山东省刘公岛省级地质公园地质遗迹分类及地学意义

刘向东

(山东省第六地质矿产勘查院，山东 威海 264209)

0 引言

刘公岛省级地质公园属于威海市刘公岛管委会管辖，东西最长2.15km，南北最宽0.27km，海拔-0.12m～+45.50m，总面积0.43km2，于2014年成功申报省级地质公园[1-3]。园区内涵盖地质(体、层)剖面、地质构造、地貌景观、环境地质遗迹景观4个大类、6个类、8个亚类共25处地质遗迹。其中，超高压变质岩的典型岩石榴辉岩，是山东省内乃至国内到目前为止发现的规模最大的、保留最完好的、特征最突出的榴辉岩地质遗迹(1)山东省地矿工程勘察院，山东威海刘公岛省级地质公园规划专项研究报告(2016—2030年)，2016年1月。，具有较高的科学研究价值[4-14]。

1 区域地质背景

1.1 岩石建造

刘公岛省级地质公园位于秦岭-大别-苏鲁造山带的胶南-威海隆起区，受中生代造山作用影响，隆升强烈[15-16]。区内无地层出露，基岩裸露，岩性主要为新元古代—南华纪—荣成序列—威海单元的条带状细粒含黑云二长花岗质片麻岩，呈条带状分布，岩石新鲜面颜色为灰白色，花岗结构，条带状及片麻状构造，矿物成分包括石英、长石、云母、角闪石等[17-18]。局部含有少量的榴辉岩、大理岩、伟晶岩和玄武玢岩。玄武玢岩岩脉NE方向穿插于基岩的片麻理中，活动时代为中生代燕山晚期[19-22]。

1.2 地质构造

区内断裂构造主要为NE向，其次为NW向，少量为近SN向。NE向断裂主要有横口-杨格庄断裂、海阳断裂和朱吴断裂；NW向断裂主要有俚岛断裂、神道口断裂、城南河断裂；近SN向断裂主要有米山断裂[19-21]。园区内无大规模的断裂构造带，但局部发育有小褶皱，主要是由于地壳运动，岩层局部受到挤压，发生弯曲变形而成。

2 地质遗迹分类及特征

地质遗迹是地球经历了漫长的地质历史演化过程，由于内动力地质作用和外动力地质作用，形成、发展并保留下来的自然地质遗产，是探索地球演化历史的主要研究内容，具有独特的、典型的科研价值[23-28]。依据原国土部《国家地质公园规划编制技术要求》附表1地质遗迹类型划分表，将刘公岛省级地质公园内的25处地质遗迹划分为4个大类、6个类、8个亚类(图1，表1)(2)山东省地矿工程勘察院，山东威海刘公岛省级地质公园规划专项研究报告(2016—2030年)，2016年1月。。

表1 刘公岛地质遗迹分类

1—地质遗迹景点位置及编号；2—人文景观景点位置；3—省级地质公园范围

2.1 地质(体、层)剖面大类

2.1.1 岩浆岩(体)剖面类

(1)典型基性、超基性岩体(剖面)亚类

玄武玢岩为基性喷出岩的代表岩石，呈黑色或绿—灰绿色，具斑状结构，斑晶以斜长石、橄榄石和辉石为主，基质为隐晶质，肉眼无法辨别其矿物成分。园区内分布有4处玄武玢岩，其岩脉NE方向穿插于基岩的片麻理中，活动时代为中生代燕山晚期。

(2)典型酸性岩体(剖面)亚类

威海单元条带状细粒含黑云二长花岗质片麻岩，园区内分布有3处(图2)，出露的岩性主要为新元古代—南华纪—荣成序列—威海单元的条带状细粒含黑云二长花岗质片麻岩。岩石新鲜面颜色呈灰白色，细粒花岗变晶结构，条带状及片麻状构造，主要矿物粒径一般为0.3～1mm，个别大于1mm。石英34.38%、斜长石32.72%、钾长石29.84%、黑云母2.2%、角闪石0.88%，属酸性岩类。

图2 威海单元条带状细粒含黑云二长花岗质片麻岩

伟晶岩：园区内分布有2处，是一种具有特别粗大矿物晶粒结构的脉岩，由于硅酸盐余浆侵入到围岩裂隙中缓慢结晶而成，粗粒—巨粒结构，块状—带状构造，主要矿物成分为石英、长石和云母。伟晶岩脉平行于变质变形花岗岩的片麻理分布。

