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公园重要地质遗迹类型及其科学内涵 第58卷   第6期 2012年 11月    地   质   论   评      GEOLOGICALREVIEW   Vol.58 No.6 Nov. 2012 注:本文为国家自然科学基金(编号41172093)和教育部高校博士点基金(编号20030425008;20060425509)资助项目的成果。 收稿日期:20121006;改回日期:20121014;责任编辑:章雨旭。 作者简介:钟建华,男,1957年生。博士,教授。主要从事沉积学研究。Email:957576033@qq.com。 ...

公园重要地质遗迹类型及其科学内涵
第58卷   第6期 2012年 11月    地   质   论   评      GEOLOGICALREVIEW   Vol.58 No.6 Nov. 2012 注:本文为国家自然科学基金(编号41172093)和教育部高校博士点基金(编号20030425008;20060425509)资助项目的成果。 收稿日期:20121006;改回日期:20121014;责任编辑:章雨旭。 作者简介:钟建华,男,1957年生。博士,教授。主要从事沉积学研究。Email:957576033@qq.com。 灵山岛中生代沉积岩是深水远源浊积岩、还是陆内三角洲沉积? 与吕洪波教授商榷 钟建华1,2) 1)中国石油大学 (华东)地球科学与技术学院,山东青岛,266580; 2)中国科学院广州地球化学研究所,广州,510640   中国石油大学(华东)的吕洪波教授等(2011,2012)首先 对山东青岛胶南市灵山岛的发育了多尺度软沉积变形构造 的沉积岩进行了较为深入的研究,对于灵山岛这套特殊沉积 岩的研究具有重要意义。吕洪波等(2011,2012)认为这套地 层是一套远源浊积岩,并把它的地质意义延伸到了昭示扬子 板块与华北板块的碰撞造山,并指出期间还发育有洋盆。但 笔者认为这是一套以三角洲相为主体的较浅水沉积,主要为 (水下)天然堤、(水下)决口扇、三角洲前缘或侧缘斜坡,而 不是远源浊积岩。这套沉积岩是一套陆内体制下的三角洲 沉积,与板缘无关,更与碰撞造山无任何牵连。特提出几点 证据与吕洪波教授等讨论。 1 浅水的主要证据 灵山岛位属于青岛胶南市,具体位置见吕洪波等(2011) 一文,从青岛的黄岛区乘渡轮前往约需1小时。支持笔者结 论的主要证据有下列4点: 1.1 证据1 多尺度滑动、滑塌构造基本都是近距离滑动,连续性很 好或极好。灵山岛这套沉积岩最主要的特点是发育了多尺 度的软沉积变形构造,如软变形斜歪褶皱、平卧褶皱,滑叠构 造(软双重构造)、多米勒构造、变形层理等。 这些多尺度软沉积变形构造的尺度分布厚度在数毫米 到数米(图版Ⅰ1),同时具有明显的层控性,如在灯塔剖面 可以见到四层软沉积变形构造,其顶底面非常明显(图版Ⅰ 2)。最底部的一层其顶底皆为褐色含大量碳屑的页岩或砂 泥岩,其顶部的炭质页岩含大量碳化植物碎屑。碳化植物碎 屑皆水平叠合,表明植物微细结构保存完好,尽显原地堆积 的特点。笔者认为这种变形是在三角洲前缘或侧缘的短距 离滑动、滑塌,而与陆缘斜坡毫无关系。 在造船厂剖面,一系列中—大型的软沉积变形褶皱非常 引人注目。一大特点是软沉积变形褶皱基本上都是平卧的 (图版Ⅰ1),本身的连续性很好,与构造形成的这种构造几 乎相同,这种特点揭示了变形体没有液化,是在固结较好的 情况下发生了短距离位移形成的,极有可能是三角洲前缘条 件下形成的近距离滑动滑塌。许多研究表明三角洲前缘是 一个发育滑动滑塌变形的理想场所。这里的软沉积变形褶 皱的岩石的岩性与周缘岩性完全相同,这一点也表明了其运 移不远,根本就没有经过那种沿大陆斜坡远程滑动运移。 1.2 证据2 灵山岛某些细粒砂岩中砂级叠瓦构造非常发育,尤其是 在某些纹层控制的颗粒支撑砂级叠瓦构造非常发育(图版 Ⅰ3、4)。过去在灵山岛这套沉积岩中认定的一些水平层理 实际上是平行层理,那怕是那些产于泥岩或页岩中的毫米、 甚至01mm厚的纹层都是平行层理:因为其中这些纹层是 由粉砂级的颗粒侧向叠合形成的(叠瓦构造),表明它们是在 较浅的层流的作用下通过侧向加积形成的,而不是在静水的 条件下“从天而降”,发生垂向加积。图版Ⅰ4中可以清晰地 看到纹层是由左倾的叠瓦构造侧向叠合形成的。叠瓦构造 的倾角平均47°,远大于一般河床砾石形成的叠瓦构造的倾 角,也远大于浊积岩中的叠瓦构造的倾角。浊流形成的侧向 加积难以有这种纹层控制的叠瓦构造,因为浊流是一种高度 的紊流,形成的叠瓦构造是层状的,而且倾角普遍较小。所 以,过去认为是深水低能环境顷刻间变成了浅水高能环境! 纹层控制的颗粒支撑叠瓦构造揭示了它是在一种极浅 水和清水条件下由牵引流的条件下形成的,这种浅水可能只 有数厘米到十余厘米,或数十厘米,水已经浅到了无法形成 波痕。 1.3 证据3 大量沟模(图版Ⅰ5、6)。要注意这种构造是沟模,而不 是拉伸线理,广泛地见于砂岩的底面。