山東省劉公島省級地質公園地質遺跡分類及地學意義

劉向東

(山東省第六地質礦產(chǎn)勘查院，山東 威海 264209)

0 引言

劉公島省級地質公園屬于威海市劉公島管委會管轄，東西最長2.15km，南北最寬0.27km，海拔-0.12m～+45.50m，總面積0.43km2，于2014年成功申報省級地質公園[1-3]。園區(qū)內(nèi)涵蓋地質(體、層)剖面、地質構造、地貌景觀、環(huán)境地質遺跡景觀4個大類、6個類、8個亞類共25處地質遺跡。其中，超高壓變質巖的典型巖石榴輝巖，是山東省內(nèi)乃至國內(nèi)到目前為止發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的、保留最完好的、特征最突出的榴輝巖地質遺跡(1)山東省地礦工程勘察院，山東威海劉公島省級地質公園規(guī)劃專項研究報告(2016—2030年)，2016年1月。，具有較高的科學研究價值[4-14]。

1 區(qū)域地質背景

1.1 巖石建造

劉公島省級地質公園位于秦嶺-大別-蘇魯造山帶的膠南-威海隆起區(qū)，受中生代造山作用影響，隆升強烈[15-16]。區(qū)內(nèi)無地層出露，基巖裸露，巖性主要為新元古代—南華紀—榮成序列—威海單元的條帶狀細粒含黑云二長花崗質片麻巖，呈條帶狀分布，巖石新鮮面顏色為灰白色，花崗結構，條帶狀及片麻狀構造，礦物成分包括石英、長石、云母、角閃石等[17-18]。局部含有少量的榴輝巖、大理巖、偉晶巖和玄武玢巖。玄武玢巖巖脈NE方向穿插于基巖的片麻理中，活動時代為中生代燕山晚期[19-22]。

1.2 地質構造

區(qū)內(nèi)斷裂構造主要為NE向，其次為NW向，少量為近SN向。NE向斷裂主要有橫口-楊格莊斷裂、海陽斷裂和朱吳斷裂；NW向斷裂主要有俚島斷裂、神道口斷裂、城南河斷裂；近SN向斷裂主要有米山斷裂[19-21]。園區(qū)內(nèi)無大規(guī)模的斷裂構造帶，但局部發(fā)育有小褶皺，主要是由于地殼運動，巖層局部受到擠壓，發(fā)生彎曲變形而成。

2 地質遺跡分類及特征

地質遺跡是地球經(jīng)歷了漫長的地質歷史演化過程，由于內(nèi)動力地質作用和外動力地質作用，形成、發(fā)展并保留下來的自然地質遺產(chǎn)，是探索地球演化歷史的主要研究內(nèi)容，具有獨特的、典型的科研價值[23-28]。依據(jù)原國土部《國家地質公園規(guī)劃編制技術要求》附表1地質遺跡類型劃分表，將劉公島省級地質公園內(nèi)的25處地質遺跡劃分為4個大類、6個類、8個亞類(圖1，表1)(2)山東省地礦工程勘察院，山東威海劉公島省級地質公園規(guī)劃專項研究報告(2016—2030年)，2016年1月。。

表1 劉公島地質遺跡分類

1—地質遺跡景點位置及編號；2—人文景觀景點位置；3—省級地質公園范圍

2.1 地質(體、層)剖面大類

2.1.1 巖漿巖(體)剖面類

(1)典型基性、超基性巖體(剖面)亞類

玄武玢巖為基性噴出巖的代表巖石，呈黑色或綠—灰綠色，具斑狀結構，斑晶以斜長石、橄欖石和輝石為主，基質為隱晶質，肉眼無法辨別其礦物成分。園區(qū)內(nèi)分布有4處玄武玢巖，其巖脈NE方向穿插于基巖的片麻理中，活動時代為中生代燕山晚期。

(2)典型酸性巖體(剖面)亞類

威海單元條帶狀細粒含黑云二長花崗質片麻巖，園區(qū)內(nèi)分布有3處(圖2)，出露的巖性主要為新元古代—南華紀—榮成序列—威海單元的條帶狀細粒含黑云二長花崗質片麻巖。巖石新鮮面顏色呈灰白色，細粒花崗變晶結構，條帶狀及片麻狀構造，主要礦物粒徑一般為0.3～1mm，個別大于1mm。石英34.38%、斜長石32.72%、鉀長石29.84%、黑云母2.2%、角閃石0.88%，屬酸性巖類。

圖2 威海單元條帶狀細粒含黑云二長花崗質片麻巖

偉晶巖：園區(qū)內(nèi)分布有2處，是一種具有特別粗大礦物晶粒結構的脈巖，由于硅酸鹽余漿侵入到圍巖裂隙中緩慢結晶而成，粗粒—巨粒結構，塊狀—帶狀構造，主要礦物成分為石英、長石和云母。偉晶巖脈平行于變質變形花崗巖的片麻理分布。

