安徽天柱山地质公园地质遗迹类型及综合评价 吴维平,柏林,郑炎贵,黄江华,夏吉侃3 王晨东3 章云中, 余国胜.,吴方庆.,徐小三.,吴跃东,储东如,汪德华 (1.安徽省地质调查院,安徽合肥2300012 安徽省地质学会,安徽合肥 230001 3.天柱山国家地质公园管理委员会.安徽潜山234300) 摘要:天柱山地质公园位于安徽省安庆市境内,面积约 413.14kin.公园内举世闻名的超高压变质带,郯庐断裂 带,独具特色的花岗岩地貌,丰富多彩的水文地质遗迹,产出多样的古新世哺乳类动物化石等,极具典型性, 稀有性与自然完整性,这些地质遗迹集中反映了 20 亿年以来天柱山地区地质演化历史,被公认为大陆动力 学的天然实验室. 关键词:天柱山地质公园地质遗迹 中 图 分 类 号 :P931 文 献 标 识 码 :A 文 章 编号:1004—230X(2010)S1—0048—05 0 引言 天柱山地质公园位于华北,扬子两大板块之间大别 造山带的东段,郯庐断裂带的南段.以郯庐断裂为界,北 西侧不仅出露闻名全球的大别山超高压变质带,而且还 发育中生代花岗岩,东侧出露中生代火山岩系以及新生 代陆相沉积岩系. 大别山超高压变质带以发育含柯石英,金刚石榴辉 岩ll】,含柯石英硬玉石英岩[41 为特征,超高压变质作用时 代为印支期(226±2Ma)旧,因此,它们是三叠纪扬子板块 与华北板块碰撞,扬子板块陆壳基底俯冲到地幔深度的 变质产物.此外,超高压变质带中还发育大量新元古代 侵入岩,现已经变质为二长花岗质片麻岩,其形成时代 均为700～800Ma 之间,为Rodinia 超大陆裂解的产物. 研究表明,它们也经历了印支期220Ma 的超高压变质作 用. 公园主景区岩石为花岗岩类,岩石类型为石英二长 岩,黑云母(--长)花岗岩,其岩石化学成分为钙碱性岩浆 系列,岩浆来源于三叠纪扬子陆块俯冲产生的加厚地壳, 形成深度为35～55km,成岩温度集中在700%～800℃ 之问.形成机制可能与大陆碰撞造山带在早白垩世发生 构造垮塌和地幔热扰动所引起的部分熔融有关.花岗岩 中先后获得锆石u—Pb 年龄为127±8Ma,129±20Ma ～ 1314-2Mat 砌,属早白垩世岩浆活动产物. 中生代火山岩分布在郯庐断裂带中,新生代陆相沉 积岩中产有大量的哺乳动物化石. 收稿日期:2010—10—21 作者简介:吴维平(1957 一),男,教授级高级工程师. 联系电话:O55—14658252电子邮箱:[email protected] 48I2010 年(第31 卷)增刊 公园位于北西向的水吼～五河韧性剪切带与北东 向郯一庐断裂带的交汇部位,断裂构造发育.早期以北 西向韧性剪切带为主,晚期以北东,北北东向脆性断裂 为主,其中花岗岩体中的节理构造尤为发育,有近东西 向,近南北向,北东向,北西向,有垂直节理,水平节理和 斜节理,有岩浆冷却凝结时形成的原生张节理,有岩体 凝固后受动力作用形成的次生节理和温差重力滑动等 作用形成的表生节理.上述脆性断裂构造是天柱山花岗 岩地貌景观的重要的成景控制构造. 1 地质遗迹类型及特征 地质公园范围内保存有丰富的地质遗迹(表1),其 中主要地质遗迹类型有:花岗岩地貌,水文地质,超高压 变质带,古生物化石等. 1.1 独具特色的花岗岩地貌遗迹 天柱山几乎包罗了世界上所有的花岗岩风景区的 地貌景观,奇峰,怪石,洞穴,峡谷等胜景主要分布在天 柱山主峰景区,马祖庵景区,虎头崖景区等.尤以花岗岩 崩塌及崩塌堆叠形成的神秘谷洞地貌景观典型独特,堪 称世界一绝. 花岗岩奇峰:天柱山海拔千米以上的花岗岩奇峰 47 座,组成气势磅礴的连绵峰峦.