6.1.1 中生代板块构造演化转换和构造体制转折
中国及邻区是一系列不同起源且经历了不同演化的微大陆（克拉通）及地块经多期增生和碰撞而形成的复合大陆，其漫长的板块构造演化明显具有阶段性。中生代晚期（尤其是白垩纪）是本区板块构造演化史上的一个重要转换期。这种变化集中表现在中国及邻区构造演化由原来的南、北分异，转变为东、西分异，西部以构造的继承性为特色，东部则新生构造起了主要作用。而中生代构造体制转折，总体表现为陆内伸展和与地幔隆起相伴的大规模岩石圈减薄，及由EW向到NNE向的盆岭格局重组。对华北东部中生代构造格局研究表明，从岩石圈深部物质上涌开始到地壳浅表层响应为止，都记录了华北早中生代所经历的构造体制转折的重大变革[127]。中生代岩石圈减薄在鲁东地区表现得尤为明显，其主要地质证据包括：
1）地壳隆升。鲁东白垩纪莱阳群直接不整合覆盖于基底变质岩系之上，说明自三叠纪苏鲁造山带形成以来该区一直处于隆升状态，由于强烈隆升，使巨厚的古生代沉积物完全被剥蚀，并且缺失了三叠纪和侏罗纪沉积。地壳隆升的峰期形成中国东部燕山期古高原。早白垩纪晚期，出现岩石圈伸展减薄，形成盆地和广泛的岩浆活动。因此，可以说本区前期地壳隆升为后期岩石圈减薄奠定了基础。
2）大规模强烈的岩浆活动。鲁东地区中生代发育有40余个花岗质侵入岩体，岩浆岩出露总面积占鲁东地区陆域面积的三分之一以上。岩浆岩如此大面积出露和广泛分布，标志着本区发生了大规模强烈的岩浆作用。从而说明中生代鲁东地区地幔处于明显上隆状态，并使古老的结晶基底变质岩系在一定深度内被迅速加热，发生部分熔融而形成大量花岗质岩浆。大规模的岩浆作用产物是记录软流圈抬升、岩石圈减薄及地壳伸展的最有力证据[128]。
对于华北东部岩石圈减薄的时代，有从侏罗纪、以及从约140～120Ma开始的不同意见，但多数研究者认为最主要的峰期在130～110Ma之间。最近，大量研究从不同角度限定了中生代构造体制转折和岩石圈减薄的时限，总的认为，华北东部构造体制转折的峰期时限始于160～140Ma，结束于110～100Ma，峰值是120Ma[129]。对山东177个中生代岩浆岩K-Ar同位素年龄数据和112件U-Pb同位素年龄数据（后者还包括部分39Ar-40Ar、Rb-Sr等时线和Sm-Nd等时线年龄数据）分别统计（图6.1）表明：岩浆岩同位素年龄介于250～60Ma之间，形成3个年龄集中段：230～200Ma、160～140Ma和135～90Ma，指示山东省经历了三叠纪、侏罗纪和白垩纪3个岩浆活动阶段；白垩纪岩浆活动的峰值年龄在120Ma左右，说明鲁东岩石圈减薄的达到峰期，160～140Ma年龄段与玲珑花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄值[130]相吻合，玲珑花岗岩为新元古代至中生代的继承性演化的复式岩体，其形成时代可以代表鲁东构造体制转变的起始时代，是鲁东侏罗纪—白垩纪大规模岩浆活动最早期形成的花岗岩体，标志着构造体制转变的开始，此后中国东部进入了统一的以拉张为主的动力学背景。
图6.1 中生代岩浆岩同位素年龄统计直方图
（a）K-Ar同位素年龄，（b）U-Pb、39Ar-40Ar、Rb-Sr和Sm-Nd等时线年龄
Fig.6.1 Histogram of available geochronological data for the Mesozoic plutons，Shandong Province
