山东省地质公园的主要地质遗迹特征

王世进, 万渝生, 徐 品, 张增奇, 姚春梅, 杨恩秀,宋志勇, 王集宁, 蒙永辉, 肖为国, 任 鹏, 张 岩

1)山东省地质调查院, 山东济南 250013; 2)中国地质科学院地质研究所, 北京100037; 3)山东省国土资源资料档案馆, 山东济南 250013; 4)山东省地质科学研究院, 山东济南 250013; 5)山东省地质环境监测总站, 山东济南 250013; 6)中国地质大学(北京), 北京 100083

山东省地质公园的主要地质遗迹特征

王世进1), 万渝生2), 徐 品3,6), 张增奇4), 姚春梅5), 杨恩秀1),宋志勇1), 王集宁5), 蒙永辉5), 肖为国5), 任 鹏2), 张 岩4)

1)山东省地质调查院, 山东济南 250013; 2)中国地质科学院地质研究所, 北京100037; 3)山东省国土资源资料档案馆, 山东济南 250013; 4)山东省地质科学研究院, 山东济南 250013; 5)山东省地质环境监测总站, 山东济南 250013; 6)中国地质大学(北京), 北京 100083

山东地质遗迹是近30亿年来地质作用过程中形成的地质现象, 是重要自然遗产。地质遗迹为探索地球演化进程和方向提供了重要的证据。山东地质公园主要地质遗迹包括地质剖面、地质构造、古生物、矿物与矿床、地貌景观、水体景观、环境地质遗迹景观等七大类。本文叙述了各类地质遗迹的形成时代及分布特征, 对各地质公园的主要特征及地层、侵入岩中的主要地质遗迹进行了总结, 对地质公园形成演化历史作了介绍, 为地质旅游提供了基础资料。

形成演化; 分布特征; 主要地质遗迹; 地质公园; 山东

山东地处中国大陆东部, 地处华北板块东缘并与扬子板块秦岭—大别—苏鲁造山带接合部位, 地质历史可以上溯到距今约 29亿年前的中太古代,经历了漫长的地壳演化进程, 形成了复杂的地质构造。在早前寒武纪, 山东的地壳逐渐由不成熟的过渡型地壳演化为成熟的花岗质地壳; 鲁西地区在古生代经历了海陆变迁, 早古生代, 全域同步缓慢沉降, 淹没于海水之中, 为海相沉积; 晚古生代, 陆块逐渐抬升, 海水退出, 转化为陆相沉积, 齐鲁大地基本格局已然形成; 中新生代, 山东发生了与构造体制转折和岩石圈减薄相关的大规模岩浆作用、盆地断陷、地壳隆升等地质构造事件, 造就了当今山东的海陆分布和地质地貌景观等。

地质遗迹是最重要的自然遗产, 是追索地球演化历史进程和方向的主要内容, 其价值不可限量, 地质遗产的保护是不可忽视的要务, 地质公园的建立则是达成这一人类共同责任的最佳选择(赵逊等, 2009; 赵汀等, 2009)。近三十亿年的地质演化, 给山东大地留下丰富的地质景观, 形成了种类繁多的地质遗迹。从 1998年开始, 山东省陆续通过设立地质地貌景观保护区、地质公园、地质遗迹保护区等形式,加强了对地质遗迹的保护, 现有泰山世界级地质公园和临朐山旺、枣庄熊耳山、东营黄河三角洲、沂蒙山、长岛、诸城恐龙、青州、莱阳白垩纪、沂源鲁山、昌乐火山等 10个国家级地质公园, 有五莲山-九仙山、临朐沂山等53个省级地质公园(图1, 表1)。

山东地质公园主要地质遗迹和形成时代如下:

(1)新太古代27.5～26亿年鲁西古陆核形成演化的缩影——泰山、沂蒙山、济南水帘峡、泰安长城岭、徂徕山等地质公园。

(2)新太古代晚期25.4～25亿年鲁西陆壳形成演化的缩影——沂源鲁山、邹城峄山、滕州莲青山、曲阜石门山、泗水龙门山、莱芜九龙大峡谷、肥城牛山、宁阳神童山、新泰青云山、临朐沂山、枣庄山亭剪子山、邹城凤凰山(十八盘园区)等省级地质公园。

(3)新元古代与中生代地质遗迹的精美结合——长岛、山东五莲山-九仙山、荣成槎山、威海刘公岛、临沂临港甲子山等省级地质公园。

(4)古生代地质遗迹的典型代表——枣庄熊耳山、青州(云门山—仰天山等)、长清张夏-崮山、淄川潭溪山、济南蟠龙山、枣庄龟山、曲阜尼山、梁山、金乡羊山、巨野金山、嘉祥青山、宁阳鹤山、东阿鱼山、苍山文峰山、蒙阴岱崮、新泰寺山、东平湖、邹城凤凰山(凤凰山园区)、平邑曾子山等省级地质公园。

(5)中生代岩浆侵入活动地质遗迹的典型代表——烟台磁山、昆嵛山、招远罗山、济南华山、栖霞艾山、栖霞牙山、乳山岠隅山、海阳招虎山、即墨马山、日照河山等地质公园。

(6)中生代晚期恐龙活动地质遗迹的典型代表——诸城恐龙、莱阳白垩纪、莒南恐龙足迹化石、郯城马陵山、临沭岌山等地质公园。

(7)新生代火山地质遗迹典型代表——昌乐火山地质公园、无棣碣石山地质公园。

图1 山东省地质公园分布图Fig.1 The distribution of geoparks in Shandong Province

(8)新生代地质遗迹的典型代表——临朐山旺、东营黄河三角洲、济南趵突泉、章丘百脉泉、桓台马踏湖、滕州红河湿地、临清黄河故道、牟平养马岛等地质公园。

通过上述地质公园出露的不同地质时代形成的岩石和地质遗迹, 我们可以了解山东地壳形成演化的历史, 通过这些地质公园的岩石一起来追溯山东地壳的沧桑变迁, 在地质公园之旅中轻松、愉快地认识、欣赏到地球家园沧海桑田的变化历史。