沟模一般较小,小者 宽度多在1~3mm以下,突起高度在1mm,可见长度在十余 厘米到30~40cm;相对大者宽度在1~2cm(偶见一处宽度 在5~6cm的沟模),突起高度在2~3mm,可见长度也在十 余厘米到30~40cm,最大可见长度达1m;总体近于平行产 出,少数斜交。宽度总体稳定,偶见局部变宽;一般不分叉, 但表面常有毫米级宽、不足毫米高的次级纵沟纵肋(图版Ⅰ 5),可能是植物根茎末端的劈叉刻划形成的。初步认为沟模 系植物在流水的作用下刻划泥层,尔后被砂层充填形成。而 不是砾石或其他物质刻划形成的。所以从大量沟模可以初 步判别灵山岛的沉积岩是在浅水条件下形成的,而不是深 水。在现代黄河三角洲和甘肃敦煌党河边滩上可以见到大 量的由植物刻划形成的工具痕。所以,推测灵山岛的沟模极 有可能是在三角洲平原上由洪水牵引植物根茎拖移刻划形 成的。如果是深水浊流的话,植物不可能沉底,即使沉底的 话也不可能出现独立悬浮状态,它们只会与碎屑混杂在一 起,因而难以对泥质底形进行刻划形成工具痕。 1.4 证据4 吕洪波等(2011)最先报道了灵山岛沉积岩中有碳屑,笔 者对该剖面进行了仔细的研究,也发现了大量的碳屑,还有 大量的碳化植物印痕和镜煤条带。碳屑多与砂泥碎屑混合 产出,未见任何垂直的碳化植物,没有一点根土岩的特点,多 显示出异地堆积的特点,可能是被洪水或风暴搬运到异地堆 积形成的。镜煤条带常见,宽度多在2~3mm,长度多在数 厘米,少数近10cm,多平行层面,少数斜交层面。偶见成囊 状或微型鸡窝状的镜煤。镜煤条带或煤脉非常光亮,裂隙非 常发育,裂隙的宽度多在1~2mm(图版Ⅰ8)。镜煤条带和 煤屑一样多数产在薄—中层细砂岩上部被扰动的部分,常与 变形层理、泥砾和冲刷充填面共生,揭示了是高能化的产物; 碳化植物碎片也经常可以见到(图版Ⅰ7);碳化植物碎屑的 大小与沟模比较一致,揭示了二者在成因上可能有远源联 系。镜煤透镜体常见,在灯塔剖面约有15~20层含煤细脉 的黑色泥砂岩混合薄层。虽然有多种证据表明这些含煤脉 的泥砂混合薄层有异地成因之嫌,但还不至于被搬运到大陆 斜坡之下。非常值得一提的是图版Ⅰ7中的碳化植物碎屑, 前文已经介绍了这种碳化植屑。从其本身及沉积特点看,这 是一种在沼泽内部或近沼泽堆积形成的,没有经过明显的远 距离搬运。所以,它们的存在揭示了泥炭沼泽的发育,所以 也进而揭示了灵山岛这套发育多尺度软沉积变形构造的互 层状砂泥岩是浅水沉积。 煤屑的出现说明了沉积体系中有泥炭沼泽。众所周知, 泥炭沼泽是一种浅水相,即便是海相泥炭沼泽也是浅水相。 由于在灯塔剖面观察到了大量呈顺层分布的煤脉,因此可以 断定即便其是异地成煤,但搬运距离也不会太大,否则煤脉 早就化为乌有了,因为煤脉是由凝胶体转变而来的,凝胶体 本身比较柔软,经不起长距离的搬运。 2 结束语 以上列举了4点证据说明灵山岛沉积岩是一套浅水沉 积,可以想象随着研究深度的加大,还会出现一些新的证据。 总之,通过上述4种证据,笔者认为灵山岛的沉积岩是在一 种较浅的水体中形成的三角洲沉积,而不是前人所说的是在 大陆斜坡条件下形成的远源浊积岩。它们可能形成于三角 洲环境,主要为(水下)天然堤、(水下)决口扇、分流间湾、决 口扇、三角洲前缘或侧缘斜坡,而不是深水浊流相,更不是大 陆边缘相。 吕洪波教授在没有任何资助的情况下独立自费考察研 究灵山岛这套软沉积变形构造发育的地层,首次发现了一些 很宝贵的新的地质现象,开了灵山岛研究的先河。他的许多 重要工作是奠基性的,值得我们钦佩和学习。但是科学研究 总是一个不断提出问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 和不断解决问题的无尽过程,我们在 不断的肯定与否定之间走向完善。任纪舜和章雨旭(2004) 也曾指出,“每一个科学工作者都应当毫无顾忌地对他人不 正确的认识提出商榷,甚至指出错误,只有这样,才能促进 科学进步”。所以,笔者期愿通过探讨提高彼此的学术水平 和为最终解决灵山岛这套特殊的沉积岩的形成环境和地质 意义贡献力量。 在2012年10月17日~22日在青岛召开的“第12届全 国古地理学及沉积学学术会议”上,有50多位专家参加了灵 山岛地质考察,想必专家们一定获得了许多新的证据,笔者 欢迎吕洪波教授和各位感兴趣的学者指正或讨论。 参 考 文 献 / References 吕洪波,王俊,张海春.2011.山东灵山岛晚中生代滑塌沉积层的发 现及区域构造意义初探.地质学报,85(6):938~946. 吕洪波,张海春,王俊,张素菁,董晓朋,张星.2012.山东胶南灵山岛 晚中生代浊积岩中发现巨大滑积岩块.地质论评,58(1):80~ 81. 任纪舜,章雨旭.2004.爱国———地质学家的责任,争鸣———学术进 步的动力———庆祝《地质论评》刊行50卷.地质论评,50(6): 592,597. 图 版 说 明 / ExplanationofPlate 1.造船厂剖面的大型软变形平卧褶皱。可见部分高度 2.5m,侧向 延伸不均衡,时大时小。三角洲前缘。造船厂剖面。 2.中—大型连续滑叠变形,顶底均为含大量碳化植屑的原位地层。 