其中天柱峰海拔 1489.8m,主峰拔地而起,突兀众山之上,直插云霄,势如 “中天一柱”,五指峰,天狮峰,迎真峰,覆盆峰等在云遮 雾绕中形成了”峰丛”奇观.根据花岗岩奇峰形态的不 同,可分为四类:柱状峰,脊状峰,穹状峰,锥状峰. 花岗岩怪石:在雄伟峻峭的天柱山峰林与峰丛中, 怪石嶙峋,形态各异,惟妙惟肖,星罗棋布,冠名奇石多 SHANGHAIGEOLOGY 上海地质_ 表1 天柱山地质公园地质遗迹分类表 TablelTianzhuMountaingeologicalparkclassificationofgeologicalheritag e 达200 余处.如南关的天柱猿,金鸡唱晚,神龟探海,象 鼻石等形象逼真西关的皖公神像,太白观海,鹦哥起 舞东关的双狮戏球,鼓槌石,蜒蚰爬壁,鹊桥横空,虎头 崖上的蘑菇石,船形石,无量寿塔石马祖庵景区的猪头 石,霹雳石等等,不胜枚举.按照其成因,可分为四种类 型:风化剥蚀型,崩塌型,崩塌堆积型,滚石型. 花岗岩洞穴:天柱山共有知名洞府53 处,且多聚集 千米以上的主峰景区.其成因或沿花岗岩节理,裂隙风 化侵蚀而成,或为水流侵蚀,潜蚀而成,多数为峰巅崩塌 的岩石叠垒于峡谷而成.公园中,最具特色的莫过于神 秘谷,以规模最大,结构最为奇特着称,被誉为”中国花 岗岩洞第一秘府”,为天柱山奇胜之一.全长1000 余米, 落差100 余米.大洞四处,龙宫,迷宫,天宫,逍遥宫危 洞幽深,洞套洞,洞叠洞,如口廊九曲,楼台层垒.道家视 此为福地洞天,称之为司玄洞府. 峡谷:天柱山地质公园山势险要,由近东西向,近南 北向和北东向的断层,节理形成的峡谷和悬崖较多,高 下逼仄,雄伟壮观,如小天门,大天门,千丈崖等. 1_2 丰富多彩的水文地质遗迹 天柱山西南有潜水,东北有皖河,形成独特的”两河 夹一山”的格局,水文地质资源丰富多彩,有瀑布,井潭, 溪泉,河湖,沙滩等景观. 瀑布:着名者有20 瀑.”飘云瀑”,是全山最高的瀑 布,海拔约1100m”雪崖瀑”宽约10m,落差40 余米,是 天柱山最佳瀑布之一.”激水瀑”,青龙涧水至此飞流直 下,声若巨雷,数里之外,即闻其声.九井河瀑布群,九大 瀑布相接相续,姿态各异,美不胜收. 潭:为花岗岩沟谷内流水淘蚀形成大小不一的椭圆 状,葫芦状或洞窟状的深水潭. 泉:天柱山19 泉,如飞来泉,飞龙泉,山谷泉,铁心 泉,九曲泉,幽涧泉,梁公泉,摩围泉,卓锡泉等,泉水清 澄,终年不涸. 涧溪:多是流水沿构造破碎带侵蚀而成山中涧溪. 主要有:潺潺溪,石牛溪,飞来涧,青龙涧,幽涧,东关涧, 皖涧等等.皖涧全长5km,岸崖陡险,松荫蔽谷,竹海生 风,涧水激流奔腾. 1.3 举世闻名的超高压变质带 1.3.1 超高压变质岩 (1)榴辉岩 榴辉岩是碧溪岭一新店一牌楼超高压变质带的特 征岩石,岩性有榴辉岩,含金刚石榴辉岩,含柯石英(或 其假象)榴辉岩等.其中含金刚石榴辉岩(潜山新店)最具 代表性.金刚石呈微粒包体出现在超高压榴辉岩的石榴 石之中,并有金红石,柯石英,锆石等包体矿物与之共 2010 年(第31 卷)增刊』49 _上海地质SHANGHAIGEOLOGY 生,其形成条件为:P>4.0GPa,T>900%.柯石英及其假像 在超高压榴辉岩的石榴石,绿辉石中以包体出现,含柯 石英榴辉岩的形成条件为:P=2.6～2.8GPa,T=630～ 780℃.根据围岩类型,可将榴辉岩分为3 类,即片麻岩 中的榴辉岩,大理岩中的榴辉岩及与超镁铁质岩共生的 榴辉岩. f2)Z,fZ 玉石英岩 硬玉石英岩主要分布在潜山野寨,韩长冲,横冲,五 庙,岳西碧溪岭,五河等地,长达30kin,是全球出露面积 的最大的硬玉石英岩带.