泰山奇石的地質(zhì)成因

廉德軍 李宗成 楊仁忠 蘇穎 馬磊

摘要：泰山是著名的旅游景點(diǎn)，泰山奇石是一種十分重要的地質(zhì)遺跡，泰山奇石紋理清晰、色彩斑斕、堅(jiān)韌細(xì)膩，有很高的人文價(jià)值和觀賞價(jià)值。泰山形成超過25億年，經(jīng)過海陸演變形成今日之泰山。本文列舉了條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖的成因和長英質(zhì)脈體穿插的變角閃石巖和變輝長巖（斜長角閃巖）的成因。

關(guān)鍵詞：奇石;泰山;成因;地質(zhì)

泰山自古就是著名的旅游勝地，以自然景觀和人文景觀有機(jī)地融為一體而著稱于世，素有“五岳獨(dú)尊，雄鎮(zhèn)天下”、“天下第一名山”之美譽(yù)。泰山有一種十分重要的地質(zhì)遺跡資源-泰山奇石，泰山奇石粗獷圓渾、紋理清晰、色彩斑斕、堅(jiān)韌細(xì)膩，自古以來就是名人、文人鑒賞、收藏、詠頌的對象。泰山奇石除擁有很高的地學(xué)、巖石學(xué)研究價(jià)值外，還有很高人文價(jià)值、觀賞價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

一、泰山形成的過程

泰山石是古老的，年齡超過25億年。泰山是年輕的，年齡在3000萬～7000萬年間。25億年前形成的石頭隨著古泰山的隆起露出水面，后又被帶到水面以下，并被覆蓋上厚厚的沉積巖，后又隨著新泰山的隆起露出水面，其上部的沉積巖被剝蝕掉，于是古老的泰山巖石被世人所看到。古老的巖石能被世人看到，離不開泰山的特殊經(jīng)歷。

泰山作為地殼發(fā)展某一階段的產(chǎn)物，它的形成經(jīng)歷了一個(gè)漫長而復(fù)雜的演變過程，大體上可分為古泰山形成、海陸演變、今日泰山形成等三個(gè)階段。

1、古泰山形成階段（距今25億年以前）

大約在新太古代初期，即距今2800Ma前，古老陸臺裂開，形成巨大的凹陷帶（海槽），沉積了巨厚的超基性-基性火山巖和雜砂質(zhì)火山碎屑巖（泰山巖群）。在距今2500Ma前后，魯西地區(qū)發(fā)生過一次強(qiáng)烈的造山運(yùn)動（泰山運(yùn)動），原先沉積的巖層褶皺隆起形成巨大的山系，古泰山就是這些山系的一部分，聳立在海平面之上，同時(shí)伴隨著巖層的褶皺隆起，產(chǎn)生了一系列斷裂以及大量中酸性巖漿的侵位和區(qū)域變質(zhì)作用，從而逐漸形成了今日見到的表殼變質(zhì)巖系和分布廣泛的閃長巖、花崗巖類的古老侵入雜巖體（表1）。

2、海陸演變階段（距今600-200Ma）

聳立在海平面上的古泰山，經(jīng)過l800-1900Ma的長期風(fēng)化剝蝕，地勢漸趨平緩。古生代初期，華北廣大地區(qū)大幅度下降，海水侵入，古泰山也隨之沉沒到海平面以下。整個(gè)華北包括魯西在內(nèi)，當(dāng)時(shí)是一片汪洋大海，于是在古泰山的“泰山雜巖”風(fēng)化剝蝕面上，沉積了一套近2000m厚的海相地層，即寒武-奧陶系的石灰?guī)r和頁巖。

中奧陶世末，在加里東運(yùn)動影響下，魯西和整個(gè)華北又緩慢地整體上升為陸地，缺失了晚奧陶世、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、早石炭世的沉積。及至中石炭世初，發(fā)生過短暫的升降交替，魯西處于時(shí)陸時(shí)海的環(huán)境，在中奧陶統(tǒng)的風(fēng)化剝蝕面上，沉積了中、晚石炭紀(jì)的海陸交互相含煤地層。而后魯西又持續(xù)上升，進(jìn)入大陸發(fā)展階段。在此段時(shí)間，泰山地區(qū)的地勢高差不大，基本上是丘陵地形。

