3.1.1 蒙阴金伯利岩产出的大地构造背景
山东省在大地构造上属中朝地台东部的鲁西隆断区。新太古代早期的火山-碎屑岩沉积——泰山岩群,奠定了相对稳定的基底基础。晚太古代晚期的大规模幔壳混源型岩浆泛溢活动,重熔并改造了泰山岩群地层体,使地壳增生加厚,形成幅员广大的地台。在此后地质历史中,长期处于稳定的隆起状态(Pt1-3)和大面积的间断陆表海沉积状态(Qn-P)。这一稳定的地质环境一直延续到三叠纪末。从侏罗纪初开始,扬子地台的北进和太平洋板块的西移,与华北地台相拼接碰撞,强烈改变了现有的基础地质特征。首先在原有地质框架的基础上,沂沭断裂带由北北东向韧性断裂转化成裂谷系统,在山东中部纵贯全省,将山东分成鲁西、鲁东两个次级地块,引导并制约着两侧地块的发展。鲁中区在基底韧性剪切带的基础上进一步裂解,发育成若干北西向的断块隆起和拗陷盆地相间分布的构造单元系列,并造成鲁东区中部胶莱盆地大面积拗陷。蒙阴金伯利岩带产出于鲁西断块隆起区中部地区,由南而北呈北东向横跨在蒙山凸起、蒙阴凹陷、新甫山凸起、马牧池凸起之上,受蒙山、新泰-垛庄、铜冶店-蔡庄等北西向断裂的限制,呈左列式展布(图3-1)。
图3-1 鲁中南地区地质简图
3.1.2 蒙阴金伯利岩带区域地层发育状况
蒙阴金伯利岩带具有发育的太古宙至元古宙变质基底和平缓较薄的古生代沉积盖层,随后是中生代断裂活动,不均匀分布有中新生代盆地沉积。
(1)太古宇泰山岩群
为一套火山-碎屑岩建造,下部为斜长角闪岩、透闪岩夹角闪片岩,中部为黑云变粒岩、二云变粒岩夹角闪变粒岩,上部为黑云变粒岩与斜长角闪岩互层,部分地区见磁铁石英岩、石榴石英岩等,总厚2886~4486米,变质程度普遍达到角闪岩相,受晚太古代一早元古代大面积花岗质侵入岩影响,岩群常呈大小不一的包体零散分布在蒙山、新甫山周围地区。
(2)新元古界土门群
局限于鲁中南地区东部沂沭断裂带和苏鲁接壤地带,为一系列滨浅海相石英砂岩、紫红色页岩、砂质灰岩等多韵律沉积,厚243~880米。
(3)古生界
寒武-奥陶系为本区分布最为广泛的地层,产状平缓,岩性稳定。下部长清群为早寒武世滨浅海相紫红色砂页岩、云泥岩,夹多层灰岩;中部九龙群为中晚寒武世至早奥陶世浅海相灰岩、次生白云岩夹半深海相页岩;上部马家沟组为早中奥陶世灰岩与白云岩互层,总厚约1500米。石炭-二叠系平行不整合于奥陶系之上,下部为月门沟群海陆交互相的铝土岩、泥岩、页岩与灰岩互层,夹煤层;上部为石盒子组内陆湖相黄绿色砂页岩、紫红色泥岩,夹多层铝土岩;总厚250米左右。
(4)中生界
中生界分布在各断陷盆地内,常不整合于月门沟群或石盒子组之上,形成多韵律沉积系列。侏罗系构成盆地的底层,为内陆河湖相紫红色砂砾岩,厚50~350米。白垩系是在动荡环境下产出的复杂岩性组合,早期形成河湖相莱阳群砂岩、砂砾岩,夹火山碎屑岩,继而发育青山群火山岩,形成大面积分布的玄武岩、安山岩和流纹岩或粗面岩等。在沂沭断裂带内还发育有晚白垩世王氏群(或大盛群)紫红色砂砾岩、黄绿色页岩互层,总厚度达5000米以上。
(5)古近系官庄群
多伴随白垩系分布于各盆地北缘地带,为紫红色、灰色的麓坡相砂砾岩、砂页岩等夹湖泊蒸发相的含膏岩系,厚1200~3800米。
(6)新近系白彦组
呈剥蚀残余体零散分布在寒武-奥陶系灰岩山丘顶面沟槽中,个体很小,岩性为砾岩、砂砾岩等,常含金刚石。厚度一般为0.5~2米。
3.1.3地质构造环境
蒙阴金伯利岩区位于鲁西隆断区的中部,其东西两侧分别为北北东向沂沭断裂带和聊城-兰考断裂带,其南北分别为近东西向商丘-连云港和德州-垦利构造断陷带,这四个构造带将鲁西地区包围形成一个近等轴形稳定地块。对应鲁中地区莫霍面等深线图(图3-2),四个构造带分别呈31~32千米的幔凸长垣,包围着鲁中地区约30000平方千米的33~35千米的幔凹区,其中泰山、沂山附近最深达36千米以上,构成山东中南部长期稳定的地质基础。在这一地质背景下,在鲁山-蒙山一带地壳加厚区的西侧,形成一个北北东向长200千米,高差约2千米的幔坡地带,显示这里深部可能存在一个构造薄弱地带。在泰山-蒙山地壳加厚区的西南部的34千米等深线,明显区别于周围地区等深线的北东走向,也形成一个长约400千米,高差2千米的幔坡带,呈北西向分布,其位置大致与地表的蒙山断裂相对应。蒙阴金伯利岩带就产出在这两个幔坡地带交汇处。显示这两组构造对蒙阴金伯利岩的产出及含矿性起着重要的控制作用。
图3-2 鲁中南地区莫霍面等深线图
图3-3 鲁西地区重磁场分区示意图
