泰山奇石的地质成因

廉德军 李宗成 杨仁忠 苏颖 马磊

摘要：泰山是著名的旅游景点，泰山奇石是一种十分重要的地质遗迹，泰山奇石纹理清晰、色彩斑斓、坚韧细腻，有很高的人文价值和观赏价值。泰山形成超过25亿年，经过海陆演变形成今日之泰山。本文列举了条带状英云闪长质片麻岩的成因和长英质脉体穿插的变角闪石岩和变辉长岩（斜长角闪岩）的成因。

关键词：奇石;泰山;成因;地质

泰山自古就是著名的旅游胜地，以自然景观和人文景观有机地融为一体而著称于世，素有“五岳独尊，雄镇天下”、“天下第一名山”之美誉。泰山有一种十分重要的地质遗迹资源-泰山奇石，泰山奇石粗犷圆浑、纹理清晰、色彩斑斕、坚韧细腻，自古以来就是名人、文人鉴赏、收藏、咏颂的对象。泰山奇石除拥有很高的地学、岩石学研究价值外，还有很高人文价值、观赏价值、经济价值。

一、泰山形成的过程

泰山石是古老的，年龄超过25亿年。泰山是年轻的，年龄在3000万～7000万年间。25亿年前形成的石头随着古泰山的隆起露出水面，后又被带到水面以下，并被覆盖上厚厚的沉积岩，后又随着新泰山的隆起露出水面，其上部的沉积岩被剥蚀掉，于是古老的泰山岩石被世人所看到。古老的岩石能被世人看到，离不开泰山的特殊经历。

泰山作为地壳发展某一阶段的产物，它的形成经历了一个漫长而复杂的演变过程，大体上可分为古泰山形成、海陆演变、今日泰山形成等三个阶段。

1、古泰山形成阶段（距今25亿年以前）

大约在新太古代初期，即距今2800Ma前，古老陆台裂开，形成巨大的凹陷带（海槽），沉积了巨厚的超基性-基性火山岩和杂砂质火山碎屑岩（泰山岩群）。在距今2500Ma前后，鲁西地区发生过一次强烈的造山运动（泰山运动），原先沉积的岩层褶皱隆起形成巨大的山系，古泰山就是这些山系的一部分，耸立在海平面之上，同时伴随着岩层的褶皱隆起，产生了一系列断裂以及大量中酸性岩浆的侵位和区域变质作用，从而逐渐形成了今日见到的表壳变质岩系和分布广泛的闪长岩、花岗岩类的古老侵入杂岩体（表1）。

2、海陆演变阶段（距今600-200Ma）

耸立在海平面上的古泰山，经过l800-1900Ma的长期风化剥蚀，地势渐趋平缓。古生代初期，华北广大地区大幅度下降，海水侵入，古泰山也随之沉没到海平面以下。整个华北包括鲁西在内，当时是一片汪洋大海，于是在古泰山的“泰山杂岩”风化剥蚀面上，沉积了一套近2000m厚的海相地层，即寒武-奥陶系的石灰岩和页岩。

中奥陶世末，在加里东运动影响下，鲁西和整个华北又缓慢地整体上升为陆地，缺失了晚奥陶世、志留纪、泥盆纪、早石炭世的沉积。及至中石炭世初，发生过短暂的升降交替，鲁西处于时陆时海的环境，在中奥陶统的风化剥蚀面上，沉积了中、晚石炭纪的海陆交互相含煤地层。而后鲁西又持续上升，进入大陆发展阶段。在此段时间，泰山地区的地势高差不大，基本上是丘陵地形。

3、今日泰山形成阶段（100-30Ma）

中生代晚期（距今l00Ma左右），在燕山运动影响下，泰山南麓产生了数条NEE向高角度正断层，其中最南面一条，就是泰前断裂。处于断裂北盘的古泰山，一方面不断掀斜抬升隆起，另一方面又遭受各种风化剥蚀，最后在山体的高处，把原来覆盖在古老泰山杂岩上的2000m厚的沉积盖层全部剥蚀掉，先前形成的“泰山杂岩”才又得以重新出露于地面，从而开始形成今日泰山的雏形。

新生代期间（距今60-70Ma），在喜马拉雅运动的影响下，泰山沿泰前断裂继续大幅度抬升，到新生代中期（距今30Ma左右），今日泰山的总体轮廊基本形成。经过后来的长期风化剥蚀，以及各种外力地质作用的改造，才逐渐地形成今日泰山的面貌景观。

二、泰山奇石的成因

1、条带状英云闪长质片麻岩的成因

山东省地层划分对比方案，将原蒙山岩套大于2700 Ma的灰色片麻岩套改称泰山序列，为新太古代早期第二阶段侵入岩。本阶段构造岩浆活动导致2740～2700 Ma英云闪长质片麻岩和条带状英云闪长质片麻岩（泰山片麻岩套）形成。它们集中出露于泰安、新泰、蒙阴、平邑等地区，为一套原岩由石英闪长岩-英云闪长岩构成的灰色片麻岩类，遭受角闪岩相变质和韧性剪切带叠加改造。在泰山地区的泰山桃花峪-下港之间，条带状英云闪长质片麻岩及英云闪长质片麻岩出露规模最大，宽达8km。条带状英云闪长质片麻岩和英云闪长质片麻岩呈渐变过渡接触，条带状英云闪长质片麻岩是英云闪长质片麻岩遭受深熔作用产物。