硬玉石英岩主要由硬玉,石英, 石榴石及金红石组成.在石榴石及硬玉中都有柯石英及 其假象,表明它们也经过超高压榴辉岩相变质作用,其 变质途径和与之共生的榴辉岩一致l111.石英硬玉岩的岩 石化学及稀土元素特征表明它们是一种富钠的杂砂岩. (3)石榴橄榄岩 石榴橄榄岩主要分布在碧溪岭,呈层状或脉状产出 在榴辉岩中,园区范围内出露20 条,主体呈北东向,少 数呈北西向.在石榴橄榄岩中有榴辉岩的包体.石榴橄 榄岩深灰色,块状,致密.发育不同程度的蛇纹岩化.岩 石细粒粒状变晶结构,主要矿物为橄榄石+斜方辉石+ 单斜辉石+石榴石及次生的蛇纹石.橄榄石55%,单斜 辉石20%,石榴子石20%,磁铁矿少量. 1.4 产出丰富的古近世哺乳类动物化石 古生物化石主要发现于古新统望虎墩组,痘姆组, 其中尤以产出丰富的哺乳动物化石为特色.园区内20 多个地点发现了50 余种脊椎动物化石,包括11 种爬行 动物,1 种鸟类和42 种哺乳动物.在这些化石中,以”东 方”命名的有3 种:东方晓鼠,东方翼兽,东方祖鼬以 “中国”命名的有2 种:原始中国柱齿兽,中国飞蜥以 “大别山”,”安徽”命名的有10 种,以”潜山”及潜山地名 命名的有17 种.公园内发现的哺乳动物化石中有相当 数量的亚洲独有类群,如兽科,假古猬科,丽科,宽臼兽 科,模鼠兔科等.另外还有一些与已经灭绝的古老类群 起源有关的种类,如潜水本爱兽(Benaiusqianshuiensis WangetJin,2004)等.以高脊兽ltilambda)和大别古脊 齿兽rchaeolambdatabiensisHuang,1977)为代表的古 老有蹄类也颇为繁盛.除了哺乳动物之外,怀宁始猛鳄 (EoalligatorhuiningensisYoung,1983)被认为与现生的扬 子鳄有较近的亲缘关系,可能代表了扬子鳄的祖先类 型.李氏皖水鸡(WanshuinaliiHou,1994)是世界上为数 极少的古新世鸟类之一,是已知鹤形目秧鸡亚目的最早 代表,也是鹤形目唯一的古新世代表.这些化石的发现, 为世界古新世哺乳动物群研究增添了新的内容,大大地 50l2010 年(第31 卷)增刊 丰富了人们对新生代初期哺乳动物发展历史的认识. 2 地质遗迹综合评价 2.1 科学价值 公园位于华北,扬子两大板块之间大别造山带的东 段与郯庐断裂带的复合部位.举世闻名的超高压变质 带,郯庐断裂带,独具特色的花岗岩地貌,丰富多彩的水 文地质遗迹,产出多样的古新世哺乳类动物化石等,极 具典型性,稀有性与自然完整性,这些地质遗迹集中反 映了2O 亿年以来天柱山地区地质演化历史,被公认为 大陆动力学的天然实验室. 其一,闻名世界的大别山超高压变质带横贯园区南 部地区新店一牌楼一带,出露大量超高压岩石组合,主 要有榴辉岩,石榴橄榄岩,硬玉石英岩等,其中含金刚石 榴辉岩(潜山新店),含柯石英榴辉岩,含柯石英硬玉石英 岩最具代表性.柯石英的发现是全球范围内的第3 例, 中国首例,榴辉岩中金刚石的发现是全球范围内变质岩 中的第二例,榴辉岩中的首例.碧溪岭榴辉岩是全球地 表出露面积最大的榴辉岩体,牌楼一菖蒲出露全球规模 最大的硬玉石英岩带.与全球发现的22 条含柯石英,金 刚石和其他超高压矿物的超高压变质带相比较,目前国 际公认这里是全球范围内规模最大,剥露最深,出露最 好,超高压矿物和岩石组合最为丰富的超高压变质带重 要地段七.数十年来,一批又一批的中外地质学家在园 区进行科学考察与研究,据不完全统计,慕名来园区考 察的地质学家来自世界30 多个国家和地区.