利用水系沉积物高程定量恢复古地貌的技术方法——以鲁西白彦地区白彦砾岩为例

程光锁，于学峰，杨斌，胡戈，李兆营，周军，刘卫东，罗文强，马祥县

(1.山东省地质科学研究院,国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室,山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室,山东 济南 250013; 2.山东省第七地质矿产勘查院,山东 临沂 276006)

0 引言

古地貌研究一直是地球科学领域内一个重要的方向，定量恢复古地貌可以精细地恢复古地形地势和盆山演化史，目前主要技术有古高程指标和数字高程模型(DEM)等。其中古高程的恢复方法(如稳定同位素法、古植物法、气孔状玄武岩法等)多建立在西部高原隆升引起的一系列地质现象上；数字高程模型运用遥感数据及数字地质图资料，多采用定量构造地貌和地表过程分析的研究思路和方法，探讨山地构造隆升的动力学机制，依据河流流域阶地抬升数据，进行条带状区域的剥蚀速率和剥蚀量定量估算，最终重建古地貌[1-12]。前人一般对研究区进行条带状分区，通过一条或几条重要地质剖面进行古高程恢复，或对于单条河流或局部地区阶地抬升研究恢复古地貌；而较为全面恢复较大区域陆地的地形地貌，以及主要水系特征等地貌的文献较少。

1972年，山东省第七地质队在平邑地区进行金刚石普查工作，追索水系沉积物中金刚石来源时，在寒武—奥陶纪灰岩岩溶中发现一类含金刚石的砾岩，当时被称作“含金刚石砾岩”“山顶砾岩”“燧石砾岩”“白彦砾岩”等，该文统一采用“白彦岩溶砾岩”名称。此后山东省第七地质矿产勘查院对其投入了大量的工作，先后在该区发现了274处白彦岩溶砾岩，选获了4516颗金刚石。其中的燧石质砾岩磨圆度好，光洁度高，形状多为圆球状和椭球状。这种砾岩分布严格受寒武—奥陶纪灰岩岩溶负地形的控制，主要赋存于溶槽、溶沟、溶洞中，大部分含金刚石。砾岩分布广泛，在山东省内北起长清—博山—沂源，南至苏鲁边界；西起平阴—东平—嘉祥—两城一线，东到沂南—临沂一带。 其中平邑—枣庄—微山一带，发现此类灰岩砾岩近300处，其中大部分含金刚石，是鲁西重要的次生金刚石储积层之一。其所含金刚石特征明显有别于已知的蒙阴金刚石原生矿的矿物标型特征，由于其产出状态特殊、成因机制复杂，它既指示了金刚石原生矿的存在，又困扰着金刚石原生矿的找矿工作,因而备受关注。自1988年至今，广泛开展金刚石找矿和相关的研究，包括金刚石原生矿和中间储集层物质来源的研究，取得了较大的进展，但白彦组砾岩物源问题一直是众说纷纭[13-22]。

通过收集资料和实测，以白彦岩溶砾岩为研究区，提出依据区域大面积水系沉积物反演山峰古高程的技术方法，定量恢复区域古地貌。运用该方法，以白彦地区为例，对该区的白彦岩溶砾岩分布点高程和现代河流潜水面高程点等数据分析研究，结合构造剥蚀理论，对古地势、地形、水系等要素综合分析，恢复区域上高程和水系等古地理要素，并在此基础上针对该区白彦岩溶砾岩中金刚石矿物的来源问题提出了新的认识。

1 水系沉积物古高程定量恢复古地貌技术方法

1.1 总体思路

该文在全面收集区域地质地形资料的基础上，采集高程点，结合其他资料，尽可能地恢复白彦期的古高程、古地形和古地貌。以较为稳定的水系参照面为参照物，计算陆地水系沉积物(河流、湖泊等)的抬升高度，恢复山峰古高程和古地形线，结合水系等地理特征的恢复，最终尽可能直观或全面恢复地质时期区域上古地形地貌和反演构造演化。