岩体条带状构造极为发育，条带与片麻理和谐一致，产状变化大，走向北西，倾向以南西为主，倾角50°～80°，条带成分为白色长英质新成体，一般宽度在0.2cm～0.5cm，最宽可达5cm或更宽，新成体含量一般占20%±，均发生强烈的褶皱。古成体部分由黑云母、少量残留的角闪石、斜长石、石英组成，古成体与新成体界线清晰平直。岩体内含有大量的斜长角闪岩包体，包体形态多为棱角状-椭圆状，大小一般在5cm～20cm间，大者可达2m以上，包体与围岩界线一般较清晰，亦有呈渐变过渡关系，与西官庄片麻岩、扫帚峪片麻岩和上港奥长花岗质片麻岩均呈过渡关系，被窝铺片麻状英云闪长岩、麻塔角闪石岩等脉状侵入。

岩石经受了多期次变质变形作用改造，仍较好地保留了半自形粒状结构特征，各岩体之间的接触关系比较清楚，成分演化的延续性比较好，岩体内部常含有深源包体及早期岩体的包体，具同源岩浆演化特征。

岩石中含大量镁铁质、超镁铁质深源包体和变质表壳岩捕虏体，地球化学组成特征显示为幔源玄武岩浆同化熔融壳源物质形成混染岩浆而结晶分异的I型花岗岩类，具同熔型花岗岩特征，是壳幔岩浆同熔演化的产物。

岩体的展布方向与区域构造线方向一致，岩石普遍呈片麻状构造，局部地区岩石的韧性作用比较强烈。岩体内部的岩石包体呈群或带状分布，包体定向分布，边界清楚，表明岩浆在塑性状态下经受了韧性变形作用的改造。由此看来，韧性剪切带作用在该区形成的北西向剪切空间，为岩浆的侵入活动提供了通道和就位空间。而随着韧性剪切应变速率的增大，各岩体逐次就位，岩浆作用与走滑机制控制下韧性变形作用相伴进行。岩浆就位机制应为韧性剪切扩张嵌入式。

泰山岩套野外宏观特征显示，岩体是在北西向剪切作用所形成的空腔内，强力穹起机制而就位的。锆石定年结果表明，泰山桃花峪条带状英云闪长质片麻岩的岩浆SHRIMP锆石年龄2711±10 Ma，变质锆石年龄2586±41 Ma;泰安城东小津口英云闪长质片麻岩单颗粒锆石铅-铅一致线上交点年龄为2712±7Ma;在泰安城东梨杭村东获得条带状英云闪长质片麻岩岩浆锆石SHRIMP年龄为2729 Ma;根据地质关系和锆石SHRIMP年龄，确定泰山岩套形成于新太古代早期。

2、长英质脉体穿插的变角闪石岩和变辉长岩（斜长角闪岩）的成因

长英质脉体穿插的变角闪石岩和变辉长岩（斜长角闪岩），包括新太古代早期万山庄序列超基性-基性侵入岩和新太古代中期黄前序列超基性-基性侵入岩。

新太古代早期万山庄序列超基性—基性侵入岩类，呈规模小而分散的包体残留于27亿年的泰山序列英云闪长质片麻岩内，包括蛇纹石岩、透闪阳起片岩、变角闪石岩、变角闪辉长岩及斜长角闪岩等。

新太古代中期黄前序列基性-超基性岩，是从原划分的南涝坡超单元中解体的，包括麻塔粗粒角闪石岩、刘家沟斑状中粗粒变角闪辉长岩、竹子园中细粒变角闪辉长岩等。分布于泰山东部麻塔、竹子园一带，呈岩枝、岩瘤状产出。在泰安麻塔，角闪石岩脉侵入于泰山序列条带状英云闪长质片麻岩。角闪石岩、斜长角闪岩呈北西向不规则条形包体赋存于上港片麻状奥长花岗岩中，形成泰山奇石的一种重要类型。岩石遭受角闪岩相和后期退变质作用的叠加改造，野外为蛇纹岩、透闪阳起片岩、角闪石岩、斜长角闪岩等。该组合原岩为辉石橄榄岩-角闪石岩-辉长岩，是2650-2630百万年左右的地幔岩浆侵入形成的。黄前基性-超基性岩序列侵入体多呈带状或包体状产出，分布在古构造带或区域韧性剪切带附近，反映岩浆侵位与基底构造活动密切相关，构造运动可能导致了岩浆作用的发生。在阜平构造热事件后，鲁西地区形成了比较稳固的结晶基底，五台运动初期硅铝质薄壳裂解，形成北西向构造薄弱带，同时韧性变形等动力机制造成上地幔物质的部分熔融，岩浆在构造应力和密度差驱使下沿断裂带或构造薄弱带上侵形成基性-超基性岩组合。

岩浆岩在地质构造的动力下不断下沉，在高温高压的环境下成为了变质岩，后又不断被岩浆侵入，构成了新的岩脉，这样循环往复不断地侵入改造后，最终展现给我们泰山上各种斜长角闪岩及角闪石岩类岩石。

三、结语

泰山奇石按照巖性主要分为南官庄单元变辉长岩（斜长角闪岩）、望府山单元条带状英云闪长质片麻岩、麻塔单元粗粒角闪石岩、竹子园单元中细粒变角闪辉长岩等四种岩体，其中以望府山单元条带状英云闪长质片麻岩最多。

泰山奇石主要分布在泰山主景区调查区的中部的桃花峪-斗母宫、和尚庄以南-上梨园、锦绣谷南门-青山-栗杭-麻塔-黄前水库、下港竹子园、徂徕山西团山-黄石崖一带。

基金项目：山东省国土资源厅[2010]20号文《山东省泰山世界地质公园地质遗迹保护》。

作者简介：廉德军（1978-），男，汉族，山东平阴人，工程师，主要从事水工环地质及管理工作。

通讯作者：李宗成（1964-），男，汉族，山东泰安人，高级工程师，主要从事地质矿产勘查及研究工作。