山东地质四题

山东地质四题

一、鲁西沉积史

山东省最早的沉积岩发现在沂水附近。是30亿年前中太古代海底火山喷发和陆源碎屑沉积，经28亿年前的褶皱、花岗岩类侵入和变质后又被25-15亿年前多期花岗岩类侵入、破坏并被侵蚀、夷平残留下来的。它的存在证明30亿年前山东已有了最早的陆地。
广布鲁西，构成泰、鲁、沂、蒙诸山和所有地层结晶变质基底的泰山岩群是28~26亿年前新太古代，大陆边缘浅海环境火山喷发和陆源碎屑沉积，经25亿年前的褶皱、花岗岩类侵入和变质后又被15亿年前花岗岩类侵入、破坏并被侵蚀、夷平残留下来的。它的广泛分布表明25亿年前鲁西已经全部变为陆地。从已有证据看，25~9亿年前，鲁西除了济宁地区曾经在20-17亿年前沉降、接受沉积外，其它地区都是长期经受剥蚀的古陆。
9亿年前鲁西地区从东南莒县开始沉降，海水从东南往西北入侵并多次退却。至5.2亿年前的早寒武世，海侵已经到达济南地区。从5.2~4.5亿年前，除4.7~4.9亿年前后有一次全区海退外,鲁西地区一直是滨海—浅海—陆棚海环境，沉积了一大套以石灰岩、白云岩为主，泥、页岩为次的地层。鲁西一半以上山区，济南80%以上山区都由这一套地层构成。
4.5亿年前之后，华北地区整体抬升，经历了长达一亿四千多万年的风化侵蚀时期，形成稍有起伏的准平原，在地势低洼处，沉积了风化残留的铁矿和铝土矿。3.07亿年前之后，石炭纪晚期，华北地区又开始沉陷。海水从东北入侵，形成海陆交互环境，后又向东南退出转为陆地环境。由于气候温暖、湿润，森林、沼泽遍布各地，华北的煤田主要形成在这一时期。济南的山区，只有章丘南部的山麓地带和平原的零星部位，保留了这一时期的含煤地层。济西煤田、黄河北煤田和章丘煤田的大部分都被黄河和山区冲积物覆盖。
2.8亿年前起,鲁西的海陆交互环境从北往南逐渐被陆地河湖环境代替,并以淄博—章丘一带为沉降中心，先沉积陆地含煤地层，后因气候、环境变化，沉积了不含煤的地层。这一时期的沉降幅度虽有差异但沉积物仍覆盖整个鲁西。2.55亿年前后，山东全境隆起，短期沉积缺失。2.54亿年前~2.41亿年前，内陆干旱气候下的河湖沉积物局限在淄博—章丘一带，不管鲁西其它地区有无沉积，鲁西地块相对完整可以确信。2.41亿年前鲁西又整体抬升，没有沉积，至2.05亿年前整个华北都抬升，鲁西除淄博一带外石盒子组均遭到剥蚀，但地形平缓，没有高山大川。2.2亿年前后，辉长岩侵入济南—章丘一线，形成济南东部铁矿。
2.27亿年前后的晚三叠世,中国大陆东部受太平洋板快向西北俯冲的影响,郯庐断裂带中生代第一期活动开始，并派生了北东向分支断裂。至2亿年前后的侏罗纪开始，鲁西地块的北西向、东西向、北东东向断裂系统先后形成，原先相对完整的地块发生破裂，开始块断差异升降运动，从此以后，沉积作用局限在沉降断块内，且时间上，空间上多不连续。隆起断块则经受剥蚀，地形虽经多次夷平但总体上分异逐渐加大。

