山東嘉祥青山省級(jí)地質(zhì)公園主要地質(zhì)遺跡成因及評(píng)價(jià)

張中欣，毛小妮,楊晨，杜圣賢，張玲，熊玉強(qiáng)，趙偉河，耿令朋，宋會(huì)軍，陳剛

(1.中化地質(zhì)礦山地質(zhì)總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2.山東省地質(zhì)科學(xué)研究院， 山東 濟(jì)南 250013；3.嘉祥縣國(guó)土資源局，山東 嘉祥 272400)

青山省級(jí)地質(zhì)公園位于山東省濟(jì)寧市嘉祥縣西南，屬紙坊鎮(zhèn)管轄，包括青山地區(qū)、寨山地區(qū)、馬家山地區(qū)，總面積2.43km2，是以三山子組地層剖面、構(gòu)造形跡、泉水景觀和洞穴類地質(zhì)遺跡為主的小型地質(zhì)公園。北距嘉祥縣城8km，南距紙坊鎮(zhèn)2.25km，省道S252從公園東面約0.5km處通過(guò)，曲阜機(jī)場(chǎng)至公園僅需15分鐘，交通非常方便。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地層

在全國(guó)地層區(qū)劃中屬于華北地層大區(qū)晉冀魯?shù)貙訁^(qū)。地層由南到北，由老至新，依次發(fā)育寒武紀(jì)長(zhǎng)清群、寒武-奧陶紀(jì)九龍群、奧陶紀(jì)馬家溝群、石炭-二疊紀(jì)月門溝群、二疊紀(jì)石盒子群、侏羅紀(jì)淄博群、白堊紀(jì)萊陽(yáng)群、古近紀(jì)官莊群、新近紀(jì)黃驊群及第四紀(jì)地層，地層總體傾向320°，傾角8°～12°[1]。園區(qū)內(nèi)出露地層主要為寒武-奧陶紀(jì)九龍群崮山組、炒米店組、三山子組和第四紀(jì)巨野組、平原組(圖1)。

圖1 青山地質(zhì)公園地質(zhì)簡(jiǎn)圖1—巨野組；2—平原組；3—三山子組a段；4—三山子組b段；5—三山子組c段；6—炒米店組；7—崮山組；8—張夏組；9—斷裂；10—園區(qū)邊界

1.2 區(qū)域構(gòu)造

所處大地構(gòu)造位置為華北板塊(Ⅰ)魯西地塊(Ⅱ)魯西南潛隆起區(qū)(Ⅲ)菏澤-兗州隆起(Ⅳ)嘉祥凸起(Ⅴ)內(nèi)。

區(qū)域構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜，以斷裂構(gòu)造為主，縣境內(nèi)較大的斷裂構(gòu)造有岳樓-大徐莊斷裂、嘉祥城南斷裂、馬村-大山頭斷裂和嘉祥斷裂4條，通過(guò)野外地質(zhì)考察在園區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了馬村-大山頭斷裂的天然露頭和青山斷裂。

2 地質(zhì)遺跡景觀類型

地質(zhì)遺跡是漫長(zhǎng)地質(zhì)歷史演化的記錄和佐證，根據(jù)“國(guó)家地質(zhì)公園規(guī)劃編制技術(shù)要求”中的地質(zhì)遺跡類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合山東濟(jì)寧嘉祥青山省級(jí)地質(zhì)公園景觀類型實(shí)際，將園區(qū)地質(zhì)遺跡劃分為地貌景觀、地質(zhì)剖面、地質(zhì)構(gòu)造和水體景觀等4大類，并進(jìn)一步劃分為巖石地貌景觀、地層剖面、構(gòu)造形跡和泉水景觀等4個(gè)基本類型(表1)。