表1 山东地质公园一览表Table 1 List of geoparks in Shandong Province

1 新太古代 27.5～26亿年鲁西古陆核组成的地质公园

新太古代27.5～26亿年鲁西古陆核组成省级地质公园, 主要为济南水帘峡、泰安长城岭、徂徕山等省级地质公园。

山东发现最古老的岩石在 29亿年前形成的,那就是出露在栖霞及招远一带的中太古代条带状英云闪长质片麻岩及片麻状奥长花岗岩(Jahn et al., 1988; 刘建辉等, 2011; 王世进等, 2013a)。27.5亿年前的新太古代早期, 现在的山东地区还处在深海下面。海底火山喷发和沉积作用, 形成了泰山岩群雁翎关岩组科马提岩、具枕状构造的斜长角闪岩等基性火山沉积岩(杜利林等, 2003; 王世进等, 2009, 2011; 王伟等, 2009)。随后的27亿年前, 地幔岩浆结晶分异形成大量泰山岩套(陆松年等, 2008; 王世进等, 2013b)、栖霞岩套英云闪长质片麻岩(Jahn et al., 1988; 刘建辉等, 2011; 王世进等, 2013a)。26亿年前的新太古代中期, 鲁西地区发生区域变质作用和混合岩化作用, 形成新甫山岩套片麻状奥长花岗岩-花岗闪长岩(王世进等, 2012a)。25年亿前的新太古代晚期, 由于海底火山沉积作用, 形成泰山岩群山草峪组、柳杭组和济宁岩群及胶东岩群变质地层(杜利林等, 2003; 王伟等, 2010a; 王世进等, 2011, 2013a)。当时地球上氧气含量很少, 这个时期属于铁矿形成期, 储量最大的铁矿都是这一时期形成。之后在鲁西地区新太古代早期古陆核西南侧, 地幔结晶分异添加地壳岩浆,导致峄山岩套片麻状英云闪长岩-花岗闪长岩—奥长花岗岩形成(宋炳忠等, 2001; 王世进等, 2010a, 2012b)。在鲁西地区新太古代早期古陆核的东北侧,地壳深融作用形成大面积的傲徕山岩套二长花岗岩(王伟等, 2010b; 王世进等, 2010b, 2013a); 之后小规模的正长花岗岩序列的四海山岩套的侵入定位(王世进等, 2013a)。鲁西地区泰山世界地质公园和山东沂蒙山国家地质公园、山东沂源鲁山国家地质公园都是在距今27.7亿年至25亿年的新太古代形成的。

1.1 泰山世界、沂蒙山国家地质公园

1.1.1 泰山世界地质公园

泰山是中国传统名山的典型代表, 1987年被联合国教科文组织世界遗产委员会正式列入世界自然文化遗产目录。主峰玉皇顶海拔1532 m, 由距今25亿年前二长花岗岩组成(王世进等, 2013a); 而南天门—彩石溪一带, 则为条带状英云闪长质片麻岩和条带状斜长角闪岩, 是距今 27亿年前形成的英云闪长质片麻岩(陆松年等, 2008)和 27.5亿年前形成的斜长角闪岩, 26亿年前遭受区域变质和混合岩化作用(王世进等, 2012a), 变质分异作用形成浅色奥长花岗岩脉体, 侵入到斜长角闪岩和英云闪长质片麻岩中, 形成的条带状岩石——泰山奇石。后来被25亿年的二长花岗岩侵入, 多处形成三世同堂地质景观。在泰山中天门和桃花峪, 25.05亿年的石英闪长岩侵入 25.07亿年的二长花岗岩。在泰山天街和红门, 有形成年龄16.21亿年的辉绿岩脉侵入(王世进等, 2013b), 球状风化特征明显, 红门辉绿岩还具桶状结构, 形状十分奇特。

1.1.2 沂蒙山国家地质公园

位于山东省临沂市境内, 蒙山绵延近百公里,群峰嵯峨, 重峦叠嶂, 气势恢宏。蒙山主峰龟蒙顶海拔1156 m, 为山东第二高峰, 由距今25.39亿年前形成的片麻状花岗闪长岩组成(宋炳忠等, 2001;郭士昌等, 2009), 是地幔岩浆结晶分异作用混入地壳岩浆形成的, 由此成为峄山岩套龟蒙顶单元的命名地。蒙山广泛分布着距今27～25亿年间三期大规模岩浆侵入活动形成的岩石: 片麻状英云闪长岩、片麻状花岗闪长岩、二长花岗岩, 共同构成了蒙山的主体。蒙山含金刚石矿的金伯利岩, 就产于27亿年的英云闪长质片麻岩中(陆松年等, 2008)。大望山钠长石矿产于26亿年的奥长花岗岩中。蒙山云蒙园区主要由距今 25.3～25.2亿年形成的二长花岗岩组成(宋炳忠等, 2001), 是地壳深融作用形成的。形成于距今 16.2亿年前后的中元古代四堡期牛岚辉绿岩脉, 命名地也在蒙山(郭士昌等, 2009)。站在龟蒙顶上, 能看到二长花岗岩山体经后期风化作用形成的伟人峰、载入吉尼斯记录的蒙山寿星巨雕。围绕蒙山龟蒙顶的栈道, 可以看到蒙山隆起抬升后遭受断裂构造作用形成的地质遗迹十分震撼, 新太古代花岗岩峰林地貌——鹰窝峰, 老虎嘴、鳄鱼戏水、神龟探海等象形石惟妙惟肖。

1.2 济南水帘峡、泰安长城岭、徂徕山等省级地质公园

鲁西地区早前寒武纪主要岩体先后关系清楚,经锆石 U-Pb精确测年, 确定了岩石主体形成时代为27.5～25亿年, 属新太古代。新太古代早、中、晚3期岩浆侵入活动清楚, 为建立鲁西早前寒武纪地质精细年代格架奠定了基础(王世进等, 2013a)。鲁西地区已经成为我国早前寒武纪地质研究基地。

