天津市地质遗迹特征及保护对策研究

肖艺，董卫宏，商志文，陈永胜，杨圣坤，杨朋*，李志华

（1.天津市地质调查研究院，天津300191；2.中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170）

天津市北依燕山，西靠华北平原，东临渤海，北部为山地丘陵，中南部为平原，东部为海岸带，地质遗迹资源丰富，具有重要的科学、生态、旅游和科普价值。众多学者针对天津市地质遗迹资源开展了大量研究工作。其中，以蓟县中、上元古界标准地层剖面为代表的前寒武纪地质研究处于世界领先水平[1-8]。天津市松散沉积层厚度大，是我国地面沉降发现最早也是最严重的城市之一，是我国地面沉降最典型、成因最复杂的地区，人为因素包括开采地下水、油气、大规模工程建设等，自然因素包括构造运动、地震因素、软土自然固结等[9-14]。天津市海岸带是我国典型的泥质海岸带，拥有十分罕见的贝壳堤、牡蛎礁等海积地貌地质遗迹，是古海岸线演化、近现代地质环境研究的重要载体[15-21]。但是，除了以天津蓟县国家地质公园为代表的数个保护区与景点已有部分工作基础外，目前对天津市整体的地质遗迹类型、分布和特征等问题，仍无系统性认识。为了加强天津市地质遗迹保护、促进天津市经济社会发展、建设生态城市，本文对天津市的地质遗迹类型与分布进行统计，并对天津市地质遗迹特征、科学意义及旅游价值进行分析，最后针对不同类型地质遗迹提出了相应的保护对策建议。

1 天津市地质遗迹类型与分布

天津市独特的地貌格局孕育了不同类型的地质遗迹资源。北部山地丘陵区分布有著名的中上元古界标准地层剖面和盘山、九龙山等地质遗迹，中南部平原区主要分布有地面沉降地质遗迹，为做好地面沉降防控工作建有全国典型的地面沉降分层标和基岩标，东部海岸带地区分布有多道贝壳堤、牡蛎礁、七里海湿地、大黄堡湿地、团泊洼湿地、北大港湿地等地质遗迹（图1）。

1.1 北部山地丘陵区地质遗迹类型与分布

北部山地丘陵区位于燕山山脉南端，最高峰为蓟州区九山顶，海拔1 078.5 m。地质遗迹包括基础地质类、地貌景观类、地质灾害类三大类，共计409处，其中世界级37处，国家级20处，省级45处，县级307处，分布在中上元古界保护区、盘山、九山顶、梨木台、八仙山、九龙山、黄崖关、府君山八个景区内，是天津地质遗迹最丰富的地区[22]（表1、图2）。

1.2 中南部平原区地质遗迹类型与分布

中南部平原区位于华北平原，地面沉降严重，其地质遗迹主要类型是与地面沉降相关的地面沉降现象点。在长期的地面沉降防控工作中，天津市相继建设了大量地面沉降基岩标和分层标，包括分层标12组、基岩标2组（表2）。其中，塘沽云山道地面沉降分层标组控制深度达1 218 m，是当时国际上控制深度最大的分层标；李七庄基岩标控制深度达1 088 m，是当时世界上控制深度最大的基岩标。

图1 天津市地质遗迹分布图Fig.1 Distribution map of geological relics in Tianjin

表1 北部山地丘陵区地质遗迹类型及数量统计表Tab.1 Statistics of type and quantity of geological relics in northern mountain and hilly area

现行地质遗迹调查规范中，基岩标和分层标等人为工程尚未被认定为地质遗迹，但鉴于天津市地面沉降地质灾害发育严重，且地面沉降基岩标和分层标在天津市地面沉降防控研究中具有典型性和代表性，故本文建议将地面沉降基岩标和分层标作为地面沉降地质遗迹加以保护。

