神农架世界地质公园地质遗迹特征及科学价值研究

李 战，陈方明,2

(1.湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100084)

1 引言

神农架世界地质公园位于湖北省与重庆市交界的长江与汉水的分水岭一带，位于神农架林区的中南部,包括整个神农架世界级自然保护区及其周边地区，面积约1000 km2。园区与重庆市的巫山县、湖北省的竹山县、巴东县、房县、兴山县等五县相邻。地理坐标为东径109°56′～110°59′，北纬31°18′20″～31°52′。由于特定的地质背景、地理位置和气候条件，使神农架成为众多地质、地貌景观的集合体。出露的上前寒武系地层、良好发育的神农架群断穹构造、第四纪冰川地质遗迹、包括2000 m以上的多级剥夷面、珍贵的高山湿地草甸等，得天独厚的地质景观使得神农架拥有了一座世界级的地质公园。

2 神农架地区主要地质遗迹资源及特征

2.1 地层

神农架群地层总体较平缓，常呈舒缓波状，岩石变形较弱，地层系统有序。神农架地区的地层发育完有上前寒武系的典型地质剖面，也是区内出露最广且齐全的地层单位，主要分布于神农架周边。为一套碎屑岩—碳酸盐岩建造。根据岩性组合特征、层序关系及古生物化石资料，自下而上划分为寒武纪下统牛蹄塘组、石牌组、天河板组、石龙洞组、中统覃家庙组、中—奥陶纪上统娄山关组。

根据神农架群的地层剖面研究显示，南沱组的冰碛砾岩，记载了8亿年前的冰雪事件；震旦系陡山沱组中富含磷矿，灯影组巨厚的白云岩往往形成绝壁，并发育溶洞。寒武、奥陶系以发育碳酸岩为主，富含三叶虫、腕足类等化石；志留系由易于风化的砂岩、页岩组成，往往形成宽缓的地貌。二叠与三叠系主要分布于神农架穹隆周缘，石灰岩发育，易于形成岩溶地貌。第四系多见于沟谷之中和河流阶地上。

2.2 地质构造演变

位于地球北纬30°的神农架，地质构造属扬子属扬子克拉通北缘，位于我国大陆二级阶梯的东缘，新华夏系一级大型隆起带，淮阳山字型构造西翼反射弧脊柱、盾地、大巴山弧形构造以及其他旋扭构造的复合部位，构造极其复杂。其北为中央造山带的南秦岭，其南为黄陵太古代古陆核，是大巴山脉东延部分，向东进入长江中下游平原。

神农架地质构造变形可以分为五个阶段。第一阶段，神农架(上扬子古地块北缘)处于华南古地块和华北古地块之间，晋宁运动过程中它们互相俯冲碰撞。现有资料反映神农架褶皱基底在晋宁造山期位于黄陵结晶基底的北侧。晋宁造山运动改变了两者的原始位态，使不同构造环境的地块拼贴在一起。第二阶段神农架褶皱基底该期变形不明显，青白口纪凉风组中发育的小型褶皱构造可能是该期构造形迹。第三阶段测区大部表现为抬升，隆起成陆而缺失沉积，形成志留系与上覆地层的平行不整合界面，地层未发生构造变形。第四阶段形成以新华断裂为代表的北东向构造，叠加改造所有前期构造形迹，形成神农架穹窿。在隆起的同时发育以拆离断层为代表的伸展构造形迹。第五阶段区内为间歇性隆升与外营力溶蚀、剥蚀和侧向侵蚀，及重力作用。形成现在的地势地貌、水系、夷平面、河流阶地、水平溶洞等，同时有地震活动及继承性断裂活动，并有滑坡、泥石流等地质灾害发生。

2.3 地貌景观

从晚古生代开始，神农架已不再接受海浸，经历了印支、燕山运动的影响，使之发生褶皱和断裂，基本奠定下神农架构造骨架。园区内的地质地貌景观以山岳地貌、冰川地貌和岩溶地貌为主。

神农架自然保护区属于由大巴山脉向东延伸的余脉组成的中高山地貌。进入第四纪后，新构造运动对神农架的影响，主要是在总体窿起的背景上，表现为北北东的节律性的拱曲上升，形成山地，由于间歇式抬升，山地形成多组夷平面。林区自燕山运动第一幕以后一直处于间歇性的上升降起之中，在内外营力作用下，发育了多级剥夷面。根据剥夷面的发育特征、海拔及与相邻地区剥夷面的相互关系，区内可划分七级剥夷面。西南部地势高峻，海拔在2000 m以上；中部和南部海拔一般在1000～2000 m；东部海拔大多在500～1000 m。地势基本特点是西高东低，自西向东逐级下降，呈现出两个明显的倾斜阶梯。