厚70~80cm,长度不详。灯塔剖面共有4层这种变形构造,但其 它3层较小。三角洲分流间湾相。灯塔剖面。 3.非常纤细的平行层理,图片与实际岩层大小近于相等。纹层厚度 在0.1~0.6mm,大部分在0.2~0.3mm,非常平整稳定。其中发 育了非常好的叠瓦构造。三角洲间湾或前缘。灵山岛灯塔剖面。 4.图c放大约8倍后的图片,可以清晰地看到纹层是由左倾的叠瓦 构造侧向叠合形成的。叠瓦构造的倾角平均47°,远大于一般河 床砾石形成的叠瓦构造的倾角,也远大于浊积岩中的叠瓦构造的 倾角。水下天然堤相或水下边滩相。 5.细砂岩底面的密集沟模。系细砂充填悬浮植物刻划的工具痕形 成。地层已倒转。三角洲相决口扇相。灵山岛灯塔剖面。 6.细砂岩底面的密集沟模。系细砂充填悬浮植物在泥岩上刻划的 工具痕形成。三角洲相决口扇相。灵山岛灯塔剖面。 7.碳化植物碎屑。可以清晰地见到植物的结构。规则的水平排列 揭示了其原地堆积。泥炭沼泽相。灯塔剖面。 8.顺层分布的镜煤条带,宽2~3mm,长度近10cm。光泽强烈,裂 隙发育。底部为混有大量砂级碳屑的双向叠瓦构造层,顶部也为 混有大量砂级碳屑的双向叠瓦构造层。揭示了镜煤条带的流动 成因。间湾或三角洲前缘相。千层崖剖面。 1811第 6期 钟建华:灵山岛中生代沉积岩是深水远源浊积岩、还是陆内三角洲沉积? 钟建华:灵山岛中生代沉积岩是深水远源浊积岩、还是陆内三角洲沉积? 图版Ⅰ 2811 地 质 论 评 2012年 第58卷   第6期 2012年 11月    地   质   论   评     GEOLOGICALREVIEW   Vol.58 No.6 Nov. 2012 注:本文为2006年度河南省地质遗迹保护项目的成果。 收稿日期:20120519;改回日期:20120919;责任编辑:章雨旭。 作者简介:张忠慧,男,1962年生。高级工程师。主要从事旅游地学研究、地质遗迹保护和地质公园建设等。通讯地址;河南省郑州市高新 技术产业开发区科学大道81号河南省地质调查院;Email:zzhui62@163.com。 嵩山世界地质公园重要地质遗迹类型及其科学内涵 张忠慧1,2) 1)河南省地质调查院,郑州,450001; 2)河南省山水地质旅游资源开发有限公司,郑州,450012 内容提要:嵩山世界地质公园以前寒武纪古老地层、岩浆岩等地质遗迹和褶皱山、断层崖和峰林等地貌景观最 为典型。在前寒武纪不同时期、不同构造环境下形成的地层、岩浆岩等构成了嵩山的山基和山体,成为嵩山地质地 貌景观的基础。本文结合年代学、地球化学和同位素资料,重点探讨了园区内前寒武纪典型地层、构造和岩浆岩的 科学内涵,研究表明:距今26~25Ga,俯冲洋壳、亏损岩石圈地幔和下地壳部分熔融分别形成新太古代 TTG、大 洋拉斑玄武岩和I型花岗岩,并堆积了新太古界登封岩群;在约 25Ga,(洋—陆)板块碰撞引发大规模变质变形;在 25~23Ga期间,为嵩山群滨海—浅海沉积;在23~19Ga期间,伸展环境下形成钾长花岗岩、伟晶岩和基性岩 墙;在约 185Ga,又一次褶皱造山;在约 175Ga,伸展环境下形成石秤和摩天寨钾长花岗岩体;中—新元古代形成 了五佛山群被动陆缘沉积。以上成果有助于将嵩山地区独特的地质科学内涵与地貌景观、生态资源、人文景观有机 结合,为地质公园的可持续发展、地质遗迹的开发和保护提供了重要科学依据。 关键词:世界地质公园;地质遗迹;科学内涵;嵩山   世界地质公园网络计划是联合国教科文组织 (UNESCO)在执行局会议上(1999)正式通过的新倡议,旨在 创建具独特地质特征的地质遗迹全球网络,将重要的地质环 境作为各地区可持续发展战略不可分割的一部分予以保护。 自此,地质遗迹成为世界自然遗产的重要组成部分,“世界地 质公园”也成为和“世界遗产”具有同等法律地位的特定区 域并走向国际舞台。 嵩山位于华北克拉通南缘,豫西中部山地的东北部,山 势巍峨、风光绮丽,更伴以明刹古寺、书院学堂,自古以来就 是帝王巡游、名人流连、三教荟萃的圣地。1982年,国务院公 布嵩山为第一批国家重点风景名胜区。同时,嵩山具有丰富 且典型的地质遗迹资源,各时期地层、岩石、构造运动等地质 遗迹保存完整,为地质公园建设和开展地学旅游提供了坚实 的条件。2001年嵩山被国土资源部公布为首批国家地质公 园,2004年又被联合国教科文组织公布为第一批世界地质公 园网络成员。然而,在地质公园建设,尤其是开展地学旅游 过程中,由于对地质遗迹所蕴含的特殊科学内涵研究不足, 不能将地质科学知识与风景资源有机地结合在一起,一定程 度上降低了世界地质公园的科学品位。本文在理清嵩山世 界地质公园地质遗迹的类型及其分布特征的基础上,认真解 析了重要地质遗迹的地质演化过程及特征,为加强地质公园 规划建设和地质遗迹保护,完善地质公园科学解说体系以及 帮助人们认识地质遗迹资源价值提供科学依据。 1 区域地质概况 嵩山位于豫西山地的东北部,自西向东依次有鞍坡山、 马鞍山、挡阳山、少室山、太室山和五指岭,东西长达70km, 南北宽约30km。