关于研究 大别山超高压变质带的SCI 文章有1000 余篇,其中仅 引用徐树桐教授1992 年Science 论文的文章有500 多 篇,引用李曙光院士1993 年ChemicalGeology 论文的文 章有300 多篇,引用郑永飞院士1998 年EPSL 论文的文 章有200 多篇.这里涌现了一大批在世界上有重要影响 的地质科研成果,成长了一大批杰出的中青年地质学 家,从这里已走出了6 位中国科学院院士,被誉为”中国 地质学家的摇篮”.高压一超高压变质带记录了陆壳深 俯冲,碰撞造山及折返的历史全过程,揭示了低密度的 陆壳物质在具高流变强度时被俯冲(深埋)到100～120km 以下的地幔深度,然后又快速折返到地壳的这一壮观地 质历史过程,成为了解板块俯冲碰撞,造山带的缩短加 厚以及俯冲深根的形成与折返机制等造山动力学研究 的必不可少的对象成为在大陆动力学研究中最富有挑 战性的前沿和持续20 年迄今仍然闪亮的科学探索命 题.具有世界地质科学意义. 其二,园区东部野寨一牌楼断裂是全球着名的郯庐 断裂带的南延部分,构成大别山超高压变质带与潜山盆 地的边界断裂.郯庐断裂带的多期活动历史,对大别山 超高压变质带的折返,天柱山花岗岩的成岩,成景过程 以及古近纪哺乳类动物化石的形成具有重要的控制作 用. 其三,园区不仅是举世闻名的大别山超高压变质带 立典之地,而且也是中生代岩浆活动最为强烈的地区之 一 .天柱山花岗岩形成于中生代,就位于大别山超高压 变质带的东端与郯庐断裂交汇部位,其成岩作用经历了 板块俯冲和碰撞以及碰撞后的拉张松弛过程.研究天柱 山花岗岩的物质来源及成因机制,对探讨大别造山带碰 撞后深部地壳的地球化学性质和中国东部燕山期大规 模构造热事件的成因机制具有重要的意义. 其四,同区主体地貌属于由中生代花岗岩构成的峰 林峰丛地貌.花岗岩微地貌类型多样,几乎包罗了世界 上所有的花岗岩风景区的地貌景观,奇峰,怪石,洞穴, 峡谷等,其中以花岗岩崩塌及崩塌堆叠形成的神秘谷洞 穴地貌景观典型独特,堪称世界一绝.已被陈安泽命名 为”天柱山型”崩塌叠石地貌景观【131,因而具有突出的地 貌学价值. 其五,园区产出丰富的古新世哺乳动物化石,具有 亚洲的地方性特色,在研究新生代初期哺乳动物演化方 面具有独特的地位.目前在国外古新世哺乳动物发现最 多,研究程度最高的是北美,但潜山古新世哺乳动物明 显区别于北美及欧洲等地的化石.在亚洲其他国家,只 有蒙古有较丰富的古新世哺乳动物产出,但其时代是古 新世最晚期,明显晚于安徽潜山及中国南方其他地区. 同时,其动物群组成中也没有大量古老类群的原始种 类,与潜山古新世动物群差别相当显着.国内同期可以 比较的古新世动物群以安徽潜山,广东南雄和江西池江 最为着名.与南雄和池江相比,潜山的古新世,$-9L 动物 群在生物演化上有着独特意义. 潜山发现的最有意义的化石当首推东方晓鼠 (HeomysorientalisLi,1977)和模鼠兔(MimotonawanaLi, 1977,robustaLi,1977),它们分别代表了啮齿类(鼠) 和兔形类(兔)的祖先类型.”东方晓鼠”即取意为它的 “发现对啮齿类动物起源的问题犹如东方旭El,朦胧欲 晓了”.相关研究一致认为晓鼠和模鼠兔分别为啮齿类 和兔形类的起源提供了可靠的化石证据,并进一步证实 了啮齿类和兔形类是同源的,都应起源于以潜山为代表 的亚洲地区.”潜山安徽龟”化石是我国迄今发现的最早 色鳌类地史记录.天柱山地质公园从而被公认为”亚洲 哺乳动物的发源地之一,古脊椎动物化石的宝地”. 