鲁西地区泰山、泰安长城岭、济南水帘峡—泰安化马湾、徂徕山黄石崖—平邑白马关一带为新太古代早—中期古老陆核, 出露新太古代早期岩浆活动形成的岩石——27亿年的泰山岩套英云闪长质片麻岩、条带状英云闪长质片麻岩(王世进等, 2009),新太古代中期岩浆活动形成的岩石——26亿年的新甫山岩套片麻状奥长花岗岩、花岗闪长岩(王世进等, 2011)。其中徂徕山地质公园在25亿年遭受大规模岩浆侵入, 形成大面积二长花岗岩。

徂徕山黄石崖一带出露 27.5亿年群形成泰山岩群雁翎关组斜长角闪岩, 遭受 26亿年奥长花岗岩侵入形成条带状构造, 在 25亿年又被二长花岗岩的规模侵入, 条带状斜长角闪岩呈残留体保存,成为徂徕山最珍贵最具观赏性的地质遗迹, 是泰山彩石溪地质遗迹的东南延伸部分。

水帘峡风景区位于济南历城区柳埠南部簸箕掌村, 主峰云梯山海拔976 m。主要由27.5亿年的条带状斜长角闪岩和 26亿年的片麻状奥长花岗岩组成。泰山岩群雁翎关组斜长角闪岩在27.5亿年前形成后(杜利林等, 2003; 王伟等, 2009; 王世进等, 2009, 2011), 距今26亿年前遭受大规模奥长花岗岩侵入(王世进等, 2012a)。据王伟等测年结果(未发表资料), 残留的英云闪长质片麻岩形成年龄27.01亿年, 侵入雁翎关组斜长角闪岩、英云闪长质片麻岩的片麻状奥长花岗岩形成年龄 26.31～26.43亿年,锦绣川水库坝南端片麻状奥长花岗岩锆石 U-Pb年龄 26.18亿年。该套奥长花岗岩, 其形成与泰山片麻岩套在 26亿年前后发生钠质变质作用及深熔作用有关(王世进等, 2012a)。

泰安长城岭地质公园主要地质遗迹, 为形成于27亿年前的条带状英云闪长质片麻岩, 含有27.5亿年的泰山岩群雁翎关组斜长角闪岩残留体(杜利林等, 2003; 王伟等, 2009; 王世进等, 2009, 2011), 被26亿年的竹子园变辉长岩侵入, 东侧被新太古代中期上港奥长花岗岩侵入。这里是著名的泰山石产地。

2 新太古代晚期25.4～25亿年鲁西陆壳组成的地质公园

新太古代晚期 25.4～25亿年鲁西陆壳组成的地质公园——沂源鲁山国家地质公园和邹城峄山、邹城凤凰山(十八盘)、枣庄山亭剪子山、滕州莲青山、曲阜石门山、泗水龙门山、莱芜九龙大峡谷、肥城牛山、宁阳神童山、新泰青云山、临朐沂山等省级地质公园。

2.1 山东鲁山国家地质公园

鲁山位于山东的中心, 是淄、汶、弥、沂四河的发源地, 主峰观云峰海拔1108.3 m, 是山东四大高山之一, 由距今由 25.2～25.1亿年的傲徕山岩套二长花岗岩组成, 25.16亿年的中细粒二长花岗岩侵入斑状中粗粒二长花岗岩(王世进等, 2010b), 斑状中粗粒二长花岗岩中含有早期地壳岩石的残留体。山南侧为断片状产出的奥陶纪灰岩, 岩溶发育形成沂源溶洞群。以千人洞为中心周围1.5 km范围内有天然洞穴 40余个, 称为沂源溶洞群, 为北方最大的溶洞群。现已开发为旅游景点的有千人洞、养神洞、珊瑚洞、玄云洞、九天洞等十几个溶洞。其中“九天洞”石花类型多样, 大面积的石花、石莲、方解石晶花、月奶石等“九天四绝”, 被誉为“天下第一石花洞”和“中国溶洞精品景观博物馆”。另外还有“下崖洞”万米地下暗河、唐家寨高山洼地和高山湿地、山东最大堆架洞等地质遗迹,在“下崖洞”发现的“沂源猿人”与“北京猿人”同时代形成。

2.2 新太古代晚期25.4～25亿年鲁西陆壳组成的省级地质公园

新太古代晚期25.4～25亿年鲁西陆壳组成的地质公园——邹城峄山、滕州莲青山、曲阜石门山、泗水龙门山、枣庄山亭剪子山、邹城凤凰山(十八盘园区)、莱芜九龙大峡谷、肥城牛山、宁阳神童山、新泰青云山、临朐沂山等省级地质公园。

鲁西地区新太古代早期古老陆核的南西, 出露大面积的新太古代晚期地幔岩浆分异形成的峄山岩套钠质花岗岩, 局部有傲徕山岩套二长花岗岩侵入。邹城峄山、滕州莲青山、曲阜石门山、泗水龙门山等地质公园的主体岩石, 都是峄山岩套片麻状花岗闪长岩, 形成年龄25.32～25.10亿年(宋炳忠等, 2001; 王世进等, 2010a, 2012)。侵入片麻状花岗闪长岩的二长花岗岩形成年龄 25.1～25亿年(王伟等, 2010b; 王世进等, 2010b)。精确测年结果反映了鲁西南基岩出露区地幔岩浆形成的地壳自北东往南西增生, 形成年龄有变新的趋势。

