白堊紀的山東平邑盆地
——沒有恐龍光顧的湖泊

李 越

平邑縣位于山東省蒙山西南部，平：地貌緩而舒展，邑：小鎮，但從整個縣境范圍看卻有點名不副實，周緣山地環繞，北有磅礴的蒙山，主要是15 億年前的火成巖和變質巖， 南有4-5億年左右寒武紀-奧陶紀石灰巖的尼山。 全縣山地是平地的5 倍多， 這1/6 平地僅限于縣城附近的小斷陷盆地中央地帶。 現代的平邑盆地是主要農產品種植區， 但它的歷史可追溯1 億多年前，經歷了早期斷陷、中期坳陷和晚期收縮3 個發展階段。 形成的初期這里是個湖泊，也正是恐龍演化最高峰的白堊紀。 站在平邑盆地的任何一個位置眺望周圍的山， 南邊的尼山和北邊的蒙山山腳（圖1），就是白堊紀當時的湖岸。平邑盆地的湖泊是一個復雜多變的動力系統，湖相沉積明顯受古氣候、 古水動力條件和古水質性質等因素的控制。 平邑盆地上白堊統固城組多為河流相礫巖－粉砂巖沉積， 碎屑物來源于盆地周緣陸源剝蝕區活化的產物， 此時的碎屑巖顆粒成熟度特征指示盆地尚未完全封閉，河流應該具有通向盆地外的出口； 固城組之后由于盆地受構造因素控制而封閉形成內陸湖區的卞橋組沉積。

圖1 前面的蒙山山腳距離拍照位置約2公里，所以我們拍照點就是離白堊紀湖泊北岸2公里的位置

晚白堊世馬斯特里赫特期與古新世之交干旱氣候背景下，平邑盆地的物源碎屑供給量偏少，湖水長期維持高清澈度，平邑-費縣地區卞橋組厚度數百米的灰巖序列，是當時湖水碳酸鈣超飽和狀態的沉積記錄，也是目前所知中國同期陸相湖盆中罕見連續穩定沉積灰巖的地層單元，也可能是累計厚度最大的灰巖地層，含中等豐度的蕨類植物孢子、裸子植物和被子植物花粉、輪藻、鈣藻類、介形類，和極少量的小型腹足類、雙殼類化石。奇怪的是這個湖泊環境形成的白堊紀卞橋組地層中， 至今沒有見到大名鼎鼎的恐龍化石， 其原因可能與湖泊極高的鈣化水體有關。

平邑盆地卞橋組碳酸鹽巖巖相沉積分異是存在的， 源于沂蒙山物源區的河流帶入湖盆沉積區碎屑顆粒的量值存在顯著差別， 西部剖面碎屑巖相對豐富， 而東部諸如柏林剖面則幾乎全為碳酸鹽巖沉積， 證明在西部更能長期能維持清澈水體的穩定碳酸鹽巖生產力。 平邑盆地生物地層學和沉積學的研究者特別關注卞橋組中的核型石以及含石膏礦的層序地層和環境標志意義， 湖相灰巖中經?？梢钥吹礁鞣N暖水型成因的碳酸鈣沉積， 大量的核形石和根形石多與湖泊微生物和植物生長有關， 而泉華和石膏能靈敏地反應古氣候條件。

核形石

圖2 卞橋組的核形石

藍綠藻類等鈣質微生物圍繞生物碎屑或巖屑核心通過分泌粘液來捕獲、 粘結鈣質顆粒及碳酸鈣沉淀物， 經過一段時間形成具有微晶質同心圈層的橢球體，這就是核形石?，F代核形石形成在從淡水湖泊、 河流和沼澤到海洋的潮間和潮下帶等廣泛多變的環境中。 平邑盆地白堊紀晚期的湖相核形石可能集中在湖濱淺水環境。

維管植物根形石和莖形石

在中國著名的名勝景區九寨溝和黃龍，來自高山上含碳酸鈣的冰川融水流到低海拔區呈超飽和狀態，包結在沿途攜帶的樹根和莖，形成現代根形石和莖形石。 看地質歷史時期的根形石和莖形石，平邑可算首選之地。晚白堊世的平邑湖盆淺水區或湖岸應該有許多植物， 這些植物的根或莖碎片經常會被流水攜帶到湖中，湖水高濃度的碳酸鈣圍繞這些植物碎片沉淀后，就形成了大量的根形石或莖形石（圖3）。