二、济南的沧桑变迁

2亿年前，泰山开始隆起，顶部的陆地河湖沉积很快剥蚀殆尽，随后南坡发生断裂，抬升变为南断北斜运动。泰山至济阳间地块的剥蚀由南往北递减，至济阳即稳定在侵蚀基准面上。从南往北遭到剥蚀的含煤地层堆积在淄博、蒙阴、莱芜和其它零星分布的小盆地中。4500万年前的新生代始新世，随着喜马拉雅山的开始隆起，泰山南坡断裂以南开始沉陷，齐（河）—广（饶）大断裂开始活动，济阳以北沉降幅度比泰安以南更大。泰山顶部的下古生界碳酸盐岩经受剥蚀并堆积在四周各盆地中。
2330万年前，整个中国大陆又经过一次夷平，从中新世开始了以普遍性、继承性和同步震荡式差异升降运动为特征的新构造运动。泰山—济阳间地块的北部开始沉陷接受沉积，泰山上覆沉积岩全部被剥蚀掉。基底变质岩开始经受剥蚀，530万年前，山东经过一次夷平，夷平面保留在泰、鲁、沂、蒙诸山峰顶。260万年前山东又经受一次夷平，夷平面以青州仰天山、皇姑顶、莱芜平州顶、沂源唐家寨四大山顶溶洼为代表，章丘南部的锦屏山也是这次夷平的残留。至此泰山的变质岩出露区已向北扩展至泰安—济南交界一带。济南南部山区仍有含煤地层残留在山顶。地下水向北运动虽受辉长岩阻挡，但上有含煤地层覆盖，地下水只能饶过或越过岩体向下游渗流，泉水尚未形成。105万年前山东最后一次夷平，在鲁南有些山顶保留了含金刚石的砾岩，在此之前形成了山东绝大多数岩溶洞穴，著名的沂源溶洞群、济南的蟠龙洞、龙洞、娄敬洞、子房洞都是这一时期在潜水面附近形成的。
距今100万年前后泰山又一次隆起，北坡至西营止沉积岩全部被剥蚀掉，济南南山只留下早古生代碳酸盐岩为主地层，齐烟九点开始出露，齐—广断裂以北继续沉陷，从4500万年前以来总沉陷幅度达3000米。齐—广断裂以南自中新世以来（2330万年前至今）最多沉降达828米。济南市区除齐烟九点外均被冲洪积物和黄土覆盖，泉水开始喷涌。
泰山从2亿年前开始隆起至今总计隆起幅度有多大？这个问题可以用下列公式推算：
隆起总幅度=被剥蚀的地层总厚度+目前海拔高程1536米，
被剥蚀地层总厚度=石炭二叠纪含煤地层600米左右+寒武奥陶纪碳酸盐岩为主地层1600米左右+前寒武纪变质岩400米左右=2600米左右，
可见，泰山隆起总幅度达4000多米。
济南的泉水是南山降水沿透水的下古生界碳酸盐岩层向北渗流，遇辉长岩体受阻上涌形成的。这一传统观点还不足以解释四大泉群的具体成因。作者发现黑虎泉群多处出露透水良好的砂砾岩，黑虎泉直接从砂砾岩孔隙中渗涌而出，而市区无泉建筑工地开挖的沉积物全是不透水或透水差的黄土、砂质粘土、粘土质粉砂，地下水至辉长岩受阻是济南市区普遍具备的条件，只有碳酸盐含水层上覆为透水层（砂砾岩）时，泉水才能喷涌。如果这一判断正确，则趵突泉、五龙潭、珍珠泉三大泉群地表以下应是砂砾岩。
黄河流经济南，是济南重要的旅游资源。黄河什么时候形成？古黄河在哪里？所谓黄河应当指发源于青藏高原，流经黄土高原，东注入海的大河。2330万年前，中国大陆为广阔的夷平地形，2330万年后华北平原开始沉降，但青藏高原、黄土高原尚未形成。530万年前的中新世末期，现黄土高原为剥蚀区。530万年后青藏高原开始形成，黄土高原同时开始黄土堆积，黄河形成的条件开始具备。因此，黄河的年龄不会超过530万年。根据华北平原第四纪堆积含有海相夹层判断古黄河入海口可以到达郑州东北。
据史料记载，自周定王五年（公元前602年）至清咸丰五年（公元1855年），二千四百余年间，黄河改道、泛滥达千余次，其中大改道6次。东周时黄河在天津入海，1194年第四次大改道黄河在东平湖以西分为二支，北袭北清河入渤海，南袭南清河入淮河，注入黄海，这是黄河第一次经济南，也是第一次入淮。1494年第五次大改道，因河南黄陵岗筑堤成功，北流断绝，黄河主流夺汴河入泗水（安徽），合淮河，注于黄海。1855年第六次大改道在河南铜瓦厢北决口，夺大清河由利津注入渤海，铸成当今之黄河河道。（注：北清河相当于原大清河，南清河相当于古南四湖、北四湖）