在相关地质图和地形图的基础上，测量各个白彦岩溶砾岩出露点的高程，确定最近的稳定水系参照面高程，相减得到抬升距离。在该区域构造抬升高度的基础上，针对研究区古山峰和砾岩地质特点，推算了其古地形和抬升高度，以断裂为构造单元边界的基础上，考虑分析其他因素造成的异常(如河流中可能形成山间水库等)，综合考虑白彦岩溶砾岩点周边可以有代表性的高程点，选取最近的或有代表性的抬升平均高度值，反推山峰点的古高程，结合白彦岩溶砾岩出露点的高程和砾岩的岩性产状等地质特征，以及其中的金刚石含量，重建古高程、古地形线、古水系、古地势，在此基础上，结合构造演化，对金刚石进行物源分析，预测金伯利岩原岩靶区(表1)。

表1 技术路线

1.2 稳定水系参照面

埋藏在地表以下第一个稳定隔水层之上，具有自由水面含水层的重力水称为潜水。潜水的自由表面称为潜水面。潜水面的形状通常是具有一定倾斜的曲面。潜水面的形状与地形大体一致，但比地形起伏要平缓得多。潜水的水位、水量、水质等动态变化与气象水文、地形等因素密切相关。潜水的排泄，除了流入其他含水层以外，泄入大气圈与地表水圈的方式主要有2类：一类是通过地面蒸发或植物蒸发的形式进入大气，即蒸发排泄；另一类是径流到地形低洼处，以泉水、泄流的形式向地表或地表水排泄。当河流切割含水层时，地下水沿河流呈带状排泄，称作地下水的泄流。一般来说，山区河谷深切，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](图1)。

白彦岩溶砾岩是当时地质时期中较为稳定的水体沉积物，假定白彦期和现代时期的气候水文和海平面等潜水位相关的非地形要素近似等同的情况下，主要考虑构造抬升引起的地形的变化和恢复(图1)。该文主要采取距离白彦岩溶砾岩出露点最近的水体(河流或水库)(图1，图2)，通过稳定水体参照面的高程来参与计算(如周家庄砾岩点剖面为例)，得到抬升高度；然后运用区域古高程反演技术，对白彦岩溶砾岩周边的地形地貌进行抬升前的恢复(图3，图4)，结合鲁西南地区构造演化进行分析，通过古高程和古水系特征找到金刚石物源区和沉积区联系，恢复物源区的方位和位置，以便进一步指导金刚石原生矿找矿成矿预测。

1—降水补给；2—潜水位；3—地下径流方向；4—泉水图1 渗入径流型的山区潜水位示意图[23]

图2 周家庄砾岩实测剖面

1.3 构造抬升高度和山峰古高程恢复

综合考虑白彦岩溶砾岩时期为新生代[13-14,19-21]，该区的风化剥蚀作用主要有山顶剥蚀作用和低谷水体侵蚀作用。该区山顶剥蚀作用以岩石机械崩解为主，灰岩的化学分解为辅，变为松散的岩屑，崩塌滑落。低谷河流侵蚀搬运为主地区的水系潜水面古高程恢复，还是在最初的假设基础，即假定现代的水系潜水面高程点等于白彦期水系潜水面古高程点(h3)。该次恢复考虑构造抬升为主要因素造成的地形变化，假定山顶剥蚀的厚度和低谷侵蚀的厚度相等的基础上，恢复古地形地貌。

针对左侧山顶剥蚀抬升区，进行高程点恢复(图4)，白彦期、小区域的山间河流代表了稳定水系参照面高程(h3)，在灰岩狭长的岩溶溶沟中，较为稳定接受砾岩沉积，形成白彦岩溶砾岩。然后，左侧区域地块临近山峰点h5高程开始抬升， 持续抬升到h1+ h4的高度，考虑减去剥蚀厚度h4，就是现在的h1高程位置。

图3 周家庄砾岩抬升示意图

1—抬升后未剥蚀(理想状态)地形线；2—现代的地形线；3—推测的白彦期地形线；4—现代的潜水面线；5—推测的白彦期潜水面线；6—恢复的地形线；7—山顶的现代高程点高度；8—测量的白彦期砾岩的现代高程点高度；9—现代河流潜水面高程点高度(假设等于白彦期)，10—推测山顶剥蚀厚度；11—推测白彦潜水面高程点高度；12—恢复的高程点高度图4 古高程恢复原理图

右侧为低谷流体侵蚀作用，意味在白彦期白彦砾岩分布区域是存在两侧高地之间的低洼水体(白彦岩溶砾岩点在当时水体地势高程状态中，前后左右4个方向中有3个方向的高程因为排泄而高于砾岩点高程，1个方向高程因为泄流而低于砾岩点)，因此右侧区域在白彦期高程应该是高于目前的山间丘陵高程，在白彦期以来，由于河流的侧蚀作用，可能逐渐向右侧方向侵蚀。右侧河流侵蚀的高程恢复以现代水系稳定参照面的高程作为参考。

