商丘到蒙陰
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3. 山東蒙陰金剛石原生礦區域地質
3.1.1 蒙陰金伯利岩產出的大地構造背景
山東省在大地構造上屬中朝地台東部的魯西隆斷區。新太古代早期的火山-碎屑岩沉積——泰山岩群,奠定了相對穩定的基底基礎。晚太古代晚期的大規模幔殼混源型岩漿泛溢活動,重熔並改造了泰山岩群地層體,使地殼增生加厚,形成幅員廣大的地台。在此後地質歷史中,長期處於穩定的隆起狀態(Pt1-3)和大面積的間斷陸表海沉積狀態(Qn-P)。這一穩定的地質環境一直延續到三疊紀末。從侏羅紀初開始,揚子地台的北進和太平洋板塊的西移,與華北地台相拼接碰撞,強烈改變了現有的基礎地質特徵。首先在原有地質框架的基礎上,沂沭斷裂帶由北北東向韌性斷裂轉化成裂谷系統,在山東中部縱貫全省,將山東分成魯西、魯東兩個次級地塊,引導並制約著兩側地塊的發展。魯中區在基底韌性剪切帶的基礎上進一步裂解,發育成若干北西向的斷塊隆起和拗陷盆地相間分布的構造單元系列,並造成魯東區中部膠萊盆地大面積拗陷。蒙陰金伯利岩帶產出於魯西斷塊隆起區中部地區,由南而北呈北東向橫跨在蒙山凸起、蒙陰凹陷、新甫山凸起、馬牧池凸起之上,受蒙山、新泰-垛庄、銅冶店-蔡庄等北西向斷裂的限制,呈左列式展布(圖3-1)。
圖3-1 魯中南地區地質簡圖
3.1.2 蒙陰金伯利岩帶區域地層發育狀況
蒙陰金伯利岩帶具有發育的太古宙至元古宙變質基底和平緩較薄的古生代沉積蓋層,隨後是中生代斷裂活動,不均勻分布有中新生代盆地沉積。
(1)太古宇泰山岩群
為一套火山-碎屑岩建造,下部為斜長角閃岩、透閃岩夾角閃片岩,中部為黑雲變粒岩、二雲變粒岩夾角閃變粒岩,上部為黑雲變粒岩與斜長角閃岩互層,部分地區見磁鐵石英岩、石榴石英岩等,總厚2886~4486米,變質程度普遍達到角閃岩相,受晚太古代一早元古代大面積花崗質侵入岩影響,岩群常呈大小不一的包體零散分布在蒙山、新甫山周圍地區。
(2)新元古界土門群
局限於魯中南地區東部沂沭斷裂帶和蘇魯接壤地帶,為一系列濱淺海相石英砂岩、紫紅色頁岩、砂質灰岩等多韻律沉積,厚243~880米。
(3)古生界
寒武-奧陶系為本區分布最為廣泛的地層,產狀平緩,岩性穩定。下部長清群為早寒武世濱淺海相紫紅色砂頁岩、雲泥岩,夾多層灰岩;中部九龍群為中晚寒武世至早奧陶世淺海相灰岩、次生白雲岩夾半深海相頁岩;上部馬家溝組為早中奧陶世灰岩與白雲岩互層,總厚約1500米。石炭-二疊系平行不整合於奧陶系之上,下部為月門溝群海陸交互相的鋁土岩、泥岩、頁岩與灰岩互層,夾煤層;上部為石盒子組內陸湖相黃綠色砂頁岩、紫紅色泥岩,夾多層鋁土岩;總厚250米左右。
(4)中生界
中生界分布在各斷陷盆地內,常不整合於月門溝群或石盒子組之上,形成多韻律沉積系列。侏羅系構成盆地的底層,為內陸河湖相紫紅色砂礫岩,厚50~350米。白堊系是在動盪環境下產出的復雜岩性組合,早期形成河湖相萊陽群砂岩、砂礫岩,夾火山碎屑岩,繼而發育青山群火山岩,形成大面積分布的玄武岩、安山岩和流紋岩或粗面岩等。在沂沭斷裂帶內還發育有晚白堊世王氏群(或大盛群)紫紅色砂礫岩、黃綠色頁岩互層,總厚度達5000米以上。