行政区划包括登封、新密、荥阳、巩义和偃 师等县、市,主体位于登封市境内,地理坐标为 E112°32′~ 113°18′;N34°23′~34°40′(图1)。 嵩山在不足20km2的范围内,清晰地保存着比较完整的 太古宙、元古宙、古生代、中生代和新生代的地层/岩石(图 1)(河南省区域地质志,1989;劳子强等,1996),地层层序 清楚,岩石类型复杂,构造形迹特殊,被地质界称为“五代同 堂”(图2a~f)。同时,区内完好地保存着前寒武纪三次全球 性构造运动的不整合界面(图2g~i),即分别发生于距今约 25Ga的“嵩阳运动”(张伯声,1951)、约18Ga的“中岳运 动”(张尔道,1954)和约08Ga的“少林运动”(王曰伦等, 1960)。 1.1 地层与岩石 嵩山地区新太古界登封岩群主要由中—深程度变质斜 长角闪岩(图2a)、片麻岩、变粒岩、片岩等组成,原岩主要为 基性火山岩、少量中酸性火山岩,以及碎屑沉积岩等组成,为 一套海相火山—沉积建造。 古元古界嵩山群与下伏的登封岩群呈不整合接触,岩性 主要为石英岩(图2b)、绢云石英片岩、绢云千枚岩和厚层叠 层石白云岩,自下而上是一套浅变质的浅海—滨海相的陆源 碎屑—碳酸盐岩沉积。 中元古界五佛山群岩性为砾岩、石英砂岩、页岩和泥灰 图1嵩山世界地质公园地质简图(据河南省区域地质志,1989,略有修改) 1—新生界;2—中生界;3—古生界;4—五佛山群;5—嵩山群;6—新太古代—古元古代 钾长花岗岩;7—新太古界登封岩群;8—新太古代花岗质片 麻岩;9—古元古代变辉长闪长岩;10—古元古代钾长花岗岩 岩等(图2a~c),普遍发育交错层理、波痕,含叠层石,为一 套滨海—浅海沉积。震旦纪罗圈组是典型的冰川堆积物,沉 积了20~50m厚的暗紫、灰绿色杂砾岩。 古生界地层主要有寒武系的砾岩、燧石白云岩、泥灰岩 和页岩(图2d);奥陶系中统的页岩、砾屑白云岩和(白云质) 灰岩;石炭系的铝土页岩、含燧石团块灰岩和砂岩夹煤线;二 叠系的页岩、砂岩、粘土岩夹碳质页岩和煤层。 中生界地层仅有三叠系的砂岩(图2e)、泥岩夹碳质页 岩和煤线。 古近系在内陆盆地中沉积了始新统的红色砾岩、砂岩和 砂质泥岩。第四系下更新统为灰绿、红、棕红色冰碛泥砾岩; 中、上更新统为砾石层、亚砂土、亚粘土等,多钙质结核。 1.2 主要岩浆作用 嵩山地区岩浆岩主要伴随新太古—古元古代构造—热 事件过程产出。新太古代岩浆岩包括基性—中酸性火山岩、 TTG、I型花岗岩、斜长花岗岩和伟晶岩等,构造片麻理发育。 新太古代末—古元古代早期岩浆岩主要为路家沟富钾花岗 岩,侵入新太古界登封岩群和 TTG片麻岩中,并被中—新元 古界五佛山群不整合覆盖。古元古代伟晶岩脉和基性岩墙 群主要分布于登封市君召乡北部。伟晶岩脉产于登封岩群 郭家窑岩组和青杨沟变辉长闪长片麻岩体中;基性岩墙主要 分布于君召北部,侵入于登封岩群中并切割伟晶岩。 中元古代碱性花岗岩包括石秤和白家寨花岗岩体,侵入 于登封岩群及嵩山群中,南部局部与寒武系呈断层接触,部 分被第四系覆盖。 1.3 地质构造 嵩山地区以中岳运动界面即五佛山群(图2c)与嵩山群 (图2b)之间的不整合面为标志,可划分为基底和盖层构造 两部分。基底包括新太古界登封岩群(图2a)、古元古界嵩 山群和相关的岩浆岩系列。沉积盖层主要包括中岳运动界 面以上的五佛山群到三叠系的地层,其中有四个假整合面, 表明盖层沉积中有过地壳的整体升降运动。 2 地质遗迹类型 根据《国家地质公园建设指南》中对于地质遗迹资源类 型的划分原则,嵩山世界地质公园旅游地质遗迹资源分为以 下几类:典型地质剖面类(包括地层/岩石学类、构造地质 类)、地质地貌类、古生物类、典型矿床类、水体景观类与地质 灾害类。 2.1 典型地质剖面类 4811 地 质 论 评 2012年 2.1.1 典型地层剖面 (1)新太古界登封岩群标准地层剖面 该群标准剖面分布于登封市君召乡北部的石牌河至老 羊沟一线,全长28km。登封岩群上部变质角斑岩的锆石 SHRIMPUPb年龄分别为2508±16Ma和2531±15Ma(万 渝生等,2009)。 (2)古元古界嵩山群标准地层剖面 该群标准剖面分布在嵩山太室山的罗汉洞—金沟、中岳 庙寺里沟、唐庄铁匠沟、井湾、庙坡、花峪一线,全长102km。 多见对称波痕、交错层理、泥裂、槽模等沉积构造。最年轻的 碎屑锆石UPb年龄为2337±23Ma(第五春荣等,2009),年 轻于五台群(2525Ma,Wildeetal.,2002)。 (3)中元古界五佛山群标准地层剖面 分布在登封市君召乡北部的峡口至偃师市佛光峪乡的 何瑶一线,长3km。最年轻的碎屑锆石UPb年龄为1655± 22Ma(胡国辉等,2012)。 (4)新元古界震旦系罗圈组标准地层剖面 分布在登封市送表乡(嵩山主峰一带缺失),长2km。 (5)古生界寒武系、奥陶系、石炭系剖面 分布在嵩山北坡的登封市窖粮坑一线,长61km。在寒 武系剖面中,三叶虫化石丰富。 (6)古生界二叠系、中生界三叠系剖面 分布在登封市大金店乡背阳坡一带,长36km。 (7)新生界古近系、第四系剖面 分布在登封市告成一带,长48km。 