表1 青山省級(jí)地質(zhì)公園主要地質(zhì)遺跡類型

3 地質(zhì)遺跡特征及成因分析

3.1 巖石地貌景觀及成因

落水洞位于青山斷裂附近，直徑約為12m，深度約4.5m，主要巖性為奧陶紀(jì)三山子組b段灰色厚層糖粒狀細(xì)晶白云巖。落水洞是地面通往地下較深處的洞穴，垂向主要受構(gòu)造斷裂、裂隙、節(jié)理、巖層層面控制，呈垂直、傾斜或階梯狀形態(tài)；洞底常與地下水平溶洞、地下暗河或大斷裂、裂隙相溝通，以吸納、排泄地表水為主，形成于地下水系垂直較好、循環(huán)流暢的潛水面之上，是地表水流入地下在地表面形成的與漏斗形態(tài)相似的溶洞，屬于地表和地下巖溶地貌的一種過(guò)渡類型。由于落水洞常沿構(gòu)造線、裂隙和順巖層展布方向呈線狀或帶狀分布，因此是判明暗河方向的標(biāo)志之一。

落水洞在形成的初始階段以沿垂直裂隙溶蝕為主，當(dāng)孔洞規(guī)模擴(kuò)大到一定程度遇到降雨強(qiáng)烈時(shí)，大量地表流水集中洞中進(jìn)入地下河道，洪水能量巨大可以攜帶大量的泥沙石礫傾瀉，并不斷對(duì)洞壁四周進(jìn)行沖刷磨蝕，致使洞體規(guī)模迅速擴(kuò)大；有時(shí)物理風(fēng)化作用、植物風(fēng)化作用和地震同樣可以引起巖體崩塌，使落水洞規(guī)模不斷擴(kuò)大。在形成的晚期階段，溶洞發(fā)育也不是完全垂直向下貫通的，而是像階梯一樣逐級(jí)下降，在斷裂、節(jié)理發(fā)育的情況下，水就會(huì)順著巖層傾斜的方向、節(jié)理發(fā)育的情況或者斷裂發(fā)育的方向流動(dòng)、溶蝕、沖刷磨蝕，形成落水洞曲折回環(huán)的形態(tài)。落水洞擴(kuò)大后，地面就出現(xiàn)一個(gè)個(gè)小盆狀的洼地，叫做 “漏斗”等。

3.1.2 溶溝和溶痕

溶溝、溶痕指灰?guī)r、白云巖表面發(fā)育深度不大、一般數(shù)厘米至數(shù)米的溝槽狀凹地，在神游洞、神仙洞附近發(fā)育較為典型。溶溝和溶痕由地表水流，主要是片流和暫時(shí)性溝狀水，向地下轉(zhuǎn)化過(guò)程中順著坡地，沿節(jié)理溶蝕、沖蝕而成。在凹入的地方水流量較大，流速快形成凹入的槽、溝；而在突起的地方流量小，流速慢，形成突出的脊(圖2)。

圖2 溶痕現(xiàn)象

3.1.3 神游洞

神游洞位于青山半山腰、青山寺附近，是一處天然形成的水平溶洞，洞口呈圓柱形，高約1.8m，寬約1.1m，發(fā)育在奧陶紀(jì)三山子組b段糖粒狀白云巖中。主要受馬村-大山頭斷裂控制，其成因?yàn)榈叵滤谒竭\(yùn)動(dòng)循環(huán)中不斷擴(kuò)大水流通道或地下水儲(chǔ)存空間，經(jīng)過(guò)百年、千年、甚至十萬(wàn)至百萬(wàn)年的漫長(zhǎng)地質(zhì)歲月，在巖層中形成各種形態(tài)的洞穴，以至形成規(guī)模較大的地下河。后由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)地殼抬升，洞穴脫離地下水面而高懸于山坡上，是新構(gòu)造間歇抬升的重要標(biāo)志。該洞蜿蜒崎嶇，整個(gè)洞分上下2層，每層水平溶洞的高度可以代表當(dāng)時(shí)地下水位的位置，由于地下水周期性的變化，溶洞可以形成不同的高度，它的高度一般與周圍臨近地區(qū)同時(shí)期形成的河流階地高度相關(guān)，一般溶洞比當(dāng)時(shí)河流面稍高。上洞與下洞間隔在3～5m左右，上洞高約3～6m，延伸約10m；下洞深?yuàn)W幽長(zhǎng)深約30m，洞壁有較多凹痕，潮濕潤(rùn)滑。洞體曲折彎轉(zhuǎn)，高低不平，總體向西延伸。