(5)古近系官莊群
多伴隨白堊系分布於各盆地北緣地帶,為紫紅色、灰色的麓坡相砂礫岩、砂頁岩等夾湖泊蒸發相的含膏岩系,厚1200~3800米。
(6)新近系白彥組
呈剝蝕殘余體零散分布在寒武-奧陶系灰岩山丘頂面溝槽中,個體很小,岩性為礫岩、砂礫岩等,常含金剛石。厚度一般為0.5~2米。
3.1.3地質構造環境
蒙陰金伯利岩區位於魯西隆斷區的中部,其東西兩側分別為北北東向沂沭斷裂帶和聊城-蘭考斷裂帶,其南北分別為近東西向商丘-連雲港和德州-墾利構造斷陷帶,這四個構造帶將魯西地區包圍形成一個近等軸形穩定地塊。對應魯中地區莫霍面等深線圖(圖3-2),四個構造帶分別呈31~32千米的幔凸長垣,包圍著魯中地區約30000平方千米的33~35千米的幔凹區,其中泰山、沂山附近最深達36千米以上,構成山東中南部長期穩定的地質基礎。在這一地質背景下,在魯山-蒙山一帶地殼加厚區的西側,形成一個北北東向長200千米,高差約2千米的幔坡地帶,顯示這里深部可能存在一個構造薄弱地帶。在泰山-蒙山地殼加厚區的西南部的34千米等深線,明顯區別於周圍地區等深線的北東走向,也形成一個長約400千米,高差2千米的幔坡帶,呈北西向分布,其位置大致與地表的蒙山斷裂相對應。蒙陰金伯利岩帶就產出在這兩個幔坡地帶交匯處。顯示這兩組構造對蒙陰金伯利岩的產出及含礦性起著重要的控製作用。
圖3-2 魯中南地區莫霍面等深線圖
圖3-3 魯西地區重磁場分區示意圖
綜觀魯西區航磁特徵,具有明顯的分區性。沂沭斷裂帶以北北東向急劇跳動為特徵,磁性強度20~40納特(nT);泰沂山區為北西向或近東西向低緩磁場,磁場一般10nT;蒙山周圍地區則表現為北西的高低相間磁場。區內重力場與磁場特徵相似,沂沭斷裂帶表現為北北東向波動異常帶,其變化范圍為10~40毫伽;廣大魯中南地區比較平緩,變化為15~20毫伽。以上重磁特徵與莫霍面的埋深情況大致相符(圖3-3)。
沂沭斷裂帶是濱西太平洋構造帶中的主要構造形跡之一,向北越過渤海與依蘭-伊通斷裂帶相連,向南與嘉山-廬江斷裂帶相接,形成華北地台東部大地構造的分區帶,也是魯西、魯東兩區分界帶。在阜平期,較大面積的火山-沉積作用,形成了泰山岩群或膠東岩群地層,隨之而來的五台期更大范圍的中酸性岩漿活動,使本區地殼增生加厚,在南北向不均衡對壓作用下,造成沂沭斷裂帶的產生,將山東地體一分為二,成為東西兩區相對運動的杠桿。隨著地質歷史的發展,沂沭斷裂帶由相對簡單的左行走滑演變為比較復雜的韌性-斷裂系統,使東西兩區元古宙至古生代的剝蝕-沉積作用和構造-岩漿活動此起彼伏,相間交錯進行。