以上典型剖面出露良好,层序比较完整,顶底接触关系 清晰。 2.1.2 典型岩浆岩剖面 嵩山地区前寒武纪岩浆活动性质和期次: (1)新太古代火山岩剖面 该类岩石广泛出露于登封岩群中(图2a),以基性和中 基性为主,部分为中—酸性,形成于 2547±14Ma(Diwu Chunrongetal.,2011)。结合登封岩群变质角斑岩的形成 年龄(2508±16Ma和2531±15Ma;万渝生等,2009),进一 步限定登封岩群是太古宙的产物。 (2)新太古代TTG剖面 该期岩浆活动是嵩山地区规模最大的一次,约占整个新 太古代岩石出露面积的80%(劳子强等,1996),形成于2600 ~2500Ma(万渝生等,2009;周艳艳等,2009b;Diwu Chunrongetal.,2011),主要为英云闪长岩、奥长花岗岩和 花岗闪长岩,有少量辉长闪长质岩石,均经历了强烈的变质 变形,由块状岩石变成了片麻岩。 (3)新太古代—古元古代花岗岩剖面 新太古代许台富钾花岗岩体呈岩株状分布,出露面积约 4km2,形成于2510±30Ma(ZhouYanyanetal.,2011)。古 元古代路家沟富钾花岗岩呈不规则状分布,出露面积约32 km2(关保德,1996),形成于 2420±24Ma(ZhouYanyanet al.,2011)。 (4)元古宙侵入岩剖面 元古宙碱性花岗岩———石秤和白家寨花岗岩分别形成 于 1743±14Ma和 1797±14Ma(ZhaoTaipingandZhou Meifu,2009);古元古代基性岩墙形成于1785±18Ma(胡国 辉等,2010)。 2.1.3 典型构造剖面 (1)构造运动不整合界面 不整合界面代表一期地质构造演化阶段的结束和另一 期构造演化阶段的开始,也往往是区域大地构造环境发生重 大变化的标志。嵩山地区前寒武纪三次大规模构造运动界 面特征如下:① 嵩阳运动不整合界面(图2g)。主要分布在 嵩山主峰南坡,表现为嵩山群底部的砾岩层呈角度不整合覆 盖在登封岩群的不同层位和不同构造部位上(图2g)。② 中 岳运动不整合界面(图2h)。体现在马鞍山组底部的砾岩层 不整合覆盖在嵩山群和超覆于太古界登封岩群之上。③ 少 林运动不整合界面(图 2i)。表现为寒武系底部的砾岩层 (其它地区寒武系底部无砾岩层)呈角度不整合超覆于中元 古界五佛山群、古元古界嵩山群和太古界登封岩群的不同层 位之上。 (2)典型构造形迹剖面 ① 褶皱:中岳运动使整个嵩山群发生各种形态的褶曲, 如倒转褶皱、平卧褶皱以及叠加褶皱等,形成了紧密的复式 背、向斜,它们相间分布,互相过渡,形成一幅复杂的构造图 像(图2j、图3a)。燕山运动以其强烈的褶皱和断块对嵩山 地区中岳运动界面以上的岩石/地层进行了大规模的改造, 形成比较宽缓的褶皱和脆性断裂。② 波痕和节理(图3b): 嵩山群石英岩中发育的波痕表现为岩层表面起伏不平的波 纹状痕迹。石英岩的节理是在构造应力作用下形成于岩石 中的一种破裂。③ 交错层理。在嵩山四里河一带,发育多 组交错层理、波痕和节理,可用来还原当时的沉积环境,判断 地层层序的正常和倒转。 2.2 地质地貌类 地质地貌遗迹主要包括: (1)峰林地貌(图3c):包括峻极峰、万岁峰、单面山和断 层崖等,是古元古代石英岩组成的悬崖陡壁。其形成原因可 能有二:一是由于石英岩抗风化极强,而南麓的岩石是相对 松软的新太古代片麻岩,长期风化剥蚀造成了强烈的反差; 二是燕山运动在峻极峰南侧形成了一些东西向的正断层,断 层南盘的相对下降加剧了这种特殊地貌的形成。 (2)峡谷地貌一线天:该景观是产生于古元古代石英岩 中的一条近于直立的张性裂隙,裂隙不断扩大,形成宽不足 2m、长愈百米的裂缝(图3d)。 (3)构造地貌:最典型的是褶皱山地貌。褶皱山由基底 部分的复背斜和盖层部分的大背斜组成,如太室山复式褶皱 山。 (4)河流地貌:瀑、潭相间的“十瀑潭”特殊景观。由于 嵩山在不同历史时期隆升速度不同,河流下切时深时浅,河 段也是有陡有缓,在转折部位经常形成裂点,形成瀑、潭等景 5811第 6期 张忠慧:嵩山世界地质公园重要地质遗迹类型及其科学内涵 6811 地 质 论 评 2012年 图 2嵩山世界地质公园重要地质遗迹(一) (a)—新太古界登封岩群郭家窑岩组斜长角闪岩;(b)—古元古界嵩山群石英岩;(c)—中—新元古界五佛山群砂岩与泥 页岩互层;(d)—寒武系灰岩;(e)—三叠系石英砂岩;(f)—第四系黄土;(g)—嵩阳运动界面,表现为古元古界嵩山群 底砾岩不整合于新太古界之上;(h)—中岳运动界面,表现为五佛山群马鞍山组底砾岩不整合于嵩山群之上;(i)—少林 运动界面,表现为震旦系罗圈组与五佛山群以及寒武系关口组砂砾岩与罗圈组的平行不整合界面;(j)—中岳运动造成 的一系列同斜褶皱叠加形成石香肠等构造;(k)—少林运动造成五佛山群内部的重力滑动构造 观。 2.3 古生物类 包括嵩山群碳酸盐岩地层中的柱状、墙状和树枝状叠层 石(图3e);五佛山群中的蓝藻、绿藻及带藻化石;寒武系和 奥陶系的三叶虫及角石类化石(图3f);石炭系、二叠系中的 腕足、珊瑚、有孔虫、介形虫、海绵等动物化石以及节蕨纲、真 蕨纲、种子蕨纲、石松纲、科达纲等植物化石等;在卢店附近 第四纪地层中发现巨型象牙化石(图3g)。 