（a）K-Ar ages；（b）U/Pb，40Ar/39Ar，Rb/Sr，and Sm/Nd isochronologic data
3）大范围断陷盆地的形成。胶莱盆地是位于苏鲁折返带和胶北隆起之间的中生代盆地，其分布面积占鲁东地区总面积的近1/2，被白垩纪河湖相碎屑沉积和火山物质所充填，沉积厚度最厚达近万米。盆地夹持于沂沭断裂带和诸城-青岛-即墨-牟平断裂带之间，是在NE-NNE向断裂控制下形成的断陷性质盆地。根据均衡补偿原理，断陷盆地的发育和广泛的火山喷发作用，必然是地幔上隆和岩石圈减薄作用的结果。
4）幔源岩浆证据。早古生代时期，鲁西发育了来自幔源并携带深源包体和金刚石的金伯利岩，对含金刚石金伯利岩的研究表明，该区古生代存在一个冷而厚（达200km）、具典型大陆克拉通型地幔的岩石圈[118，119]。对胶莱盆地晚白垩世玄武岩中幔源包体的研究表明，该区晚白垩世时岩石圈厚度大约为60～70km，岩石圈地幔具有新生性质[131]。上述幔源岩石学研究证明，自古生代至中生代时期，鲁东地区岩石圈经历了明显的由增厚至减薄的转化过程，岩石圈减薄了至少100km。
6.1.2 地球物理反映的构造格架
6.1.2.1 区域重磁特征及其地质解释
山东重力场特征总体表现为中部低、周缘高，自中部向东部由负异常逐渐抬升为正异常，其场值由-25×10-5m/s2升高为＋45×10-5m/s2，而且，沿聊城—菏泽一带及潍坊—临沂一带各分布一条明显的重力梯级带，反映了大型构造带的发育（分别对应聊考断裂和沂沭断裂）。重力场特征反映了地壳厚度自西向东变薄的总体特征。反演结果表明（图6.2），地壳厚度由山东西部肥城一带的40km，至东部胶州一带减薄至32km。区域重力异常主体走向以北北东向为主，说明区域构造主体格架为北北东向。在区域背景上发育的局部重力高和局部重力低，则是密度界面的局部隆起与凹陷及大型岩体在重力场上的表现。
图6.2 山东省莫霍面等深线图
Fig.6.2 Moho Isopleth map of Shandong province
区内磁场强度大，正负变化复杂，走向多变。从强度上看，济宁和滨州一带最强，且正负强弱变化大；鲁东西北部和鲁中南磁异常强度相对较小，变化相对较平缓。从异常走向组合看，鲁东以NE-NEE向为主，鲁中以北西向为主，鲁西南以南北向为主，鲁西北以近东西向为主。由于中新元古界—新生界主要为无磁性的碳酸盐岩及碎屑岩等，因此区域背景磁场是前寒武纪结晶基底的反映。升高的区域背景磁场与强磁性的变质带对应，区域磁场的形态则反映了结晶基底的起伏状态。
6.1.2.2 主要边界断裂的重磁异常特征
边界断裂是指划分山东省主要构造单元的界限断裂。他们一般为深大断裂，在重、磁异常图上一般表现为不同异常区的分界线或巨大的异常梯级带。它们控制了其两侧的构造活动，形成不同的构造格局，同时，往往有岩浆活动，破坏了原来地质体的连续性，形成了磁性与密度上的横向差异。这就是利用重、磁异常确定大型地质构造单元的地球物理前提。山东省主要边界断裂的重磁异常特征如下：
