利用水系沉積物高程定量恢復古地貌的技術方法
——以魯西白彥地區(qū)白彥礫巖為例

程光鎖，于學峰，楊斌，胡戈，李兆營，周軍，劉衛(wèi)東，羅文強，馬祥縣

(1.山東省地質科學研究院,國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室,山東省金屬礦產成礦地質過程與資源利用重點實驗室,山東 濟南 250013; 2.山東省第七地質礦產勘查院,山東 臨沂 276006)

0 引言

古地貌研究一直是地球科學領域內一個重要的方向，定量恢復古地貌可以精細地恢復古地形地勢和盆山演化史，目前主要技術有古高程指標和數字高程模型(DEM)等。其中古高程的恢復方法(如穩(wěn)定同位素法、古植物法、氣孔狀玄武巖法等)多建立在西部高原隆升引起的一系列地質現象上；數字高程模型運用遙感數據及數字地質圖資料，多采用定量構造地貌和地表過程分析的研究思路和方法，探討山地構造隆升的動力學機制，依據河流流域階地抬升數據，進行條帶狀區(qū)域的剝蝕速率和剝蝕量定量估算，最終重建古地貌[1-12]。前人一般對研究區(qū)進行條帶狀分區(qū)，通過一條或幾條重要地質剖面進行古高程恢復，或對于單條河流或局部地區(qū)階地抬升研究恢復古地貌；而較為全面恢復較大區(qū)域陸地的地形地貌，以及主要水系特征等地貌的文獻較少。

1972年，山東省第七地質隊在平邑地區(qū)進行金剛石普查工作，追索水系沉積物中金剛石來源時，在寒武—奧陶紀灰?guī)r巖溶中發(fā)現一類含金剛石的礫巖，當時被稱作“含金剛石礫巖”“山頂礫巖”“燧石礫巖”“白彥礫巖”等，該文統一采用“白彥巖溶礫巖”名稱。此后山東省第七地質礦產勘查院對其投入了大量的工作，先后在該區(qū)發(fā)現了274處白彥巖溶礫巖，選獲了4516顆金剛石。其中的燧石質礫巖磨圓度好，光潔度高，形狀多為圓球狀和橢球狀。這種礫巖分布嚴格受寒武—奧陶紀灰?guī)r巖溶負地形的控制，主要賦存于溶槽、溶溝、溶洞中，大部分含金剛石。礫巖分布廣泛，在山東省內北起長清—博山—沂源，南至蘇魯邊界；西起平陰—東平—嘉祥—兩城一線，東到沂南—臨沂一帶。 其中平邑—棗莊—微山一帶，發(fā)現此類灰?guī)r礫巖近300處，其中大部分含金剛石，是魯西重要的次生金剛石儲積層之一。其所含金剛石特征明顯有別于已知的蒙陰金剛石原生礦的礦物標型特征，由于其產出狀態(tài)特殊、成因機制復雜，它既指示了金剛石原生礦的存在，又困擾著金剛石原生礦的找礦工作,因而備受關注。自1988年至今，廣泛開展金剛石找礦和相關的研究，包括金剛石原生礦和中間儲集層物質來源的研究，取得了較大的進展，但白彥組礫巖物源問題一直是眾說紛紜[13-22]。

通過收集資料和實測，以白彥巖溶礫巖為研究區(qū)，提出依據區(qū)域大面積水系沉積物反演山峰古高程的技術方法，定量恢復區(qū)域古地貌。運用該方法，以白彥地區(qū)為例，對該區(qū)的白彥巖溶礫巖分布點高程和現代河流潛水面高程點等數據分析研究，結合構造剝蝕理論，對古地勢、地形、水系等要素綜合分析，恢復區(qū)域上高程和水系等古地理要素，并在此基礎上針對該區(qū)白彥巖溶礫巖中金剛石礦物的來源問題提出了新的認識。

1 水系沉積物古高程定量恢復古地貌技術方法

1.1 總體思路

該文在全面收集區(qū)域地質地形資料的基礎上，采集高程點，結合其他資料，盡可能地恢復白彥期的古高程、古地形和古地貌。以較為穩(wěn)定的水系參照面為參照物，計算陸地水系沉積物(河流、湖泊等)的抬升高度，恢復山峰古高程和古地形線，結合水系等地理特征的恢復，最終盡可能直觀或全面恢復地質時期區(qū)域上古地形地貌和反演構造演化。

