泰安市地质遗迹资源调查与分区研究

赵宏生，刘小琼*，王正，王磊，赵赫，路兵，常海明，李胜，陈春晖，段金平，苗凤军，田忠平

（1.山东钰镪地质资源勘查开发有限责任公司，山东泰安271000；2.肥城市自然资源和规划局，山东肥城271600；3.泰安市自然资源和规划局，山东泰安271000；4.新泰市自然资源和规划局，山东新泰271200；5.东平县自然资源和规划局，山东东平271500）

泰安市所处的鲁西地区，经历了从新太古代陆壳生长到新生代构造抬升的地质演化过程，长达27.5亿年的地质作用，在泰安市及其周边地区造就了丰富的地质遗迹资源[1]，以“拔地通天”的雄伟山姿而闻名于世的泰山，正是泰安市地质遗迹资源中“新构造运动改造前寒武纪地质体，形成地貌景观类地质遗迹”的典型代表[2]。以泰山及其周边地区的前寒武纪地质研究作为起点，泰安市地质研究的历史至今已近150年之久。一百多年前，德国地质学家李希霍芬（FV Richthofen）首先将泰山地区变质岩命名为“泰山系”；1907年美国地质学家维里斯（B.Willis）和布莱克威尔德（E.Blackwelder）认为泰山地区主要由太古宙变质岩浆岩组成，应改称为“泰山杂岩”[3，4]。20世纪20年代前后，中国地质工作者开始在山东省开展地质工作[5]，形成了《1/100万中国地质图说明书（北京、济南幅）》（谭锡畴，1924）、《山东东部地质》（王恒升，1930）、《山东东部荣成、青岛段地质构造》（杨杰，1936）、《山东胶东各县地质概要》（王绍文，1934）、《山东省区域地质志》等研究成果[6-8]，此外，李四光、程裕淇、沈其韩、曹国权、江博明、王泽九、庄育勋、王世进、万渝生等众多享誉国际的地质科学家也先后在泰安市开展过研究工作。泰安市基础地质方面累积的研究资料十分丰富[9]，其中，以新太古代泰山岩群和岩浆岩系列为代表的前寒武纪地质研究已然处于世界领先水平[10-11]。但是，除了以泰山风景名胜区为代表的数个旅游景观点已有部分工作基础外，目前对泰安市整体的地质遗迹资源种类、分布和成因等问题，仍无规律性认识。为了实现合理利用和保护地质遗迹资源、实现生态文明建设和绿色发展的宏观布局，本文对泰安市的地质遗迹资源进行了系统的调查与等级评鉴工作，同时结合成因开展了各类地质遗迹的自然分区研究。

1 地质概况

按照山东省大地构造单元划分[12]，泰安地处华北板块（Ⅰ）鲁西隆起区（Ⅱ）鲁中隆起（Ⅲ）鲁西南潜隆起（Ⅳ），跨十一个Ⅴ级构造单元，即“五凸六凹”（表1）。五个凸起山体岩石主要由新太古代早、中、晚期变质变形侵入岩组成[13]，以及零星分布呈残留体产出的泰山岩群变质岩组成。六个凹陷盆地中主要沉积新生代地层，边缘地带有古生代、中生代地层（图1）。

泰安市地层区划属华北地层大区（I级）、鲁西地层分区（III级）[14]。地层出露面积约占全市总面积的60%。区内构造主要为褶皱、韧性剪切带和断裂构造。区内侵入岩较发育，约占全市面积的40%，主要分布于泰山、新甫山、蒙山（西段）、布山等山岭，侵入岩岩体规模不等，从岩基、岩株到岩脉均有，以岩基、岩株等大型岩体为主；岩体展布方向以北西向为主，多与区域构造线方向一致。区内新太古代和古元古代侵入岩最为发育，约占侵入岩总面积的98%，岩性涵盖超基性、基性、中性和酸性的整个岩浆序列，其中又以中酸性的花岗岩类、闪长岩类为主；中生代侵入岩规模小且出露零星[15]。

表1 泰安市大地构造单元划分Tab.1 Tectonic subdivision of the Tai’an City

图1 泰安市“五凸六凹”地质构造略图Fig.1 Geological sketch of the basin-mountain structures in the Tai'an City

2 地质遗迹调查评价

2.1 调查评价结果基本情况

本次研究工作查明泰安市重要旅游地质遗迹资源共计154处，采用《地质遗迹调查规范》（DZ/T0303-2017）中的“地质遗迹分类标准”，结合泰安市各类地质遗迹的形成原因、自然属性等因素划分为3个大类、10个类、23个亚类（表2）。其中基础地质大类52处（占33.77%）、地貌景观大类98处（占63.64%）；地质灾害大类4处（占2.60%）（图2）。