2.1.2 变质岩相剖面

(1)典型接触变质带剖面

大理岩：园区内分布有2处，是由碳酸盐岩经区域变质作用或接触变质作用而成，岩石新鲜面颜色为白色或灰白色，粒状变晶结构，块状构造，主要矿物有方解石和白云石(50%～95%)，次要矿物云母(0～2%)，长石(0～3%)。

透辉石大理岩：园区内分布有1处(图3)，是由硅质灰岩经接触热变质作用而成，岩石新鲜面颜色为灰绿色或灰白色，粒状变晶结构，块状构造，主要成分由方解石80%、透辉石20%组成。

图3 透辉石大理岩

(2)典型高、超高压变质带剖面亚类

榴辉岩：园区内分布有3处。榴辉岩挤出于基岩的片麻理中，说明是经历超高压变质作用而成的，即在三叠纪扬子板块与华北板块发生碰撞后扬子板块俯冲到华北板块之下，最后折返而形成的超高压变质岩，形成时代为中元古代至新元古代。岩石新鲜面颜色呈黑色或绿—灰绿色，细粒—中细粒变晶结构，块状构造—片麻状构造，主要矿物有石榴石(55%～95%)，绿辉石(15%～45%)，次要矿物金红石(2%左右)，石英(0～5%)，副矿物磷灰石。

榴辉岩透镜体：园区内分布有1处(图4)。它是在后生应力为主的条件下发生形变和相变而形成的，主要特征是石榴石呈压扁拉长的透镜状，而辉石则沿拉伸方向作定向排列，使粒状和柱状矿物相间分布。

图4 榴辉岩透镜体

2.2 地质构造大类

大理岩褶皱、条带状细粒含黑云二长花岗质片麻岩褶皱是由于地壳运动，岩层局部受到挤压，发生弯曲变形而形成的(图5)，属于地质构造大类、构造形迹类、中小型构造亚类。

图5 大理岩褶皱

2.3 地貌景观大类

2.3.1 海蚀海积景观类

海蚀地貌景观亚类有海蚀洞、海蚀崖。

海蚀洞是由于海水不断冲刷，在软弱岩石、岩石裂隙或裂隙的交会处等岩石软弱处发育而成的洞穴，园区内发育多处典型的海蚀洞(图6)。

图6 海蚀洞

海蚀崖是由于海蚀穴被海浪不间断地冲刷溶蚀而扩大，使得凹槽上部的岩石悬空，海浪继续冲刷溶蚀，使悬空的岩石坠落，导致海岸线不断后退而形成陡崖，即形成海蚀崖。园区内发育规模不一的海蚀崖(图7)。

图7 海蚀崖

2.3.2 构造地貌景观类

条带状细粒含黑云二长花岗质片麻岩(含榴辉岩)与条带状细粒含黑云二长花岗质片麻岩(不含榴辉岩)地质界线属于地貌景观大类、构造地貌景观类、构造地貌景观亚类。

2.4 环境地质遗迹景观大类

崩塌属于环境地质遗迹景观大类、地质灾害遗迹景观类、山体崩塌遗迹景观亚类。园区内发育多处悬崖峭壁，岩石垂直节理发育，风化强烈，在重力或外力作用下极易发生岩体崩落的地质现象，园区内已发育多处历史崩塌点，垮塌的岩块大小不一。

3 地质公园的地学意义

苏鲁超高压变质带是扬子板块与华北板块俯冲—碰撞的产物，以榴辉岩为代表的高压超高压变质岩的研究将为整个造山带形成与演化历史的建立提供重要的地质信息。前人对苏鲁超高压变质带和榴辉岩的岩石学、地球化学、变形作用和同位素年代学等做了大量的研究工作，取得了许多重要的研究成果。

韩宗珠[29]探讨了胶东和苏北等地的榴辉岩和石榴石橄榄岩是如何运移至地表的？他认为在早元古代末期在苏北和胶东地区都有一次与大别山地区类似的大型逆冲滑动构造，榴辉岩和石榴石橄榄岩带基本上代表着这次NE向大型活动构造的前缘。

张泽明[30]等根据榴辉岩变质作用过程、形成时代、地球化学及其大地构造环境特征，初步建立了大别-苏鲁超高压变质带的形成过程及演化模式：认为在元古宙时期华北板块与扬子板块发生大规模快速俯冲，形成了加里东期超高压变质岩；在冷板块的后续俯冲过程中，榴辉岩快速抬升至地壳下部；印支期洋壳闭合，陆—陆俯冲碰撞，产生绿帘—蓝片岩相高压变质作用；燕山期碰撞后陆内逆冲推覆，断块升降，高压超高压变质岩构造运移至地表。

