山東省劉公島省級地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡分類及地學(xué)意義

劉向東

(山東省第六地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 威海 264209)

0 引言

劉公島省級地質(zhì)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(zhì)公園[1-3]。園區(qū)內(nèi)涵蓋地質(zhì)(體、層)剖面、地質(zhì)構(gòu)造、地貌景觀、環(huán)境地質(zhì)遺跡景觀4個大類、6個類、8個亞類共25處地質(zhì)遺跡。其中，超高壓變質(zhì)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(zhì)遺跡(1)山東省地礦工程勘察院，山東威海劉公島省級地質(zhì)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(xué)研究價值[4-14]。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 巖石建造

劉公島省級地質(zhì)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(zhì)片麻巖，呈條帶狀分布，巖石新鮮面顏色為灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，條帶狀及片麻狀構(gòu)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(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)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(gòu)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(zhì)遺跡分類及特征

地質(zhì)遺跡是地球經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)歷史演化過程，由于內(nèi)動力地質(zhì)作用和外動力地質(zhì)作用，形成、發(fā)展并保留下來的自然地質(zhì)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(zhì)公園規(guī)劃編制技術(shù)要求》附表1地質(zhì)遺跡類型劃分表，將劉公島省級地質(zhì)公園內(nèi)的25處地質(zhì)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(zhì)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(zhì)遺跡分類

1—地質(zhì)遺跡景點位置及編號；2—人文景觀景點位置；3—省級地質(zhì)公園范圍

2.1 地質(zhì)(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(jié)構(gòu)，斑晶以斜長石、橄欖石和輝石為主，基質(zhì)為隱晶質(zhì)，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(zhì)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(zhì)片麻巖。巖石新鮮面顏色呈灰白色，細?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)，條帶狀及片麻狀構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)的脈巖，由于硅酸鹽余漿侵入到圍巖裂隙中緩慢結(jié)晶而成，粗?！蘖＝Y(jié)構(gòu)，塊狀—帶狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石和云母。偉晶巖脈平行于變質(zhì)變形花崗巖的片麻理分布。

2.1.2 變質(zhì)巖相剖面

(1)典型接觸變質(zhì)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(zhì)作用或接觸變質(zhì)作用而成，巖石新鮮面顏色為白色或灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)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(zhì)灰?guī)r經(jīng)接觸熱變質(zhì)作用而成，巖石新鮮面顏色為灰綠色或灰白色，粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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?！屑毩Ｗ兙ЫY(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造—片麻狀構(gòu)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(yīng)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(zhì)構(gòu)造大類

大理巖褶皺、條帶狀細粒含黑云二長花崗質(zhì)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(zhì)構(gòu)造大類、構(gòu)造形跡類、中小型構(gòu)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(dǎo)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(gòu)造地貌景觀類

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

2.4 環(huán)境地質(zhì)遺跡景觀大類

崩塌屬于環(huán)境地質(zhì)遺跡景觀大類、地質(zhì)災(zāi)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(fēng)化強烈，在重力或外力作用下極易發(fā)生巖體崩落的地質(zhì)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(zhì)公園的地學(xué)意義

蘇魯超高壓變質(zhì)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(zhì)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(zhì)信息。前人對蘇魯超高壓變質(zhì)帶和榴輝巖的巖石學(xué)、地球化學(xué)、變形作用和同位素年代學(xué)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(gòu)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(gòu)造的前緣。

張澤明[30]等根據(jù)榴輝巖變質(zhì)作用過程、形成時代、地球化學(xué)及其大地構(gòu)造環(huán)境特征，初步建立了大別-蘇魯超高壓變質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)巖構(gòu)造運移至地表。

王來明[31]等根據(jù)變質(zhì)礦物的形成年代、巖石地球化學(xué)特點、大地構(gòu)造背景等因素確立了膠南造山帶的高壓、超高壓變質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)巖抬升至地表。

徐惠芬[32]認為蘇魯超高壓變質(zhì)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(zhì)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(gòu)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(zhì)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(zhì)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(guān)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(zhì)片麻巖的化學(xué)成分，指出蘇魯超高壓變質(zhì)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(gòu)造折返運動，并且構(gòu)造折返運動與新元古代板塊碰撞造山作用息息相關(guān)。

王清晨[36]通過總結(jié)前人的分析成果，結(jié)合自己的研究，以大別山造山帶為研究對象，對超高壓變質(zhì)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(zhì)巖折返的唯一可能通道，而折返形成的地殼結(jié)構(gòu)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(xué)特征，討論了蘇魯超高壓變質(zhì)帶的形成歷史和演化過程：認為在蘇魯超高壓變質(zhì)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(zhì)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(dāng)今的構(gòu)造混雜巖帶。

劉公島省級地質(zhì)公園內(nèi)廣泛分布著超高壓變質(zhì)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(zhì)遺跡。因此，通過研究其巖石學(xué)、構(gòu)造學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)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(xué)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(zhì)發(fā)展史和地殼演化史具有重要的佐證作用。

4 結(jié)論

(1)地質(zhì)遺跡的分類及特征：劉公島省級地質(zhì)公園內(nèi)涵蓋地質(zhì)(體、層)剖面、地質(zhì)構(gòu)造、地貌景觀、環(huán)境地質(zhì)遺跡景觀4個大類、6個類、8個亞類共25處地質(zhì)遺跡。地質(zhì)(體、層)剖面大類的代表性巖石包括玄武玢巖、花崗質(zhì)片麻巖、偉晶巖、大理巖、榴輝巖等；地質(zhì)構(gòu)造大類的代表性構(gòu)造為大理巖和花崗質(zhì)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(zhì)界線；環(huán)境地質(zhì)遺跡景觀大類主要是因為風(fēng)化作用強烈，懸崖峭壁極易發(fā)生巖體崩落。

(2)地質(zhì)遺跡的地學(xué)意義：劉公島省級地質(zhì)公園內(nèi)地質(zhì)遺跡種類多、分布廣、特征典型。其中，超高壓變質(zhì)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(zhì)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(xué)過程具有重要的科研價值。