3、今日泰山形成階段（100-30Ma）

中生代晚期（距今l00Ma左右），在燕山運(yùn)動影響下，泰山南麓產(chǎn)生了數(shù)條NEE向高角度正斷層，其中最南面一條，就是泰前斷裂。處于斷裂北盤的古泰山，一方面不斷掀斜抬升隆起，另一方面又遭受各種風(fēng)化剝蝕，最后在山體的高處，把原來覆蓋在古老泰山雜巖上的2000m厚的沉積蓋層全部剝蝕掉，先前形成的“泰山雜巖”才又得以重新出露于地面，從而開始形成今日泰山的雛形。

新生代期間（距今60-70Ma），在喜馬拉雅運(yùn)動的影響下，泰山沿泰前斷裂繼續(xù)大幅度抬升，到新生代中期（距今30Ma左右），今日泰山的總體輪廊基本形成。經(jīng)過后來的長期風(fēng)化剝蝕，以及各種外力地質(zhì)作用的改造，才逐漸地形成今日泰山的面貌景觀。

二、泰山奇石的成因

1、條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖的成因

山東省地層劃分對比方案，將原蒙山巖套大于2700 Ma的灰色片麻巖套改稱泰山序列，為新太古代早期第二階段侵入巖。本階段構(gòu)造巖漿活動導(dǎo)致2740～2700 Ma英云閃長質(zhì)片麻巖和條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖（泰山片麻巖套）形成。它們集中出露于泰安、新泰、蒙陰、平邑等地區(qū)，為一套原巖由石英閃長巖-英云閃長巖構(gòu)成的灰色片麻巖類，遭受角閃巖相變質(zhì)和韌性剪切帶疊加改造。在泰山地區(qū)的泰山桃花峪-下港之間，條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖及英云閃長質(zhì)片麻巖出露規(guī)模最大，寬達(dá)8km。條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖和英云閃長質(zhì)片麻巖呈漸變過渡接觸，條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖是英云閃長質(zhì)片麻巖遭受深熔作用產(chǎn)物。

巖體條帶狀構(gòu)造極為發(fā)育，條帶與片麻理和諧一致，產(chǎn)狀變化大，走向北西，傾向以南西為主，傾角50°～80°，條帶成分為白色長英質(zhì)新成體，一般寬度在0.2cm～0.5cm，最寬可達(dá)5cm或更寬，新成體含量一般占20%±，均發(fā)生強(qiáng)烈的褶皺。古成體部分由黑云母、少量殘留的角閃石、斜長石、石英組成，古成體與新成體界線清晰平直。巖體內(nèi)含有大量的斜長角閃巖包體，包體形態(tài)多為棱角狀-橢圓狀，大小一般在5cm～20cm間，大者可達(dá)2m以上，包體與圍巖界線一般較清晰，亦有呈漸變過渡關(guān)系，與西官莊片麻巖、掃帚峪片麻巖和上港奧長花崗質(zhì)片麻巖均呈過渡關(guān)系，被窩鋪片麻狀英云閃長巖、麻塔角閃石巖等脈狀侵入。

巖石經(jīng)受了多期次變質(zhì)變形作用改造，仍較好地保留了半自形粒狀結(jié)構(gòu)特征，各巖體之間的接觸關(guān)系比較清楚，成分演化的延續(xù)性比較好，巖體內(nèi)部常含有深源包體及早期巖體的包體，具同源巖漿演化特征。

巖石中含大量鎂鐵質(zhì)、超鎂鐵質(zhì)深源包體和變質(zhì)表殼巖捕虜體，地球化學(xué)組成特征顯示為幔源玄武巖漿同化熔融殼源物質(zhì)形成混染巖漿而結(jié)晶分異的I型花崗巖類，具同熔型花崗巖特征，是殼幔巖漿同熔演化的產(chǎn)物。

巖體的展布方向與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，巖石普遍呈片麻狀構(gòu)造，局部地區(qū)巖石的韌性作用比較強(qiáng)烈。巖體內(nèi)部的巖石包體呈群或帶狀分布，包體定向分布，邊界清楚，表明巖漿在塑性狀態(tài)下經(jīng)受了韌性變形作用的改造。由此看來，韌性剪切帶作用在該區(qū)形成的北西向剪切空間，為巖漿的侵入活動提供了通道和就位空間。而隨著韌性剪切應(yīng)變速率的增大，各巖體逐次就位，巖漿作用與走滑機(jī)制控制下韌性變形作用相伴進(jìn)行。巖漿就位機(jī)制應(yīng)為韌性剪切擴(kuò)張嵌入式。