综观鲁西区航磁特征,具有明显的分区性。沂沭断裂带以北北东向急剧跳动为特征,磁性强度20~40纳特(nT);泰沂山区为北西向或近东西向低缓磁场,磁场一般10nT;蒙山周围地区则表现为北西的高低相间磁场。区内重力场与磁场特征相似,沂沭断裂带表现为北北东向波动异常带,其变化范围为10~40毫伽;广大鲁中南地区比较平缓,变化为15~20毫伽。以上重磁特征与莫霍面的埋深情况大致相符(图3-3)。
沂沭断裂带是滨西太平洋构造带中的主要构造形迹之一,向北越过渤海与依兰-伊通断裂带相连,向南与嘉山-庐江断裂带相接,形成华北地台东部大地构造的分区带,也是鲁西、鲁东两区分界带。在阜平期,较大面积的火山-沉积作用,形成了泰山岩群或胶东岩群地层,随之而来的五台期更大范围的中酸性岩浆活动,使本区地壳增生加厚,在南北向不均衡对压作用下,造成沂沭断裂带的产生,将山东地体一分为二,成为东西两区相对运动的杠杆。随着地质历史的发展,沂沭断裂带由相对简单的左行走滑演变为比较复杂的韧性-断裂系统,使东西两区元古宙至古生代的剥蚀-沉积作用和构造-岩浆活动此起彼伏,相间交错进行。
进入中生代,受太平洋板块西移和扬子板块北进的联合作用,彻底改变了本地区的应力状况和构造格局,构造活动频度和强度加大。沂沭断裂由北北东向左行压扭断裂演变成两堑夹一垒的构造裂谷,并在广大鲁西地区形成一系列北西向单断侧陷盆地,相继沉积了侏罗纪淄博群、白垩纪莱阳群、青山群碎屑岩和火山岩;同时产生一系列北东向平行次级断裂,其中位于蒙山、沂山幔坡区西侧的上五井—临涧断裂,断续长300千米以上,与蒙阴金伯利岩分布区相一致,可能与蒙阴金伯利岩产出和含矿性变化有关联。与此同时,鲁东区于白垩纪产生拗陷,通过沂沭断裂带,与鲁西区北西向断陷追踪相通,发育巨厚的莱阳群、青山群和王氏群等地层,两区共同发生差异性同步连动。
鲁中南地区北西向断裂是沂沭断裂带左行扭动活动派生的折离性断裂,如铜冶店-蔡庄断裂、新泰-垛庄断裂、蒙山断裂等,走向310~325°,倾向南西,倾角60°~70°,为平邑、蒙阴、莱芜等中新代盆地控制构造。各断裂长度50~100千米,斜落断距3~10千米,由南而北规模逐渐减小,向深部倾角趋于变缓。在其发展过程中控制着侏罗纪、白垩纪乃至古近纪地层的发育,并引发中酸性岩浆侵入活动。
此外在鲁西地区南部的枣庄-苍山地区和北部的泰安-沂源地区,常见有近东西向断裂,并伴有同向褶皱,长40~60千米,但连续性不好,往往造成古生代地层错乱和基底岩石出露。
3.1.4 岩浆活动特征
鲁中南地区岩浆活动比较复杂,从新太古代至新生代均有表现。新太古代侵入岩在本区分布面积最大,岩石类型最为复杂。早期为万山庄岩套蛇纹岩、角闪石岩、辉长岩,中期为蒙山岩套闪长岩、石英闪长岩、英云闪长岩、奥长花岗岩、花岗闪长岩,晚期为傲徕山岩套二长花岗岩、正长花岗岩等。早期岩体较小,多呈透镜状产出;中晚期各岩体均呈北西向长条形岩基产出,大部分已片麻岩化,配合泰山岩群地层构成鲁西地区的变质基底。
古元古代侵入岩为鲁西区地台化后的首期岩浆活动,呈小型岩株、岩床产出。早期阶段为辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩等,晚期阶段为二长花岗岩。
中元古代侵入岩,仅见辉绿岩,沿北北西向裂隙,呈岩脉或岩墙产出。
古生代侵入岩不发育。在蒙阴县境内有金伯利岩沿北北东裂隙呈岩脉和岩管产出,个体小,厚度薄。在淄博和费县、枣庄等地的碳酸岩和煌斑岩等脉岩,也可能是此时产出的。
中生代侵入岩在鲁中南地区比较常见。早阶段为侏罗纪辉长岩、闪长岩和二长岩、正长岩等,晚阶段为白垩纪闪长玢岩、二长闪长岩和石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩等。中生代侵入岩多呈岩株、岩床,部分呈岩脉,产出于寒武奥陶系地层中,分布零散,个体不大。
鲁中南地区新生代侵入岩很少,仅在沂沭断裂带南段和北段,见有辉绿岩脉或橄榄玄武玢岩等小侵入体。
综合前述区域地质背景可知,鲁西地质发展大致分为三个阶段:新太古代通过泰山群的奠基及其以后的幔源—壳源花岗质岩石大量涌现,形成本区稳固地质基底,造就了华北地台鲁西地块。此后长时期处于地台发展阶段。古中元古代处于长期暴露剥蚀状态,从新元古代开始缓慢沉降,断续沉积了青白口系—二叠系地层。中生代以来受太平洋和扬子板块影响,彻底改变了本区的南北向的对压机制,产生左行拆离作用,形成一系列北西向和北北东断裂和隆陷相间的构造格局。在这一历史过程中,从古元古代开始至古生代结束的地台发育阶段,有利于金伯利岩孕育,因而可能产生这一时期金刚石原生矿。