在相關地質圖和地形圖的基礎上，測量各個白彥巖溶礫巖出露點的高程，確定最近的穩(wěn)定水系參照面高程，相減得到抬升距離。在該區(qū)域構造抬升高度的基礎上，針對研究區(qū)古山峰和礫巖地質特點，推算了其古地形和抬升高度，以斷裂為構造單元邊界的基礎上，考慮分析其他因素造成的異常(如河流中可能形成山間水庫等)，綜合考慮白彥巖溶礫巖點周邊可以有代表性的高程點，選取最近的或有代表性的抬升平均高度值，反推山峰點的古高程，結合白彥巖溶礫巖出露點的高程和礫巖的巖性產狀等地質特征，以及其中的金剛石含量，重建古高程、古地形線、古水系、古地勢，在此基礎上，結合構造演化，對金剛石進行物源分析，預測金伯利巖原巖靶區(qū)(表1)。

表1 技術路線

1.2 穩(wěn)定水系參照面

埋藏在地表以下第一個穩(wěn)定隔水層之上，具有自由水面含水層的重力水稱為潛水。潛水的自由表面稱為潛水面。潛水面的形狀通常是具有一定傾斜的曲面。潛水面的形狀與地形大體一致，但比地形起伏要平緩得多。潛水的水位、水量、水質等動態(tài)變化與氣象水文、地形等因素密切相關。潛水的排泄，除了流入其他含水層以外，泄入大氣圈與地表水圈的方式主要有2類：一類是通過地面蒸發(fā)或植物蒸發(fā)的形式進入大氣，即蒸發(fā)排泄；另一類是徑流到地形低洼處，以泉水、泄流的形式向地表或地表水排泄。當河流切割含水層時，地下水沿河流呈帶狀排泄，稱作地下水的泄流。一般來說，山區(qū)河谷深切，河水位常位于地下水位的低位，起到排泄地下水的作用[23-24](圖1)。

白彥巖溶礫巖是當時地質時期中較為穩(wěn)定的水體沉積物，假定白彥期和現代時期的氣候水文和海平面等潛水位相關的非地形要素近似等同的情況下，主要考慮構造抬升引起的地形的變化和恢復(圖1)。該文主要采取距離白彥巖溶礫巖出露點最近的水體(河流或水庫)(圖1，圖2)，通過穩(wěn)定水體參照面的高程來參與計算(如周家莊礫巖點剖面為例)，得到抬升高度；然后運用區(qū)域古高程反演技術，對白彥巖溶礫巖周邊的地形地貌進行抬升前的恢復(圖3，圖4)，結合魯西南地區(qū)構造演化進行分析，通過古高程和古水系特征找到金剛石物源區(qū)和沉積區(qū)聯系，恢復物源區(qū)的方位和位置，以便進一步指導金剛石原生礦找礦成礦預測。

1—降水補給；2—潛水位；3—地下徑流方向；4—泉水圖1 滲入徑流型的山區(qū)潛水位示意圖[23]

圖2 周家莊礫巖實測剖面

1.3 構造抬升高度和山峰古高程恢復

綜合考慮白彥巖溶礫巖時期為新生代[13-14,19-21]，該區(qū)的風化剝蝕作用主要有山頂剝蝕作用和低谷水體侵蝕作用。該區(qū)山頂剝蝕作用以巖石機械崩解為主，灰?guī)r的化學分解為輔，變?yōu)樗缮⒌膸r屑，崩塌滑落。低谷河流侵蝕搬運為主地區(qū)的水系潛水面古高程恢復，還是在最初的假設基礎，即假定現代的水系潛水面高程點等于白彥期水系潛水面古高程點(h3)。該次恢復考慮構造抬升為主要因素造成的地形變化，假定山頂剝蝕的厚度和低谷侵蝕的厚度相等的基礎上，恢復古地形地貌。

針對左側山頂剝蝕抬升區(qū)，進行高程點恢復(圖4)，白彥期、小區(qū)域的山間河流代表了穩(wěn)定水系參照面高程(h3)，在灰?guī)r狹長的巖溶溶溝中，較為穩(wěn)定接受礫巖沉積，形成白彥巖溶礫巖。然后，左側區(qū)域地塊臨近山峰點h5高程開始抬升， 持續(xù)抬升到h1+ h4的高度，考慮減去剝蝕厚度h4，就是現在的h1高程位置。

圖3 周家莊礫巖抬升示意圖

1—抬升后未剝蝕(理想狀態(tài))地形線；2—現代的地形線；3—推測的白彥期地形線；4—現代的潛水面線；5—推測的白彥期潛水面線；6—恢復的地形線；7—山頂的現代高程點高度；8—測量的白彥期礫巖的現代高程點高度；9—現代河流潛水面高程點高度(假設等于白彥期)，10—推測山頂剝蝕厚度；11—推測白彥潛水面高程點高度；12—恢復的高程點高度圖4 古高程恢復原理圖

