈沉积环境。这一时期气候干热，海水蒸发量大，在相对封闭的海湾形成石膏沉积。薛城、滕州、邹县、曲阜、泗水、平邑、新泰、潍坊、安丘处于其间的过渡带，属于潮间带-潮下带环境。
龙王庙中晚期:整体沉积环境为浅潮下带至潮间带砂泥坪，沉积盆地分为两部分，南部枣庄地区浅于北部济南地区，两个沉积盆地被曲阜-平邑-沂山相对水下古隆起隔开。
中寒武世毛庄期以细碎屑沉积为主，主要形成于潮间带的砂坪，陆源碎屑来自西北地区的古陆。
徐庄期与毛庄期有较大区别，以砂岩沉积为特征，属于海岸砂坝相沉积，主要分布在山东省中南部，呈“半圆形”分布，其北边界在临清-泰安-新泰-长乐一线，该线以北地区为滩间盆地沉积，夹钙质页岩沉积。
表5.1古生代地层划分及沉积相表5.1山东古生代地层单位及相关沉积相
张夏期为标准的碳酸盐台地至中深缓坡沉积，自东向西由台地边缘斜坡过渡至台地礁滩(图5.4)。台地礁滩相位于滨州-泰安-东平-汶上-济宁-泗水-费县-枣庄一线以西的大部分地区，该线以东地区为台地边缘斜坡相，海水较深，页岩沉积较多。两个带之间有一条狭长的过渡带，相当于地台的前坡，在这个地带经常见到滑塌的藻泥丘。从沉积物的厚度来看，东部盆地地区属于补偿性质，沉积物的沉积速率与构造沉积速率几乎相等。张夏期，海侵分别由北支向南支由东南向西北和由东北向西南扩散。
张夏期是寒武纪沉积环境、沉积相和沉积组合的重要转折点。张夏期以前水体相对浑浊，沉积物中以陆源碎屑为主，说明其沉积地点接近古陆，水体相对较浅。但张夏期之后，寒武纪一般沉积在相对较深的水域，以碳酸盐岩发育为特征，很少含有陆源碎屑物质，形成风暴沉积。
图5.2早寒武世沧浪铺晚期至龙王庙早期岩相古地理[10]
图5.2早寒武世长浪铺至龙王庙早期沉积相分布及推断古地理图[10]
晚寒武世孤山期是寒武纪最大的一次海侵，主要表现为钙质页岩、薄层灰岩和瘤状灰岩沉积，自东北向西南逐渐出现风暴岩沉积。孤山期总体处于中深缓坡沉积相区，属于惠民-泰安-泗水-沂南线以东的深缓坡沉积相。在陵县-平阴-东平-巨野-鱼台线以东，上述深部缓坡沉积相区以西的半圆形区域，属于中深缓坡沉积相区；该相区以西的广大地区属于中浅缓坡沉积相区。从古地理环境分析，海水由东北向西南依次变浅，代表深水和静水沉积的钙质页岩逐渐减少，而瘤状灰岩、薄层灰岩和风暴岩逐渐增多增厚。
长山期以中深缓坡风暴岩夹泥质灰岩为主，沉积均匀，但沉积相带分异不明显。
凤山期东部主要沉积泻湖相白云岩，泻湖相在青州-淄川-沂源-蒙阴-莱芜-泰安-泗水-滕州-邹县-汶上-巨野-鄄城东南部，西北部广大地区为浅缓坡沉积相区。属于长乐-沂水-枣庄线以东及东明、定陶、单县地区的深泻湖相区。两相区之间的过渡带位于浅水泻湖相区。
图5.3早寒武世龙王庙中期岩相古地理[10]
图5.3早寒武世龙王庙中期沉积相分布及推断古地理图[10]
(2)奥陶纪沉积-构造古地理
早奥陶世新场期和晚寒武世凤山期为连续沉积，其海域和古地理轮廓与凤山末期基本一致。新厂末期，由于怀远运动的影响，上升到陆地，遭受侵蚀。新场期为白云岩沉积，整体环境为局限台地泻湖，特别是新场早期地层中含有“小竹叶”砾石白云岩，表明其处于中深泻湖环境。
包道湾早期是怀远运动抬升剥蚀后海侵的产物，海侵早期不整合面上有许多厚达数厘米的砾岩。砾石成分相对复杂，局部可见较多的应时砾石，说明该井段较长。早期为有限台地泻湖，一般含石膏溶解角砾岩，局部达4层；中后期以开阔台地的浅潮带为主，潮间带为局部。
图5.4中寒武世张夏阶岩相古地理[10]
图5.4中寒武世张夏期沉积相分布及推断古地理图[10]