2.4 典型矿产类 公园内主要矿产为:煤、铁、铝土矿、铜、铌钽、磷、石英 岩、脉石英、水晶、钾长石、石棉、石灰岩、白云岩、粘土、天然 油石、玉石、麦饭石、建筑用砂和石材等共约19种。 2.5 水体和地质灾害类 水体景观类主要包括卢崖瀑布和八龙潭。溪水穿流于 古元古代嵩山群石英岩与片岩中。 地质灾害类景观包括重力滑动构造形成的大小不等、形 态各异的滑块、滑体及构造窗、飞来峰(图 2k)。另有启母 石、石船和云城景观,是由节理发育的石英岩在风化作用下, 巨大岩块沿节理开裂,并在重力作用下发生崩塌而离开山 体、滚落而形成。 3 主要地质遗迹的科学内涵 由于早期大陆的70%以上是在前寒武纪时期(自地球 诞生 ~540Ma)形成,主要由新太古代TTG片麻岩、绿岩带 表壳岩、新太古代—古元古代富钾花岗岩和基性岩墙群以及 元古宙沉积岩组成(TaylorandMclennan,1985;Rollison, 2007)。这些地质体 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 着大陆地壳的生长、改造、表生环境 演化、克拉通化和全球性板块构造体制的建立,对揭示地球 早期巨量地壳生长具有重要意义(Wildeetal.,2001)。 嵩山世界地质公园重要的地质遗迹资源多数形成于前 寒武纪,为探讨华北克拉通南缘前寒武纪陆壳的形成和演化 过程提供了条件。以往关于嵩山前寒武纪地质的研究主要 包括地层/岩石的划分和厘定(郭安林,1989;胡受奚和林潜 龙,1988;劳子强等,1996)、构造形迹解析(马杏垣等, 1981)等,但对于主要岩石的成因和构造背景等缺少深入探 讨。以下将重点介绍新太古代TTG片麻岩和斜长角闪岩、新 太古代—古元古代富钾花岗岩和基性岩墙群的形成时代、成 因和构造演化以及元古宙沉积岩物源和沉积时代的相关成 果。 3.1 前寒武纪地层沉积特征和构造环境 3.1.1 登封岩群火山—沉积岩系 太古宙表壳岩是早期地壳的重要物质组成,反映了早前 寒武纪大陆地壳形成和发展所特有的火山作用、沉积物堆积 (Windley,1977),其中的斜长角闪岩多数从地幔直接衍生, 可形成于裂谷、边缘盆地或大陆边缘环境(Kr¨oner,1985),其 地球化学特征可以提供产生这种岩石的地幔源区的化学组 成和演化信息(WeaverandTarney,1981;Pearce,1983)。 登封岩群中发育的斜长角闪岩与以包体形式存在于 TTG片麻岩中的斜长角闪岩均为亚碱性玄武岩。前者显示 洋中脊拉斑玄武岩特征,形成于弧后盆地环境;后者具有岛 弧玄武岩特征,是随着俯冲作用的进行,由亏损地幔部分熔 融形成的基性熔浆受到与俯冲有关的熔体或流体的交代所 致(周艳艳等,2009a)。 3.1.2 嵩山群 嵩山群主体为低绿片岩相变质岩,原岩主要为石英砂 岩,其次为泥质岩、碳酸盐岩和少量砂砾岩,为单碎屑—复碎 屑—复理石建造。复理石主要由重力流沉积组成,重力流中 又以浊积岩最为发育,其构造背景与复理石沉积构造背景, 以及能提供大量物源的大陆边缘和火山岛弧有密切关系(万 国庆和刘德良,2000)。因此,嵩山群很可能为古元古代早 期区域构造拼合后伸展的产物。 3.1.3 五佛山群 五佛山群砂岩轻稀土富集、重稀土含量稳定、负Eu异常 等特征与上地壳稀土元素特征一致;主要物源来自华北克拉 通南缘20Ga左右地质事件所形成或改造的富石英地质体 (2100~1700Ma)。泥质岩轻重稀土分异明显,有负 Eu异 常,与源于上地壳的稀土元素特征和北美页岩稀土元素特征 一致,说明源岩物质来源于上地壳的长英质和中性岩物源区 (胡国辉等,2012),属于被动陆缘沉积。 3.2 前寒武纪侵入岩的成因机制和构造环境 3.2.1 TTG 嵩山地区TTG主要由英云闪长质、奥长花岗质和花岗闪 长质片麻岩组成(图4)。源岩具岛弧玄武岩特征。最年轻 的全岩Nd和锆石 Hf同位素模式年龄(2600Ma,2610Ma) 与其上限结晶年龄相近,说明源岩可能为初生玄武质地壳。 Mg#变化明显,表明存在地幔楔不同程度的卷入。因此,TTG 形成于汇聚板块边缘的洋壳俯冲环境,可能由含水玄武质洋 壳在榴辉岩相条件下部分熔融形成。 3.2.2 新太古代—古元古代富钾花岗岩 许台 I型花岗岩(2509±33Ma,ZhouYanyanetal., 2011)(图5)具有高的 K2O和低 MgO含量;Nb、Ta和 Ti负 异常;平均锆石Hf二阶段模式年龄与形成年龄接近,说明其 7811第 6期 张忠慧:嵩山世界地质公园重要地质遗迹类型及其科学内涵 8811 地 质 论 评 2012年 图3嵩山世界地质公园重要地质遗迹(二) (a)—中岳运动造成的同斜倒转平卧褶皱;(b)—嵩山群石英岩中发育的波痕;(c)—峰林地貌,由古元古代浅海沉积后 又经变质的石英岩组成;(d)—峡谷地貌一线天;是产生于古元古代石英岩中的近于直立的张性裂隙,裂隙不断扩大,形 成宽不足2m,长愈百米的裂缝;(e)—发育在古元古界嵩山群碳酸盐岩地层中的叠层石;(f)—古生界地层中的蝴蝶虫化 石;(g)—第四纪地层中的巨型象牙化石 由初生下地壳部分熔融形成,与TTG和斜长角闪岩一起指示 新太古代(2500Ma)微陆块的碰撞拼合。 