江西三清山國家地質公園內的重大地質事件記錄

葉張煌,劉嘉麒,尹國勝,陳安澤,王 敏

1)中國地質大學地球科學與資源學院,北京 100083;

2)東華理工大學,江西南昌 330013;

3)中國科學院地質與地球物理研究所,北京 100029;

4)江西省地質調查院,江西南昌 330030;

5)中國地質科學院,北京 100037

江西三清山國家地質公園內的重大地質事件記錄

葉張煌1,2),劉嘉麒3)*,尹國勝4),陳安澤5),王 敏5)

1)中國地質大學地球科學與資源學院,北京 100083;

2)東華理工大學,江西南昌 330013;

3)中國科學院地質與地球物理研究所,北京 100029;

4)江西省地質調查院,江西南昌 330030;

5)中國地質科學院,北京 100037

江西三清山于2005年3月批準為國家地質公園,2008年7月入選世界自然遺產名錄,以花崗巖地質與花崗巖峰林地貌著稱。擁有10億年演化歷史的三清山,不僅是一個地學等多個領域具有全球研究對比意義的地學寶庫,而且是擁有重要科學價值及科普意義的地質遺跡。在申報世界地質公園野外考察的基礎上,本文綜述了三清山地質遺跡代表性的9個重大地質事件,這也是世界自然遺產開發和保護基礎工作以及地質公園管理的要求。

三清山;國家地質公園;地質遺跡;地質事件

三清山位于中國東南部,江西省上饒市玉山、德興兩縣(市)交界處。因為此山有玉京、玉華、玉虛三峰,如三清坐于其巔,故名三清山,玉京峰為懷玉山的最高峰,海拔1819 m。它的地理位置是北緯28°48′22—29°00′45、東經 117°58′20—118°08′28。三清山南北狹長,山勢東、南、西三面陡峻,北面稍緩,地勢高差大。景區總面積229.5km2,中心景區71km2。

三清山具有良好的區位優勢,是江西的東北門戶。處在黃山、龍虎山、武夷山、圭峰等名山的中心位置。

三清山地處亞熱帶濕潤季風氣候區,四季分明。同時又具有海洋性氣候和高山氣候的特征,年平均氣溫介于 10～12℃之間,年均降水量達1900mm以上,相對濕度達82%。

三清山的生物多樣性和珍稀物種數量有很高的價值。由于沒有遭到第四紀冰川洗禮,與鄰近黃山比較,黃山的指示物種總熱點值為14.55,而三清山地區毗鄰總熱點值為25.10(全國林業系統自然保護區體系規劃研究,2003)。

三清山的植物資源異常豐富,以亞熱帶濕潤常綠闊葉林為主。其中世界罕見的華東黃杉有大面積分布,為江西首次發現。2000年三清山地區發現了消失近一個世紀全球極度瀕危鳥種黃喉噪鹛(葉建華,2010),良好的生態環境為黃喉鹛的提供了天然的棲息繁衍環境。

1 區域地質背景

三清山為懷玉山地體的一部分,位于歐亞板塊東南部、華夏與揚子古板塊碰撞結合帶,即贛東北古縫合帶,見圖1。

圖1 三清山地區的大地構造簡圖(據三清山地質公園管委會修改,2009)Fig.1 Simplified geotectonic map of Mount Sanqingshan(modified after Administration Committee of Mount Sanqingshan Geopark,2009)

1.1 區域地質演化

綜合三清山地區十多億年來的地質演化發展歷史(見表1),以三次大海侵為標志,將三清山地區的演化史分成三個大的演化階段。

(1)從中元古代到震旦紀中期

1400 Ma前的中元古代,那時三清山地區的地殼運動處于沉降階段,海水浸沒達 4億年之久。晉寧運動結束三清山的沉降歷史,抬升為陸地,三清山地區進入相對穩定的地臺階段。

1000 Ma前,三清山地區是華南洋中的一個島弧。約900 Ma前后,揚子古板塊與華夏古板塊碰撞,洋盆消失,形成了贛東北古板塊結合帶。800 Ma前,Rodinia超大陸裂解,三清山地區形成裂谷式海槽。形成了海相磨拉石,復理石和雙峰式火山巖建造。