1.3 东部海岸带地区地质遗迹类型与分布

天津市地处渤海湾顶端，是我国最典型的泥质海岸带地区，广泛分布贝壳堤、牡蛎礁、滨海湿地等地貌景观类地质遗迹，是我国海岸带地质环境演化记录最丰富的地区。按照现行地质调查规范分类，贝壳堤、牡蛎礁均属于海岸地貌类、海积地貌亚类地质遗迹，而滨海湿地属于水体地貌类、湿地-沼泽亚类地质遗迹。据不完全统计，东部海岸带地区拥有全新世以来5～6道贝壳堤，50余处牡蛎礁，在大神堂海域分布有我国最北端的活体牡蛎礁体。

2 天津市地质遗迹特征

2.1 蓟县剖面地质特征及科学意义

蓟县剖面包含有大量的具有极高观赏价值和重大科学价值的地质遗迹，真实记录了地球演化距今约16.5—8亿年间的地质演化史，赋存着大量反映当时古地理、古气候、古生物、古构造、古地磁等自然信息以及多种金属、非金属矿产资源[23]。中元古界长城系和蓟县系岩层发育齐全、出露连续、保存完好、顶底清楚、构造简单、基本未变质，古生物化石丰富，倍受中外地质专家关注。

2.1.1 层型（典型剖面）亚类地质遗迹

蓟县剖面发现于上世纪三十年代初，剖面展布在蓟州城北，从常州村至府君山，长约24 km。地层总厚度约9 200 m，地层划分为四个系12个组级单位（表4）。（1）中元古界长城系总厚度为2 690 m，由碎屑岩建造过渡到富镁碳酸盐岩建造，叠层石和微古植物发育。据岩石组合特征，划分为常州沟组、串岭沟组、团山子组和大红峪组四个组（图3）。（2）中元古界蓟县系总厚度为6 156 m，岩石类型以碳酸盐岩为主，少量粘土岩和碎屑岩，划分为高于庄组、杨庄组、雾迷山组、洪水庄组和铁岭组五个组。（3）待建系在剖面上仅有下马岭组，地层厚度仅保留168 m。（4）青白口系地层总厚度230 m，岩石类型为碎屑岩和碳酸盐岩，划分为龙山组和景儿峪组。

2.1.2 不整合面亚类地质遗迹

蓟县剖面包括中元古界的底界、青龙上升、铁岭上升、芹峪上升、蔚县上升、蓟县运动等6 个不整合面。其中，中元古界的底界为常州沟组与太古界角度不整合接触（图4），中间有约8亿年的沉积间断；青龙上升为大红峪组和高于庄组间的平行不整合接触，时间大约发生在16亿年以前；铁岭上升为铁岭组二段与铁岭组一段平行不整合接触；芹峪上升为待建系下马岭组与蓟县系铁岭组之间的平行不整合接触；蔚县上升为青白口系龙山组与待建系下马岭组之间的沉积间断界线；蓟县运动是青白口系景儿峪组与下寒武统昌平组二者间的不整合接触（图5），时限约200 Ma。

表3 东部海岸带地区地质遗迹统计表Tab.3 Statistical table of geological relics in the eastern coastal zone

2.1.3 蓟县中新元古界古生物群化石产地亚类地质遗迹

蓟县中新元古界的古生物化石以页岩相微古植物化石、燧石相微化石、炭质宏观藻类化石和隐藻化石中的叠层石资源最为丰富（图6、图7）。页岩相疑源类代表了地球上长城纪早期的生命进化水平，具有明显的地层对比意义。燧石相微化石为认识地球早期的生命特征和演化提供了直接的对象和线索。蓟州地区中晚元古代地层中的叠层石产于团山子组、大红峪组、高于庄组、杨庄组、雾迷山组和铁岭组的岩层中，类型多、分布广，可用来划分、对比地层、地理、生物、环境的演变及灭绝规律。