包道湾晚期的沉积环境与包道湾早期相似。早期也是有限台地泻湖沉积，随处可见明显的石膏溶解现象。中晚期为开阔台地潮下沉积环境。当时沉积盆地的中心在沂沭断裂带附近的中东部地区，盆地呈箕状，向东南张开。盆地的西北边缘相对较陡，坡度较大(图5.5)。
中奥陶世包括两个时期:大湾期和达日威尔期。大湾期为有限台地泻湖相沉积，泻湖海水相对较深。部分地区发育页岩和薄层白云石灰岩，石膏溶解角砾岩相对不发育，说明当时海水循环比较顺畅。达雷尔期早期，沉积环境为开阔台地，浅潮带，主要由中厚层状纯灰岩组成，富含生物化石。达雷尔期晚期，沉积环境转变为有限台地泻湖，主要由藻席白云岩和岩石(石膏)溶解角砾岩白云岩组成。与大湾时期相比，海水深度要浅得多，海水也不流通。达雷尔期晚期，海水退出山东，结束了奥陶纪的沉积历史。
图5.5包道湾早奥陶世晚期岩相古地理[10]
图5.5早奥陶世道堡湾晚期沉积相分布及推断古地理图[10]
纵观山东奥陶纪沉积环境，局限台地和开阔台地交替出现。石膏和白云岩多形成于局限台地的泻湖沉积时期，而厚层灰岩多形成于开阔台地沉积时期。其中的颗粒物质多为藻屑，能量相对较低，所以水体干净安静。
5.2.2晚古生代海陆交互振荡沉积阶段
晚古生代沉积-构造古地理格局发生较大变化，构造活动区活跃，从缓慢沉降开始，很快转为缓慢隆升，由海陆互积转为陆相沉积。
(1)晚石炭世沉积-构造古地理
本溪期发生地壳沉降，海侵方向一般由南向北，沉积了大量古风化壳物质。由于风化壳中铁、铝矿物较多，首先形成了一套铁铝岩，其中部分为铝矾土岩，构成了本溪组。受当时古地形的影响，各地铁的铝石沉积厚度不同。此时海水相对较深，属于浅海沉积环境。
晚石炭世-早二叠世晋祠-太原期，海侵达到高峰，沉积了一层相当于最大洪泛面的灰岩。然后进入海退期，沉积环境由浅海相变为潮坪相。沉积物主要是泥岩和粉砂岩，夹有几层石灰岩。由于当时气候潮湿，植被发达，大部分地区形成了煤层。中期全区发生大规模海侵，沉积了一层厚层灰岩，后又退至潮坪-潮三角洲沉积环境，形成一套砂泥岩组合，砂岩含量普遍增加，在三角洲平原环境下形成多层煤。末期，该区发生第三次海侵，在太原组顶部形成泻湖灰岩沉积。沉积厚度总体上南厚北薄，东厚西薄，其岩相古地理见图5.6。
图5.6晚石炭世至早二叠世晋祠-太原期岩相古地理[10]
图5.6沉积时期沉积相分布及推断古地理图
晋祠-太原期，晚石炭世至早二叠世[10]
(2)二叠纪沉积-构造古地理
早二叠世山西期以快速海退为特征，进入浅水三角洲沉积环境。从区内岩石分布来看，海退方向为西北，南部地区主要形成三角洲砂岩相环境，以砂岩为主，有泥岩和煤层沉积，北部地区以泥岩为主，有薄煤层沉积(图5.7)。沉积厚度一般北厚南薄。
图5.7早二叠世山西期岩相古地理
图5.7早二叠世山西期沉积相分布及推断古地理图
山西期结束后，该区完全进入陆相沉积期，石河子期黑山砂岩段沉积时，全区呈河流沉积；万山泥岩段早期地壳整体下沉，发育一套湖相泥岩沉积，后湖泊退缩，形成一套河流三角洲砂泥岩沉积；至奎山砂岩段沉积时，该区处于低水位期，河流冲刷强烈，在沙坝期发育了一套较大的粗粒应时砂岩沉积。小抚河泥岩段沉积时，该区经历了湖泊扩张和湖泊退缩两个过程，形成了湖泊相-湖滨相沉积，主要为泥岩和砂泥。从沉积物的成分和厚度可以看出，这一时期整个陆相盆地有萎缩的趋势。
5.2.3鲁东古生代沉积-构造古地理
迄今为止，鲁东地区尚未发现确切的古生代沉积盖层。曾有研究者认为蓬莱群[105]中发现腕足动物化石，因此提出蓬莱群形成于泥盆纪。后来山东地勘局认为所谓的腕足动物化石其实是黄铁矿结核形成的假化石，所以仍然坚持蓬莱群形成于震旦系[106]。因此，许多前人认为鲁东地区是古生代持续隆升的古陆。从80年代中期开始，陆续发现了一些有意义的信息，对鲁东这片古老的土地提出了质疑。