1）五莲-青岛-牟平断裂带。走向为NE—NNE，在磁场上表现为正、负磁场区的分界线，其南东侧为一条巨大的正磁异常带，北西侧为负磁场区，说明了两侧基岩性质的不同。在重力异常上表现为重力高与重力低的分界，其南东侧为一条由数个局部重力低组成的重力低值带，北西侧为由数个局部重力高组成的重力高值区，两侧的布格重力值相差在10×10-5m/s2以上，说明两侧在深部构造上的差异，其南东侧隆起，北西侧下陷。
2）沂沭断裂带。该带有四条近于平行的深大断裂组成，呈NNE向展布。重磁场上断裂特征十分明显，在布格重力异常图上表现为两个特征完全不同的重力异常区的分界带，即一条由局部重力异常组成的线型异常带，该带处于鲁东重力高和鲁西重力低的交接部位，总体处于重力高值区，在此背景上，莒南、临沭以西，临沂以东的区段呈现以沭河为轴线的NNE向（20～35）×10-5m/s2的重力高值异常区，潍坊以北则显示重力高背景上的局部重力低值异常区。在磁力异常图上，该断裂带同样表现为两个特征完全不同的磁力异常区的分界带，断裂带以东为正磁场区，以西为平缓磁场区；沿带串珠状磁异常比较发育，此特征在下延5km磁异常图上表现得更为明显[132]，说明断裂所伴生的火成岩十分发育。在莫霍面构造图上，则表现为不同地幔构造区的分界：潍坊以北，东侧为幔坳，西侧为幔隆[133]；而在潍坊以南，则是西坳东隆，说明该断裂为超壳深断裂。
3）聊城-兰考断裂带（聊考断裂）。断裂带在布格重力异常图上，表现为NNE向线形梯度带，其中聊城以南明显，聊城以北从高唐、陵县两个正异常与其旁侧负异常梯级带处通过。异常特征显示断裂带被NEE向及NW向断裂切割改造而连续性差。在磁力异常图上，断裂西部为NNE向延伸的负磁场区，以东为宽缓的平稳正磁场区；南部东明一带处于正、负磁异常界线处，与零等值线展布一致，范县以北则不明显，显示沿黄河一线有NE向断裂切割。沿断裂带莫霍面埋深一般33～34km，两侧为小的幔隆或幔坳区。
4）齐河-广饶断裂带（齐广断裂）。断裂带一般隐伏于地下数百米处，呈65°～80°走向展布，重力异常图上显示为一条-30×10-5m/s2左右的连续负异常带，负异常中心多处于齐广断裂带上，大体呈NEE向展布；磁力异常图上处于两正异常区结合带间的负异常区，总体处于负异常南部，异常值一般-50～-100nT。
6.1.2.3 主要地球物理异常区及反映的构造单元特征
作为重、磁异常定性推断的重要方法，一般以典型重、磁异常分析为基准，按照重、磁异常的形态特征差异来划分异常区或异常带，紧密结合地质资料，以此作为位场推断解释的依据，分析重、磁场所反映出的地质含义及规律。根据重、磁异常特征，以及区域地质构造特征，结合邻区重磁异常特征，将山东省划分为4个异常区。
1）苏鲁正磁异常带。位于鲁东东部和东南部，大致对应苏鲁造山带。带内磁异常主要表现为一条北东向展布的正磁异常条带，带内磁异常幅值高、梯度大、变化强烈，强度在-180～＋560nT之间变化，它与南北两侧的负异常形成明显的区别，表现出正变质岩的异常特征，推测与遍及带内的变质花岗质侵入岩比较发育有关。
2）胶辽重磁异常区。位于鲁东西北部，大致对应胶辽地块。布格重力异常以正异常为主，强度在（5～45）×10-5m/s2之间变动，局部异常较发育，多呈似椭圆状，无明显方向性。在莱州东南、栖霞北、文登存在三个明显的局部重力低，对应大面积成片展布的花岗岩体；胶莱盆地全部显示为重力高值区，可能与中生代火山岩的厚度较大有关。磁场特征表现为总体负磁异常背景上局部正磁异常区，强度在-320～＋220nT之间变动，局部异常零星分布，微具NE-NEE走向排列的特征，反映了基底为弱磁性的变质岩系。该区重力高、磁力低的特征是基底磁性不强和浅埋所致，而局部重力低可能与大面积花岗岩发育有关。