(2)震旦紀晚期到晚奧陶世

在距今600 Ma年前的震旦末期,海水又浸沒了三清山地區達1.6億之久,一直延續到奧陶紀末期。震旦紀晚期,此間沉積4000多米厚的淺海相砂巖和碳酸巖建造,并含有三葉蟲、筆石和海綿等海相古生物化石。

早寒武世,三清山地區為半障壁性質的潮下淺水海盆,屬缺氧環境,形成了黑色頁巖。早寒武世晚期—晚寒武世,海侵擴大,沉積了厚約數百米的淺海相碳酸鹽。

奧陶紀早中期,海洋水體比較穩定,有利于筆石動物的繁衍,形成了筆石頁巖建造。奧陶紀晚期沉積了介殼相碳酸鹽建造。奧陶紀末,地殼總體處于逐漸抬升狀態,水體變淺。奧陶紀末期的“加里東運動第一幕”,使三清山地區再次“變海為陸”。

(3)早志留世到第四紀

在距今440 Ma年前的志留紀早期,發生第三次大海侵。志留紀早中期,沉積了以碎屑建造、并具類復理石構造特征。加里東運動使地殼整體抬升,遭受較長時期的剝蝕,因而缺失志留紀中期、早中泥盆世的沉積,懷玉地體,華夏和揚子古陸再次結合,成為華南陸塊的組成部分(程裕淇,1994;馬麗芳,2002)。

晚泥盆世時,三清山地區在晚泥盆世至三疊紀早期沉積了以濱、淺海相泥砂質及碳酸鹽建造和海陸交互相的碎屑建造。中三疊世末,印支運動強烈活動,結束了三清山地區的海侵歷史,使歐亞板塊與太平洋板塊發生強烈碰撞并產生擠壓抬升,地面蓋層繼而發生強烈褶皺,出現區域性地殼隆起,形成普遍的角度不整合接觸關系。印支期我國的地質構造應力場發生轉變,此時太平洋板塊逐漸靠近,構造應力場以北西西向擠壓為主,中國大陸結束了南海北陸的狀況,開始東西分異(黃定華等,1999)。

180 Ma年的燕山運動也是我國地質構造發展的另一個新階段。晚侏羅世至早白堊世,隨著太平洋板塊的俯沖擠壓,東南部發生中酸性巖漿噴發活動,形成鈣堿性的中酸性火山巖組合,可劃分為石溪旋回和周家店旋回 2個巖漿活動旋回,同位素年代為91.7～110.8 Ma 與 119.2～128.3 Ma(王勇等,2002)。早白堊世在拉張的構造環境下,三清山地區酸性巖漿大規模強烈上侵,冷凝形成了大面積的“三清山花崗巖體”(余心起等,2005;張星蒲,2001)。三清山從此進入內陸發展的新階段,中生代是三清山花崗巖地質、地貌和生態的奠基時期。此后,又通過新生代的塑造,特別新構造運動,“三清山花崗巖體”多次不斷被抬升,才造就了現今奇特的花崗巖景觀和獨特的生態系統。

表1 三清山地區構造運動時代表(據楊明桂等,2009;章森桂等,2009修改)Table 1 Tectonic movement in Mount Sanqingshan(modified after YANG Ming-gui et al.,2009;ZHANG Sen-gui et al.,2009)

1.2 地層特征

除了志留系中上統、泥盆系中下統、古近系和新近系缺失外,三清山及鄰區涵蓋了自中元古代至第四紀10多億年幾乎連續的地層,是地球演化的重要記錄者和見證人,見圖2。

該區中新元古代早期的張村群,為巨厚層類復理石建造,富含火山物質,形成于濁流沉積環境,巖石組合為淺變質細碧巖、石英角斑巖、火山凝灰質—泥砂質碎屑巖。該地層含洋盆島弧型蛇綠混雜巖,構成一條蛇綠混雜巖帶。新元古界主要分布于三清山的北部地區,其下部為登山群祝家組,以淺變質的砂巖、板巖為主,夾玄武巖和流紋巖,形成雙峰式火山巖,厚度達3500 m,不整合于張村群之上;中部為南華系海相碎屑巖、冰磧泥礫巖夾灰巖,上部為震旦系硅質巖、碳酸鹽巖。