右側為低谷流體侵蝕作用，意味在白彥期白彥礫巖分布區(qū)域是存在兩側高地之間的低洼水體(白彥巖溶礫巖點在當時水體地勢高程狀態(tài)中，前后左右4個方向中有3個方向的高程因為排泄而高于礫巖點高程，1個方向高程因為泄流而低于礫巖點)，因此右側區(qū)域在白彥期高程應該是高于目前的山間丘陵高程，在白彥期以來，由于河流的側蝕作用，可能逐漸向右側方向侵蝕。右側河流侵蝕的高程恢復以現代水系穩(wěn)定參照面的高程作為參考。

該文通過高山和低谷的古地貌和地形線，推測反演白彥期研究區(qū)的整體地勢。假定山頂剝蝕厚度(h4)在研究區(qū)是一樣的厚度，考慮對整個區(qū)域山頂高程點簡單化處理，對剝蝕厚度不考慮?？紤]對計算區(qū)域山頂高程點忽略剝蝕高度，恢復的山頂高程為h6=h5-h4。

1.4 區(qū)域地形地貌恢復

針對區(qū)域構造斷裂和地質體巖性特征，以斷裂為主要考慮邊界因素，以距離、巖性差異等，劃分為不同的小區(qū)域(圖5)(如A，B，C區(qū))，類似微分原理用分區(qū)界定一個恢復小單元或小區(qū)。重點考慮地質體構造因素抬升的高度，因此假定海平面高程不變等條件，以海平面為基準，海平面下地質體假設彈性膨脹沒有變化。在海平面高程和水系參照面高程不變的基礎上，回減各個小單元或小區(qū)的抬升高度，從而恢復各個小區(qū)域山峰的高程，最終恢復白彥期地質時代的地形地貌(圖6)。

圖5 現今礫巖各類水系參照面(抬升后)

圖6 恢復的白彥期各類水系參照面(抬升前)

在正常情況下，白彥巖溶礫巖的礫石粒徑較大，礫巖分布高程和抬升高度接近，或者漸次變化。但是在實際數據恢復中發(fā)現，在1～3km左右的各個分區(qū)單元內，存在相近的灰?guī)r中白彥巖溶礫巖高程差距可能達200m(如大古山礫巖)，在核實屬于同一構造區(qū)塊，綜合考慮其他地質資料的基礎上，采用抬升最高的距離認為是該構造單元的正常抬升高度值，其他較小的抬升高度值，則用類似狹長大面積水體(如堰塞湖水庫等)的不同位置解釋(圖7)，從實際地質觀測中發(fā)現抬升高程最小的白彥巖溶礫巖點，粒度最細，如大古山礫巖(南、北)沉積的巖性主體為粉砂質泥巖、粉砂巖，更接近水體比較深處的沉積。

A—白彥巖溶礫巖抬升后和現代水體對比；B—白彥水體不同部位沉積；a,b,c,d示意現代白彥巖溶礫巖的位置；Ha,Hb,Hc,Hd分別代表不同部位抬升的高度圖7 太古山礫巖恢復的水庫模式示意圖

2 魯西白彥地區(qū)水系沉積物古高程定量恢復古地貌

2.1 區(qū)域地質背景

白彥巖溶礫巖主要分布于沂沭斷裂帶西側，北西向延伸的蒙山斷裂以南，區(qū)域構造位置位于華北陸塊區(qū)、魯南隆起的魯中隆起區(qū)內。由一系列中新生代形成的、凸凹相間排布的斷塊山及山間盆地組成。地層自下而上可劃分為三大層：前寒武紀結晶基底、古生代陸表海及海陸交互相沉積、中新生代山間盆地河湖相沉積。

褶皺構造主要發(fā)育在基底巖系，表現為一系列的緊密線狀倒轉復式背斜和向斜，褶皺軸面走向NW。蓋層斷裂較基底斷裂更為發(fā)育，走向主要為NW、NNE、NEE。顯生宙巖漿巖主要為晚奧陶世蒙陰地區(qū)的含金剛石金伯利巖和中生代燕山晚期的閃長巖、花崗巖，其中已發(fā)現的金伯利巖體圍巖為新太古代泰山巖群的片麻巖、混合巖，以及古生代寒武紀灰?guī)r。巖體與圍巖呈侵入接觸，局部見斷層，接觸界線清楚。接觸帶圍巖常有蛇紋石化、碳酸巖化和紅長石化現象[25]。

而在白彥巖溶礫巖分布區(qū)，平邑盆地和泗水盆地以及棗莊附近分布有石炭-二疊紀地層不整合在奧陶紀地層之上。平邑盆地和泗水盆地中侏羅-白堊紀、古近紀地層不整合在二疊紀地層之上。其中平邑盆地和泗水盆地之間的泉林地區(qū)分布的寒武-奧陶紀灰?guī)r位于平邑盆地的邊緣，直接連接蒙山凸起和尼山盆地，石炭-二疊紀以來，處于抬升風化剝蝕的高地，是長期以來的分水嶺高地，是平邑盆地和泗水盆地的分界線(圖8)。