2.1.2 變質巖相剖面

(1)典型接觸變質帶剖面

大理巖：園區(qū)內(nèi)分布有2處，是由碳酸鹽巖經(jīng)區(qū)域變質作用或接觸變質作用而成，巖石新鮮面顏色為白色或灰白色，粒狀變晶結構，塊狀構造，主要礦物有方解石和白云石(50%～95%)，次要礦物云母(0～2%)，長石(0～3%)。

透輝石大理巖：園區(qū)內(nèi)分布有1處(圖3)，是由硅質灰?guī)r經(jīng)接觸熱變質作用而成，巖石新鮮面顏色為灰綠色或灰白色，粒狀變晶結構，塊狀構造，主要成分由方解石80%、透輝石20%組成。

圖3 透輝石大理巖

(2)典型高、超高壓變質帶剖面亞類

榴輝巖：園區(qū)內(nèi)分布有3處。榴輝巖擠出于基巖的片麻理中，說明是經(jīng)歷超高壓變質作用而成的，即在三疊紀揚子板塊與華北板塊發(fā)生碰撞后揚子板塊俯沖到華北板塊之下，最后折返而形成的超高壓變質巖，形成時代為中元古代至新元古代。巖石新鮮面顏色呈黑色或綠—灰綠色，細粒—中細粒變晶結構，塊狀構造—片麻狀構造，主要礦物有石榴石(55%～95%)，綠輝石(15%～45%)，次要礦物金紅石(2%左右)，石英(0～5%)，副礦物磷灰石。

榴輝巖透鏡體：園區(qū)內(nèi)分布有1處(圖4)。它是在后生應力為主的條件下發(fā)生形變和相變而形成的，主要特征是石榴石呈壓扁拉長的透鏡狀，而輝石則沿拉伸方向作定向排列，使粒狀和柱狀礦物相間分布。

圖4 榴輝巖透鏡體

2.2 地質構造大類

大理巖褶皺、條帶狀細粒含黑云二長花崗質片麻巖褶皺是由于地殼運動，巖層局部受到擠壓，發(fā)生彎曲變形而形成的(圖5)，屬于地質構造大類、構造形跡類、中小型構造亞類。

圖5 大理巖褶皺

2.3 地貌景觀大類

2.3.1 海蝕海積景觀類

海蝕地貌景觀亞類有海蝕洞、海蝕崖。

海蝕洞是由于海水不斷沖刷，在軟弱巖石、巖石裂隙或裂隙的交會處等巖石軟弱處發(fā)育而成的洞穴，園區(qū)內(nèi)發(fā)育多處典型的海蝕洞(圖6)。

圖6 海蝕洞

海蝕崖是由于海蝕穴被海浪不間斷地沖刷溶蝕而擴大，使得凹槽上部的巖石懸空，海浪繼續(xù)沖刷溶蝕，使懸空的巖石墜落，導致海岸線不斷后退而形成陡崖，即形成海蝕崖。園區(qū)內(nèi)發(fā)育規(guī)模不一的海蝕崖(圖7)。

圖7 海蝕崖

2.3.2 構造地貌景觀類

條帶狀細粒含黑云二長花崗質片麻巖(含榴輝巖)與條帶狀細粒含黑云二長花崗質片麻巖(不含榴輝巖)地質界線屬于地貌景觀大類、構造地貌景觀類、構造地貌景觀亞類。

2.4 環(huán)境地質遺跡景觀大類

崩塌屬于環(huán)境地質遺跡景觀大類、地質災害遺跡景觀類、山體崩塌遺跡景觀亞類。園區(qū)內(nèi)發(fā)育多處懸崖峭壁，巖石垂直節(jié)理發(fā)育，風化強烈，在重力或外力作用下極易發(fā)生巖體崩落的地質現(xiàn)象，園區(qū)內(nèi)已發(fā)育多處歷史崩塌點，垮塌的巖塊大小不一。

3 地質公園的地學意義

蘇魯超高壓變質帶是揚子板塊與華北板塊俯沖—碰撞的產(chǎn)物，以榴輝巖為代表的高壓超高壓變質巖的研究將為整個造山帶形成與演化歷史的建立提供重要的地質信息。前人對蘇魯超高壓變質帶和榴輝巖的巖石學、地球化學、變形作用和同位素年代學等做了大量的研究工作，取得了許多重要的研究成果。

韓宗珠[29]探討了膠東和蘇北等地的榴輝巖和石榴石橄欖巖是如何運移至地表的？他認為在早元古代末期在蘇北和膠東地區(qū)都有一次與大別山地區(qū)類似的大型逆沖滑動構造，榴輝巖和石榴石橄欖巖帶基本上代表著這次NE向大型活動構造的前緣。

張澤明[30]等根據(jù)榴輝巖變質作用過程、形成時代、地球化學及其大地構造環(huán)境特征，初步建立了大別-蘇魯超高壓變質帶的形成過程及演化模式：認為在元古宙時期華北板塊與揚子板塊發(fā)生大規(guī)模快速俯沖，形成了加里東期超高壓變質巖；在冷板塊的后續(xù)俯沖過程中，榴輝巖快速抬升至地殼下部；印支期洋殼閉合，陸—陸俯沖碰撞，產(chǎn)生綠簾—藍片巖相高壓變質作用；燕山期碰撞后陸內(nèi)逆沖推覆，斷塊升降，高壓超高壓變質巖構造運移至地表。