2.2 评价依据

地质遗迹资源评价的根本目的，是为制定人与自然协调发展、强化地域系统功能的国土空间规划和地质遗迹资源保护与合理开发计划，提供全面的科学依据。评价地质遗迹点的基本原则是遵循客观实际、符合科学、全面系统进行评价，并与评价目的、经济效益、环境效益、社会效益相结合。参照《地质遗迹调查规范》（DZ/T0303-2017）的评价依据，本研究对已查明的154处地质遗迹点从科学性、稀有性、完整性、美学性、保存程度、可保护性六个方面进行系统评价。本研究在地质遗迹的等级评价中，对基础地质类地质遗迹侧重其科学性，地貌景观类地质遗迹侧重其观赏性、地质灾害类地质遗迹侧重其保存程度和可保护性，对各地质遗迹点开展国内外同类地质遗迹的对比研究，同时综合考虑区域内所有地质遗迹点的组合关系，进行整体评价。

表2 泰安市重要地质遗迹分类统计表Tab.2 Classification of the important geological heritages of the Tai'an City

图2 泰安市重要地质遗迹资源分类占比图Fig.2 Pie chart of three types of geological heritage sites in the Tai'an City

地质遗迹级别评价采取专家鉴评法，聘请在基础地质、地层、构造、变质岩、古生物、矿产地质方面的专家组成鉴评专家组，根据评价标准并结合实际，经集体讨论，最终确定泰安市154处地质遗迹点分别为Ⅰ级（世界级）、Ⅱ级（国家级）、Ⅲ级（省级）及IV级（省级以下）。各级地质遗迹典型代表分述如下：

（1）Ⅰ级（世界级）地质遗迹-泰山岩群典型剖面。评价依据为泰山岩群的科学性和稀有性，这套早前寒武纪的火山—沉积岩系具有国际地层对比意义，能够反映新太古代早期的地壳演化过程，对探索和揭示早期地球动力学状态具有极高的科学价值。此外，泰山岩群下部雁翎关组中的科马提岩是迄今中国唯一公认的、具有鬣刺结构的太古宙超基性喷出岩，在世界上只有南非、澳大利亚、加拿大和中国有分布，因此，本研究将泰山岩群典型剖面地质遗迹点评鉴定为世界级。

图3 侏罗纪三台组剖面Fig.3 Section of Jurassic Santaiformation

（2）Ⅱ级（国家级）地质遗迹。评价依据为具有区域地层对比意义的典型剖面、化石产地及岩矿石产地，或具有国内典型地学意义的地质地貌景观或现象。如新泰寺山侏罗纪三台组剖面（图3），该剖面为山东省罕见的中生代侏罗纪风成砂岩剖面，具大型斜层理构造，是生物地层、年代地层、层序地层、沉积环境演化等观察研究的理想对象[1]。又如新泰宁家沟白垩纪恐龙化石产地，国内外古生物专家曾多次对该产地进行了化石发掘并采集了许多重要化石标本的产地，瑞典乌普萨拉大学保存有两具不完整的师氏盘足龙骨架。师氏盘足龙是中国产出，并由学者正式命名的第一只蜥脚类恐龙，代表着中国最早的有效恐龙命名。

（3）Ⅲ级（省级）地质遗迹多为岩土体地貌。评价依据主要为具有代表性或较高历史、文化、旅游价值的地质地貌景观。如东平县黄石悬崖，因在寒武纪张夏组灰岩岩石层面发育可溶岩含水层，当水沿悬崖崖壁漫流时，会形成布幔状或瀑布状流石-钙华层或灰华层，饱和的碳酸钙水溶液内可能富含硫、铁、锰等离子元素而使石幔呈黄色，从而形成了壮观的黄石石幔，具有较高的文化和旅游价值。又如新泰莲花山的风动石、经书五卷，因二长花岗岩、混合花岗岩体垂直节理发育，在千年的风雨中不断风化剥蚀而成各种型态各异的象形石。

（4）IV级（省级以下）以岩土体地貌类型为主。评价依据为具有一定代表性的地质现象，或具有一般文化、旅游价值的地貌景观。如泰安东羊娄岩溶塌陷坑（图4），由于东羊娄村一带为典型的覆盖型岩溶发育区，且地处水源地降落漏斗范围内，岩溶水被大量开采用于灌溉引起地下水位快速下降导致塌陷坑的形成。该塌陷坑对大量开采地下水造成岩溶塌陷的研究具有典型意义[16]。

2.3 评价结果

通过综合对比分析、专家点评，对154处重要地质遗迹点进行评价，最终确定世界级地质遗迹3处，国家级地质遗迹11处，省级地质遗迹44处，省级以下地质遗迹96处（图5、表3）。