1—第四系；2—古近系；3—侏羅—白堊系；4—石炭—二疊系；5—寒武—奧陶系；6—新太古代花崗巖；7—金伯利巖；8—地質界線；9—斷裂；10—隱伏斷裂；11—金伯利巖脈圖8 白彥地區(qū)地質構造簡圖

2.2 白彥巖溶礫巖及其空間分布特征

白彥巖溶礫巖的碎屑成分基本相似，礫巖主要呈灰白色、棕黃色，由碎屑和膠結物組成，礫石外形多呈圓粒狀、扁平狀、扁圓狀、長圓狀、卵狀等。礫巖體的形態(tài)較為復雜，平面上以長條狀為主，其余為不規(guī)則的三角狀和發(fā)散分支狀。剖面上呈倒錐狀、楔狀、透鏡狀或不規(guī)則四邊形狀。多數礫巖中的砂礫物質的排列雜亂無章，礫石無明顯的排列方向，個別礫巖點具有較為明顯的層理構造。礫石成分以燧石為主，其次為鐵質結核、灰?guī)r碎屑、赤鐵礦、石英等，部分礫巖中還見有石英巖、石英砂巖、白云巖、頁巖、巖漿巖等巖塊。

白彥地區(qū)地貌類型主要為200～500m灰?guī)r丘陵和非灰?guī)r丘陵，區(qū)內分布的巖溶礫巖主要在灰?guī)r丘陵地貌上(圖9)。礫巖遍布于白彥地區(qū)—泗水縣、平邑縣、費縣和滕州市—棗莊市2個區(qū)域，主要分布在剝蝕低山、丘陵斜坡地帶和山麓地帶寒武—奧陶紀碳酸鹽巖中的巖溶地貌的溶蝕溝、溶蝕槽及洞穴等負地形，以燧石角礫為主。礫巖空間上呈“面狀散布”，同時受地形及物源的控制，呈現一定的規(guī)律性：在微地貌上呈“環(huán)邊狀”，絕大多數礫巖分布在該區(qū)低山丘陵地形的邊緣地帶。礫巖在區(qū)域上呈“條帶狀”，可劃分為北帶(費縣—泗水)、南帶(滕州—棗莊)和西帶(鄒縣大石墻)3個條帶。所有各處礫巖的分布，嚴格受古生代灰?guī)r出露范圍的限制，該地區(qū)周圍盆地中、新生代沉積巖出露的地方均未發(fā)現較典型的含金剛石礫巖，表明礫巖的生成、保存與構造隆起條件下灰?guī)r巖溶溶溝以及抬升剝蝕存在內在的聯系。礫巖形態(tài)多種多樣，規(guī)模大小不一，延伸長度從幾米到幾十米，個別達百余米；寬度一般1～5m，最寬達10余米，出露面積從幾平方米到幾百平方米。在同一礫巖分布帶上，平行凸起的長軸方向，相鄰礫巖點出露的高程相近，垂直方向隨地勢的降低礫巖點高程也逐漸降低。

1—洪沖積平原；2—剝蝕規(guī)程準平原；3—200～500m灰?guī)r丘陵；4—200～500m非灰?guī)r丘陵；5—500～1000m灰?guī)r低山；6—500～1000m非灰?guī)r低山；7—大于1000m非灰?guī)r低山；8—水庫；9—河流；10—分水嶺線；11—山峰及高程；12—礫巖出露點及編號；13—無編號礫巖點；14—金伯利巖脈圖9 白彥地區(qū)地貌類型分布圖

圖10 白彥地區(qū)礫巖點高程分布及抬升高度圖

在收集資料的基礎上，通過實地測量區(qū)域礫巖的高程，收集臨近的山峰點高程(表2)，然后恢復古高程。分別選取3個條帶中有代表性的礫巖出露點，如大古山、仲家莊、周家莊、大殿汪、赤梁院、老虎窩等地礫巖，采用GPS實地測量礫巖點現代高程數據和羅盤儀測量礫巖產狀，并通過對周家莊、大殿汪出露點的高程點實測和對比，數據相互對比印證。其中礫巖點附近現代水系水體參照面的高程，在1∶5萬相關系列地形圖基礎上，選取距離礫巖出露點最近的山區(qū)較為穩(wěn)定的潛水位測量(地表較為穩(wěn)定的低洼處)河流高程，較為穩(wěn)定水體參照面高程。通過周家莊、大殿汪礫巖出露點的水體參照面高程實測和對比，二者數據誤差較小，同樣采取二者結合作為反演的基礎數據。