该文通过高山和低谷的古地貌和地形线，推测反演白彦期研究区的整体地势。假定山顶剥蚀厚度(h4)在研究区是一样的厚度，考虑对整个区域山顶高程点简单化处理，对剥蚀厚度不考虑。考虑对计算区域山顶高程点忽略剥蚀高度，恢复的山顶高程为h6=h5-h4。

1.4 区域地形地貌恢复

针对区域构造断裂和地质体岩性特征，以断裂为主要考虑边界因素，以距离、岩性差异等，划分为不同的小区域(图5)(如A，B，C区)，类似微分原理用分区界定一个恢复小单元或小区。重点考虑地质体构造因素抬升的高度，因此假定海平面高程不变等条件，以海平面为基准，海平面下地质体假设弹性膨胀没有变化。在海平面高程和水系参照面高程不变的基础上，回减各个小单元或小区的抬升高度，从而恢复各个小区域山峰的高程，最终恢复白彦期地质时代的地形地貌(图6)。

图5 现今砾岩各类水系参照面(抬升后)

图6 恢复的白彦期各类水系参照面(抬升前)

在正常情况下，白彦岩溶砾岩的砾石粒径较大，砾岩分布高程和抬升高度接近，或者渐次变化。但是在实际数据恢复中发现，在1～3km左右的各个分区单元内，存在相近的灰岩中白彦岩溶砾岩高程差距可能达200m(如大古山砾岩)，在核实属于同一构造区块，综合考虑其他地质资料的基础上，采用抬升最高的距离认为是该构造单元的正常抬升高度值，其他较小的抬升高度值，则用类似狭长大面积水体(如堰塞湖水库等)的不同位置解释(图7)，从实际地质观测中发现抬升高程最小的白彦岩溶砾岩点，粒度最细，如大古山砾岩(南、北)沉积的岩性主体为粉砂质泥岩、粉砂岩，更接近水体比较深处的沉积。

A—白彦岩溶砾岩抬升后和现代水体对比；B—白彦水体不同部位沉积；a,b,c,d示意现代白彦岩溶砾岩的位置；Ha,Hb,Hc,Hd分别代表不同部位抬升的高度图7 太古山砾岩恢复的水库模式示意图

2 鲁西白彦地区水系沉积物古高程定量恢复古地貌

2.1 区域地质背景

白彦岩溶砾岩主要分布于沂沭断裂带西侧，北西向延伸的蒙山断裂以南，区域构造位置位于华北陆块区、鲁南隆起的鲁中隆起区内。由一系列中新生代形成的、凸凹相间排布的断块山及山间盆地组成。地层自下而上可划分为三大层：前寒武纪结晶基底、古生代陆表海及海陆交互相沉积、中新生代山间盆地河湖相沉积。

褶皱构造主要发育在基底岩系，表现为一系列的紧密线状倒转复式背斜和向斜，褶皱轴面走向NW。盖层断裂较基底断裂更为发育，走向主要为NW、NNE、NEE。显生宙岩浆岩主要为晚奥陶世蒙阴地区的含金刚石金伯利岩和中生代燕山晚期的闪长岩、花岗岩，其中已发现的金伯利岩体围岩为新太古代泰山岩群的片麻岩、混合岩，以及古生代寒武纪灰岩。岩体与围岩呈侵入接触，局部见断层，接触界线清楚。接触带围岩常有蛇纹石化、碳酸岩化和红长石化现象[25]。

而在白彦岩溶砾岩分布区，平邑盆地和泗水盆地以及枣庄附近分布有石炭-二叠纪地层不整合在奥陶纪地层之上。平邑盆地和泗水盆地中侏罗-白垩纪、古近纪地层不整合在二叠纪地层之上。其中平邑盆地和泗水盆地之间的泉林地区分布的寒武-奥陶纪灰岩位于平邑盆地的边缘，直接连接蒙山凸起和尼山盆地，石炭-二叠纪以来，处于抬升风化剥蚀的高地，是长期以来的分水岭高地，是平邑盆地和泗水盆地的分界线(图8)。