2.2.1 新太古代晚期地幔岩浆演化形成的峄山岩套TTG质花岗岩组成的省级地质公园

新太古代晚期地幔岩浆演化形成的峄山岩套TTG质花岗岩——邹城峄山、滕州莲青山、曲阜石门山、泗水龙门山、枣庄山亭剪子山、邹城凤凰山(十八盘园区)等省级地质公园。

鲁西作为华北克拉通重要组成部分, 片麻状花岗闪长岩广泛分布, 暗色岩石包体比较常见, 是岩浆混合作用的重要记录, 也是重要的地质遗迹。在岩浆作用早期, 以幔源物质为主, 所形成的闪长质包体铁镁质矿物较多, 来源于幔源拉斑玄武岩质岩浆部分熔融; 在岩浆作用晚期, 岩浆中有大量壳源物质的熔入, 导致地壳物质数量增加和体积增大,造成大陆壳生长, 岩体普遍具有片麻状构造, 表明经历变质变形作用; 随后侵入的傲徕山岩套二长花岗岩, 是在新太古代末期发生的大规模地壳深融陆壳增生活动形成的, 岩体保留岩浆形成时的组构。曲阜石门山、泗水龙门山均见傲徕山岩套中粒块状二长花岗岩侵入峄山岩套片麻状花岗闪长岩的接触界线, 反映早期地幔岩浆分异形成的花岗闪长岩被晚期地壳深融形成的二长花岗岩侵入。

2.2.2 新太古代晚期地壳深熔作用形成的傲徕山岩套二长花岗岩组成的省级地质公园

新太古代晚期地壳深熔作用形成的傲徕山岩套二长花岗岩组成的地质公园——莱芜九龙大峡谷、肥城牛山、宁阳神童山、新泰青云山、临朐沂山等省级地质公园。

鲁西新太古代早期古老陆核的北东直到沂沭断裂带, 出露大面积的新太古代晚期地壳深熔作用形成的傲徕山岩套二长花岗岩, 莱芜九龙大峡谷、肥城牛山、宁阳神童山、新泰青云山、临朐沂山等省级地质公园都坐落在这个巨大的花岗岩带中。主要的地质遗迹是二长花岗岩中的早期地壳残留体和不同时代花岗岩之间的接触界线。莱芜九龙大峡谷、肥城牛山、宁阳神童山、新泰青云山等地质公园主要为中粒二长花岗岩, 有少量的黑云变粒岩、斜长角闪岩等地层残留体。临朐沂山则是新太古代晚期地壳深熔作用形成傲徕山岩套二长花岗岩的典型剖面(王世进等, 2013a), 主体岩石为条带状黑云二长花岗岩, 其形成年龄 25.17亿年; 含有大量的新太古代早期地壳残留体, 包括细粒斜长角闪岩、英云闪长质片麻岩、变辉长岩等等, 大量英云闪长质片麻岩残留体的形成年龄 26.66～26.74亿年, 与泰山地区的英云闪长质片麻岩岩性、形成年龄和结构构造完全相同。在这里, 可以看到新太古代早期的变质岩是怎样经地壳深融形成二长花岗岩的全过程。

3 新元古代与中生代地质遗迹组成的地质公园

新元古代与中生代地质遗迹的精美结合——长岛国家地质公园、山东五莲山-九仙山及荣成槎山、威海刘公岛、临沂临港甲子山等省级地质公园。

3.1 山东长岛国家地质公园

华北板块在经历了短暂地壳隆升剥蚀后, 距今6.8～5.3亿年, 地壳演化进入新元古代震旦纪, 随着全球冰期的结束, 海平面上升, 在鲁西地区东部近沂沭断裂带地段, 海水北侵形成土门群上部滨浅海相碎屑岩-碳酸盐沉积。鲁东地区则在胶北地块北缘海水入侵, 形成蓬莱群的滨浅海相的碎屑岩-碳酸盐沉积, 山东长岛国家地质公园就坐落在蓬莱群集中出露的地区。蓬莱群香夼组碳酸盐沉积期间, 因郯庐断裂带再次活动, 诱发地震事件, 灰岩形成震裂纹。

山东长岛国家地质公园是目前全国唯一的海岛型国家地质公园(万兵力, 2009)。公园新元古代地质遗迹主要为蓬莱群变质地层, 岩石为石英岩夹千枚状板岩。岩层水平层理发育, 石英岩具波痕构造,垂直节理裂隙相当发育。断裂构造遗迹有小钦岛仙人洞断裂、南隍城断裂、望夫礁“龙头福泉”断裂;褶皱构造遗迹有砣矶岛小褶皱。第四纪地质遗迹主要为海蚀地貌、海积地貌、火山岩地貌、黄土地貌、天然岩画、彩石等多达11种。海蚀地貌遗迹类型在公园区内各岛屿均有分布, 主要有海蚀崖、海蚀洞、海蚀柱、海蚀拱桥、海蚀平台、海蚀礁等。

大黑山岛西部高189 m的老黑山山峰有黑色玄武岩, 覆盖于蓬莱群石英岩和风化壳之上。公园区内各岛屿几乎所有沟谷和低洼处都被第四纪黄土填充或覆盖, 对研究我国东部第四纪气候变化和海陆环境变迁有很高的科研价值。

3.2 新元古代苏鲁造山带变质花岗岩组成的省级地质公园

新元古代苏鲁造山带变质花岗岩组成的地质公园——山东五莲山—九仙山(九仙山园区西部)、荣成槎山(西南部)、威海刘公岛、临沂临港甲子山等省级地质公园。

距今8～7亿年, 地壳演化进入新元古代南华纪,扬子板块北缘胶南—威海一带, 岩浆活动强烈, 形成荣成岩套、月季山岩套和铁山岩套花岗岩。

经历了长期隆起遭受剥蚀之后, 三叠纪末期发生扬子板块向华北板块深俯冲的大陆碰撞和超高压变质作用, 南华纪形成的花岗岩在距今 2.40～2.25亿年前遭受强烈变质变形作用。威海刘公岛、临沂临港甲子山、五莲山—九仙山地质公园九仙山园区九龙大峡谷—毛家河一带, 属于苏鲁造山带, 出露荣成岩套糜棱岩化片麻状二长花岗岩(王世进等, 2013c), 内有角闪黑云变粒岩等表壳岩残留体, 威海刘公岛出露榴辉岩等超高压变质岩, 具强烈的褶皱构造。距今2.11～2.05亿年前的晚三叠世晚期, 随着超高压岩片折返, 造成北北东、北东向断裂活动,沿其形成的裂隙空间内, 先后有柳林庄超单元、宁津所超单元和槎山超单元岩浆岩等侵入定位(曾令森等, 2007), 荣成槎山地质公园主体岩石这期间形成, 槎山正长花岗岩侵入荣成岩套变质变形的片麻状二长花岗岩。