古生界主要分布于三清山山體周圍及周邊地區,寒武系以碳酸鹽巖為主夾泥、硅質頁巖,底部為黑色頁巖;奧陶系以頁巖為主夾瘤狀灰巖;志留系為泥砂質碎屑巖;泥盆系為砂礫巖、石英砂巖、粉砂質頁巖,往往不整合于前泥盆系之上;石炭系與二疊系主要為碳酸鹽巖。中生界以侏羅系和白堊系為主,三疊系發育一套碳酸鹽巖與頁巖沉積建造,不整合于古生界之上;侏羅系出露于火山巖盆地的邊緣,表現出典型的陸相火山噴發-沉積旋回韻律,最為典型的是鵝湖嶺組,產有硅化木化石;白堊系主要分布于中生代火山巖陸相盆地內部,巖性主要是紅色碎屑巖和火山碎屑巖。

圖2 三清山地質公園區域地質圖(據三清山地質公園管委會修改,2009)Fig.2 Regional geological map of Mount Sanqingshan National Geopark(modified after Administration Committee of Mount Sanqingshan Geopark,2009)

新生界分布范圍有限。老第三系缺失,第四系主要分布于河溝河湖泊的低凹地帶,以沖積粘土層為主,局部有洪積和殘積物。

1.3 褶皺和斷裂構造

三清山地區位于古板塊縫合帶,經歷了五個構造旋回。區域內褶皺和斷裂構造十分發育,見圖2。

1.3.1 褶皺構造

褶皺構造分布于區內的北西和北東部,屬于侏羅山式褶皺,沉積蓋層為南華系-志留系。侏羅紀地層不整合覆蓋于褶皺構造之上,推測可能為印支期褶皺(尹國勝等,2007)。區內主要有黃土嶺復式背斜和華眉山向斜。

1.3.2 斷裂構造

贛東北古縫合帶是新元古代揚子板塊與華夏板塊的碰撞帶,中生代發生陸內俯沖形成了超殼深斷裂帶,影響至莫霍面。

區內的殼內斷層也十分發育。斷層性質既有正斷層,也有逆斷層。到喜馬拉雅伸展期發展成為區內三條著名的正斷層,即小坑-芭蕉塢斷層、鵝公嶺-下西坑斷層、楓林-紫湖鎮斷層。這三條斷層將三清山主巖體分割成一個典型的斷塊山,基本呈等邊三角形。

2 重大地質事件的記錄

三清山“得地獨厚”的構造活躍背景,造就了她的特殊身份。它既是古華南洋閉合,華夏與揚子古板塊演化碰撞,Rodinia超大陸從形成到裂解等重大地質歷史事件的見證地,也是中生代以來中國東部陸內盆嶺構造演化發展的一個縮影。將今論古,反演歷史,沿著地質公園的旅游公路,從汾水→金沙→紫湖→三清湖→玉山,可以觀察到很多的重大地質構造記錄和連續的地層疊覆現象。

2.1 贛東北蛇綠混雜巖帶——古華南洋與古板塊碰撞的見證

三清山地質公園西北側的蛇綠混雜巖帶為歙縣-德興蛇綠混雜巖帶的一部分,與中—新元古代張村群的千枚巖混雜堆積在一起,共同構成蛇綠混雜巖帶,其原始層理完全被片理置換,構造片理走向 NNE、傾向 SEE、傾角 30°～80°(鄧國輝等,2005)。蛇綠巖和混雜堆積的千枚巖均有較強烈的變形和變質現象,與圍巖呈構造接觸,呈透鏡狀或團塊狀產出。在公園西南面的德興縣西灣處出露的巖石除了大洋斜長花崗巖和變質橄欖巖,還有藍閃石片巖,這是低溫高壓變質相帶的標志。蛇綠混雜巖、大洋斜長花崗巖、藍閃石片巖同出露于西灣,“三位一體”的巖石組合共同述說了中新元古代華南洋的存在及其閉合過程。