1—第四系；2—古近系；3—侏罗—白垩系；4—石炭—二叠系；5—寒武—奥陶系；6—新太古代花岗岩；7—金伯利岩；8—地质界线；9—断裂；10—隐伏断裂；11—金伯利岩脉图8 白彦地区地质构造简图

2.2 白彦岩溶砾岩及其空间分布特征

白彦岩溶砾岩的碎屑成分基本相似，砾岩主要呈灰白色、棕黄色，由碎屑和胶结物组成，砾石外形多呈圆粒状、扁平状、扁圆状、长圆状、卵状等。砾岩体的形态较为复杂，平面上以长条状为主，其余为不规则的三角状和发散分支状。剖面上呈倒锥状、楔状、透镜状或不规则四边形状。多数砾岩中的砂砾物质的排列杂乱无章，砾石无明显的排列方向，个别砾岩点具有较为明显的层理构造。砾石成分以燧石为主，其次为铁质结核、灰岩碎屑、赤铁矿、石英等，部分砾岩中还见有石英岩、石英砂岩、白云岩、页岩、岩浆岩等岩块。

白彦地区地貌类型主要为200～500m灰岩丘陵和非灰岩丘陵，区内分布的岩溶砾岩主要在灰岩丘陵地貌上(图9)。砾岩遍布于白彦地区—泗水县、平邑县、费县和滕州市—枣庄市2个区域，主要分布在剥蚀低山、丘陵斜坡地带和山麓地带寒武—奥陶纪碳酸盐岩中的岩溶地貌的溶蚀沟、溶蚀槽及洞穴等负地形，以燧石角砾为主。砾岩空间上呈“面状散布”，同时受地形及物源的控制，呈现一定的规律性：在微地貌上呈“环边状”，绝大多数砾岩分布在该区低山丘陵地形的边缘地带。砾岩在区域上呈“条带状”，可划分为北带(费县—泗水)、南带(滕州—枣庄)和西带(邹县大石墙)3个条带。所有各处砾岩的分布，严格受古生代灰岩出露范围的限制，该地区周围盆地中、新生代沉积岩出露的地方均未发现较典型的含金刚石砾岩，表明砾岩的生成、保存与构造隆起条件下灰岩岩溶溶沟以及抬升剥蚀存在内在的联系。砾岩形态多种多样，规模大小不一，延伸长度从几米到几十米，个别达百余米；宽度一般1～5m，最宽达10余米，出露面积从几平方米到几百平方米。在同一砾岩分布带上，平行凸起的长轴方向，相邻砾岩点出露的高程相近，垂直方向随地势的降低砾岩点高程也逐渐降低。

1—洪冲积平原；2—剥蚀规程准平原；3—200～500m灰岩丘陵；4—200～500m非灰岩丘陵；5—500～1000m灰岩低山；6—500～1000m非灰岩低山；7—大于1000m非灰岩低山；8—水库；9—河流；10—分水岭线；11—山峰及高程；12—砾岩出露点及编号；13—无编号砾岩点；14—金伯利岩脉图9 白彦地区地貌类型分布图

图10 白彦地区砾岩点高程分布及抬升高度图

在收集资料的基础上，通过实地测量区域砾岩的高程，收集临近的山峰点高程(表2)，然后恢复古高程。分别选取3个条带中有代表性的砾岩出露点，如大古山、仲家庄、周家庄、大殿汪、赤梁院、老虎窝等地砾岩，采用GPS实地测量砾岩点现代高程数据和罗盘仪测量砾岩产状，并通过对周家庄、大殿汪出露点的高程点实测和对比，数据相互对比印证。其中砾岩点附近现代水系水体参照面的高程，在1∶5万相关系列地形图基础上，选取距离砾岩出露点最近的山区较为稳定的潜水位测量(地表较为稳定的低洼处)河流高程，较为稳定水体参照面高程。通过周家庄、大殿汪砾岩出露点的水体参照面高程实测和对比，二者数据误差较小，同样采取二者结合作为反演的基础数据。

现代水系统计的水系参照面的高程，是代表现代的地势，最低和最高值分别为50m，250m。据表2和图10，白彦砾岩出露的现代高程最低为140m，在西带(邹县大石墙)的42号爷娘庙砾岩点；最高为530m，在南带(滕州—枣庄)中滕州市东25号柴山砾岩点。抬升高度中，平均高度为138.4m；最小值为30.2m，在北带(费县—泗水)泗水县东5号大古山砾岩点；最大值为280m，在南带(滕州—枣庄)中滕州市西25号柴山砾岩点。