三、济南的山川地势

济南位于鲁中山地西北缘与华北平原的交界部位。鲁中山地最高峰泰山日观峰海拔1536米。泰山—济南市区之间呈梯级下降，有两道近东西向的分水岭。泰山主峰向北东、南东、南西、北西伸出四条山脊，南西一条在龙角山又分为向西、向南两叉，北西一条向西北延伸6公里后在摩天岭（济南第一高峰，海拔988.8米）与第一道分水岭相接。
第一道分水岭从摩天岭往西南经界首火车站（205米，海拔，下同）拐往西北，经五花岩山（660米）至双山（281米）往西经小泰山玉皇顶（527米）、兴隆镇东331高地拐向西南，经分水岭村南西鞍部（142米）、白雁泉东366高地至偏山（271米）拐向西北在师耳山（247米）西北接黄河。从摩天岭往东北经清阳台（770米）、长城岭（870米）、梯子山（976米，即在跑马岭野生动物园东南最高峰，为济南第二高峰）至大高尖山（857米）东拐，经三平山（925米），曹曹峪顶（603米）往东北经该段最低处城墙岭庄（325米）继续往东北经九顶山（834米）至天仓岭四鸡山（783米）拐向东南至淄博、莱芜、济南三市交点霹雳尖（836米）后出境。
第一道分水岭基本上就是济南市和泰安市、莱芜市的分界（兴隆镇东南一段，分水岭至大寨村东一段在平阴县境内，九顶山—四鸡山——霹雳尖一段在章丘县境内）。著名的齐长城大体上沿此分水岭修筑。分水岭以南地表水注入泰安市、莱芜市，属于汶河水系，分水岭以北地表水注入济南市。
第一道分水岭北侧有两条重要的支脉：西边一条从清阳台往西北经天马寨（697米）、大崮山东南415高地至开山（296米）西拐越过津浦铁路至平安店（45米）。这条支脉是玉符河流域和北大沙河流域的分水岭，长清县与历城区的分界大体沿此山脊划分。东边一条从四界首842高地往东北经石门（853米）西拐至750高地与第二道分水岭相接。这条支脉是章丘西巴漏河流域和玉符河上游锦绣川流域的分水岭。历城区与章丘县的分界南段大体沿此山脊划分。
第二道分水岭主峰大顶山（757米）。大顶山往西偏北至黄寨（650米）拐往西南经关坡（607米）往西北经黑峪顶（543米）、兴隆山（528米即玉函山）直达腊山（161米）西北平原止。大顶山往东南至750高地后向东北沿章丘、历城分界中段至玉龙东南430高地东拐经曹范镇至危山（203米）东北平原止。这道分水岭以北的地表水注入巨野河以西的小请河上游，以南的地表水在750高地以西注入锦绣川、玉符河，750高地以东注入西巴漏河。
济南的山区按流域自西向东可大体划分十区：浪溪河流域（平阴）；玉带河流域（平阴）；沿黄河渠区（平阴、长清）；南大沙河流域（长清）；北大沙河流域（长清）；玉符河流域（历城区、长清北端、市区西端）这六个区属黄河流域。小清河源头流域（巨野河以西、市区、历城及章丘西部）；西巴漏河—绣江流域（章丘）；东巴漏河、青杨河—漯河流域（章丘）这三个区属小清河流域。雪野水库上游流域（天仓岭以南、章丘县东南角）属大汶河流域入东平湖后注入黄河。位于章丘与邹平分界附近的长白山区也属于东巴漏河—漯河流域，但长白山区与南部山区脱离孤悬于济南东端，该山主峰沫湖顶海拔827米，分水岭走向西北—东南，大体上为章丘和邹平的分界（济南的山川地势流域划分参见图）。
济南市区的地表水自西向东有：源于腊山的腊山河；源于黑峪顶、白土岗的兴济河；源于趵突泉、大明湖的西泺河；源于黑虎泉、羊头峪的东泺河；源于浆水泉上游的窑头大沟；源于龙洞、佛峪的大羊河。它们和源于黑龙峪、桃花岭、大涧岭，流经港沟地区的济钢东河；源于狼猫山水库上游和曹范的巨野河均注入小清河源头区。
东西巴漏河流域绝大部分位于章丘县。发源于垛庄水库上游的西巴漏河在旧章丘（绣惠）南与发源于明水泉群的绣江河汇合后经白云湖东汇入小清河。发源于阎家峪乡的东巴漏河在杏林水库与发源于淄博西部和章丘东南漯水源的青杨河汇合，其下游名漯河，在邹平县境内名杏花沟并在桓台县北汇入小清河。  