當許多樹根很規則朝一個方向排列是，就很可能是須根植物（圖4）。

圖3：卞橋組的根形石或莖形石

圖4 須根植物根形石

泉華

中國最著名的碳酸鈣泉華風景區在九寨溝和黃龍，是冰川融水到山溝中析出碳酸鈣，屬現代泉華沉積。 湖泊中的湖底灰巖沉積物會短期暴露到水面之上， 當含高碳酸鈣的地下水泉水流出地表時，因壓力降低、溫度升高，在泉口附近形成的疏松多孔的碳酸鈣就稱為鈣質泉華。平邑卞橋組氣候干熱背景下湖泊水量的強蒸發導致碳酸鈣濃度超飽和， 并且在最強干熱期湖面下降，局部出現暴露以及泉華沉積。局部層有白堊紀末期的泉華沉積（圖4）。

石膏

圖5 幾個小圓圈是泉眼， 周圍環繞的大圈是泉華

圖6 卞橋組石膏層

建材行業是目前平邑縣的主要經濟支撐，很重要的原因是卞橋組進入古近紀后的地層中蘊藏著豐富的石膏礦，埋藏淺，開采條件良好，品味和產量都很高。石膏的成分是硫酸鈣，賦膏地層為卞橋組上部時代屬于古近紀的紫紅、灰綠相間雜色巖系，從沉積特征中方能看出干燥、濕潤交替出現的古氣候特征依據。 濕潤氣候水量豐富帶來大量成礦物質，氣候變干燥時，湖水蒸發濃縮，最終導致成礦物質的沉淀（圖6）。

恐龍多在陸地上生活， 但肯定也離不開水源， 所以中生代的湖泊沉積中找到恐龍化石的幾率是很大的， 但平邑盆地的卞橋組屬白堊紀的地層中動物化石非常少， 至今也沒找到像樣的恐龍化石，因為這個湖盆太特殊了，周緣的蒙山和尼山隆起暴露區碎屑風化和搬運力度小，它在白堊紀晚期的卞橋組下部灰巖多是碳酸鈣沉積。 我們推測這里白堊紀晚期很有可能處于特別炎熱干旱的氣候， 碳酸鈣溶液隨著溫度的升高溶解度降低， 湖相灰巖沉積時的湖底深度在透光帶之上， 有利于大量鈣質微生物和少量鈣藻通過光合作用生長， 它們構成湖泊生物生產力的主體， 也是各種灰巖沉積顆粒的主要成分。 干熱氣候區的湖水中后生動物骨骼含量極低，脊椎動物飲多了這種水恐怕會得結石病，恐龍當然就不喜歡頻繁光顧了， 想通過化石記錄了解恐龍的末期演化是不可能的。

在全球許多地方留下了白堊紀末彗星撞擊地球的災難證據，就是地球上含量非常低、而外星體中含量很高的銥元素富集層， 也被稱為魚粘土(fish clay)層之上，中生代侏羅紀到白堊紀盛極億年的恐龍， 在禍從天降的瞬間徹底滅絕了， 地球歷史進入了新生代哺乳類和鳥類高度發展的時期， 延續到現在人類塑造的地球生物圈， 這層魚粘土出現是劃分中生代-新生代界線的最佳地球化學標志。 若有可能在平邑盆地卞橋組白堊-古近紀界線上找到銥元素富集層，那可是個重大科研進展。

通過輪藻化石的變化能確認中生代和新生代的界線是在卞橋組中穿過的， 卞橋組下部中生代的輪藻藏卵器的個頭要小得多， 到了新生代就明顯變大了。 結合卞橋組白堊系－古近系上下的沉積序列， 可認定卞橋組下部屬白堊紀末馬斯特里赫特階碳酸鹽巖為主體的巖相形成于長尺度干熱期， 周緣暴露區的碎屑風化搬運力度小， 湖區維系清水環境。 通過對核形石、根形石、泉華等特殊碳酸鹽巖微相分析，獲得研究區湖相蒸發巖指標，認為強蒸發導致陸水碳酸鈣濃度超飽和， 氣候干熱背景是碳酸鹽巖沉積的主要控制因素， 并且在最強干熱期湖面下降， 局部出現暴露以及泉華沉積。

平邑盆地晚白堊世－早古新世古氣候演化過程體現為一次明顯的長期干熱向干熱/濕熱交替之轉換。 古近紀開始頻繁出現的紅色和其它顏色的粉砂、 泥質碎屑巖相也是靈敏的環境變化載體， 這種古氣候敏感沉積物與灰巖沉積背景有別， 紅層指示高溫濕熱氣候下陸源區剝蝕力度增高， 大氣降水注入的增加也同時降低湖水碳酸鈣的飽和度，抑制了灰巖沉積。古近紀的紅層與陸相灰巖交替出現指示古近紀早期古環境指標中的干旱－潮濕氣候交替。 因此，卞橋組上段數期膏巖沉積指示當時湖區強烈干旱氣候造成了鹽度數次常增高， 最后湖盆達到完全干化消亡階段， 頻繁出現山麓帶的泥石流和洪積扇堆積（圖7）。

圖7 平邑盆地古近紀早期的山麓泥石流和洪積扇堆積