白垩纪时由于中国东部处于古太平洋板块相对亚洲大陆俯冲导致的弧后扩张环境, 增厚岩石圈的机械拆沉导致岩石圈减薄, 引起地壳部分熔融,形成了早白垩世壳幔混合型花岗岩。距今 1.2～1.14亿年前形成的崂山序列花岗岩(王世进等, 2010c)代表了大规模的伸展作用, 五莲山—九仙山地质公园的主体岩石——晶洞二长花岗岩组成就是在这个时期形成的。在九仙山毛家河村东, 可以见到 1.2亿年的晶洞二长花岗岩, 侵入于7～8亿年前形成的荣成岩套变质片麻状二长花岗岩。

4 古生代地层地质遗迹组成的地质公园

4.1 山东枣庄熊耳山和山东青州地质公园

鲁西隆起区自 25亿年开始隆升后, 经历近 20亿年的风化剥蚀作用, 直至距今 5.3亿年寒武纪开始, 华北陆壳沉降形成寒武纪朱砂洞组、馒头组、张夏组、崮山组、炒米店组等滨浅海陆源碎屑——海相碳酸盐沉积, 之后形成了穿时的地层单位——三山子组白云岩, 奥陶纪形成了白云岩与灰岩相间出现的泻湖—开阔浅海的马家沟群碳酸盐沉积, 山东枣庄熊耳山国家地质公园和山东青州地质公园就形成在这个地质历史时期。

4.1.1 山东枣庄抱犊崮-熊耳山国家地质公园

位于山东省南部, 以熊耳山岩溶地质地貌和抱犊崮地貌为特色, 主要由寒武纪朱砂洞组、馒头组、张夏组下灰岩段地层组成。在抱犊崮地质公园可以见到朱砂洞组白云质灰岩不整合在 25亿年的二长花岗岩上。由于区内岩石抗风化能力的不平衡性,上部张夏组厚层鲕状灰岩与下部馒头组页岩、砂岩间的差异风化作用形成了典型的寒武纪灰岩桌状山——崮形地貌(安仰生等, 2007, 2010)。以熊耳山和抱犊崮为依托, 集双龙大裂谷、溶洞群、龙抓崖(崩塌)、山泉和最典型的崮形地貌为一体。抱犊崮海拔584 m, 自古以其独有的“雄”、“奇”、“险”、“秀”而著称于鲁南72崮之首。熊耳山海拔481 m, 发育岩溶地质地貌自然奇观, 西侧的滑坡体和东侧的龙抓崖(岩石崩塌)即是典型的地质灾害遗迹, 是 300年前的郯城大地震造成熊耳山张夏组厚层鲕状灰岩崩塌形成的。

4.1.2 青州国家地质公园

位于青州市的西南部, 包括云驼、仰天山、唐赛儿三个园区, 主要由寒武纪—奥陶纪地层组成,其中仰天山园区主要为寒武纪地层, 主峰海拔845 m, 由三山子组白云岩组成; 云门山园区主要为三山子组含燧石结核白云岩和奥陶纪马家沟群东黄山组泥质灰岩、页岩及北阉庄组灰岩, 主峰海拔421 m, 由北阉庄组灰岩组成。青州国家地质公园岩溶地质特色鲜明, 包含岩溶地质地貌遗迹、岩溶洞穴遗迹、典型地质剖面、构造形迹、岩溶水体景观、地质灾害遗迹和古生物化石等地质遗迹(张莉莉等, 2011)。仰天槽位于仰天山山顶, 海拔 750～840 m,是我国面积最大的山顶洼地, 有厚约2 m的黄土覆盖; 仰天槽内有大型漏斗56个, 落水洞上百个; 仰天山灵泽洞由近百个大落水洞横向连接而成, 其内发育丰富的石笋、石柱、石钟乳、石幔、石幕、石花、石耳等岩溶产物。

4.2 寒武纪—奥陶纪地层地质遗迹组成的省级地质公园

寒武纪—奥陶纪地层地质遗迹组成的地质公园——长清张夏-崮山、淄川潭溪山、济南蟠龙山、枣庄龟山、曲阜尼山、梁山、金乡羊山、巨野金山、嘉祥青山、宁阳鹤山、东阿鱼山、苍山文峰山、蒙阴岱崮、新泰寺山、东平湖、邹城凤凰山、平邑曾子山等省级地质公园(杨斌等, 2002; 吉龙江等, 2012; 杜圣贤等, 2013)。

在长清张夏-崮山地质公园可以见到朱砂洞组白云质灰岩不整合在25亿年的二长花岗岩上。地质公园内馒头组石店段和下页岩段震积层发育, 馒头组徐庄段砂岩斜层理普遍存在。张夏组下灰岩段为厚层鲕状灰岩, 上灰岩段叠层石灰岩发育; 崮山组含三叶虫化石丰富(杨斌等, 2002; 杜圣贤等, 2013)。在长山期、凤山期经历了多次风暴事件, 形成了炒米店组竹叶状砾屑灰岩等风暴岩沉积。