王来明[31]等根据变质矿物的形成年代、岩石地球化学特点、大地构造背景等因素确立了胶南造山带的高压、超高压变质作用及演化过程：认为早、中元古代形成的华北板块与扬子板块在晋宁期发生快速俯冲、碰撞、地壳加厚，产生榴辉岩相超高压变质作用；在冷板块的后续俯冲过程中，榴辉岩快速抬升至地壳下部；印支期陆—陆再次俯冲碰撞，产生高压绿片岩相—榴辉岩相变质作用，碰撞后的岩浆受顶托及断块升降作用使高压、超高压变质岩抬升至地表。

徐惠芬[32]认为苏鲁超高压变质带虽然同属于大别碰撞造山带，并和郯庐断裂带以西的大别山地区有某些相似之处，但是它却有着诸多自己独有的特征和表现，它们对于揭示整个大别碰撞造山带的地质发展史和地壳演化史具有重要的佐证作用。

胡受奚[33]等认为俯冲作用及构造环境的演化是控制胶东地体等大多数中生代榴辉岩等变质岩类、花岗岩类、火山岩类等形成和使它们出露地表的重要因素；另外许多榴辉岩体多呈较小的透镜体夹在各类变质岩中，推测可能是由于榴辉岩比重大滞留在地幔中，并未折返至地表。

张希道[34]等从榴辉岩与围岩的关系论述了苏鲁榴辉岩的形成和折返过程，即超高压榴辉岩与新元古代花岗岩岩浆是同时在碰撞带底部(俯冲板块前部)形成的，榴辉岩的第一折返阶段是由新元古代花岗岩岩浆携带上升的，第二折返阶段是和新元古代花岗岩一起由逆冲及区域性隆起而上升，遭受剥蚀。

宋明春[35]等通过分析多成因花岗质片麻岩的化学成分，指出苏鲁超高压变质带的岩浆活动反映了胶东地区在新元古代发生过重要的构造折返运动，并且构造折返运动与新元古代板块碰撞造山作用息息相关。

王清晨[36]通过总结前人的分析成果，结合自己的研究，以大别山造山带为研究对象，对超高压变质岩的折返过程以及折返机理进行了系统剖析：认为莫霍面断口是高压—超高压变质岩折返的唯一可能通道，而折返形成的地壳结构暗示了扬子陆块向北俯冲和华北陆块的阻挡作用形成了大别山的挤压穹隆。

刘利双[37]等通过分析榴辉岩的形成时代和地球化学特征，讨论了苏鲁超高压变质带的形成历史和演化过程：认为在苏鲁超高压变质带东北端发育有超高压榴辉岩，表明三叠纪时期华北板块南缘胶北地体的部分古老变质基地曾卷入到扬子板块与华北板块之间的俯冲—碰撞造山带过程，随后与超高压岩石一起抬升折返，形成当今的构造混杂岩带。

刘公岛省级地质公园内广泛分布着超高压变质岩的典型岩石—榴辉岩，是山东省内乃至国内到目前为止发现的规模最大的、保留最完好的、特征最典型的榴辉岩地质遗迹。因此，通过研究其岩石学、构造学、地质学、地球化学以及成因机理等，对于进一步揭示区域扬子板块与华北板块之间的俯冲—碰撞—折返的动力学过程具有重要的科研价值，并且对于进一步揭示整个大别碰撞造山带的地质发展史和地壳演化史具有重要的佐证作用。

4 结论

(1)地质遗迹的分类及特征：刘公岛省级地质公园内涵盖地质(体、层)剖面、地质构造、地貌景观、环境地质遗迹景观4个大类、6个类、8个亚类共25处地质遗迹。地质(体、层)剖面大类的代表性岩石包括玄武玢岩、花岗质片麻岩、伟晶岩、大理岩、榴辉岩等；地质构造大类的代表性构造为大理岩和花岗质片麻岩褶皱，是由于地壳运动，岩层局部受挤压发生弯曲而成；地貌景观大类的代表性地貌景观包括海蚀崖、海蚀洞以及地质界线；环境地质遗迹景观大类主要是因为风化作用强烈，悬崖峭壁极易发生岩体崩落。

(2)地质遗迹的地学意义：刘公岛省级地质公园内地质遗迹种类多、分布广、特征典型。其中，超高压变质岩的典型岩石-榴辉岩，是省内乃至国内到目前为止发现的规模最大的、保留最完好的、特征最典型的榴辉岩地质遗迹，它对于进一步揭示扬子板块与华北板块之间的俯冲-碰撞-折返的动力学过程具有重要的科研价值。