表2 白彦地区砾岩点古高程恢复基础数据

注：未加标注资料来源，山东省地质矿产局第七地质队，山东省中南部各时代金刚石储集层及其物质来源与找矿方向研究报告,1985年;现代水系高程资料来源于：中国人民解放军总参谋部测绘局，1∶5万相关系列地形图,1972年。

从区域上看，北带(费县—泗水)白彦砾岩分布的高程(蓝色刻度，每格为100m)一般在300m左右，成线状分布；抬升高度200m左右(红色刻度，每格为100m)。南带(滕州—枣庄)，靠近北部岩浆岩出露区，为高程和抬升高度最高点，但是其他位置高程在300m以下，抬升高度在200m以下。西带(邹县大石墙)，无论是白彦砾岩分布高程和抬升高度均处于平均值以下。

2.3 白彦期反演山峰点的古高程和总体地貌特征

依照前述方法，以断裂为恢复小单元边界，综合考虑距离岩性因素，以统计和计算的白彦砾岩点的抬升高度，选择周边具有代表性的山峰点作为反演的对象，反演这些山峰点的白彦期的古高程，结合白彦砾岩点附近水系的现代高程，最终恢复相关地区的地形地貌。

从区域上看，3个条带中心位置：凤凰山一带，以及北带(费县岗山—泗水居龙山)的中间，南带(藤县—枣庄)的北部，区域高程一般高于600m，向四周依次下降。西带(邹县大石墙)较低，在300m左右。蓝色的现代水系分布反映了该区的地形地貌基本走势。反演后的山峰点高程一般在200～300m，显示白彦期的地形比现代高差要缓和一些，其中超300m以上的高点主要分布在平邑县—枣庄市的中间位置部分，超过了450m，其他区域一般在150～200m之间。而凤凰山一带由于缺少砾岩点出露，无法恢复地形地貌。靠近凤凰山及其东北一带的山峰点，恢复后的高程较高，向外围逐渐降低，反映白彦期恢复区的山峰山地和现代地形有演化的延续性。但是水系的位置有较大的侧移和变化，现代水系位置和白彦期水系位置(砾岩点分布位置)有明显的位移，同时总体上相对高差也比现代较为缓和(图11)。

北带(费县—泗水)出露地层多为寒武—奥陶纪灰岩盖层，总体上位于中间区域的灰岩地层倾角较为平缓，一般为2°左右，两端倾角比中间陡，一般为10°左右；在平邑县及其东北上覆灰岩产状受到北部断裂的影响，产状较陡，为27°，沉积了石炭—二叠纪、侏罗—白垩纪、古近纪的地层。南带(滕州—枣庄)地区受NW向系列断裂的影响，倾向N、N偏W、N偏E，倾角一般较缓，为5°～8°；枣庄市南部一带倾角较陡，奥陶纪后沉积了石炭—二叠纪的地层。西带(邹城市大石墙)，倾向主要N偏W，倾角较缓(5°左右)。寒武—奥陶纪灰岩产状变化特征反映了该区抬升主要受NW向断裂控制，其抬升中心位于白彦镇以及凤凰山一带，其周边为缓慢抬升，产状较缓，倾向向四周散开，但是枣庄市南一带断裂较深，控制沉积了石炭二叠纪的地层，平邑县北部断裂最为发育，沉积了石炭—二叠纪、侏罗—白垩纪、古近纪的地层，其中仅仅古近纪常路组厚度就超过1000m。总体反映了该区草帽状穹隆状隆起，中心隆升产状平缓；四周渐次隆升减缓，产状较为陡斜(图12)。

图11 白彦期反演山峰点的古高程及现代水系分布图

1—砾岩产状；2—灰岩产状；3—砾岩点及编号；4—无金刚石砾岩；5—金刚石含量较少的砾岩；6—金刚石含量中等砾岩；7—金刚石含量较高砾岩；8—砾岩点推测古流向；9—平邑水系总体走向图12 白彦地区岩溶砾岩中金刚石矿物含量和产状分布图