图4 泰安东羊娄岩溶塌陷坑Fig.4 East Yanglou Karst Sinkhole in Tai'an

图5 泰安市重要地质遗迹等级划分占比图Fig.5 Pie chart of different classes of the geologicalheritage sites in the Tai'an City

遗迹类型大类基础地质大类地貌景观大类类地质遗迹评价级别世界级国家级 省级 省级以下小计地层剖面岩石剖面构造剖面重要化石产地重要岩矿石产地岩土体地貌海岸地貌水体地貌构造地貌地质灾害地质灾害大类12000000 0 0 3 15011300 0 0 1 1 323421 791 1 2081 917 3 0 4 4 901 704合计3 3 4 9 6 22 3 71 1 20 6 4 154

3 地质遗迹区划

依据《地质遗迹调查规范》（DZ/T 0303-2017)，地质遗迹自然区划应按照地质遗迹点所在的地貌、构造单元，结合地质遗迹点的分布规律进行划分。泰安市的地质遗迹区依据泰安市地貌类型特征（山地、丘陵、平原）划分；地质遗迹分区依据泰安市地质构造、地貌类型特征划分。地质遗迹小区是在地质遗迹分区的基础上，充分考虑地区性地质遗迹组合和分布的总体特征、行政区域的完整性进行细致划分。通过分析研究，泰安市重要地质遗迹的分布大体与地貌区划相当，划分地质遗迹区3个，地质遗迹分区6个，地质遗迹小区14个（表4、图6）。

3.1 山地地质遗迹区（Ⅰ）

山地地质遗迹区包含泰山区、岱岳区、新泰市和肥城市，该区划分依据为地质遗迹区所处的地面标高，标高在1 000 m以上区划为中山地质遗迹分区；标高在500～1 000 m之间，区划为低山地质遗迹分区。主要分布两类典型的地质遗迹资源，一是与该区主体岩石相关的侵入岩地貌，侵入岩以新太古代侵入岩为主[17]，岩性主要为约25亿年前的二长花岗岩；约26亿年前的奥长花岗岩；约27亿年前的条带状英云闪长质片麻岩；约27.5亿年前形成的斜长角闪岩等；二是与该区形成过程密切相关的构造剖面、构造地貌。山地的形成经历了一个漫长而复杂的演化过程，经受了泰山运动、加里东运动、华里西运动、燕山运动和喜马拉雅运动等五次大地壳运动的强烈变革，经历了太古代、元古代、古生代、中生代和新生代等五个主要地质历史阶段的改造。中生代的燕山运动奠定了山地的基础，新生代的喜马拉雅运动建造了山体的基本轮廓，新构造运动及地球的内外地质动力又进一步塑造了山地的自然景观面貌[18]。

表4 泰安市地质遗迹资源自然区划表Tab.4 Natural subregion division of geological heritage sites in the Tai'an City

图6 泰安市地质遗迹分区简图Fig.6 Sketch of subregion division of geological heritage sites in the Tai'an city

该区地质遗迹类型以岩土体地貌为主，有重要研究和观赏价值的侵入岩山岳奇峰景观，如泰山彩石溪27亿年英云闪长质片麻岩被26亿年的奥长花岗岩脉穿插形成条带状岩石，又被25亿年的二长花岗岩侵入[19]，形成“三世同堂”地质奇观（图7）；也有考察地壳运动重要特征的地质构造，如泰前断裂（图8），是鲁西在中生代受到近东西向水平挤压力作用下，形成的一条北东东向的区域性断裂，它是泰山断块凸起和泰莱断块凹陷两个构造单元的分界线，也是泰山和泰莱盆地的天然分界线，地貌特征明显；还有泉、瀑布等具有水文地质和旅游地质研究价值的地质遗迹。

3.2 丘陵地质遗迹区（Ⅱ）

丘陵地质遗迹区包含宁阳县、肥城市和新泰市，该区划分依据为地质遗迹区所处的地面标高在200～500 m之间，同时以大汶河为界，汶河以北区划为北部丘陵地质遗迹分区（Ⅱ1），汶河以南区划为南部丘陵地质遗迹分区（Ⅱ2）。

该区主要包括侵入地貌、构造地貌、水体地貌、地层剖面、古生物群化石产地等亚类。侵入岩地貌以新太古代侵入岩为主，如骆驼峰、憨狗石、敖山削壁、象鼻石（图9）等；翠云岭断裂、皋山断层、鹤山断层（图10）等构造地貌；清冽泉、无名泉水体地貌；竹叶状灰岩、核形石灰岩（图11）、紫红色页岩等；典型地层分界线，如炒米店组与崮山组分界线（图12）。

图7 “三世同堂”地质奇观Fig.7 Geological wonder of"three generations living under the same roof"