由于第四纪早期气候潮湿、寒冷，在神农架自然保护区部分地段残留了冰川地貌，冰川地貌主要分布于神农架主峰、大九湖、老虎顶、木鱼等地，可以分出三次冰期和两次冰缘期。园内冰川侵蚀地貌保存较为完整。并留下了刃脊、冰斗、冰蚀槽谷等冰蚀地貌和侧碛堤、漂砾等冰碛地貌及堆积物。

岩溶地貌是淋溶性岩石(主要指碳酸盐岩) 在地表水和地下水流动、溶蚀作用下形成的地貌景观。神农架林区此层表面约20%是碳酸盐岩覆盖着所以园内岩溶地貌种类型齐全，发育完整。岩溶地貌类型包括喀斯特漏斗和洼地、坡丘谷、溶洞、落水孔、暗河、喀斯特盆地等。在神农架群区内的区内可溶性的岩石以白云岩为主，在多种地质营力的作用下，形成了怪石嶙峋、沟壑纵横的地貌景观。

2.4 水文景观

2.4.1 河流

复杂多样的林区地貌孕育了发达的河流水系境内共有大小溪流317条，均发源于本区境内，属于高山河流，河流下切强烈，河床比降大，并以大、小神农架为中心呈扇形放射状向外奔流。

2.4.2 泉

神农架林区地跨两个三级构造单元，大部分地区属神农架穹窿状背斜。特殊的地质结构，再加上复杂的地貌类型以及湿润多雨的气候类型，使得林区境内泉水露头较多。

天泉位于木鱼镇彩旗村天生桥景区内，为一典型上升泉，是一个天然的泉眼，由承压含水层补给形成的泉，四季泉水长流。现已修葺成为一浅水井。

香溪源位于木鱼镇香溪源风景区内，纯净清澈、一尘不染，几步之内就形成清澈溪流，山泉顺势而下，不远处就形成一条“大白龙”，沿崎岖山谷一路奔腾，一弯一处风景，一转一幅美景，时时出现清幽的深潭、壮观的瀑布，令人心清气爽惬意盎然，有“天下第十四泉”之称。

2.4.3 瀑布

神农架山涧谷地流水淙淙，瀑布高悬，河水落差大，水量充沛，所以容易形成瀑布景观。其中尤以金猴岭的金猴飞瀑，三堆河瀑布，天生桥的天桥飞渡，香溪源的降龙瀑等最为秀美壮丽。

2.5 环境地质灾害景观

神农架区内的地质灾害主要是崩塌和滑坡，阳河和板桥河与的河谷两岸多有分布。例如板桥河中的巨石堆积和神农祭坛旁的古滑坡体。

2.5.1 崩塌

神农架林区境内崩塌的形成主要受地形地貌、地层岩性及其组合关系、地质构造影响。例如下谷坪乡兴隆寺一组马家沟崩塌，其位于下谷坪乡兴隆寺村一组板桥河左岸斜坡上部，地处板桥断裂影响带内，崩塌所处斜坡结构类型为斜向坡。

2.5.2 滑坡

土质滑坡在林区境内分布广泛，斜坡凹槽及坡脚堆积有各种成因的土体，结构松散—稍密，力学强度低，透水性强，极易形成滑坡。例如木鱼镇木鱼村一组小当阳滑坡，滑坡位于木鱼镇小当阳村当阳河右岸，斜坡处于木鱼坪向斜南西翼，滑坡后缘海拔1700 m，前缘海拔1300 m。该滑坡为古滑坡，1983年6月滑坡前缘发生过数十立方米的坍塌。

3 地质公园地质遗迹景观分类

地质遗迹(Geological Relics)是指在地球演化的漫长地质历史时期由于内外动力地质作用，形成发展并遗留下来的不可再生的地质自然遗产。重要的地质遗迹是全人类的宝贵财富，是生态环境的重要组成部分。地质公园(Geopark)是以具有特殊科学意义、稀有性和美学观赏价值的地质遗迹为主体，并融合其他自然景观、人文景观组合而成的一个特殊地区。是以保护地质遗迹、开展科学旅游、普及地球科学知识、促进地方经济、文化和自然环境的可持续发展为宗旨而建立的一种自然公园(蔡让平等，2007；胡能勇2002；鄢志武等，2008)。神农架世界地质公园地质遗迹主要类型及各类型代表地质遗迹景观见表1。

4 地质公园地质遗迹景观科学意义

4.1 地层学意义

神农架的自然环境源于组成她的独特地层和独特的地质构造演化历史。区内的地层剖面和重要的地层或构造运动界面具有全球对比意义。神农架褶皱基底出露较为齐全，地层发育完整，从元古界至第四系均有分布，褶皱基底保留了晋宁造山运动的痕迹，是研究上扬子地块晋宁运动表现形式和变形历史的良好地区。其中神农架群上前寒武系地层是世界上发育最为完整的地区之一，在风景垭、石槽河、野马河至燕天垭皆有分布，通过研究确定神农架地区上前寒武系的地层层序，为国内研究晋宁造山运动和扬子地块成生演化提供了优越条件。