2.4 寒武—奥陶纪灰岩盖层和白彦岩溶砾岩的产状分布特征

西带(邹县大石墙)砾岩出露点未发现有稳定产状；南带(滕州—枣庄)仅仅发现4个有稳定产状，并且分散在较远的位置，倾角变化大30°～60°，总体反映了沉积物随机性和分散性较为普遍。白彦岩溶砾岩出露区中产状较为稳定的点，主要分布在北带(费县—泗水)，因此重点分析北带古水流分布特征。

一般外生碎屑沉积岩如砂岩、泥岩等，其倾向一般代表其古水流的流向。但是白彦地区岩溶砾岩中砂砾岩的产状在实测过程中发现，在北带稳定砾岩产状中，其倾向一般与岩溶砾岩体的延伸方向有一定的夹角，沉积物有砾岩、泥岩和致密砂岩，多出现在溶沟比较规则平整的部位(图12)。有时在同一个砾岩点，就存在倾向相反的情况：如16号(406砾岩点)产状有320°/20°(倾向/倾角，下同)，105°/15°。7号(泉子峪砾岩点)可见到产状有80°/26°，245°/12°。其中产状较为稳定的，如6号(仲家庄砾岩点)其内主要沉积粉砂岩，粉砂岩产状为110°/24°，该溶沟总体走向为20°，但是实际情况是该溶沟是北部开口，南部封闭，如开口环状，因此正常情况应该是水流自北方开口处流入，经过溶沟内弯曲的通道空间，斜向SEE向沉积和水流。同时该处砾岩点特殊之处，几乎没有燧石出现，也没有砾岩出现，大部分为粉砂岩。距离该处砾岩点很近的5号(大古山砾岩点)则多处零星出露较大的面积，则是标准的燧石砾岩；推测6号(仲家庄砾岩点)为深水区沉积，而周边的类似5号(大古山砾岩点)燧石的磨圆度和球度都较高，推测为粒度较粗的浅水区沉积。

当燧石等碎屑物质成分等被流水冲刷向下运移，应该近似平行岩溶长条方向流动，侧向沉积在长条状岩溶溶沟中。有时候流水携带沉积物，可能从长条状溶沟两壁侧向移动，造成在同一溶沟中有倾向相反的产状，因此推断古水流的方向应近似平行走向。综合分析泗水—平邑一带的白彦砾岩，具有稳定产状的砾岩点最多，反映了该区古水体的较长期稳定性，倾角较缓一般20°左右(图12)，同时出露宽度增加，倾向变化较大。推测平邑水系为一定宽度的山地峡谷深水沉积，认为仲家庄砾岩、赤梁院、406高地砾岩的古水流方向应为北西方向，如图12中蓝色箭头。而泗水—平邑一带的岩溶砾岩的古水流方向应和走向有更大的相关性，整体呈NW向320°趋势(图12)。

2.5 古地形地貌恢复

河道(河谷)路径意味在其两侧应为高地，同时在河道路径上存在一个缓慢或急陡的上游，即每一个白彦砾岩点在当时的小区域中，有3个方向地势高程高于该点高程(汇流)，一个方向的地势高程低于该点高程(泄流)。依据该原理，白彦砾岩点出露位置在白彦期应该是水系流经的路径，在水流方向和附近山峰点高程的基础上，恢复白彦期的地形地貌和山峰点的高程。

研究区围绕凤凰山隆起中心，四周发育4个水系，邹城市大石墙、枣庄市、平邑县、费县。在此4个水系中间的区域应该是剥蚀高地，也就是4条主要水系的分水岭。上述主要水系和分水岭反映了白彦期研究区的山体主要山势。凤凰山地区为隆起中心，四周有4个高地接受剥蚀，形成分水岭(图13)。整体等高线最高恢复为400m，各剥蚀高地应均大于400m，凤凰山地区应该是最高峰，其次是枣庄市和费县中间的高地，此2个剥蚀高地也是预测的金伯利岩存在的有利区域；滕州市和泗水县西南剥蚀高地地势应该低于前二者。

1—古地形线；2—古水库；3—古水系；4—无金刚石含量的砾岩；5—含金刚石(低、中、高)的砾岩；6—分水岭；7—常马庄金伯利岩脉；8—推测古水系；9—金刚石成矿有利部位图13 白彦地区古地形古水系地貌分布及金刚石物源分析图