2.2 蓟州地质遗迹特征及旅游价值

蓟县国家地质公园地理条件复杂，地质构造形式多样，地质遗迹丰富多彩。拥有闻名中外的层型（典型剖面）亚类地质遗迹“蓟县剖面”、侵入岩地貌亚类地质遗迹盘山、碎屑岩地貌亚类地质遗迹九山顶、梨木台和八仙山、碳酸盐岩地貌亚类地质遗迹九龙山、断裂亚类地质遗迹黄崖关以及构造剖面类地质遗迹府君山等地质遗迹[24]。

九山顶碎屑岩地貌亚类地质遗迹：九山顶主峰海拔1 078.5 m，是天津市最高峰。主要分布以石英砂岩峰林地貌为主的地质遗迹，其成因为石英砂岩在地壳上升作用下，流水沿构造节理侵蚀及重力崩塌作用，造就了石英砂岩群峰秀丽、峡谷幽深的峰林地貌形态（图8），具有重要的科普价值和生态旅游价值。

表4 蓟州及邻区中新元古代地层年代格架Tab.4 Chronological framework of Meso-New Proterozoic strata in Jizhou and surrounding areas

图3 蓟县标准地层剖面常州沟组实测地质剖面图Fig.3 Measured geological section of Changzhougou Formation in Jixian standard stratigraphic section

图4 中元古界底界Fig.4 The bottom of the Middle Proterozoic

图5 蓟县运动不整合面Fig.5 the Jixian movement unconformable contact

梨木台碎屑岩地貌亚类地质遗迹：区内出露的中元古代石英砂岩，在内外动力地质作用下，形成了许多峰林、峰丛、峰墙、峡谷、瀑布、象形石等地质遗迹（图9），区内峰林雄险、峡谷幽深、飞瀑长流、林海茫茫，成为砂岩峰林峡谷地貌的典型代表。

八仙山碎屑岩地貌亚类地质遗迹：景区是国家级自然保护区，享有“北方神农架”美誉，区内出露中元古代石英砂岩，在内外地质应力作用下，形成许多罕见的峰林峡谷地貌（图10）。

图6 规则管状叠层石Fig.6 The regular tube stromatolite

图7 桑树鞍藻Fig.7 The mulberry saddle algae

府君山构造剖面类地质遗迹：府君山是著名的“蓟县运动”的命名地，拥有丰富的断裂、褶皱、推覆构造（图11）等地质遗迹，具有重要的科学研究、科普教育、旅游观光价值。

黄崖关断裂亚类地质遗迹：黄崖关是著名的津门十景中的“蓟北雄关”。黄崖关断裂形成深谷，两侧岩层形成陡峭的山峰，从而构成黄崖关断崖地貌景观。同黄崖关长城形成集地质遗迹与人为景观为一体的著名景点。

2.3 地面沉降地质遗迹特征及科学意义

图8 一线天Fig.8 A thread of sky

图9 登天缝Fig.9 The crack to the heaven

图10 雄狮怒吼Fig.10 The roaring lion

图11 推覆构造Fig.11 The nappe structure

为有效防控地面沉降产生的危害，在天津市政府的支持下，针对地面沉降水准监测需要建设了基岩标，为划分地面沉降中心区不同层位地层的沉降贡献建设了分层标。截至2017年，全市共建有基岩标2组，深层分层标9组，浅层分层标3组。

分层标不仅可以准确划分地面沉降层位和成因，而且可以为地面沉降模拟计算预测提供监测数据和参数。如2009年建设的塘沽云山道地面沉降分层标，其包括分层标8个，地面标1个，孔隙水压力孔5个，最大控制深度达1 218 m，可以对地表建筑、地下水开采、地热开采等8个层位的地面沉降进行精准厘定，为准确制定地面沉降防控对策提供科学依据（图12）。李七庄基岩标控制深度达1 088 m，是当时国际上最深的水准基岩标，其大幅度提高了水准测量高程精度，是天津市地面沉降防控工作的重要基础设施（图13）。