在新泰寺山地质公园, 主要地层为三山子组白云岩, 该组下部全部为叠层石白云岩, 厚度大出露好, 国内罕见。下伏寒武纪炒米店组竹叶状砾屑灰岩、中-薄层灰岩。

上述地质公园多均具崮形地貌, 以蒙阴岱崮地貌最为典型。地质公园岩溶地质特色鲜明, 形成常态山、孤峰、峰林、崮形地貌、坍塌崖、天生桥、石林、石柱、岩溶干谷、落水洞、干洞、溶洞等地貌形态。其中淄川潭溪山马家沟群北阉庄组灰岩峰林地貌、天生桥、溶洞等地貌形态极为珍稀。

5 中生代岩浆侵入岩组成的地质公园

中生代岩浆侵入岩组成的地质公园——烟台磁山、昆嵛山、招远罗山、济南华山、栖霞艾山、栖霞牙山、五莲山—九仙山(五莲山及九仙山园区东部)、荣成槎山、乳山岠隅山、海阳招虎山、即墨马山等地质公园。

距今 2.5亿年前, 地壳演化进入中生代大陆边缘活化阶段, 受太平洋板块向库拉板块俯冲影响,沂沭断裂带强烈活动并发生左行平移, 先期形成的断裂和新生各方位断裂强烈活动, 滨太平洋东南沿海一带岩浆侵入和火山活动十分活跃。鲁东地区1.6～1.5亿年形成玲珑序列二长花岗岩, 是烟台磁山、昆嵛山、招远罗山等地质公园的主要岩石。烟台磁山、栖霞艾山(吕宝平等, 2008)、招远罗山等地质公园花岗岩中含有较多的胶东岩群斜长角闪岩、黑云变粒岩残留体, 昆嵛山地质公园岩石中含有较多的荣成岩套变质二长花岗岩残留体。

距今1.45亿年前进入白垩纪, 由于中国东部处于古太平洋板块相对亚洲大陆俯冲导致的弧后扩张环境, 增厚岩石圈的机械拆沉导致岩石圈减薄, 引起地壳部分熔融, 地幔岩浆与地壳熔融的岩浆侵入。1.3亿年前, 地幔岩浆结晶分异的济南辉长岩侵入(杨承海等, 2005), 济南华山地质公园作为该期岩浆活动的代表。约 1.2亿年即墨马山一带英安玢岩侵入莱阳群曲格庄组砂岩, 岩浆冷却形成的柱状节理, 成为即墨马山地质公园的主要地质遗迹——马山石林。1.2～1.1亿年期间, 早白垩世晚期伟德山序列花岗岩和崂山序列碱性花岗岩形成, 代表了大规模的伸展作用, 栖霞艾山、栖霞牙山、乳山岠隅山、海阳招虎山、日照河山等地质公园岩石在这个时期形成。

上述地质公园内的花岗岩, 形成非常典型的花岗岩峰林地貌、各种山岳景观、沟谷景观、奇石景观、天然石臼景观、洞穴景观。

6 中生代晚期恐龙化石遗迹组成的地质公园

中生代晚期恐龙活动地质遗迹组成的地质公园——诸城恐龙化石、莱阳白垩纪国家地质公园和莒南恐龙足迹化石、郯城马陵山、临沭岌山等省级地质公园。

6.1 山东诸城恐龙化石国家地质公园、莱阳白垩纪国家地质公园

距今 2.5亿年开始, 地壳演化进入中生代大陆边缘活化阶段, 潘基亚超级大陆裂解、漂移并达到高潮期。受太平洋板块向库拉板块俯冲影响, 在北西—南东向张应力的制约下, 沂沭断裂带强烈活动并发生左行平移, 先期形成的断裂和新生各方位断裂强烈活动, 滨太平洋东南沿海一带岩浆侵入和火山活动十分活跃, 隆坳构造形成盆地接受陆相碎屑沉积。1.45～0.65亿年的白垩纪, 鲁东地区胶莱盆地沉积了莱阳群、青山群、王氏群三套地层。建有著名的山东诸城恐龙化石国家地质公园、莱阳白垩纪地质公园。

6.1.1 山东诸城恐龙国家地质公园

山东诸城恐龙国家地质公园具有极为丰富的恐龙化石资源, 在晚白垩世王氏群红土崖组砂岩中,有大量恐龙骨骼化石、恐龙蛋化石和恐龙脚印化石(柳永清等, 2010)。诸城是世界最大规模恐龙化石埋藏地, 共发现恐龙化石点多达30处, 埋藏总面积达1500多km2, 被国土资源部命名为“中国龙城”。恐龙化石群曝露面积世界最大, 2008年在诸城市龙都街道库沟村“龙骨涧”发掘恐龙化石面积23000 m2,出土恐龙化石 2万多块, 发现了“恐龙化石长廊”和“恐龙化石隆起带”两大地质遗迹。其中, 恐龙化石长廊, 长 500多 m, 均深 30余 m, 露出化石10000多块; 恐龙化石隆起带, 长 300 m, 宽 20余m, 露出化石3000多块; 在臧克家故里发现了臧家庄“恐龙化石层叠区”, 3000多块恐龙化石高低错落, 层层叠叠, 蔚为壮观。这里发现世界规模最大的恐龙足迹群, 诸城市皇华镇黄龙沟恐龙足迹面积约5000多m2, 恐龙足迹11000多个。诸城出土的恐龙化石以鸭嘴龙为主, 已发现鸭嘴龙股骨化石500多块。目前已成功装架起“巨型山东龙”、“巨大诸城龙”等一批鸭嘴龙化石骨架。目前诸城发现的恐龙属种已超过 10个, 包括鸭嘴龙类、新角龙类、暴龙类, 另外还有甲龙类、蜥脚类和龟鳖类等。

6.1.2 山东莱阳白垩纪地质公园

莱阳市是白垩纪莱山群、青山群和王氏群的命名地, 公园内白垩纪地层剖面完整记录了中国东部地区白垩纪时期的地球演化史, 是以白垩纪地层剖面、恐龙化石群和莱阳古生物群为鲜明特色的综合性地质公园, 包括金岗口园区、凤凰山园区 2处园区。“恐龙谷”蜿蜒隐藏于晚白垩世王氏群红土崖组红色砂岩之中。公园里的“莱阳生物群”目前已发现各类化石近 400种, 发现和命名的恐龙达 11种,恐龙蛋化石11种(杨斌等, 2002; 杜圣贤等; 2013)。