現代水系統計的水系參照面的高程，是代表現代的地勢，最低和最高值分別為50m，250m。據表2和圖10，白彥礫巖出露的現代高程最低為140m，在西帶(鄒縣大石墻)的42號爺娘廟礫巖點；最高為530m，在南帶(滕州—棗莊)中滕州市東25號柴山礫巖點。抬升高度中，平均高度為138.4m；最小值為30.2m，在北帶(費縣—泗水)泗水縣東5號大古山礫巖點；最大值為280m，在南帶(滕州—棗莊)中滕州市西25號柴山礫巖點。

表2 白彥地區(qū)礫巖點古高程恢復基礎數據

注：未加標注資料來源，山東省地質礦產局第七地質隊，山東省中南部各時代金剛石儲集層及其物質來源與找礦方向研究報告,1985年;現代水系高程資料來源于：中國人民解放軍總參謀部測繪局，1∶5萬相關系列地形圖,1972年。

從區(qū)域上看，北帶(費縣—泗水)白彥礫巖分布的高程(藍色刻度，每格為100m)一般在300m左右，成線狀分布；抬升高度200m左右(紅色刻度，每格為100m)。南帶(滕州—棗莊)，靠近北部巖漿巖出露區(qū)，為高程和抬升高度最高點，但是其他位置高程在300m以下，抬升高度在200m以下。西帶(鄒縣大石墻)，無論是白彥礫巖分布高程和抬升高度均處于平均值以下。

2.3 白彥期反演山峰點的古高程和總體地貌特征

依照前述方法，以斷裂為恢復小單元邊界，綜合考慮距離巖性因素，以統計和計算的白彥礫巖點的抬升高度，選擇周邊具有代表性的山峰點作為反演的對象，反演這些山峰點的白彥期的古高程，結合白彥礫巖點附近水系的現代高程，最終恢復相關地區(qū)的地形地貌。

從區(qū)域上看，3個條帶中心位置：鳳凰山一帶，以及北帶(費縣崗山—泗水居龍山)的中間，南帶(藤縣—棗莊)的北部，區(qū)域高程一般高于600m，向四周依次下降。西帶(鄒縣大石墻)較低，在300m左右。藍色的現代水系分布反映了該區(qū)的地形地貌基本走勢。反演后的山峰點高程一般在200～300m，顯示白彥期的地形比現代高差要緩和一些，其中超300m以上的高點主要分布在平邑縣—棗莊市的中間位置部分，超過了450m，其他區(qū)域一般在150～200m之間。而鳳凰山一帶由于缺少礫巖點出露，無法恢復地形地貌?？拷P凰山及其東北一帶的山峰點，恢復后的高程較高，向外圍逐漸降低，反映白彥期恢復區(qū)的山峰山地和現代地形有演化的延續(xù)性。但是水系的位置有較大的側移和變化，現代水系位置和白彥期水系位置(礫巖點分布位置)有明顯的位移，同時總體上相對高差也比現代較為緩和(圖11)。

北帶(費縣—泗水)出露地層多為寒武—奧陶紀灰?guī)r蓋層，總體上位于中間區(qū)域的灰?guī)r地層傾角較為平緩，一般為2°左右，兩端傾角比中間陡，一般為10°左右；在平邑縣及其東北上覆灰?guī)r產狀受到北部斷裂的影響，產狀較陡，為27°，沉積了石炭—二疊紀、侏羅—白堊紀、古近紀的地層。南帶(滕州—棗莊)地區(qū)受NW向系列斷裂的影響，傾向N、N偏W、N偏E，傾角一般較緩，為5°～8°；棗莊市南部一帶傾角較陡，奧陶紀后沉積了石炭—二疊紀的地層。西帶(鄒城市大石墻)，傾向主要N偏W，傾角較緩(5°左右)。寒武—奧陶紀灰?guī)r產狀變化特征反映了該區(qū)抬升主要受NW向斷裂控制，其抬升中心位于白彥鎮(zhèn)以及鳳凰山一帶，其周邊為緩慢抬升，產狀較緩，傾向向四周散開，但是棗莊市南一帶斷裂較深，控制沉積了石炭二疊紀的地層，平邑縣北部斷裂最為發(fā)育，沉積了石炭—二疊紀、侏羅—白堊紀、古近紀的地層，其中僅僅古近紀常路組厚度就超過1000m?？傮w反映了該區(qū)草帽狀穹隆狀隆起，中心隆升產狀平緩；四周漸次隆升減緩，產狀較為陡斜(圖12)。

圖11 白彥期反演山峰點的古高程及現代水系分布圖

1—礫巖產狀；2—灰?guī)r產狀；3—礫巖點及編號；4—無金剛石礫巖；5—金剛石含量較少的礫巖；6—金剛石含量中等礫巖；7—金剛石含量較高礫巖；8—礫巖點推測古流向；9—平邑水系總體走向圖12 白彥地區(qū)巖溶礫巖中金剛石礦物含量和產狀分布圖