四、山东的古生物

在原始地表盐溶液和后来的海洋和大气中，自然的化学进程使无机物转化为简单的有机物，进而由有机小分子合成了蛋白质、核酸、多糖、类脂等生物大分子，经过聚集、浓缩、吸附又形成了不稳定的多分子体系，再通过化学进化形成有原始界膜的与海水分离的相对稳定的独立多分子体系，直至具备新陈代谢与繁殖能力的靠现存有机物为食料的非细胞生命形态，开始了生物进化程序，最后终于出现细胞生命形态。已知最早的具细胞结构的简单细菌化石发现在南非年龄为38亿年的地层中（照片）。
最早的具细胞结构的细菌是以原始海洋的有机质和硫化物为养料的异养生物。原始大气缺氧，海水也为还原环境。由于原始海洋中化学进化产生的有机质有限，异养生物受养料限制仅分布在局部有利环境中，发展缓慢。30亿年前受食物危机压力，生物进化产生了具叶绿素的蓝藻，能够进行光合作用，从无机物合成有机养料称为自养生物。蓝藻制造养料供细菌异养，并制造氧气使环境由还原向氧化转变；细菌分解有机质供蓝藻自养。形成细菌—蓝藻，异养—自养互相依存的两极生态体系，解决了营养问题，突破了环境限制，在原始海洋中获得了广泛的发展。
细菌和蓝藻无真正的细胞核，属单细胞原核生物，动植物尚未分化。大约18亿年前由于大气中氧含量逐渐增加，出现了新陈代谢速度远高于厌氧生物的喜氧生物，导致真核细胞（绿藻）出现，并进化出多细胞种属。10亿年前真核生物繁盛并出现了原始的动物。绿色植物（原核蓝藻和真核植物）制造养料，细菌和真菌分解有机质，食草动物以植物为食并控制植物种群的发展，食肉动物以食草动物为食并控制食草动物的数量和进化，形成了绿色植物—细菌真菌—动物的三极生态平衡体系。
山东最早的古生物发现在济宁地区古元古代地层中，有数种微古植物，距今18亿年多。9—6亿年前，微古植物（球藻等），叠层石（与蓝藻等藻类有关的生物沉积）和疑源类（亲缘关系不明的微古植物）等低等植物繁盛。山东新元古代地层中经常见到。
从38亿年前细胞生命诞生到6亿年前的新元古代晚期，32亿年间生物界进化缓慢，物种单调，其主要原因是繁殖方式的原始。无性分裂繁殖只是母体的简单复制，遗传性变异受到限制。有性繁殖方式诞生后，基因重组（父母基因的差异使后代基因重新组合）为丰富的遗传性变异创造了条件。最早的有性繁殖生物是发现在我国新元古代末期的上震旦统地层中的红藻化石，距今6亿年前后。
从5.4亿年前的早寒武世开始，由于有性繁殖的完善，古生物物种爆炸，迅猛进化。山东寒武纪的动物以三叶虫为主（节肢动物门），有36科113属（照片），著名的燕子石就是产于晚寒武世早期崮山页岩中的蝙蝠虫化石。次为腕足类（门）、笔石（脊索动物门半索亚门）及牙形石（分类位置未定的已灭绝海生游泳生物的器官组分）。植物为海生藻类，形成巨厚的藻灰岩（照片）。奥陶纪动物以头足类（软体动物门）最具代表性，已发现50余属，90多种（照片），同时三叶虫、层孔虫（腔肠动物门，水螅纲）、腹足类（软体动物门）牙形石亦常见。植物也以海生藻类为主，由于是半深海环境，化石多为浅海带来的藻类碎片。
古生物登陆事件发生在4.1亿年前的志留纪末，植物为先驱，动物继之。陆地面积不断扩大和潮汐作用是古生物登陆的必要条件。由于山东缺失晚奥陶世至早石炭世地层，这一重要事件在山东没有化石记录。山东的石炭、二叠系含煤地层中生物化石丰富，以莛（纺锤虫）类（原生动物门，有孔虫目）（照片）、有孔虫、珊瑚（腔肠动物门）、腕足类、头足类、双壳类（软体动物门）腹足类等海生无脊椎动物和蕨类植物、裸子植物等陆生高等植物为代表。