王來明[31]等根據(jù)變質礦物的形成年代、巖石地球化學特點、大地構造背景等因素確立了膠南造山帶的高壓、超高壓變質作用及演化過程：認為早、中元古代形成的華北板塊與揚子板塊在晉寧期發(fā)生快速俯沖、碰撞、地殼加厚，產(chǎn)生榴輝巖相超高壓變質作用；在冷板塊的后續(xù)俯沖過程中，榴輝巖快速抬升至地殼下部；印支期陸—陸再次俯沖碰撞，產(chǎn)生高壓綠片巖相—榴輝巖相變質作用，碰撞后的巖漿受頂托及斷塊升降作用使高壓、超高壓變質巖抬升至地表。

徐惠芬[32]認為蘇魯超高壓變質帶雖然同屬于大別碰撞造山帶，并和郯廬斷裂帶以西的大別山地區(qū)有某些相似之處，但是它卻有著諸多自己獨有的特征和表現(xiàn)，它們對于揭示整個大別碰撞造山帶的地質發(fā)展史和地殼演化史具有重要的佐證作用。

胡受奚[33]等認為俯沖作用及構造環(huán)境的演化是控制膠東地體等大多數(shù)中生代榴輝巖等變質巖類、花崗巖類、火山巖類等形成和使它們出露地表的重要因素；另外許多榴輝巖體多呈較小的透鏡體夾在各類變質巖中，推測可能是由于榴輝巖比重大滯留在地幔中，并未折返至地表。

張希道[34]等從榴輝巖與圍巖的關系論述了蘇魯榴輝巖的形成和折返過程，即超高壓榴輝巖與新元古代花崗巖巖漿是同時在碰撞帶底部(俯沖板塊前部)形成的，榴輝巖的第一折返階段是由新元古代花崗巖巖漿攜帶上升的，第二折返階段是和新元古代花崗巖一起由逆沖及區(qū)域性隆起而上升，遭受剝蝕。

宋明春[35]等通過分析多成因花崗質片麻巖的化學成分，指出蘇魯超高壓變質帶的巖漿活動反映了膠東地區(qū)在新元古代發(fā)生過重要的構造折返運動，并且構造折返運動與新元古代板塊碰撞造山作用息息相關。

王清晨[36]通過總結前人的分析成果，結合自己的研究，以大別山造山帶為研究對象，對超高壓變質巖的折返過程以及折返機理進行了系統(tǒng)剖析：認為莫霍面斷口是高壓—超高壓變質巖折返的唯一可能通道，而折返形成的地殼結構暗示了揚子陸塊向北俯沖和華北陸塊的阻擋作用形成了大別山的擠壓穹隆。

劉利雙[37]等通過分析榴輝巖的形成時代和地球化學特征，討論了蘇魯超高壓變質帶的形成歷史和演化過程：認為在蘇魯超高壓變質帶東北端發(fā)育有超高壓榴輝巖，表明三疊紀時期華北板塊南緣膠北地體的部分古老變質基地曾卷入到揚子板塊與華北板塊之間的俯沖—碰撞造山帶過程，隨后與超高壓巖石一起抬升折返，形成當今的構造混雜巖帶。

劉公島省級地質公園內(nèi)廣泛分布著超高壓變質巖的典型巖石—榴輝巖，是山東省內(nèi)乃至國內(nèi)到目前為止發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的、保留最完好的、特征最典型的榴輝巖地質遺跡。因此，通過研究其巖石學、構造學、地質學、地球化學以及成因機理等，對于進一步揭示區(qū)域揚子板塊與華北板塊之間的俯沖—碰撞—折返的動力學過程具有重要的科研價值，并且對于進一步揭示整個大別碰撞造山帶的地質發(fā)展史和地殼演化史具有重要的佐證作用。

4 結論

(1)地質遺跡的分類及特征：劉公島省級地質公園內(nèi)涵蓋地質(體、層)剖面、地質構造、地貌景觀、環(huán)境地質遺跡景觀4個大類、6個類、8個亞類共25處地質遺跡。地質(體、層)剖面大類的代表性巖石包括玄武玢巖、花崗質片麻巖、偉晶巖、大理巖、榴輝巖等；地質構造大類的代表性構造為大理巖和花崗質片麻巖褶皺，是由于地殼運動，巖層局部受擠壓發(fā)生彎曲而成；地貌景觀大類的代表性地貌景觀包括海蝕崖、海蝕洞以及地質界線；環(huán)境地質遺跡景觀大類主要是因為風化作用強烈，懸崖峭壁極易發(fā)生巖體崩落。

(2)地質遺跡的地學意義：劉公島省級地質公園內(nèi)地質遺跡種類多、分布廣、特征典型。其中，超高壓變質巖的典型巖石-榴輝巖，是省內(nèi)乃至國內(nèi)到目前為止發(fā)現(xiàn)的規(guī)模最大的、保留最完好的、特征最典型的榴輝巖地質遺跡，它對于進一步揭示揚子板塊與華北板塊之間的俯沖-碰撞-折返的動力學過程具有重要的科研價值。