3.1.4 典型巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

(1) 交錯(cuò)層理。交錯(cuò)層理，是在如淺海、淺湖或河漫灘等水體較淺的沉積環(huán)境下形成的，紋層呈波紋狀，對(duì)稱或不對(duì)稱，總體方向平行于層面。交錯(cuò)層理主要分布在園區(qū)內(nèi)的青山地區(qū)，巖性為奧陶紀(jì)三山子組c段，灰色厚層細(xì)晶白云巖，巖體表面的交錯(cuò)層理非常清晰，保存十分完整，是北方地區(qū)的沉積巖中少見(jiàn)的原生構(gòu)造，清晰的交錯(cuò)層理充分顯示當(dāng)時(shí)淺海的沉積環(huán)境。

（3）氣體法：取等濃度二種溶液各少許，分別逐滴加入鹽酸，立即產(chǎn)生氣泡的是N aH CO3，一段時(shí)間后才產(chǎn)生氣泡的是N a2CO3；（第一步反應(yīng)為：CO32-+H+=H CO3-，第二步反應(yīng)為：H CO3-+H+=CO2↑+H2O）

(2)含燧石(硅質(zhì))結(jié)核、條帶白云巖。含燧石(硅質(zhì))結(jié)核、條帶白云巖主要分布在奧陶紀(jì)三山子組a段，硅質(zhì)條帶清晰可見(jiàn)，富含裂隙，侵蝕面呈現(xiàn)暗灰色，分布規(guī)律。底部燧石條帶在平面上多呈20～30cm長(zhǎng)的餅狀，風(fēng)化后地勢(shì)上多形成2m高的小臺(tái)階(圖3)。

圖3 硅質(zhì)條帶白云巖

(3)根劈現(xiàn)象。根劈現(xiàn)象在園區(qū)內(nèi)廣泛分布，神游洞附近尤為典型。根劈作用開(kāi)始時(shí)植物幼小，短小的根須伸入巖石裂隙中，生長(zhǎng)在巖石裂隙中的植物，特別是一些高等植物，隨著植物根系不斷生長(zhǎng)，根部變粗，楔入巖隙擴(kuò)張裂隙，對(duì)巖石施加壓力，促使巖石裂隙不斷擴(kuò)大、加深，使巖石發(fā)生崩解、裂開(kāi)。

3.2 構(gòu)造形跡

馬村-大山頭斷裂遺跡。位于青山寺東側(cè)，切割古生代奧陶紀(jì)三山子組c段。斷裂走向NW335°、傾角80°～85°，斷裂寬度在40～60cm，在斷層面附近形成了大量的構(gòu)造角礫巖。

青山斷裂遺跡。位于青山主峰北側(cè)，切割古生代奧陶紀(jì)三山子組b段。斷裂走向NE40°、傾角85°，斷裂寬度在0.4～3m，斷層遺跡出露清晰，斷層帶可溶巖被雨水沖刷、溶蝕明顯，斷裂面附近形成明顯的溶孔、溶洞等現(xiàn)象(圖4)。

圖4 青山斷裂

3.3 泉水景觀

泉水景觀遺跡是園區(qū)內(nèi)最具特點(diǎn)的地質(zhì)遺跡之一，主要包括青山寺中的感應(yīng)泉(斷裂控泉型)和圣水泉(地層控泉型)。地質(zhì)公園內(nèi)有多處山泉，全為裂隙水，一年四季長(zhǎng)流不息，始終保持一定水位。山泉主要出露在三山子組c段的不同層位。通過(guò)對(duì)水文地質(zhì)條件的勘察認(rèn)為，景區(qū)內(nèi)山泉的類型均為下降泉，其形成機(jī)理主要有以下2種：