其中邹城市大石墙水系较为简单，发源于隆起中心的西南方向，两侧山体汇聚水流，整体形成双面羽毛状水系形状，高程落差从400m到下游100m。其中有4个含有金刚石的砾岩，总体趋势看出，两侧砾岩点不含金刚石砾岩点，仅仅主河道中自东北至西南方向砾岩点中金刚石含量降低，和推测的水流方向一致，暗示金刚石的可能来源为隆起中心隐伏的金伯利岩。邹城市大石墙地区反演高程最高241m，最低79m，反演数据较少，主要结合砾岩点高程，以及金刚石含量分布情况，主要勾绘恢复100m和200m等高线，在此基础上推测300m和400m等高线。最终恢复水系较为简单，发源于中间隆起中心，两侧山体汇聚水流，整体形成双面羽毛状水系形状，从400m的高程汇聚到下游100m的河道。其中有4个含有金刚石的砾岩，总体趋势看出，两侧砾岩点不含金刚石砾岩点，仅仅主河道中自东北至西南方向砾岩点中金刚石含量降低，和推测的水流方向一致，暗示金刚石可能来源为隆起中心隐伏的金伯利岩。

枣庄水系比较复杂，应该属于树枝状水系，把众多山谷的水系汇聚成一条河流，最后流向东南方向。其中含有金刚石的砾岩点的水系分布，指示金刚石的来源应更多地指向凤凰山隆起中心，但是其中值得注意的是30号砾岩点(高山头砾岩)含有金刚石，说明其北部偏东一些地区分水岭附近有金伯利岩存在的可能性，或者可能是地形和水系的恢复和实际情况有偏差。

平邑区水系恢复为羽毛状水系，其水系中存在2个明显的宽度区块，西部区块包含4号、5号、6号、7号、9号砾岩点和东部区块包含11号、12号、13号砾岩点，宽度在3～5km左右。其中西部区块砾岩点现代高程存在一个递减区间， 427m,330m,236m,200.2m；其计算的抬升高差相应也有一个递减值，247m,150m,66m,20.2m。同时在6号砾岩点(仲家庄)，为北部开口、四周封闭的岩溶空间，东西宽约3m，南北长约10m，充填粉砂岩约3.5m，南部波蚀凹坑发育。一般白彦岩溶砾岩为中粗粒砾岩，碎屑成分以棕黄色或黑色磨圆度很高的燧石为主，其次为铁质结核、灰岩碎屑、赤铁矿、石英等，部分砾岩中还见有石英岩、石英砂岩、白云岩、页岩及岩浆岩岩屑等。砾径一般在0.3～0.5cm之间，砾石无明显的排列方向和层理构造。但是仲家庄砾岩点岩性很特殊，主要为黄红色、土黄色、灰白色黏土质粉砂岩，整体产状稳定为110°/24°，部分发育稳定的交错层理和槽状层理，无棕黄色或黑色磨圆度很高的燧石。 5号砾岩点(大古山)，大古山砾岩点(南)呈长条状，长约10m，宽约3m，燧石质砾石含量80%，脉石英、铁锰质结核等20%，砾径大部2～5mm，最大10mm，次棱角—次圆状，钙质胶结或未固结松散状。大古山砾岩点(北)位于大古山砾岩点(南)北东200m，仅仅分布在直径约10cm 的灰岩剥蚀凹坑中，岩性基本相同。大古山砾岩点(南)和大古山砾岩点(北)的出现，证实白彦期水体并不局限于目前普遍发现的几十米尺度的长条状岩溶空间，它说明白彦期局部存在大面积的水体以及沉积物，但是后期山体隆升，山体整体脱壳式剥蚀风化，让曾经大面积水体沉积物剥蚀搬运，仅仅在较深的裂缝式空间中保留砾岩沉积物。综合以上地质特点，推测在平邑区水系存在一个山区内峡谷湖泊。推测蒙山凸起一侧的高地应该也有水系汇聚到该水系，因此用虚线表示，由于距离凤凰山隆起中心较近，推测可能来自凤凰山隆起中心未知的金伯利岩脉；也有可能是复合来源，部分来自距离较远的蒙山凸起中现存的常马庄金伯利岩。