4.2 岩石学意义

神农架地区出露的新元古代岩浆岩以浅成-超浅成基性岩为主，以辉绿(玢)岩、辉长岩为代表。辉绿(玢)岩作为基性岩浆侵入于凉风垭组底部层出露，多呈条带状，具扩张岩墙的特征，但规模不大。这一套基性火山岩组合在研究新元古代地质构造的演化方面很有价值。其中辉绿(玢)岩主要分布于神农架穹隆核心地区，呈环形岩墙状及岩枝状产出，基性岩墙群侵入的年龄在770 Ma左右，属于晋宁期的构造事件，与全球罗迪尼亚超大陆的形成与裂解基本在同一时期。基性岩墙群作为非造山岩浆活动和大陆破裂的标志，在Rodinia古陆裂解研究中受到高度重视。

表1 神农架世界地质公园主要地质景观

4.3 化石学意义

神农架世界地质公园中发育保存有晚前寒武纪地层中丰富的叠层石，主要存在于神农架群矿石山组(Pt2k)、大窝坑组(Pt2dw)和石槽河组(Pt2s)。矿石山组叠层石以大型柱状为主，单个最高达2 m。大窝坑组叠层石为柱状、半球状。石槽河组叠层石多现于上部，以小型，波状或半球状为主。神农架群叠层石是研究分析元古代时期沉积环境和地层划分对比的重要依据。此外更新世古人类遗址、第三纪孑遗动植物活化石等反映了古代生物演化、人类起源的历程，对了解地球早期生命活动具有很高的研究价值。

4.4 构造地质学意义

神农架地处神农架地区处大巴山前陆构造带，同时鄂西大洪山和川东雪峰山也在此汇聚，区内地质构造经历了多阶段的塑造与改造，地质发展历史非常复杂。区内强烈的河谷深切作用,使得早期地层出露，尤其是前寒武纪地质演化出露较为齐全，是研究上扬子地块前寒武纪地质构造演化历史的良好地段。

4.5 地貌学意义

神农架群受印支运动末至燕山运动影响，发生了强烈的褶皱和断裂，奠定了区内的地貌骨架，在后期的间歇性上升运动中，该区又受到了进一步的破坏和改造，随着多层地貌的形成和发展，进入第四纪后，新构造运动对神农架的影响，主要是在总体窿起的背景上，表现为北北东的节律性的拱曲上升，形成山地，又由于第四纪早期气候潮湿、寒冷，在部分地段残留了冰川地貌，使区内地貌变得更复杂。

晚更新世末(6万～7万年前)，古气候曾再一次变冷，由于神农架地势较高，地理位置有利和气候潮湿等原因，雪线下降幅度较大，在海拔2400～2700 m一带，遗留下了该区最后一次冰期的遗迹。 在主峰附近发育的典型大窝坑、大垭等冰斗、小龙潭冰蚀谷以及冰斗前缘的冰碛堤等，表明该地区曾有冰蚀地貌及冰缘地貌发育，证明了第四纪时期曾有过气候冷暖交替变化。因此，神农架主峰至木鱼坪一带的第四纪冰川遗迹具有较大的科学研究价值。在松柏镇附近河流阶地上晚更世晚期的砂质黏土层中发现了冰锲及融冻卷曲构造，为研究古气候、古环境提供了重要资料。

5 结语

地质遗迹应该属于一种自然资源，也是人们可以永续享用而加以保护的自然环境。总的说来，一是通过建设地质公园这种方式来保护地质资源，实现可持续发展；二是要同旅游相结合，促进地方经济繁荣；三是作为科普教育的载体，提高公民素质。

神农架世界地质公园园区是我国地学领域里一块灿烂的瑰宝，是大自然留给人类的一个天然的地质博物馆，在这个博物馆里，珍藏着三峡地区乃至扬子地台最古老的盖层沉积，珍藏着形态各异的叠层石，珍藏着世界最古老的距今7亿年左右的冰川沉积，珍藏着第四纪冰川地貌及丰富的孑遗生物，珍藏着更新世古人类遗址，珍藏着新构造运动导致的中高山多层地貌及岩溶地貌，对于认识地壳起源与演化、生命的起源、人类的发展等具有重要意义。了解园内地质遗迹的详细信息和重要意义在于帮助公园更好整合、利用和保护地质遗迹资源,方便制定公园的科学合理的发展规划, 促进神农架世界地质公园协调发展。