(1)斷裂控泉型：指泉水形成的水文地質(zhì)條件主要受斷裂構(gòu)造的控制。巖溶發(fā)育程度一般與巖性有關(guān)，但構(gòu)造控制巖溶發(fā)育程度和巖溶方向，一般在斷裂帶處巖溶裂隙較發(fā)育，巖性相同條件下，距離斷層較近的巖溶較發(fā)育， 遠(yuǎn)離斷層則減弱，這主要是巖石受力破碎給地下水運(yùn)動(dòng)和巖溶發(fā)育創(chuàng)造了有利條件[2，3]。斷裂為地下水的富集提供了存儲(chǔ)空間，也控制了地下水的通道和流向，因此，在斷裂帶處出露的山泉流量較大且穩(wěn)定，如青山寺內(nèi)的感應(yīng)泉水流常年不斷，且流量與降水量關(guān)系密切(圖5)。

圖5 感應(yīng)泉成因剖面圖

(2)地層控泉型：即在相鄰地層巖性差異較大的地段，由于巖層隔水性能差異而使地下水流動(dòng)受阻轉(zhuǎn)向，溢出地表后成泉。景區(qū)內(nèi)巖層結(jié)構(gòu)上具備山泉形成的條件，山體中上部三山子組巖性均為溶洞裂隙發(fā)育的白云巖，巖石裸露直接接受大氣降水補(bǔ)給，降水受重力作用影響以垂直運(yùn)動(dòng)方式下滲，遇到下伏寒武紀(jì)炒米店組泥質(zhì)灰?guī)r，其透水性相對(duì)小于溶洞裂隙發(fā)育的白云巖，阻擋了地下水的垂直下滲而變?yōu)樗竭\(yùn)動(dòng)(巖層產(chǎn)狀平緩，傾角一般小于10°)，在山腳處出露成泉，形成“懸掛泉”，如法云寺山腳下的圣水泉。

3.4 地層剖面

青山地區(qū)在中奧陶世除了受到當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境的控制，還受到沉積以后地殼不均衡上升的影響，相對(duì)隆起區(qū)地層后來(lái)受強(qiáng)烈的剝蝕作用。地質(zhì)公園內(nèi)中奧陶世地層幾乎剝蝕殆盡，寒武—奧陶紀(jì)九龍群三山子組地層直接出露于地表[4]。

園區(qū)內(nèi)三山子組地層剖面出露完整。據(jù)巖性組合分為a，b，c三段：c段為該組下部層位，在區(qū)內(nèi)出露完整，主要巖性為紫灰色或深灰色中厚層細(xì)晶、微晶白云巖夾有灰質(zhì)白云巖，厚度42.95m。b段為該組中部層位，出露較好，巖性以肉紅色中薄層糖粒狀白云巖為主，夾淺灰色小竹葉狀白云巖，底部為具紫紅色氧化圈小竹葉狀白云巖，厚度26.38m。a段為該組上部層位，出露較好，主要巖性為淺灰色或灰白色，微晶和中細(xì)晶白云巖，含淺色燧石結(jié)核和條帶，厚度53.61m，主要出露在青山、寨山、馬家山的頂部。

4 地質(zhì)遺跡景觀評(píng)價(jià)

4.1 科學(xué)價(jià)值

典型性。園區(qū)內(nèi)有多種對(duì)追溯地質(zhì)歷史具有較高科學(xué)研究?jī)r(jià)值的地質(zhì)構(gòu)造形跡，如馬村-大山頭斷裂形跡等。園區(qū)內(nèi)大量的地表巖溶形態(tài)如神游洞附近的溶溝、溶痕與地下洞穴系統(tǒng)如神游洞、神仙洞以及巖溶沉積堆積組成的巖溶建造含信息量較大、連續(xù)性較好、組合性較強(qiáng)。

稀有性。三山子組地層剖面、巖溶地貌、泉水景觀等地質(zhì)遺跡記錄了生命進(jìn)化的重要階段和各種相關(guān)的地質(zhì)事件，為科學(xué)研究提供了寶貴的物證。

自然性。園區(qū)內(nèi)擁有典型的三山子組地質(zhì)剖面和眾多地質(zhì)構(gòu)造形跡，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形跡清晰，同時(shí)多處地質(zhì)遺跡沒(méi)有遭受人類活動(dòng)破壞，保存良好。其中景區(qū)內(nèi)山體多處于自然形態(tài)，地質(zhì)遺跡均為原始狀態(tài)，保持著自然風(fēng)貌。