2.4 海积地貌地质遗迹特征及科学意义

天津市南部-河北省黄骅市沿海平原发育距今7 000年以来形成的5～6道贝壳堤，堤宽数十米，高数米，最高11 m，凸起于地表之上，常断续绵延数十公里（图14）。贝壳堤是古海岸线的标志，记录了过去7 000 年间“沧海变桑田”过程中的数道古海岸线。大港古林贝壳堤几乎全部由贝壳和贝壳碎屑逐层向上堆积而成。

图12 塘沽云山道分层标Fig.12 The Tanggu Yunshan Road layerwise mark

图13 李七庄基岩标Fig.13 The Liqizhuang bedrock mark

图14 渤海湾西岸贝壳堤-岭地古岸线分布（商志文等，2013）Fig.14 Distribution of shell dike-ridge ancient shoreline in the west coast of Bohai Bay(Shang Zhiwen,etc., 2013)

海河下游以北的渤海湾西北岸分布着50余处牡蛎礁体，可划分为9道礁群，自北西向南东逐渐变年轻。位于最南东端的PreI-1礁群与其他礁群发育时间不一致，形成于距今8 300年之前，是全新世海侵之前最老的牡蛎堆积，位于现代岸线以外约5 km的浅海区（图15）。渤海湾所有牡蛎礁体均被数米厚的泥质沉积覆盖，反映了天津沿海沧海桑田的巨大变化。

大神堂特别保护区的牡蛎礁主要位于重点保护区西南角、东北角两处，是迄今发现的我国北方纬度最高的现代活牡蛎礁，在净化水体、提供栖息生境、保护生物多样性、耦合生态系统能量流动、稳定海岸线与底质以及促进营养物质循环等方面具有十分重要的功能。该海域生物资源特别是贝类的种类非常丰富，与周边海域相比生物多样性非常高，在牡蛎礁附近海域生活着牡蛎、青蛤、扁玉螺、缢蛏、栉孔扇贝、甲虫螺和毛蚶等多种海洋贝类，是渤海非常宝贵的贝类种质资源库，对维护周围海域生态功能具有重要作用。

3 天津市地质遗迹保护对策

3.1 天津市地质遗迹开发与保护现状

天津市地质遗迹保护工作成绩斐然。目前，已建成天津蓟县中、上元古界标准地层剖面国家级自然保护区、蓟县国家地质公园、蓟州地质博物馆、天津市古林古海岸遗迹博物馆、天津大神堂牡蛎礁国家级海洋特别保护区等保护、展示及科普机构。

天津蓟县中、上元古界标准地层剖面于1984 年10 月经国务院正式批准为国家级自然保护区，是我国第一个国家级地质类自然保护区。2001年12月10日，原国土资源部批准建立蓟县国家地质公园。蓟州地质博物馆于2009年8月16日建成并对外开放，是国家级科普教育基地。天津市依托地质遗迹和国家地质公园大力发展旅游业，开发了盘山花岗岩地貌景区、砂岩峰林地貌景区九山顶、梨木台和八仙山、碳酸盐岩峰丛地貌景区九龙山、断崖地貌景区黄崖关及蓟县运动命名地府君山等景区，有力地促进了经济发展。

天津市古林古海岸遗迹博物馆于2002年经天津市人民政府批准建立，博物馆位于大港城区东南侧的天津古海岸与湿地国家级自然保护区内，向公众展示了中国独有的古海岸遗迹及古贝壳堤研究成果，增强了人们爱护海洋、爱护湿地、爱护古海岸遗迹的意识。天津大神堂牡蛎礁国家级海洋特别保护区于2012年12月21日获原国家海洋局批准建立，保护区位于天津市滨海新区大神堂村南部海域，总面积34 km2，其中重点保护区16.30 km2，生态与资源恢复区8.7 km2，适度利用区9 km2。

目前，天津市地面沉降基岩标和分层标尚未纳入地质遗迹保护范围，现有基岩标和分层标仅作为地质灾害监测设施进行利用。地面沉降基岩标和分层标既是天津市地面沉降灾害的科学记录，又是地面沉降防控措施的客观体现，对于深入开展地面沉降相关科学研究，提高社会公众防灾减灾意识具有重要意义。