3）渤鲁异常区。位于沂沭断裂带以西，区内重磁异常特征南北差异较大，由南向北，布格重力异常由以负异常为主逐渐转变为以正异常为主；磁力异常的变化程度逐步增大，异常走向由北西向转为北东向。反映了南北不同的地质构造格局，总体上看，由南向北可分为两个小异常区：鲁西和渤海湾异常区。
鲁西异常区大致对应鲁中隆起区，磁力异常强度大，变化剧烈，局部异常发育，正、负局部异常往往组合成规模较大的团块状异常，曲阜—临沂一线的北东侧区段，显示为NW向展布的负磁异常为主的异常带，其他区段则显示为正磁异常背景上的局部负磁异常区，大部分负磁异常对应现代相对坳陷区。布格重力异常主要由数个规模、强度均匀的局部异常组成，各局部重力高异常基本围绕泰安—沂源重力低异常展布，整体显示为重力低背景上的局部重力高。根据地质资料，该区火成岩大片发育，大部分地区前寒武纪老基底直接出露地表，仅在泰安—莱芜一带为第四纪沉积区，故推测该区基底主要由强磁性的变质岩组成，局部磁异常主要由老基底中的含磁性的中、基性火成岩体引起，深度计算结果表明，位于泰安和济宁的局部重力低对应着基底凹陷，中心深度在3km左右[132]。
渤海湾异常区大致对应中新生代渤海湾盆地，总体上，磁力异常以正异常为主，走向以北东东向为主，局部异常多为正磁异常，大都呈团块状。北部显示为NE向至NEE向正磁异常背景上的几个负磁异常区，南部则显示为负磁异常背景上的局部正磁异常区。布格重力异常基本上为正异常，仅在局部地方为负异常，异常走向与磁异常一致，显示为重力高背景上的重力低。重力高值异常所在位置大致反映了断陷内的潜山，而重力低值异常区则对应断陷内的生油凹陷盆地。
4）中央华北异常区。位于山东省西北部，大致对应临清凹陷。磁场特征表现为NNE向展布的以负磁异常为主的带状区，局部有正磁异常。布格重力异常总体显示重力低异常，异常走向NNE向，与磁异常一致。其重、磁异常展布方向和特征均显示了与渤海湾、鲁西地块区的地质构造差异。
6.1.3 山东省中新生代构造单元划分
山东大陆地壳经历了中生代板块构造演化转换和构造体制转折，中生代早期受华北板块与扬子板块碰撞作用制约，表现为挤压构造体制；中生代中晚期受太平洋板块向欧亚板块俯冲作用制约，构造体制转换为伸展为主。构造体制的转换造成了构造单元组成的复杂性，构造单元既具有明显的继承性，又显示显著的新生性，前者表现为构造单元仍然保留了早中生代以前块体构造的特点，后者表现为中新生代伸展作用形成的隆起和盆地格局。三叠纪以来华北板块和扬子板块结合，共同构成欧亚板块的组成部分，参与了欧亚板块与太平洋板块之间的相互作用，因此山东省中新生代当属欧亚板块的滨太平洋构造域；大地构造单元划分为滨太平洋前陆坳陷带和滨太平洋构造岩浆活动带；其下构造单元为受伸展构造体制控制的隆起、盆地（图6.3）。
图6.3 山东省中生代大地构造单元
Fig.6.3 The Mesozoic tectonic units of Shandong province
1～4—滨太平洋前陆坳陷带：1—渤海湾盆地；2—鲁中隆起；3—蒙阴盆地群；4—济宁坳陷；5～9—滨太平洋构造岩浆活动带：5—沂沭裂谷；6—胶北隆起；7—胶莱盆地；8—鲁东折返带（超高压带）；9—苏北折返带（高压带）