郭[107]首次报道在诸城市黄花店镇莱阳群下部发现灰岩和鲕状灰岩砾石，并在砾石中发现松散的舒伯特带。有孔虫:古串珠虫(未定种)古图克？拉里亚sp。，梯(未定种)Climacammina sp .，四列藻属。和Eotubertina sp .被认为属于石炭纪-二叠纪南方古生物化石组合，因此认为胶南隆起上曾有一层厚约9～10km的震旦系-古生代盖层。中国地质大学(1991)在进行1 ∶ 5万区域地质调查时，在同一层位的灰岩砾石中，除发现许多有孔虫化石外，还发现了腕足类、棘皮类、介形类和珊瑚生物碎屑，认为化石特征与同期滨海县、江宁县、宜兴县、句容县发现的化石特征相同。牛宝祥等[108]将莱阳群发现的8个有孔虫化石种与鲁西石炭纪地层发现的有孔虫化石种进行了对比，发现除不等球虫和巴东虫外，前者全部包含在后者中，因此认为鲁东地块和鲁西地块在中生代以前具有共同的沉积历史。山东省地质矿产局第八研究所和原长春地质研究所在重楼盆地莱阳群灰岩夹层中采集到疑似微体化石[109]。认为这些化石主要出现在古生代，并提出它们是苏鲁造山带古生代地层化石再沉积的产物。山东省地矿局组织的地质填图在胶莱盆地南缘莱阳群中发现了许多石灰岩砾石，许多砾石来自胶南隆起变质基底的超高压变质带，表明胶莱盆地的物源是苏鲁超高压变质带。
在长春地质学院填图过程中，在五莲昆山地区的石英岩和大理岩中发现了丰富的红藻、绿藻、甲藻和真菌化石[110]，其中红藻、鼠海豚科的分子化石相当丰富，说明当时紫菜在海洋中相当繁盛，是当时重要的生物类群之一。紫球藻是红藻亚纲中最重要的化石之一，在世界其他地区的寒武纪地层中首次发现，在我国震旦系陡山沱组中已有报道，是迄今为止发现的最早的紫球藻化石。与最典型的紫菜相比，五莲地区的紫菜无论是细胞分化(可能保存生殖器官)还是形态特征，都表现出高级藻类的特征，因此认为该地区可能存在震旦纪-寒武纪地层残留。
根据苏鲁造山带的构造研究、高压变质岩、同位素测年和区域构造分析，有研究者推测苏鲁造山带可能存在古生代沉积盖层[111，112]。
该书通过对鲁西地区沉积-构造古地理的分析，表明早古生代的海水在沂沭断裂带附近最深，向西逐渐变浅。海侵方向以东南向为主，沉积等高线被沂沭断裂带明显切割。这种现象在寒武纪尤为明显，早寒武世鲁西大部分是古陆区。晚古生代，虽然沉积沉降中心逐渐远离沂沭断裂，但沉积等值线仍被沂沭断裂切割。这一现象表明，在古生代，鲁东地区和鲁西地区一样被海水覆盖，海水逐渐向东海南部加深，沉积物变厚。中生代以来的强烈构造运动对鲁东古生代地层造成了完全的侵蚀。
综上所述，认为鲁东地区存在古生代盖层。古生代时，鲁东和鲁西一样被广阔的海水覆盖，海水深度从鲁西到鲁东逐渐增加。鲁东古生代地层应该是华北地层系统的延伸。有研究认为，自新元古代以来，秦岭-大别洋[113]形成于扬子板块和华北板块之间。鲁东苏鲁造山带是秦岭-大别造山带的东部延伸。没有确切的证据证明是否在古生代形成了海洋，但它至少接近海洋，可能具有三叉裂谷的性质。而鲁东北在早古生代很可能处于被动大陆边缘盆地，就像华北板块的东南缘[113]，在晚古生代转化为前陆复理石盆地。当时沉积-构造古地理格局总的地理走向是南深北浅。
研究表明，中国中央造山带在泥盆纪和三叠纪经历了二次碰撞造山作用，早古生代造山带的形成是中晚泥盆世冈瓦纳超大陆边缘古特提斯洋盆初始扩张的产物[114]。苏鲁造山带超高压变质岩与秦岭-大别地区一样，具有早古生代晚期至晚古生代早期的同位素年龄(435 ~ 313 Ma) [94]，表明泥盆纪前后沿苏鲁地区存在强烈的板块汇聚。