贛東北張村群蛇綠巖全巖Sm-Nd同位素等時線年齡為(1154±43)Ma(周國慶等,1991),大洋斜長花崗巖 SHRIMP鋯石 U-Pb等時線年齡值約為(968±23)Ma(王一先等,1999;李獻華等,1994),殘留有藍閃片巖 K-Ar等時線年齡值為(866±14)Ma(舒良樹等,1993)。根據這些年齡值推斷華南洋形成于南華紀晚期,主要存在于新元古代早期,閉合于羅迪尼亞超大陸的拼合之時,即揚子古板塊與華夏古板塊對接碰撞。

漫長的年代和多次構造熱事件破環了完整的大洋地層,但根據樟樹墩較大的蛇綠巖塊,可以對該區的大洋層序進行恢復:下部為二輝橄欖巖、方輝橄欖巖、橄欖二輝巖;上部為輝長巖-粗玄巖、玄武熔巖、輝綠巖巖墻-凝灰巖、硅質巖、雜砂巖、濁積巖。

歙縣-德興蛇綠混雜巖帶是迄今中國少數的元古代蛇綠混雜巖帶之一。這些珍貴地質遺跡,是元古代華南洋的存在和消亡、揚子古板塊與華夏古板塊碰撞事件的重要佐證。

2.2 南華紀雪球事件遺跡和新元古代晚期雙峰式火山巖

前寒武的南華大冰期事件的重要佐證就是南華準地臺廣泛發育的冰磧巖和冰磧層,是由劉鴻允命名。推測本區當時仍處濱海環境,被冰川包圍。大量冰筏冰山落入海中,形成了南沱組的冰磧巖,夾雜含礫凝灰巖、礫質砂泥巖?？梢姳涫F象,礫石大小不等,礫徑最大達35cm。中部為間冰期,形成灰黑色頁巖與灰巖,具水平紋層。

新元古代晚期,揚子與華夏古板塊碰撞后,不久即發生裂解。三清山區處華南裂谷邊緣,火山噴發作用非常劇烈,在西部地區弋陽縣登山河上鎮群剖面,形成由玄武巖、流紋巖組成的雙峰式火山巖。由SHRIMP鋯石U-Pb測得的年齡值為807 Ma(王劍,2000),說明裂谷-火山事件發生在約820～800 Ma間,是Rodinia超大陸裂解的標志。

2.3 早寒武世缺氧事件與生物大爆發

三清山早寒武世荷塘組為黑色頁巖,底部普遍發育石煤層,有黃鐵礦及磷結核等組分,并富含釩、鈾等元素。呈似層狀、透鏡狀產出,推測華南地區早寒武世菌藻類低等生物大量繁殖,又因缺氧事件而死亡,進入沉積物后形成泥炭,然后經壓實成巖作用后形成石煤。缺氧事件之后,至早寒武世晚期,生物發生爆炸性進化,三葉蟲、球接子、腕足類等生物大量出現,標志著寒武紀的生命大爆發。

2.4 奧陶系筆石動物化石群

區內奧陶紀地層出露良好、豐富多樣,有筆石頁巖建造和介殼灰巖建造,有亞相變化,說明海洋沉積環境變化多樣。生物化石有珊瑚、腕足等低等動物化石、也有相對高等的脊索動物化石。特別是奧陶紀早中世的筆石動物化石豐富,屬種繁多,類型多樣,筆石帶系列連續,分異演化清楚。計有 51屬,247種與亞種,其中包括1新屬,即“江南筆石屬”,27新種與新亞種,共建立了17個連續的筆石帶序列(肖承協等,1991)。

2.5 加里東運動和晚泥盆紀大規模海侵事件的證據

加里東運動是發生在早古生代晚期的一次重大地質造山事件,影響深遠。中國華南地區普遍由海上升為陸,或接受剝蝕或發生沉積間斷。在公園的三清山園區,來自地層的遺跡為加里東造山運動和泥盆紀海侵事件提供了證據。一是缺失中晚志留統和早中泥盆統,晚泥盆統不整合于早古生代地層之上;二是底部為濱海相石英質砂礫巖。這些事實表明,加里東造山運動把三清山所處的區域抬升為陸地,遭受剝蝕。時間從中志留世持續至中泥盆世。在晚泥盆世又發生大規模海侵,接受沉積,因而形成了區域性晚古生代地層不整合于早古生代地層之上的重要地質遺跡。