2.5亿年前后的二叠纪、三叠纪之交，由于火山、干旱、海退、缺氧、磁场倒转、陨击等各种事件的集中涌现使全球范围古地理、古气候环境发生了显著变化，引起地史上最大的集群灭绝事件，蕨类植物、两栖类衰退，以种子繁殖的裸子植物和不依赖水体的爬行类兴起。山东三叠纪地层分布局限且沉积不连续，化石较少，仅在聊城一带钻孔中发现三叠纪轮藻和裸子植物花粉、蕨类植物孢子。此一绝灭事件化石佐证不足。侏罗纪植物化石以蕨类植物，银杏、松柏类裸子植物和蕨类植物孢子、裸子植物花粉为代表。动物以叶肢介（节肢动物门，鳃足纲）为代表。
人类属于脊椎动物，最早的无颌类脊椎动物化石发现在北美寒武纪晚期海相地层中。山东最早的脊椎动物化石是发现在早白垩世莱阳群中的鱼化石（照片），共有2属6种。山东白垩纪陆相生物繁盛，研究较详的动物有：双壳类、腹足类、介形类（节肢动物门）、叶肢介、昆虫（节肢动物门）、鱼和爬行类等7个门类。白垩纪昆虫化石有64属72种，爬行类又分为恐龙类、龟类和鳄类。山东的恐龙化石均产于白垩纪的莱阳群、大盛群、尤其是王氏群地层中。早期鹦鹉嘴龙动物群有3属5种，晚期鸭嘴龙动物群有9属10种，包括举世闻名的棘鼻青岛龙（照片）金岗口龙、巨型山东龙（照片）、凶暴霸王龙等，另外还有恐龙蛋化石2种。龟类有4属4种，鳄类有1种。植物以松柏类、银杏类为代表的裸子植物为主，蕨类植物为次。
植物界最先进的门类是开花的被子植物，最早的被子植物发现于中国辽西1.45亿年前的晚侏罗世地层中，至晚白垩世就迅速广泛分布。山东的被子植物花粉最早出现在早白垩世晚期的青山群、大盛群地层中，数量仅占孢粉总数的0.5-2.4%。至晚白垩世王氏群地层中，被子植物花粉已占孢粉总数的31.45%-32.2%。
最早的哺乳动物出现在三叠纪。6500万年以前的白垩纪末期，北半球遭小行星撞击并诱发了一系列灾变事件，造成尘埃密布，气温骤降，植被萎缩，生态破坏。使体形巨大，称霸1.7亿年的变温、卵生恐龙灭绝，陆生裸子植物也严重削弱。为胎生、恒温的哺乳动物和开花、种子有果实包围、受精方式更先进的被子植物迅猛发展提供了机会。
新生代是哺乳动物和被子植物占统治地位的时代。山东哺乳动物化石最早出现在蒙阴、新泰、莱芜、昌乐、临朐早第三纪始新统官庄群常路组和五图群李家崖组地层中，有原古马、原始貘、犀、砂犬、冠齿兽、爪兽等16个属17个种，共生的脊椎动物还有龟、鳖、蜥等爬行动物。
中中新世临朐山旺硅藻土盆地是一个罕见的火山堰塞湖，火山喷气溶解在水中使水质异化，底栖动物绝迹，除硅藻外其他水生生物也很难生存。这就为各种不幸堕入或被流水带入的动、植物遗体免被吞噬，得以保存成为化石提供了条件，形成世界闻名的古生物化石“万卷书”。山旺硅藻土中已发现的脊椎动物化石有：哺乳类——犀、貘、、鹿（照片）、猪、熊、蝙蝠、鼠、松鼠等14属18种；爬行类——蛇、鳄等2属2种；两栖类——蛙（照片）、蟾蜍、螈等4属4种；鱼类5属7种；鸟类4属4种（照片）。还有25种昆虫（照片）和少量介形类化石，植物有被子植物22属23种。
晚中新世章丘巴漏河组有中华马、三趾马、鹿等哺乳动物化石。新生代各地层中腹足类、介形类、轮藻、孢粉等属种繁多，数量丰富。孢粉中被子植物花粉占67%、裸子植物花粉占25%、蕨类植物孢子占7%。
第四纪是人类的时代，人和猿的区别在于会不会制造工具。最早的猿人化石及其制造的工具发现在250万年前东非和我国云南。山东的古人类化石有两处：一处在沂源县土门镇岩溶裂隙中的沂源猿人，生活在距今四五十万年的中更新世，与北京猿人接近；另一处在新泰乌珠台溶洞中的智人，生活在20万年前。山东已发现的第四纪哺乳动物有：鼠、象、犀、鹿、牛、水牛、羊、马、猪、驴、虎等16属26种，其他脊椎动物有龟、鸟等。