路家沟花岗岩(2424±24Ma,ZhouZhouYanyanetal., 2011)岩性属于高分异I型花岗岩(图5)。岩石形成压力 < 10GPa。结合锆石Hf二阶段模式年龄与嵩山 TTG片麻岩 的形成年龄接近,轻稀土富集、低 Y和 Yb等特征也和 TTG 片麻岩特征一致,说明路家沟花岗岩由嵩山TTG片麻岩部分 熔融形成,可能与加厚地壳的拆沉有关。 3.2.3 古元古代晚期花岗岩 石秤花岗岩和摩天寨花岗岩年龄为 A2型花岗岩(图 6),分别形成于1743±14Ma和1797±14Ma,由从30~ 28Ga的亏损地幔中分离出的中太古代地壳物质部分熔融 形成(ZhaoTaipingandZhouMeifu,2009),形成于后造山构 造环境。 3.2.4 古元古代晚期基性岩墙群 基性岩墙群岩石类型为板内拉斑玄武岩,形成于1785± 18Ma。岩石 Nb、Ta和 Ti负异常,Ba和 Pb正异常。εNd(t) 值(-6.2~ -8.1)较低,Nb/La比值(016~026)<1且 随SiO2含量的变化很小,表示源区有陆壳物质的加入,与富 集地幔Ⅰ(EMⅠ)特征一致,表现出由大陆向活动大陆边缘 演化的趋势,指示了大陆裂解的地质过程。它们与同期的A 型花岗岩、熊耳群火山岩等共同记录了华北克拉通在178 Ga前后发生了大规模的大陆裂解事件(胡国辉等,2010)。 综上,嵩山地区前寒武纪可能的构造演化模型如下: (1)26~25Ga,俯冲洋壳、亏损岩石圈地幔和加厚下 地壳的部分熔融分别形成新太古代 TTG、火山岩和 I型花岗 岩。 (2)约 25Ga,海陆分化已经比较明显,开始了真正意 义的古板块构造运动,发生了可能是本区最早的(洋—陆)板 块碰撞作用。花岗—绿岩带受到近南北向的应力作用,发生 大规模的变质和混合岩化,以及褶皱隆起,形成山脉,嵩山首 次露峥嵘。 (3)25~23Ga,地壳隆升,仍有间歇性的构造应力, 但总体属于板内环境。后经风化剥蚀,随着地壳不断下降, 逐渐夷平的嵩山又被海水淹没,形成了嵩山群滨海—浅海环 境沉积。 (4)23~19Ga,强烈逆冲推覆导致地壳热流活动加 剧,幔源基性岩浆和深部岩浆沿北西向裂隙上侵,形成钾长 花岗岩、伟晶岩和基性岩墙群。 (5)约 185Ga,经历了一次褶皱造山事件。 (6)约 175Ga,伸展环境下形成了石秤(1743±14Ma, 图4嵩山地区TTG片麻岩An—Ab—Or分类图解 (底图据Barker,1979;O’Connor,1965) ●—嵩山地区TTG质片麻岩样品(周艳艳等,2009b); ◇—嵩山地区TTG片麻岩样品(据劳子强等,1996) ZhaoandZhou,2009)和摩天寨钾长花岗岩体(1797±14Ma, ZhaoandZhou,2009)等造山后岩浆岩的形成和侵位。 (6)中—新元古代,主要为被动陆缘的稳定沉积。 4 地质公园开发的相关问题和建议 4.1 加强地质公园的基础调查与科学研究规划 以上研究发现,嵩山世界地质公园仍然存在具有重要地 质遗迹资源的开发空白区,如前寒武纪片麻岩、基性火山岩 和富钾花岗岩类的地质景观和科学内涵没有很好的融入到 地质公园建设中。因此,需要进一步查清地质遗迹和景观的 类型与分布状况,并挖掘其科学内涵。 在地质公园的科学规划工作中,需要围绕重要地质遗迹 的科学内涵, 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 科学合理的科普旅游路线和科学考察路 线,并完善地质公园的标示系统。一个健全的景区标示系统 包括景观标示牌和景观内容介绍、印刷品(导游手册、景区科 普画册和导识图册)和音像制品等。在重要地质景观的标示 内容上,要避免因人为命名而产生的突兀,而是要体现景观 特色、成因及其独特的地质文化。同时,要加强地学导游的 业务指导,使其充分利用地质资源和科学素材,将地学科普 知识和景点解说有机结合,进一步吸引游客并提升其对地质 科学的兴趣。 9811第 6期 张忠慧:嵩山世界地质公园重要地质遗迹类型及其科学内涵 图5许台和路家沟花岗岩Zr—10000Ga/Al(a)、Nb—10000Ga/Al(b)、10000Ga/Al—Zr+Nb+Ce+Y(c) 和FeOT/MgO—(Zr+Nb+Ce+Y)(d)分类图解(据Whalenetal.,1987)。FG:分异的长英质花岗岩; OGT:未分异的M、I和S型花岗岩。样品来自ZhouYanyan等(2009) 4.2 建设与地质遗迹内涵相协调的博物馆 博物馆的建设不仅需要因地制宜,与景区相协调,还应 注重博物馆的内容,使其能够反映地质公园特色,起到科普 教育的功能。