图8 泰前断裂露头Fig.8 Tiaqian fracture outcrop

图9 象鼻石Fig.9 Elephant nose stone

图10 断层角砾岩Fig.10 Fault breccia

图11 核形石灰岩Fig.11 Oncolite limestone

图12 炒米店组与崮山组分界线Fig.12 Boundary between Chaomidian and Gushan Formation

图13 卧虎山泰山岩群剖面Fig.13 Section of Taishan Group in Wolhushan Mountain

丘陵区地质遗迹类型多样，其中有华北地区最古老的地层泰山岩群剖面[20]，地层中的岩石能够反映新太古代的地壳演化史；是重要的指示地质演化过程的岩石露头，具有科学教育价值。如卧虎山出露的泰山岩群以原始层状产出，层状特征明显，连续性较好，厚度比较大，人工剖面最好，露头宽度达500 m以上，呈北西向展布，走向为320～340°，与区域构造线方向基本一致，是观察研究泰山岩群和绿岩带的最理想剖面（图13）。原岩为一套典型的绿岩建造，原岩建造可能形成于27～29亿年之间。岩性主要为斜长角闪岩，其次为黑云变粒岩、角闪变粒岩、阳起片岩、透闪片岩等[21]，其原岩为超基性、基性火山岩和火山凝灰岩绿岩建造。

3.3 平原地质遗迹区（III）

平原地质遗迹区包含岱岳区、东平县，该区划分依据为地质遗迹区所处的地面标高在200 m以下，同时以大汶河为界，汶河以北区划为北部平原地质遗迹分区（III1），汶河以南区划为南部平原地质遗迹分区（III2）。

图14 岩溶造成的陡峭坡段Fig.14 Karst induced steep cliff

图15 地下大峡谷岩溶地貌Fig.15 Karst induced underground canyon

该区主要地质遗迹以碳酸盐岩地貌、古生物群化石产地为主。碳酸盐岩地貌景观及溶洞随处可见（图14、图15）；化石主要为寒武-奥陶纪的叠层石、头足化石、三叶虫化石等。这些地质遗迹记录了生物进化的重要阶段和各种相关的地质事件，为科学研究提供了宝贵的物证。三叶虫化石的存在证明在5亿年前，泰安地区是一片汪洋大海；而在新泰市侏罗纪三台组剖面中发现的恐龙足迹化石，是目前山东省时代最老的恐龙足迹化石，也是中晚侏罗世恐龙活动的唯一证据，表明该时期蒙阴盆地生活有小型兽脚类恐龙[22]。

4 结论

本次研究工作查明泰安市共有重要地质遗迹资源154处[23]，划分为3个大类、10个类、23个亚类。经综合对比分析、专家点评，154处重要地质遗迹点评价分为四级，其中世界级地质遗迹3处，国家级地质遗迹11处，省级地质遗迹44处，省级以下地质遗迹96处。

按照地质遗迹点所在的地貌、构造单元，结合遗迹分布规律等分为地质遗迹区3个、地质遗迹分区6个和地质遗迹小区14个[23]。山地地质遗迹区以岩土体地貌、地层剖面、构造剖面类型为主，共有86处地质遗迹点，其中世界级地质遗迹2处，国家级地质遗迹11处，省级地质遗迹28处，省级以下地质遗迹45处；丘陵地质遗迹区有岩土体地貌、重要化石产地、岩石剖面类型，共有36处地质遗迹点，其中世界级地质遗迹1处，省级地质遗迹5处，省级以下地质遗迹30处；平原地质遗迹区有水体地貌、岩溶地貌类型，共有16处地质遗迹点，其中省级地质遗迹4处，省级以下地质遗迹12处。泰安市因其独特的大地构造位置，不同等级的地质遗迹主要分布于山地地质遗迹区，丘陵、平原地质遗迹区分布较少。

综上所述，通过对三个大区地质遗迹种类发育因素及其分布规律的分析研究，可以看出：受构造运动、地质构造及其所控制形成的泰安市北高南低地形地貌的控制，加之地壳抬升作用，泰安市重要地质遗迹分布呈明显的带状分布：与泰山岩群结晶基底以及一些新太古代侵入岩有关的地质遗迹出露于靠近泰山主峰区的山地地质遗迹区，层型剖面、地质事件剖面、古生物群化石产地出露于丘陵地带；而以碳酸盐岩地貌、水体地貌为主的地质遗迹则出露于平原地带。

致谢：泰安市地质遗迹调查及研究工作得到陆松年、王世进、田明中和李怀坤研究员等前辈的指导和帮助；本文撰写中得到李怀坤研究员和钟焱博士的热情帮助和指导，并提出了宝贵的意见，在此一并致以诚挚的感谢。2020年6月即将迎来陆松年先生80华诞，谨以此文致敬：祝先生健康长寿，继续指导和帮助泰安市地质遗迹调查和研究。