2.6 中生代陸內深俯沖作用與大規模巖漿活動

中生代時期的三清山地區位處古太平洋板塊西部的活動大陸邊緣,太平洋板塊產生向西俯沖作用,即由南東方向向北西方向俯沖,三清山地區發生了大規模的巖漿侵入和火山事件,形成了“兩帶”、“三型”花崗巖田(尹國勝等,2007)。即燕山早期,伴隨構造俯沖在斷裂帶前緣巖漿侵位形成了銅廠—銀山I型中酸性斑巖帶;燕山晚期俯沖帶后緣隆起,在區域左旋走滑應力場復合作用下,在拉張部位形成了三清山—靈山深成花崗巖帶,最早出現的S型角閃黑云母二長花崗巖,隨后形成了三清山 S型鉀長花崗巖體,最后出現雜巖體外環的靈山 A型晶洞堿長花崗巖。

三清山花崗巖田的I 型花崗巖為深源型花崗巖漿,S型花崗巖漿主體雖來自地殼,但有中基性巖漿的混合,也反映了深源物質的疊加。從巖漿來源方面也佐證了三清山地區中生代的陸內深俯沖作用。

2.7 中生代硅化木化石群和恐龍化石群遺跡

三清山地區中侏羅世陸相盆地砂巖中保存有完好的硅化木化石群。已發現10多個單體硅化木化石,單體最長達28.2 m,下端直徑1.3 m,上端直徑1 m余,其年輪清晰可見,是中國單體最長的硅化木化石。還原了侏羅紀該地區一片茂盛森林的古生態環境。

晚白堊世以來,三清山及鄰區以陸內伸展和斷塊升降為主,區域性深大斷裂再次活動,形成一系列斷陷帶。斷塊隆升成山,南北兩側出現了信江和黃柏兩個斷陷伸展型盆地。斷陷盆地內堆積了紅色砂礫巖和砂巖,出土了晚白堊世中晚期恐龍蛋化石。

2.8 地質構造典型遺跡

三清山地區構造活動強烈,褶皺和斷裂等構造現象發育,地質構造遺跡豐富。這些不僅是區域地殼物質形變歷史的遺跡,也是地殼運動的見證。

如前所述,在區內常見新元古代和古生代地層形成的褶皺構造,不同等級尺度的褶皺形態典型、出露良好,軸向總體為NE—SW向。

斷裂構造在三清山花崗巖體中的表現最為突出,最具典型性,是研究不同尺度斷裂構造現象的理想場所。三清山三條正斷層把三清山主體部分切割成了一個“三角形斷塊山”。

在區內玉山縣的一個晚白堊世盆地邊緣,新鮮工程面揭露了一個“兒子背老子”的反常地層疊覆現象,即侏羅紀地層推覆在晚白堊世紅色砂礫巖之上,這是一個典型的推覆構造遺跡景觀。說明地質公園南側的信江盆地,在中生代末萎縮消亡,在新生代早期即古近紀由于受到喜馬拉雅造山運動的影響,區域地殼不僅發生升降活動,也發生擠壓、走滑及盆地邊緣的推覆構造活動。

地質構造是三清山區域地層、巖石經歷過構造變動留下的遺跡,也是三清花崗巖成山成景的主要控制因素。這些形態完美的地質構造是三清山重要地質景觀的組成部分,也是地學科普教育的一個良好素材。

2.9 內外地質作用的典型遺跡

三清山地區花崗巖微地貌景觀分布集中,形成了罕見的景觀集群,據統計在核心景區2800 hm2范圍內,有奇峰 48座,造型石 89處,景觀 384余處,堪稱天下花崗巖微地貌的天然博物館?？梢苑譃榛◢弾r峰巒、峰墻、峰叢、石林、峰柱、石錐、造型石等7個主要類型。其中“東方女神”、“巨蟒出山”兩處標志性造型景觀,為世界之絕景。此外,三清山的主要峽谷有23條,峽谷總的特征是峽壁直立,谷深峽陡,高差懸殊,形態上多呈“V”型。這些花崗巖微地貌絕景是內外地質作用在地質歷史時期長期相互作用的結果。