目前,嵩山地质博物馆的内容除了生态、人文 景观外,比较充分的展示了地质地貌类、古生物类和构造类 地质遗迹,但相对缺乏能够反映地球早期大陆形成、生长和 稳定化过程的岩浆岩、变质岩和沉积岩等相关科学内容;同 时,对于主体特征明显的地质遗迹资源,也过多地强调景观 和文学修饰,而没能很好地体现其地球科学内涵,违背了地 质博物馆的科学主题。如,目前的博物馆内容对于地质时代 的基本概念模糊,甚至忽略,而地质遗迹强调的恰恰就是时 空演化规律,展示不同历史时期从地球内部到地球表面的地 质过程。因此,需要进一步合理规划地质博物馆内容,构建 科研、科普、观赏和娱乐等多功能一体的景观环境,强化给游 客带来的视觉和理性冲击。 4.3 加强地质遗迹景观、自然风景和人文景观 的有机结合   通过对嵩山重要地质遗迹的研究,作者希望能最大限度 地将其应用于景区建设,如从完善旅游解说系统到开发一些 具有主体特色的旅游线路等。同时,开展地质遗迹的科学 性、美学鉴赏和文学价值研究也将是一个必要而有意义的引 申范畴,有待进一步挖掘。 5 结论 结合区域地质背景、地质遗迹资源类型和分布特征,本 文将嵩山世界地质公园的地质遗迹类型分为地质剖面类(包 括地层/岩石学类、构造地质类)、地质地貌类、古生物类、典 型矿床类、水体景观类与地质灾害类。同时,结合年代学、地 球化学和同位素研究,本文初步理清嵩山地区从太古宙晚期 到新元古代,分别经历了早期陆壳的形成和生长(26~25 Ga)、(洋—陆)板块碰撞作用(约 25Ga)、板内环境—风化 剥蚀—嵩山群滨海和浅海沉积(25~23Ga)、钾长花岗 岩、伟晶岩和基性岩墙群的形成(23~19Ga)、又一次的 褶皱造山事件(约 185Ga)、伸展环境下富钾花岗岩的形成 (约 175Ga),以及中—新元古代被动陆缘的稳定沉积。以 上研究成果为有效促进地质遗迹的开发和保护、将独特的地 0911 地 质 论 评 2012年 图6嵩山地区石秤和摩天寨花岗岩A1和A2亚组的三角判别图解(据Eby,1922) (a):Rb/100—Y/(44Tb)—Nb/(16Ta);(b):Y—Nb—(Zr/4); 样品来自ZhaoTaiping和 ZhouMeifu(2009) 质科学知识与风景资源有效结合,以及地质公园建设工作提 供了科学依据,在普及地球科学知识,促进地方旅游和经济 发展具有一定作用。 致谢:本文在成文过程中得到赵太平研究员和周艳艳博 士的帮助;万渝生研究员对本文提出了宝贵意见和建议,在 此一并表示衷心感谢。 参 考 文 献  /  References 第五春荣,孙勇,林慈銮,王洪亮.2010.河南鲁山地区太华杂岩 LAICPMS锆石UPb年代学及 Hf同位素组成.科学通报,21: 2112~2123. 郭安林.1989.河南中部太古宙登封花岗—绿岩地体中灰色片麻岩 地球化学特征及其成因.矿物岩石,9(2):92~100. 河南省地质矿产局.1989.河南省区域地质志.北京:地质出版社, 598~601. 胡国辉,胡俊良,陈伟,赵太平.2010.华北克拉通南缘中条山—嵩 山地区ca.1.78Ga基性岩墙群的地球化学特征及构造环境. 岩石学报,26(5):1563~1576. 胡国辉,赵太平,周艳艳.2012.华北克拉通南缘嵩山地区五佛山群 沉积时代和物源区分析:碎屑锆石UPb年龄和Hf同位素证据. 地球化学,(待刊). 胡受奚,林潜龙.1988.华北华南古板块拼合带地质和成矿.南京: 南京大学出版社,1~558. 劳子强,王世炎,张良,宫银山,周汉文.1996.嵩山地区前寒武纪 地质构造特征及演化.北京:中国环境科学出版社,87~95. 马杏垣,游振东,索书田.1981.嵩山构造变形—重力构造解析.北 京:地质出版社,230~234. 万国庆,刘德良.2000.复理石杂砂岩的化学组成与板块构造.沉积 与特提斯地质,20(3):105~112. 万渝生,刘敦一,王世炎,赵逊,董春艳,周红英,殷小艳,杨长秀, 高林志.2009.登封地区早前寒武纪地壳演化—地球化学和锆 石SHRIMPUPb年代学制约.地质学报,83(7):982~999. 张伯声.1951.嵩阳运动和嵩山区的五台系.地质评论,16(1):79 ~81. 张尔道.1954.河南嵩山前寒武纪地层.地质学报,34(2):197~ 208. 赵太平,张忠慧,周艳艳,王世炎,刘成社,粱会娟,章秉辰,胡国 辉.2012.中国嵩山前寒武纪地质.北京:地质出版社,1~193. 周艳艳,赵太平,薛良伟,王世炎,高剑锋.2009a.河南嵩山地区新 太古代TTG质片麻岩的成因及其地质意义:来自岩石学、地球 化学及同位素年代学的制约.岩石学报,25(2):331~347. 周艳艳,赵太平,薛良伟,王世炎.2009b.河南嵩山地区新太古代 斜长角闪岩的地球化学特征与成因.岩石学报,25(11):3043 ~3056. 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is_528010
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格式:pdf
大小:6MB
软件:PDF阅读器
页数:12
分类:金融/投资/证券
上传时间:2012-12-14
浏览量:30