進入中生代,受太平洋板塊西移和揚子板塊北進的聯合作用,徹底改變了本地區的應力狀況和構造格局,構造活動頻度和強度加大。沂沭斷裂由北北東向左行壓扭斷裂演變成兩塹夾一壘的構造裂谷,並在廣大魯西地區形成一系列北西向單斷側陷盆地,相繼沉積了侏羅紀淄博群、白堊紀萊陽群、青山群碎屑岩和火山岩;同時產生一系列北東向平行次級斷裂,其中位於蒙山、沂山幔坡區西側的上五井—臨澗斷裂,斷續長300千米以上,與蒙陰金伯利岩分布區相一致,可能與蒙陰金伯利岩產出和含礦性變化有關聯。與此同時,魯東區於白堊紀產生拗陷,通過沂沭斷裂帶,與魯西區北西向斷陷追蹤相通,發育巨厚的萊陽群、青山群和王氏群等地層,兩區共同發生差異性同步連動。
魯中南地區北西向斷裂是沂沭斷裂帶左行扭動活動派生的折離性斷裂,如銅冶店-蔡庄斷裂、新泰-垛庄斷裂、蒙山斷裂等,走向310~325°,傾向南西,傾角60°~70°,為平邑、蒙陰、萊蕪等中新代盆地控制構造。各斷裂長度50~100千米,斜落斷距3~10千米,由南而北規模逐漸減小,向深部傾角趨於變緩。在其發展過程中控制著侏羅紀、白堊紀乃至古近紀地層的發育,並引發中酸性岩漿侵入活動。
此外在魯西地區南部的棗庄-蒼山地區和北部的泰安-沂源地區,常見有近東西向斷裂,並伴有同向褶皺,長40~60千米,但連續性不好,往往造成古生代地層錯亂和基底岩石出露。
3.1.4 岩漿活動特徵
魯中南地區岩漿活動比較復雜,從新太古代至新生代均有表現。新太古代侵入岩在本區分布面積最大,岩石類型最為復雜。早期為萬山莊岩套蛇紋岩、角閃石岩、輝長岩,中期為蒙山岩套閃長岩、石英閃長岩、英雲閃長岩、奧長花崗岩、花崗閃長岩,晚期為傲徠山岩套二長花崗岩、正長花崗岩等。早期岩體較小,多呈透鏡狀產出;中晚期各岩體均呈北西向長條形岩基產出,大部分已片麻岩化,配合泰山岩群地層構成魯西地區的變質基底。
古元古代侵入岩為魯西區地台化後的首期岩漿活動,呈小型岩株、岩床產出。早期階段為輝長岩、閃長岩、花崗閃長岩等,晚期階段為二長花崗岩。
中元古代侵入岩,僅見輝綠岩,沿北北西向裂隙,呈岩脈或岩牆產出。
古生代侵入岩不發育。在蒙陰縣境內有金伯利岩沿北北東裂隙呈岩脈和岩管產出,個體小,厚度薄。在淄博和費縣、棗庄等地的碳酸岩和煌斑岩等脈岩,也可能是此時產出的。
中生代侵入岩在魯中南地區比較常見。早階段為侏羅紀輝長岩、閃長岩和二長岩、正長岩等,晚階段為白堊紀閃長玢岩、二長閃長岩和石英閃長岩、花崗閃長岩、二長花崗岩等。中生代侵入岩多呈岩株、岩床,部分呈岩脈,產出於寒武奧陶系地層中,分布零散,個體不大。
魯中南地區新生代侵入岩很少,僅在沂沭斷裂帶南段和北段,見有輝綠岩脈或橄欖玄武玢岩等小侵入體。
綜合前述區域地質背景可知,魯西地質發展大致分為三個階段:新太古代通過泰山群的奠基及其以後的幔源—殼源花崗質岩石大量涌現,形成本區穩固地質基底,造就了華北地台魯西地塊。此後長時期處於地台發展階段。古中元古代處於長期暴露剝蝕狀態,從新元古代開始緩慢沉降,斷續沉積了青白口系—二疊系地層。中生代以來受太平洋和揚子板塊影響,徹底改變了本區的南北向的對壓機制,產生左行拆離作用,形成一系列北西向和北北東斷裂和隆陷相間的構造格局。在這一歷史過程中,從古元古代開始至古生代結束的地台發育階段,有利於金伯利岩孕育,因而可能產生這一時期金剛石原生礦。
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