6.2 莒南恐龙足迹化石、郯城马陵山、临沭岌山等省级地质公园

0.99～0.65亿年的晚白垩世, 沂沭断裂带及附近地区中生代盆地大盛群地层发育, 建有莒南恐龙遗迹(丁龙熙等, 2004)、郯城马陵山、临沭岌山(陶卫卫等, 2012)等地质公园, 主要出露恐龙足迹和斜层理、波痕、泥裂等地层沉积构造遗迹。郯城马陵山地质公园还保存300多年前发生的8.5级郯城大地震断裂遗迹。

7 新生代火山地质遗迹组成的地质公园

新生代火山地质遗迹典型代表——昌乐火山国家级地质公园、无棣碣石山省级地质公园。

新近纪以来在中国东部出现了近东西向的区域挤压, 其中的玄武岩喷发发生在多次受挤压间歇的应力松弛期。距今1800万年前, 由于郯庐深大断裂的再次活动, 地幔岩浆携带未熔融的深源组分,沿着断裂喷发, 在潍坊市境内形成大面积的熔岩台地, 直到新近纪上新世, 这一带火山活动才逐步停息。昌乐县是山东省东部新生代火山岩主要分布区(王继广和司竹君, 2002; 王胜源等, 2003), 形成了100多座古火山口, 出露于昌乐县城东南部的五图镇、乔官镇、北岩镇一带。方山一带发育有10余个火山口, 是著名的昌乐蓝宝石矿产区; 乔官镇向西延入临朐县境内, 有大小几十个火山口。主要的地震遗迹有: 火山口附近玄武岩扇形柱状节理、两次喷发的玄武岩柱状节理交切现象、溢流的玄武岩覆盖在火山集块岩和火山角砾岩上、火山台地上气孔状构造发育的玄武岩层等。

无棣碣石山是火山爆发喷出而形成的锥形复合火山堆, 是我国最年轻的火山, 也是华北平原地区唯一露头的火山, 被誉为“京南第一山”。碣石山火山岩形成年龄73万年, 由强碱性玄武岩组成, 火山地质遗迹有: 中心式喷发的火山机构、“红顶绿底”的玄武岩层、含有大量新鲜的橄榄岩捕虏体的玄武岩、气孔状构造发育的玄武岩、保留岩浆流动时形成的绳状、火焰状构造的玄武岩、由火山弹、火山豆、火山灰组成火山岩层等, 还有含火山砾石的黄土沉积。

8 新生代地质遗迹组成的地质公园

新生代地质遗迹的典型代表——临朐山旺、东营黄河三角洲国家地质公园和济南泉群、章丘百脉泉、桓台马踏湖、滕州红河湿地、临清黄河故道、牟平养马岛等省级地质公园。

8.1 山东山旺国家地质公园、黄河三角洲国家地质公园

6500万年至今, 地壳演化进入新生代断块构造发展阶段, 该阶段包括古近纪、新近纪和第四纪的喜马拉雅期。距今 1800～1100万年前, 受太平洋板块自南东向北西的俯冲作用, 诱发了地幔基性玄武岩浆的喷溢, 在沂沭断裂带及其西侧的临朐、昌乐、沂水、安丘、潍坊地区, 形成了临朐群牛山组被状玄武岩; 中期处于火山活动间歇期, 在临朐形成了山旺组一套硅藻土岩沉积。晚期地幔基性岩浆再次喷发, 并向东迁移至沂沭断裂带东侧的栖霞、蓬莱地区, 形成临朐群尧山组的被状玄武岩。山东山旺国家地质公园就是在这个时期形成。

260万年至今为第四纪, 第四纪早期黄河干流尚未形成, 沿干流分布着一些独立的古湖泊盆地。随着喜马拉雅运动的再次活动, 青藏高原加速抬升,华北陆缘盆地继续沉降, 我国中、西部的古盆地普遍萎缩、干枯, 并被溯源侵蚀的黄河河流将它们串联起来, 直至距今 100万年前, 黄河进入山东流入渤海。黄河入海口附近建立的黄河三角洲国家地质公园, 就是黄河沉积作用形成的。

8.1.1 山东山旺国家地质公园

地质公园位于山东省临朐县城东, 公园内由解家河盆地和包家河盆地组成, 其外围均为由玄武岩组成的低山丘陵。地质公园以闻名世界的山旺古生物化石及反映其形成环境的火山地貌为特色。山旺古生物化石主要保存于距今1400万年前形成的临朐群山旺组硅藻土层中, 其种类之多、保存之完整为世界罕见, 被称为“万卷书”。目前已发现的化石有十几个门类 600多种(王继广和司竹君, 2002; 王宗花等, 2006)。动物化石包括昆虫、鱼、蜘蛛、两栖、爬行、鸟及哺乳动物。昆虫化石翅脉清晰, 保存完整。山旺鸟类化石是我国迄今为止发现完整鸟化石最丰富的产地。三角原古鹿化石和东方祖熊化石是世界上中新世该类化石保存最完整的标本。植物化石有苔藓、蕨类、裸子植物、被子植物及藻类243种。盆地外围黄山、尧山、灵山、擦马山等地出露较多的火山地质遗迹, 有古火山口地质景观、玛尔式火山盆地地貌、火山熔岩典型结构构造等。

8.1.2 黄河三角洲国家地质公园

位于东营市河口区和垦利县境内, 黄河沉积作用形成的地质遗迹主要为各种河流地貌景观、沉积构造以及古海陆交互线遗迹等(张惠等, 2003)。河流地貌景观主要有河成高地、边滩、心滩、黄河各期流路、天然堤、决口扇、沉积层序剖面等; 沉积构造主要由流水作用形成的波痕、流痕、水位痕; 冲刷作用形成的冲坑、冲槽; 风化作用形成的风成构造; 生物作用形成的虫迹泥球以及其他作用形成的干裂、气胀气泄、喷出构造。区内还分布着5000～6000年以前和1855年以前形成的两条古海陆交互线——贝壳堤。