2.4 寒武—奧陶紀灰?guī)r蓋層和白彥巖溶礫巖的產狀分布特征

西帶(鄒縣大石墻)礫巖出露點未發(fā)現有穩(wěn)定產狀；南帶(滕州—棗莊)僅僅發(fā)現4個有穩(wěn)定產狀，并且分散在較遠的位置，傾角變化大30°～60°，總體反映了沉積物隨機性和分散性較為普遍。白彥巖溶礫巖出露區(qū)中產狀較為穩(wěn)定的點，主要分布在北帶(費縣—泗水)，因此重點分析北帶古水流分布特征。

一般外生碎屑沉積巖如砂巖、泥巖等，其傾向一般代表其古水流的流向。但是白彥地區(qū)巖溶礫巖中砂礫巖的產狀在實測過程中發(fā)現，在北帶穩(wěn)定礫巖產狀中，其傾向一般與巖溶礫巖體的延伸方向有一定的夾角，沉積物有礫巖、泥巖和致密砂巖，多出現在溶溝比較規(guī)則平整的部位(圖12)。有時在同一個礫巖點，就存在傾向相反的情況：如16號(406礫巖點)產狀有320°/20°(傾向/傾角，下同)，105°/15°。7號(泉子峪礫巖點)可見到產狀有80°/26°，245°/12°。其中產狀較為穩(wěn)定的，如6號(仲家莊礫巖點)其內主要沉積粉砂巖，粉砂巖產狀為110°/24°，該溶溝總體走向為20°，但是實際情況是該溶溝是北部開口，南部封閉，如開口環(huán)狀，因此正常情況應該是水流自北方開口處流入，經過溶溝內彎曲的通道空間，斜向SEE向沉積和水流。同時該處礫巖點特殊之處，幾乎沒有燧石出現，也沒有礫巖出現，大部分為粉砂巖。距離該處礫巖點很近的5號(大古山礫巖點)則多處零星出露較大的面積，則是標準的燧石礫巖；推測6號(仲家莊礫巖點)為深水區(qū)沉積，而周邊的類似5號(大古山礫巖點)燧石的磨圓度和球度都較高，推測為粒度較粗的淺水區(qū)沉積。

當燧石等碎屑物質成分等被流水沖刷向下運移，應該近似平行巖溶長條方向流動，側向沉積在長條狀巖溶溶溝中。有時候流水攜帶沉積物，可能從長條狀溶溝兩壁側向移動，造成在同一溶溝中有傾向相反的產狀，因此推斷古水流的方向應近似平行走向。綜合分析泗水—平邑一帶的白彥礫巖，具有穩(wěn)定產狀的礫巖點最多，反映了該區(qū)古水體的較長期穩(wěn)定性，傾角較緩一般20°左右(圖12)，同時出露寬度增加，傾向變化較大。推測平邑水系為一定寬度的山地峽谷深水沉積，認為仲家莊礫巖、赤梁院、406高地礫巖的古水流方向應為北西方向，如圖12中藍色箭頭。而泗水—平邑一帶的巖溶礫巖的古水流方向應和走向有更大的相關性，整體呈NW向320°趨勢(圖12)。

2.5 古地形地貌恢復

河道(河谷)路徑意味在其兩側應為高地，同時在河道路徑上存在一個緩慢或急陡的上游，即每一個白彥礫巖點在當時的小區(qū)域中，有3個方向地勢高程高于該點高程(匯流)，一個方向的地勢高程低于該點高程(泄流)。依據該原理，白彥礫巖點出露位置在白彥期應該是水系流經的路徑，在水流方向和附近山峰點高程的基礎上，恢復白彥期的地形地貌和山峰點的高程。

研究區(qū)圍繞鳳凰山隆起中心，四周發(fā)育4個水系，鄒城市大石墻、棗莊市、平邑縣、費縣。在此4個水系中間的區(qū)域應該是剝蝕高地，也就是4條主要水系的分水嶺。上述主要水系和分水嶺反映了白彥期研究區(qū)的山體主要山勢。鳳凰山地區(qū)為隆起中心，四周有4個高地接受剝蝕，形成分水嶺(圖13)。整體等高線最高恢復為400m，各剝蝕高地應均大于400m，鳳凰山地區(qū)應該是最高峰，其次是棗莊市和費縣中間的高地，此2個剝蝕高地也是預測的金伯利巖存在的有利區(qū)域；滕州市和泗水縣西南剝蝕高地地勢應該低于前二者。

1—古地形線；2—古水庫；3—古水系；4—無金剛石含量的礫巖；5—含金剛石(低、中、高)的礫巖；6—分水嶺；7—常馬莊金伯利巖脈；8—推測古水系；9—金剛石成礦有利部位圖13 白彥地區(qū)古地形古水系地貌分布及金剛石物源分析圖