2-2 科普教育价值 SHANGHAIGEOLOGY 上海地质- 园区所处的独特的大地构造位置,漫长而复杂的地 质演化历史,丰富而典型的地质遗迹,大别山超高压变 质带的经典地段,全球古新世啮齿类与兔形类哺乳动物 起源地,独具特色的花岗岩地貌,不仅为中外地质学家 和国内外众多的高校,科研院所所瞩目,而且成为开展 青少年认识自然的科普教育和爱国主义教育基地,传播 科学文化知识场所.通过对地质遗迹和地貌特征的科学 解释和成因分析,使广大游客,特别是青少年更加直观 地了解板块学说与地球演化史,既增长了科学知识,又 能增强对地质遗迹重要价值的认识,从而更好地保护地 质遗迹. 目前,天柱山地质公园已成为中国科学技术大学, 南京大学,安徽省地质调查院等十余个高校院所的教学 科研基地和全国青少年科普基地.日前,公园与El 本富 士山公园结成友好姊妹山.天柱山地质公园的科普旅游 已日臻成熟,闻名中外. 2.3 美学观赏价值 天柱山花岗岩在漫长的地质演化和自然作用下逐 渐演变形成的”峰雄,石奇,崖险,岭秀,洞幽”奇特地貌, 与变幻莫测的云海,佛光等气象景观,丰富的动植物以 及多姿多彩水文地质遗迹的完美结合,造就挺拔峥嵘, 风姿绰约,变幻莫测的万千气象,犹如一轴气韵生动的 立体画卷,给人以强烈的视觉冲击和美学享受. 天柱山的美学价值表现在: 各种景观有机组合,高度的和谐,形成统一而连续 的构图格局,有着三度空间的可感形象,具有分明的层 次感和韵律美,具极高的艺术观赏. 天柱山位于中国南北过渡地带,既有北山之雄,又 有南岭之秀,雄奇灵秀系于一身,故给人以博彩美一峰 体硕大,给人以壮美植被良好,给人以秀美怪石众多, 给人以奇美洞穴深邃,给人以幽秘之美. 天柱山的雄峰,奇石,洞穴,瀑布等景观丰富多样, 令人目不暇接.而每一景,一物又都显示出自然的形态 美,特别是堪称中国一绝的天柱巧石,千姿百态如人如 兽,如诗如画,凸显个性美,奇峰地貌,云海奇观,松竹清 新,皆出神人化,美不胜收. 天柱山天生丽质,美在自然,由于生态与原貌保存 较好,至今其峰崖岭隘,草木花卉,沟谷溪流无不呈现出 原汁原味的自然本色之美,既有纯朴天然色彩美,也有 天籁之声的听觉美与四季朝夕的动态美,历来为名人, 雅士所赞颂,历代天柱山水诗文作品层出不穷,是对天 柱山自然美的最好体现. 2.4 社会价值 2010 年(第31 卷)增刊f51 _上海地质SHANGHAIGEOLOGY 公园旅游业的发展,带动了地方经济的发展同时推 动公园内外,以服务游客的商业网点的迅速发展地质 公园的建立直接解决当地一部分人的就业,又可以带动 相关产业的劳动力就业,解决农村剩余劳动力的转化, 极大地缓解了当地劳动力过剩的压力.农家乐已成为天 柱山地质公园周边居民一项重要的经济来源渠道.地质 公园的建立得到周边居民的认可和支持,极大地提高了 当地居民的生活水平,有力地促进了公同地质遗迹,生 态环境保护和当地经济的持续发展. 参考文献 [I]OkayA1,XuST,SengorAMC.CoesitcfromtheDabieShaneclogites, centralChina[J].EurJMineral,1989,1:595—598. 【2】WangX,LiouJG,MaoHK.Coesite—hearingeclogitesfi’omtheDahie MountainsincentralChina[J].Geology.198917:1085—1088. 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