8.2 济南泉群、章丘百脉泉、桓台马踏湖、滕州红河湿地、临清黄河故道、牟平养马岛等省级地质公园

地壳演化进入新生代断块构造发展阶段, 喜马拉雅运动强烈活动, 致使整个华北坳陷区和围绕鲁西隆起的边缘地区急速沉降, 为济南趵突泉、章丘百脉泉、桓台马踏湖等地质公园内的泉群、湖泊形成奠定了基础。其它地区则处隆升环境。距今 100万年前黄河进入山东, 黄河沉积作用形成了临清黄河故道地质公园。

济南趵突泉地质公园-济南地势南高北低, 南部为泰山余脉山区丘陵, 至市区变为山前平原和黄河冲积平原交接带, 岩层呈 3°～15°倾角向北倾斜,高差达 500余 m, 其自南向北依次为: 新太古代花岗岩类、巨厚的寒武—奥陶纪石灰岩, 这些可溶性灰岩, 经过多次地质构造运动和长期溶蚀, 构成大量地下溶沟、溶孔、溶洞和地下暗河, 成为能够储存和输送地下水的脉状地下网道, 遇大气降水后,大量地表水渗入地下, 沿溶沟、暗河等地下网道由南往北潜流。而济南市区北部为燕山晚期辉长岩-闪长岩侵入体, 岩质坚硬, 为不透水岩层, 潜流的地下水到此受阻, 大量汇聚, 在水平运动强大压力下变为垂直向上运动, 大量地下水穿过岩溶裂隙,夺地而出, 形成千姿百态, 形态各异的趵突泉、黑虎泉等济南泉群。

章丘百脉泉地质公园成因与济南泉群相似, 不同之处是其北侧受煤系地层阻隔, 在东麻湾和西麻湾等地势低洼处, 沿断裂构造破碎带及裂隙涌出地表, 形成百脉泉群。

临清黄河故道地质公园位于临清市东南侧郭堤一带, 呈南西—北东向弯曲的条带状, 是鲁西北地区现存较好的一处古黄河地质遗迹。公园内古沙丘连绵起伏, 宛若一条苍龙盘旋而卧, 蔚为壮观;近2 km长的古堤和古驰道至今仍保留着原始风貌,是黄河古河道细沙沉积作用形成的。

牟平养马岛等地质公园主要地质地貌遗迹包括长期海蚀和风化剥蚀形成的海蚀海积地貌遗迹,主要有月牙洞、狗妖十八洞、兄弟崖等海蚀地貌, 月牙湾、砾石滩、金沙滩、黑泥滩等海积地貌; 地质构造遗迹包括断裂遗迹; 褶皱遗迹; 天然岩画遗迹;地质灾害遗迹为崩塌遗迹; 岛礁地貌景观主要为金龟探海、三角石、鱼脊梁骨等景观遗迹。

第四纪黄河沉积作用和海蚀作用及地震事件等均反映地质构造历史仍在继续之。

9 结语

山东省主要地质遗迹大多数都建立了地质公园, 正在进行保护和建设, 还有一些独特的地质遗迹正在申报省级地质公园。地质公园已经成为地质科学知识宣传教育的重要场所, 为提高公众的知识文化水平、科学素质, 促进社会文明与进步, 促进地质与旅游结合起到重要作用。各地游客在地质公园游山玩水中通过地学科普知识宣传活动, 提升了文化品位, 建议继续加强地质公园的建设和地质遗迹点的保护。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos.12120114021301 and 121201081103) and the Major State Basic Research Program of the People’s Republic of China (Nos.SQ2015FY3340051).

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with English abstract).

Characteristics of Major Geological Heritages of the Geoparks in Shandong Province

WANG Shi-jin1), WAN Yu-sheng2), XU Pin3,6), ZHANG Zeng-qi4), YAO Chun-mei5), YANG En-xiu1), SONG Zhi-yong1), WANG Ji-ning5), MENG Yong-hui5), XIAO Wei-guo5), REN Peng2), ZHANG Yan4)

1) Shandong Geological Survey Institute, Jinan, Shandong 250013; 2) Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 3) Shandong Lang and Resources Archives, Jinan, Shandong 250013; 4) Shandong Academy of Geological Sciences, Jinan, Shandong 250013; 5) Shandong Geo-Environmental Monitoring Station, Jinan, Shandong 250013; 6) China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083

Geological heritages in Shandong Province result from geological processes through three billion years and are hence important natural heritages.Geological heritages provide important evidence for the investigation of global evolutionary progress and trend.The main geological heritages of Shandong geoparks could be divided into 7 categories, i.e., geological section, geological structure, paleontology, mineral resources and deposits, geomorphological landscape, hydrological landscape and environmental geological heritage landscape.In this paper, the formation age and distribution of various types of geological heritages are described.The main characteristics of each geopark and the geological heritages in the aspects of strata and intrusions are summarized.The evolutionary history of the geoparks is also described, and the basic information concerning geological tourism is offered.

evolution; distribution; main geological heritages; geopark; Shandong

K928.72; P931

: A

10.3975/cagsb.2015.05.14

本文由中国地质调查局地质大调查项目“华北克拉通太古宙早期陆核形成与演化”(编号: 12120114021301)、“中国地质构造区划与区域地质调查综合集成”(编号: 121201081103)和科技部重点项目(编号: SQ2015FY3340051)联合资助。

2015-04-28; 改回日期: 2015-06-10。责任编辑: 闫立娟。

王世进, 男, 1950年生。教授级高级工程师。主要从事区域地质、矿产、农业地质调查研究工作。通讯地址: 250013, 济南市历下区建筑新村南路35号。E-mail: shijinw63@163.com。