其中鄒城市大石墻水系較為簡單，發(fā)源于隆起中心的西南方向，兩側山體匯聚水流，整體形成雙面羽毛狀水系形狀，高程落差從400m到下游100m。其中有4個含有金剛石的礫巖，總體趨勢看出，兩側礫巖點不含金剛石礫巖點，僅僅主河道中自東北至西南方向礫巖點中金剛石含量降低，和推測的水流方向一致，暗示金剛石的可能來源為隆起中心隱伏的金伯利巖。鄒城市大石墻地區(qū)反演高程最高241m，最低79m，反演數據較少，主要結合礫巖點高程，以及金剛石含量分布情況，主要勾繪恢復100m和200m等高線，在此基礎上推測300m和400m等高線。最終恢復水系較為簡單，發(fā)源于中間隆起中心，兩側山體匯聚水流，整體形成雙面羽毛狀水系形狀，從400m的高程匯聚到下游100m的河道。其中有4個含有金剛石的礫巖，總體趨勢看出，兩側礫巖點不含金剛石礫巖點，僅僅主河道中自東北至西南方向礫巖點中金剛石含量降低，和推測的水流方向一致，暗示金剛石可能來源為隆起中心隱伏的金伯利巖。

棗莊水系比較復雜，應該屬于樹枝狀水系，把眾多山谷的水系匯聚成一條河流，最后流向東南方向。其中含有金剛石的礫巖點的水系分布，指示金剛石的來源應更多地指向鳳凰山隆起中心，但是其中值得注意的是30號礫巖點(高山頭礫巖)含有金剛石，說明其北部偏東一些地區(qū)分水嶺附近有金伯利巖存在的可能性，或者可能是地形和水系的恢復和實際情況有偏差。

平邑區(qū)水系恢復為羽毛狀水系，其水系中存在2個明顯的寬度區(qū)塊，西部區(qū)塊包含4號、5號、6號、7號、9號礫巖點和東部區(qū)塊包含11號、12號、13號礫巖點，寬度在3～5km左右。其中西部區(qū)塊礫巖點現代高程存在一個遞減區(qū)間， 427m,330m,236m,200.2m；其計算的抬升高差相應也有一個遞減值，247m,150m,66m,20.2m。同時在6號礫巖點(仲家莊)，為北部開口、四周封閉的巖溶空間，東西寬約3m，南北長約10m，充填粉砂巖約3.5m，南部波蝕凹坑發(fā)育。一般白彥巖溶礫巖為中粗粒礫巖，碎屑成分以棕黃色或黑色磨圓度很高的燧石為主，其次為鐵質結核、灰?guī)r碎屑、赤鐵礦、石英等，部分礫巖中還見有石英巖、石英砂巖、白云巖、頁巖及巖漿巖巖屑等。礫徑一般在0.3～0.5cm之間，礫石無明顯的排列方向和層理構造。但是仲家莊礫巖點巖性很特殊，主要為黃紅色、土黃色、灰白色黏土質粉砂巖，整體產狀穩(wěn)定為110°/24°，部分發(fā)育穩(wěn)定的交錯層理和槽狀層理，無棕黃色或黑色磨圓度很高的燧石。 5號礫巖點(大古山)，大古山礫巖點(南)呈長條狀，長約10m，寬約3m，燧石質礫石含量80%，脈石英、鐵錳質結核等20%，礫徑大部2～5mm，最大10mm，次棱角—次圓狀，鈣質膠結或未固結松散狀。大古山礫巖點(北)位于大古山礫巖點(南)北東200m，僅僅分布在直徑約10cm 的灰?guī)r剝蝕凹坑中，巖性基本相同。大古山礫巖點(南)和大古山礫巖點(北)的出現，證實白彥期水體并不局限于目前普遍發(fā)現的幾十米尺度的長條狀巖溶空間，它說明白彥期局部存在大面積的水體以及沉積物，但是后期山體隆升，山體整體脫殼式剝蝕風化，讓曾經大面積水體沉積物剝蝕搬運，僅僅在較深的裂縫式空間中保留礫巖沉積物。綜合以上地質特點，推測在平邑區(qū)水系存在一個山區(qū)內峽谷湖泊。推測蒙山凸起一側的高地應該也有水系匯聚到該水系，因此用虛線表示，由于距離鳳凰山隆起中心較近，推測可能來自鳳凰山隆起中心未知的金伯利巖脈；也有可能是復合來源，部分來自距離較遠的蒙山凸起中現存的常馬莊金伯利巖。