图15 渤海湾主要牡蛎礁分布（商志文等，2013）Fig.15 Distribution of main oyster reefs in the Bohai Bay(Shang Zhiwen,etc.,2013)

3.2 天津市地质遗迹保护对策建议

3.2.1 加强蓟州地质遗迹保护与地质公园建设

（1）整合现有地质公园、保护区、旅游区及地方政府相关部门，加大保护投入，实施统一管理，提升管理水平，打造京津冀核心高端旅游胜地。

（2）加强与国内外科研机构合作，开展中上元古界标准地层剖面年代学、综合地层学科学研究，申报世界级地质公园，扩大蓟州地质公园和蓟县剖面的国际影响力。

（3）2019 年铁岭子村已成为京津冀首个“化石村”，依托叠层石化石资源，可进一步选择常州村、串岭沟村等有地质特色的乡村建设地质文化村、打造地学科普基地，使蓟县标准地层剖面这个天然百科全书充分发挥科普价值。

3.2.2 加强地面沉降基岩标和分层标保护与科普宣传

（1）地面沉降是天津市最主要的地质灾害，基岩标和分层标在天津市地面沉降研究中具有典型性和代表性，应将地面沉降基岩标和分层标作为地面沉降亚类地质遗迹加以保护。

（2）全面调查梳理天津市地面沉降基岩标和分层标保护现状，改造提升陈塘庄、东丽、塘沽云山道、李七庄等地面沉降分层标和基岩标，建设3～5处地面沉降科普宣传基地。

（3）加强地面沉降成因机理、监测预警、防治对策等科学研究，建立地面沉降监测预警系统，打造我国北方地面沉降研究中心和国际地面沉降合作中心。

3.2.3 加强贝壳堤牡蛎礁保护与开发

（1）加强贝壳堤地质遗迹保护工作，新增加天津俵口、罾口河、大吴庄等牡蛎礁保护区，改造提升天津市古林古海岸遗迹博物馆和天津大神堂牡蛎礁国家级海洋特别保护区，加强泥质海岸带地质环境演化科学研究，打造泥质海岸带科普基地。

（2）将现有重要贝壳堤、牡蛎礁地质遗迹纳入北大港、七里海等自然保护区统一保护，将地质遗迹保护与生态保护修复相结合，整合七里海湿地、大港湿地、团泊洼湿地、大神堂国家海洋特别保护区、典型泥质海岸带、围填海造陆区等地质遗迹资源和旅游资源，打造天津海岸带综合性生态旅游产业带。

4 结论

研究结果表明天津市地质遗迹包括北部山地丘陵区基础地质大类、地貌景观大类、地质灾害大类地质遗迹，共计409处，其中世界级37处，国家级20处，省级45处，县级307处；中南部平原区地面沉降地质遗迹，为有效防控地面沉降，截至2017年累计建设基岩标2组、分层标12组；东部海岸带地区海积地貌、湿地-沼泽地质遗迹，发现全新世以来5～6 道贝壳堤，50余处牡蛎礁，在大神堂海域发现我国最北端的活体牡蛎礁体，滨海地区分布有七里海、大黄堡、团泊洼及北大港等湿地。

本文对天津市地质遗迹特征、科学意义及旅游价值进行系统分析，分别梳理总结了蓟县剖面地质特征及科学意义、蓟州地质遗迹特征及旅游价值、地面沉降地质遗迹特征及科学意义和海积地貌地质遗迹特征及科学意义。此外，系统总结了天津市地质遗迹开发与保护现状。在此基础上，针对北部山地丘陵区地质遗迹、中南部平原区地面沉降地质遗迹、东部海岸带地区海积地貌地质遗迹分别提出了对应的保护对策建议，包括加强蓟州地质遗迹保护与地质公园建设、加强地面沉降基岩标和分层标保护与科普宣传、加强贝壳堤牡蛎礁保护与开发等。