完整性。地質(zhì)遺跡組合較好，類型齊全。三山子組地層剖面出露齊全，巖溶地貌較為典型。

4.2 審美價(jià)值

園區(qū)內(nèi)環(huán)境優(yōu)美、泉水景觀豐富多彩，感應(yīng)泉不但泉景幽美，泉水也清醇甘甜，據(jù)說(shuō)感應(yīng)泉水還能醫(yī)治百病，被人們稱之為“圣水”、“神水”。神游洞是北方罕見(jiàn)的雙層溶洞，能容納千人，洞內(nèi)冬暖夏涼，每逢盛夏引得不少游人進(jìn)洞避暑，此地至今還流傳著“三月賞景看桃花，六月納涼進(jìn)洞天”的佳話。條帶狀硅質(zhì)條帶構(gòu)成的“祥云”景觀隨處可見(jiàn)。根劈作用(石頭樹(shù))展示了植物一種石破天驚的能量，它用盡所能尋找立足的縫隙，在冰冷、堅(jiān)硬的巖縫中艱難地伸展根須，直至站穩(wěn)腳跟，展示了強(qiáng)者都望塵莫及的偉岸。

地質(zhì)遺跡是地球在其漫長(zhǎng)演化過(guò)程中形成且不可再生的寶貴自然遺產(chǎn)，有利于人類探索未知世界進(jìn)行科學(xué)研究，并可預(yù)防可能發(fā)生的災(zāi)害事件。園區(qū)內(nèi)含有巖溶地貌、三山子組地層剖面與斷裂構(gòu)造、泉水景觀等研究?jī)?nèi)容，以及利用自然資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、維護(hù)人類與自然環(huán)境和諧共存等諸多方面，提供借鑒意義[5]。

文化旅游資源獨(dú)特。嘉祥歷史悠久，人杰地靈，是古代四大圣賢之一曾子的故里。國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)文物單位青山寺有2000多年的歷史，坐東面西，各式建筑順山勢(shì)而建，主體建筑分上、中、下三進(jìn)院落，占地面積萬(wàn)余平方米。法云寺供奉著數(shù)十尊玉雕刻成的佛菩薩像，這些藝術(shù)珍品被佛教界稱為“佛教經(jīng)典”、“藝術(shù)奇葩”。全部由緬甸玉雕刻而成，是目前我國(guó)保存最完整的佛像。神游洞，洞內(nèi)寬敞能容納千人，當(dāng)年劉鄧大軍南下時(shí)，劉伯承元帥就是在神游洞中指揮了著名的羊山戰(zhàn)役。

5 結(jié)語(yǔ)

青山地質(zhì)公園有縱橫交錯(cuò)、出露典型的構(gòu)造形跡，年代久遠(yuǎn)、景觀優(yōu)美的巖溶地貌，保存完整代表性強(qiáng)的地層剖面，豐富多彩的自然景觀、礦泉遺跡等，構(gòu)成了園區(qū)獨(dú)具特色的地質(zhì)地貌景觀。文化旅游資源獨(dú)特，有2000多年歷史的國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位青山寺，有緬甸玉雕刻的中國(guó)目前保存最完整的佛像的法云寺，有劉伯承元帥指揮羊山戰(zhàn)役能容納千人的雙層溶洞神游洞。公園集旅游觀光、參觀游覽、科普教育及科學(xué)交流為一體，充分發(fā)揮地質(zhì)遺跡資源為地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)的功能，對(duì)園內(nèi)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和地質(zhì)遺跡資源可持續(xù)發(fā)展利用做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。園區(qū)內(nèi)洞穴成因及其美學(xué)分類研究、山泉分類及成因研究、典型三山子組地層剖面研究、對(duì)該時(shí)期的古地理、古氣候進(jìn)行深入研究分析與探討必將推動(dòng)公園地質(zhì)遺跡綜合全面的調(diào)查研究。

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