費縣水系應該屬于羽狀水系，費縣和棗莊之間的分水嶺以北的匯水面積中，小山谷的水系匯聚成一條河流，費縣北部礫巖點分布較多，水系較為發(fā)育，向南礫巖點逐漸減少，最后向南而流。近年來，費縣朱田地區(qū)大井頭含金剛石鉀鎂煌斑巖和江蘇張集地區(qū)含金剛石的金伯利巖的發(fā)現，說明了魯南—蘇北一帶NNE構造走向上，含金剛石母巖存在的復雜性和多樣性。值得注意的是費縣南部存在一個現代水系金剛石賦存分散區(qū)，以及費縣東南臨沂市南部的沂河沭河流域金剛石集中富集區(qū)，此二者金剛石來源應該和費縣水系有較大的關系，也暗示了鳳凰山隆起中心一帶可能存在未知的金伯利巖或鉀鎂煌斑巖母巖。

3 結論和討論

(1)技術方法：該文在前人定量構造地貌和地表過程分析的研究思路和方法的基礎上，主要分析了構造抬升對水系和地形的影響和恢復。在魯西白彥地區(qū)巖溶礫巖金剛石物源研究的基礎上，分析構造抬升引起的白彥巖溶礫巖、金剛石物源、水系和地形地貌等變化，探討了利用穩(wěn)定水體參照物高程反演抬升高度以及鄰區(qū)山峰點的古高程、古水系，恢復區(qū)域上古地形地貌的技術方法，計算陸地水系沉積物(河流、湖泊等)的抬升高度，恢復山峰古高程和古地形線，結合水系等地理特征的恢復，最終直觀或全面恢復地質時期區(qū)域上古地形地貌和反演構造演化。由于前人主要偏重于單條水系抬升高度，對于區(qū)域水系總體恢復古地形地貌的文獻較少，因此該技術目前還存在較多的不足和矛盾，如未能綜合考慮古今氣候和海平面的不同、剝蝕量的多少，穩(wěn)定水系參照物高程選擇缺少客觀性等諸多因素。但是該文以圍巖中大范圍出露，出露面積很小的巖溶礫巖點為研究對象，嘗試采用微分的原理，用小區(qū)域礫巖的抬升影響范圍，多點區(qū)域性大范圍的恢復古高程古水系古地形，對區(qū)域古水系和地形地貌恢復和反演做出了新的嘗試。

(2)構造演化：綜合該區(qū)地質構造演化史，該區(qū)自寒武紀到奧陶紀后期為海相沉積，奧陶紀后期直到志留紀抬升。之后在局部地區(qū)石炭—二疊紀海相沉積，三疊紀抬升，和其上覆侏羅紀地層呈不整合接觸。侏羅—白堊紀在泗水盆地和平邑盆地單斜沉積，持續(xù)到古近紀常路組，古近紀時期平邑盆地的沉積中心在蒙山南部斷裂卞橋鎮(zhèn)一帶。常路組以后，沉積間斷，水體變淺，并且逐步向南西方向遷移，白彥期應該遷移到現在主要巖溶礫巖點分布位置；新近紀到第四紀隨著蒙山斷裂重新活化，水系又逐漸橫向遷移到現在的蒙山南麓附近。在白彥期時代，該區(qū)總體發(fā)育4個水系，鄒城市大石墻水系、棗莊水系、平邑水系、費縣水系，水系中金剛石含量較為豐富的礫巖點大多分布在鳳凰山隆起中心。在此4個水系中間的區(qū)域存在剝蝕高地的分水嶺，控制水系的匯水面積，沉積搬運山頂剝蝕物。其中在平邑水系應該還存在一個山地峽谷中的古湖泊。該區(qū)的4個水系方向應該圍繞鳳凰山隆起中心各自散開(圖13)。

(3)金剛石礦物物源：從地貌分布圖上，白彥地區(qū)地貌類型主要分布為200～500m灰?guī)r丘陵，在白彥期這些灰?guī)r區(qū)域應該是地勢相對低洼丘陵區(qū)，而其相鄰地區(qū)則是相對高地，在白彥期后的抬升過程中，巖溶礫巖點分布在200～500m灰?guī)r丘陵區(qū)，整體抬升。其中平邑盆地和泗水盆地之間的泉林地區(qū)分布的寒武—奧陶紀灰?guī)r位于平邑盆地的邊緣，常路組以后的泉林地區(qū)缺少古近紀地層，說明常路組地層時代以后一直處于抬升階段，是平邑盆地和泗水盆地的分界線，或者是分水嶺高地，暗示了借助水系擴散的金剛石物源也應該從此隔開。趙秀芳等認為，白彥地區(qū)的巖溶礫巖中，所含的金剛石礦物都是由常馬莊一帶的金伯利巖供應[13-14,19-21]，與此不同，該文認為蒙山凸起中已知的常馬莊地區(qū)金伯利巖脈所含有的金剛石可能主要供應平邑區(qū)水系的礫巖點，而費縣水系、棗莊水系、鄒城市大石墻地區(qū)水系的金剛石可能來源于鳳凰山及其東部隆起剝蝕地區(qū)。