泰山巖套野外宏觀特征顯示，巖體是在北西向剪切作用所形成的空腔內(nèi)，強(qiáng)力穹起機(jī)制而就位的。鋯石定年結(jié)果表明，泰山桃花峪條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖的巖漿SHRIMP鋯石年齡2711±10 Ma，變質(zhì)鋯石年齡2586±41 Ma;泰安城東小津口英云閃長質(zhì)片麻巖單顆粒鋯石鉛-鉛一致線上交點(diǎn)年齡為2712±7Ma;在泰安城東梨杭村東獲得條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖巖漿鋯石SHRIMP年齡為2729 Ma;根據(jù)地質(zhì)關(guān)系和鋯石SHRIMP年齡，確定泰山巖套形成于新太古代早期。

2、長英質(zhì)脈體穿插的變角閃石巖和變輝長巖（斜長角閃巖）的成因

長英質(zhì)脈體穿插的變角閃石巖和變輝長巖（斜長角閃巖），包括新太古代早期萬山莊序列超基性-基性侵入巖和新太古代中期黃前序列超基性-基性侵入巖。

新太古代早期萬山莊序列超基性—基性侵入巖類，呈規(guī)模小而分散的包體殘留于27億年的泰山序列英云閃長質(zhì)片麻巖內(nèi)，包括蛇紋石巖、透閃陽起片巖、變角閃石巖、變角閃輝長巖及斜長角閃巖等。

新太古代中期黃前序列基性-超基性巖，是從原劃分的南澇坡超單元中解體的，包括麻塔粗粒角閃石巖、劉家溝斑狀中粗粒變角閃輝長巖、竹子園中細(xì)粒變角閃輝長巖等。分布于泰山東部麻塔、竹子園一帶，呈巖枝、巖瘤狀產(chǎn)出。在泰安麻塔，角閃石巖脈侵入于泰山序列條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖。角閃石巖、斜長角閃巖呈北西向不規(guī)則條形包體賦存于上港片麻狀奧長花崗巖中，形成泰山奇石的一種重要類型。巖石遭受角閃巖相和后期退變質(zhì)作用的疊加改造，野外為蛇紋巖、透閃陽起片巖、角閃石巖、斜長角閃巖等。該組合原巖為輝石橄欖巖-角閃石巖-輝長巖，是2650-2630百萬年左右的地幔巖漿侵入形成的。黃前基性-超基性巖序列侵入體多呈帶狀或包體狀產(chǎn)出，分布在古構(gòu)造帶或區(qū)域韌性剪切帶附近，反映巖漿侵位與基底構(gòu)造活動密切相關(guān)，構(gòu)造運(yùn)動可能導(dǎo)致了巖漿作用的發(fā)生。在阜平構(gòu)造熱事件后，魯西地區(qū)形成了比較穩(wěn)固的結(jié)晶基底，五臺運(yùn)動初期硅鋁質(zhì)薄殼裂解，形成北西向構(gòu)造薄弱帶，同時(shí)韌性變形等動力機(jī)制造成上地幔物質(zhì)的部分熔融，巖漿在構(gòu)造應(yīng)力和密度差驅(qū)使下沿?cái)嗔褞Щ驑?gòu)造薄弱帶上侵形成基性-超基性巖組合。

巖漿巖在地質(zhì)構(gòu)造的動力下不斷下沉，在高溫高壓的環(huán)境下成為了變質(zhì)巖，后又不斷被巖漿侵入，構(gòu)成了新的巖脈，這樣循環(huán)往復(fù)不斷地侵入改造后，最終展現(xiàn)給我們泰山上各種斜長角閃巖及角閃石巖類巖石。

三、結(jié)語

泰山奇石按照巖性主要分為南官莊單元變輝長巖（斜長角閃巖）、望府山單元條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖、麻塔單元粗粒角閃石巖、竹子園單元中細(xì)粒變角閃輝長巖等四種巖體，其中以望府山單元條帶狀英云閃長質(zhì)片麻巖最多。

泰山奇石主要分布在泰山主景區(qū)調(diào)查區(qū)的中部的桃花峪-斗母宮、和尚莊以南-上梨園、錦繡谷南門-青山-栗杭-麻塔-黃前水庫、下港竹子園、徂徠山西團(tuán)山-黃石崖一帶。

基金項(xiàng)目：山東省國土資源廳[2010]20號文《山東省泰山世界地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡保護(hù)》。

作者簡介：廉德軍（1978-），男，漢族，山東平陰人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)及管理工作。

通訊作者：李宗成（1964-），男，漢族，山東泰安人，高級工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及研究工作。