燕山期贛東北超殼斷裂帶發生陸內俯沖,酸性巖漿侵位,花崗巖體形成,并使懷玉山脈開始隆起。這就是三清山花崗巖景觀的物質基礎。

進入晚白堊世,地殼發生了強烈的拉張,造成造山后伸展和大規模的斷塊運動,加強了盆嶺格局,懷玉山脈繼續上升并遭受強烈剝蝕。估計上覆巖石剝蝕厚度達6km(張招崇,2007),花崗巖第一次露出地表,進入第四紀,三清山區地殼又一次較快上升。今天從三清山的垂直縱剖面上看,至少可以分出三級“古剝蝕面”:第一級“古剝蝕面”在海拔900 m左右;第二級“古剝蝕面”大約在海拔1200 m;第三級“古剝蝕面”大約在海拔1500 m。三清山花崗巖體在“節節高”過程中,快速抬升與相對寧靜的相互交替。外動力的侵蝕作用也有不同的響應特征。快速抬升階段表現為以切割為主;相對寧靜階段則形成局部平坦地形。

花崗巖景觀的標型記錄了三清山花崗巖微地貌景觀形成演化的過程,如宏觀的花崗巖地貌景觀演化系列有峰巒→峰墻→峰叢→石林→峰柱→石錐;微觀地貌形態演化系列如峰柱,從棱柱狀→錐柱狀→次渾圓狀,組成了一個由弱風化到強風化的演化系列(陳安澤,2008)。流水和風化作用“欺軟怕硬”,沿斷裂和節理裂隙等構造軟弱部位強烈下切,使巖石沿陡傾面產生崩落垮塌,形成峽谷。

3 結論

擁有10億年演化歷史的三清山,是一個在多個領域具有全球對比意義的地學寶庫,擁有眾多重要科學價值和科普意義的地質遺跡。地質遺跡是地質作用過程中留下的最重要、最珍貴的自然遺產(趙汀等,2009),通過三清山國家地質公園地質遺跡的研究我們可以追溯地球演化進程的重大地質事件,見圖3。

圖3 三清山地質公園地質演化歷史及主要事件(據三清山地質公園管理委員會修改,2009)Fig.3 Geological evolution history and geological events in Mount Sanqingshan National Geopark(modified after Administration Committee of Mount Sanqingshan Geopark,2009)

三清山是大自然贈送給人類的瑰寶,地層、巖石、地貌以及化石無聲地記錄了其演化發展過程的信息。

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Record of Geological Events in Mount Sanqingshan National Geopark in Jiangxi

YE Zhang-huang1,2),LIU Jia-qi3),YIN Guo-sheng4),CHEN An-ze5),WANG Min5)
1)School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing100083;
2)East China Institute of Technology,Nanchang,Jiangxi330013;
3)Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing100029;
4)Geological Survey of Jiangxi Province,Nanchang,Jiangxi330030;
5)Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037

Mount Sanqingshan in Jiangxi,which was approved as a national geological park in March 2005 and nominated as the World Natural Heritage List in July 2008,is well known for its granite geology and granite peak landform.With the geological evolutionary history of more than one billion years,Mount Sanqingshan is not only a geological treasure with global comparison significance in geology and other fields but also an owner of many geological heritages with great significance in scientific value and scientific popularity.On the basis of field trip conducted by the authors for the application for global geopark,geological heritages representing nine geological events in Mount Sanqingshan National Geopark have been summarized in the paper.This is the basis of the development and protection of the world heritages as well as the management requirement for geopark.

Mount Sanqingshan;national geopark;geological heritages;geological events

K928.72;P931.2;P53

A

10.3975/cagsb.2012.02.12

本文由中央高?；究蒲袠I務費專項資助項目(編號:2011PY0156)、國家自然科學基金委重點項目(編號:40930314)和三清山地質公園科研項目聯合資助。

2011-12-13;改回日期:2012-01-29。責任編輯:張改俠。

葉張煌,男,1973年生。博士研究生。從事地質遺跡和地質公園研究。通訊地址:100083,北京市海淀區學院路29號。E-mail:zhhye@ecit.edu.cn。

*通訊作者:劉嘉麒,男,1941年生。博士,中國科學院院士,中國科協委員。從事火山與第四紀地質環境學研究。通訊地址:100083,北京市朝陽區北土城西路19號。

致謝:感謝三清山管委會為考察提供的幫助！