费县水系应该属于羽状水系，费县和枣庄之间的分水岭以北的汇水面积中，小山谷的水系汇聚成一条河流，费县北部砾岩点分布较多，水系较为发育，向南砾岩点逐渐减少，最后向南而流。近年来，费县朱田地区大井头含金刚石钾镁煌斑岩和江苏张集地区含金刚石的金伯利岩的发现，说明了鲁南—苏北一带NNE构造走向上，含金刚石母岩存在的复杂性和多样性。值得注意的是费县南部存在一个现代水系金刚石赋存分散区，以及费县东南临沂市南部的沂河沭河流域金刚石集中富集区，此二者金刚石来源应该和费县水系有较大的关系，也暗示了凤凰山隆起中心一带可能存在未知的金伯利岩或钾镁煌斑岩母岩。

3 结论和讨论

(1)技术方法：该文在前人定量构造地貌和地表过程分析的研究思路和方法的基础上，主要分析了构造抬升对水系和地形的影响和恢复。在鲁西白彦地区岩溶砾岩金刚石物源研究的基础上，分析构造抬升引起的白彦岩溶砾岩、金刚石物源、水系和地形地貌等变化，探讨了利用稳定水体参照物高程反演抬升高度以及邻区山峰点的古高程、古水系，恢复区域上古地形地貌的技术方法，计算陆地水系沉积物(河流、湖泊等)的抬升高度，恢复山峰古高程和古地形线，结合水系等地理特征的恢复，最终直观或全面恢复地质时期区域上古地形地貌和反演构造演化。由于前人主要偏重于单条水系抬升高度，对于区域水系总体恢复古地形地貌的文献较少，因此该技术目前还存在较多的不足和矛盾，如未能综合考虑古今气候和海平面的不同、剥蚀量的多少，稳定水系参照物高程选择缺少客观性等诸多因素。但是该文以围岩中大范围出露，出露面积很小的岩溶砾岩点为研究对象，尝试采用微分的原理，用小区域砾岩的抬升影响范围，多点区域性大范围的恢复古高程古水系古地形，对区域古水系和地形地貌恢复和反演做出了新的尝试。

(2)构造演化：综合该区地质构造演化史，该区自寒武纪到奥陶纪后期为海相沉积，奥陶纪后期直到志留纪抬升。之后在局部地区石炭—二叠纪海相沉积，三叠纪抬升，和其上覆侏罗纪地层呈不整合接触。侏罗—白垩纪在泗水盆地和平邑盆地单斜沉积，持续到古近纪常路组，古近纪时期平邑盆地的沉积中心在蒙山南部断裂卞桥镇一带。常路组以后，沉积间断，水体变浅，并且逐步向南西方向迁移，白彦期应该迁移到现在主要岩溶砾岩点分布位置；新近纪到第四纪随着蒙山断裂重新活化，水系又逐渐横向迁移到现在的蒙山南麓附近。在白彦期时代，该区总体发育4个水系，邹城市大石墙水系、枣庄水系、平邑水系、费县水系，水系中金刚石含量较为丰富的砾岩点大多分布在凤凰山隆起中心。在此4个水系中间的区域存在剥蚀高地的分水岭，控制水系的汇水面积，沉积搬运山顶剥蚀物。其中在平邑水系应该还存在一个山地峡谷中的古湖泊。该区的4个水系方向应该围绕凤凰山隆起中心各自散开(图13)。

(3)金刚石矿物物源：从地貌分布图上，白彦地区地貌类型主要分布为200～500m灰岩丘陵，在白彦期这些灰岩区域应该是地势相对低洼丘陵区，而其相邻地区则是相对高地，在白彦期后的抬升过程中，岩溶砾岩点分布在200～500m灰岩丘陵区，整体抬升。其中平邑盆地和泗水盆地之间的泉林地区分布的寒武—奥陶纪灰岩位于平邑盆地的边缘，常路组以后的泉林地区缺少古近纪地层，说明常路组地层时代以后一直处于抬升阶段，是平邑盆地和泗水盆地的分界线，或者是分水岭高地，暗示了借助水系扩散的金刚石物源也应该从此隔开。赵秀芳等认为，白彦地区的岩溶砾岩中，所含的金刚石矿物都是由常马庄一带的金伯利岩供应[13-14,19-21]，与此不同，该文认为蒙山凸起中已知的常马庄地区金伯利岩脉所含有的金刚石可能主要供应平邑区水系的砾岩点，而费县水系、枣庄水系、邹城市大石墙地区水系的金刚石可能来源于凤凰山及其东部隆起剥蚀地区。