四川邻水华蓥山大峡谷地质公园地质遗迹资源体系及地学意义

罗 培, 秦子晗, 孙传敏

1)成都理工大学地球科学学院, 四川成都 610059; 2)西华师范大学国土资源学院, 四川南充 637002

四川邻水华蓥山大峡谷地质公园地质遗迹资源体系及地学意义

罗 培1,2), 秦子晗2), 孙传敏1)＊

1)成都理工大学地球科学学院, 四川成都 610059; 2)西华师范大学国土资源学院, 四川南充 637002

华蓥山大峡谷地质公园是以峡谷、构造和岩溶地貌为代表的风景地貌类地质公园。本文以华蓥山大峡谷地质公园地质遗迹景观资源为基础, 以川东褶皱带构造单元、川东平行岭谷地貌单元和上扬子地层分区的部分地层区域为研究视角, 构建华蓥山大峡谷地质公园地质遗迹资源体系——包括地质(体、层)剖面、古生物活动遗迹、地貌景观、水体景观以及环境地质遗迹5个大类、15个类共100多处地质遗迹景点; 通过对各类地质遗迹的特征进行分析, 对前人研究进行总结, 探讨了地质公园地质遗迹重要的地学意义。研究表明, 华蓥山大峡谷地质遗迹在地质构造、地层、岩溶学、水文地质学以及地貌学等领域具有重要的科学价值。

华蓥山大峡谷地质公园; 地质遗迹及资源体系; 地学意义

华蓥山大峡谷地质公园为拟建省级地质公园(已通过专家组审查), 地处华蓥山国家地质公园以南, 华蓥山中段东南坡, 主要以地层剖面、构造剖面、岩溶峡谷、瀑布、岩溶景观及其组合等为核心景观, 类型多样, 品位高。原华蓥山国家地质公园位于华蓥山中段西北坡, 主要地质遗迹包括构造剖面、岩溶构造成因湖泊、特色石林等。两处地质公园在地质遗迹类型和区位上具有强烈的互补性。同时, 华蓥山大峡谷地质公园在川东构造上地处川东侏罗山式褶皱西部第一背斜——华蓥山大背斜东翼(四川省地质矿产勘察开发局, 1991), 地貌上地处平行岭谷西部第一山——华蓥山脉中段西坡(西南师范大学(前)四川地理研究室, 1982)(图1), 地层区划上属于扬子地层区上扬子地层分区的万县小区和重庆小区的过渡区域(辜学达等, 1997), 因此在构造上、地貌上和地层上具有区域代表性。

以华蓥山大峡谷地质公园为基础, 整合华蓥山国家地质公园地质遗迹景观, 以整个川东侏罗山式褶皱区、川东平行岭谷地貌单元和万县、重庆两个地层小区为研究视角, 构建华蓥山大峡谷地质公园地质遗迹资源体系, 并分析其地学意义, 为建立川东平行岭谷地学研究、科普示范基地, 具有较高的实践和理论意义。

四川邻水华蓥山大峡谷地质公园位于四川邻水县甘坝乡龙须村、斜岩村、苏家村、望月村境内, 范围包括华蓥山大峡谷及其周围区域, 地理坐标为东经106°46′22″—106°50′51″, 北纬30°14′26″—30°17′28″, 海拔320～1080 m, 面积27.25 km2(图1), 是以峡谷、瀑布和岩溶地貌为代表的风景地貌类地质公园。

地质公园及其周围区域地质构造复杂, 地表作用强烈。地貌上主要包括中低山、尖顶低山、溶蚀槽谷、峡谷以及岩溶地貌等; 气候上属亚热带湿润季风气候, 冬暖夏凉, 雨量充沛, 四季分明, 年平均气温11.6℃, 最冷月为1月, 平均气温为4.1℃, 其年平均降雨量1282.2 mm, 多集中在5—8月; 区域内无大河流经过, 仅有横向溪沟发育, 其中景区所属的卢家岩沟切割最深、流量最大; 大气降水及涌出的泉水, 主要由横向溪沟排泄, 注入御临河(大洪河); 公园内的地下水主要是碎屑岩层间裂隙水、基岩裂隙水、碳酸盐岩裂隙溶洞水三大类。地下水循环交替积极, 无咸水, 补给、径流、排泄条件良好。

1 区域地质背景

图1 邻水华蓥山大峡谷地质公园地理位置图Fig. 1 Location of Huayingshan Grand Canyon Geo-park

1.1 大地构造

华蓥山所在的川东褶皱带位于扬子克拉通西部, 西接四川盆地, 东邻雪峰隆起带, 北侧为秦岭造山带, 向南延伸到滇黔桂交界区。该构造带宽约400 km, 长约600 km, 整体上为一北北东—北东向延伸、向北西凸出的弧形构造带(西南师范大学(前)四川地理研究室, 1982)。以七曜山断裂为界, 川东褶皱带西带呈现为隔档式褶皱, 而东带为隔槽式褶皱(丁道桂等, 1991; 冯向阳等, 2003; 徐政语等, 2004)。华蓥山(大峡谷)所在的西带隔档式褶皱区在大地构造上属于扬子准地台四川台坳川东陷褶束(辜学达等, 1991), 华蓥山大峡谷地质公园位于川东陷褶束、华蓥山穹褶束构造带内华蓥山复式背斜东翼(张必龙等, 2009)。

1.2 地层

地质公园内及其周围出露的地层较完整, 除缺失了整个泥盆系和石炭系大部分地层外, 基本包括寒武系到侏罗系(图2)。体系完整、出露明显的地层剖面本身就是地质公园重要的地质遗迹资源, 同时也是地质遗迹的成景地层基础。公园内主要出露地层和岩性特征见表1。

1.3 构造形迹

华蓥山大峡谷的主要构造形迹包括褶皱、断裂和节理。华蓥山复式背斜是区内结构最复杂, 次级褶皱最多的背斜, 以华蓥山大断裂为西界, 左邻合川向斜(在本景区外); 右邻邻水向斜。其在园区内东西横跨宽度11～12 km。组成复式背斜的诸多褶皱,主要发育于华蓥山复式背斜之宝顶背斜以东, 由西往东经过园区的主要包括老龙洞背斜、土家院子2#断层、土家院子1#断层、李子垭向斜、绿水洞背斜、卢家岩次级褶皱组、碑石垭背斜等(图2)。复杂的褶皱构造不但在深切峡谷中形成良好的构造剖面遗迹,也是其它地质遗迹形成的构造基础。

公园范围内的断层主要包括土家院子2#断层、土家院子1#断层, 与老龙洞背斜左邻, 与李子垭向斜右邻(图2)。为数不多的断层却为断层崖、断层谷、Ω型地貌景观的形成创造了条件。

褶皱和断层的一个重要的效应是产生大量的派生节理, 它们能强烈切割岩层, 促使岩石破碎, 进而影响流水侵蚀和溶蚀作用的方向和效果。通过对园区线性构造进行解译和野外实地考察, 共识别出205条典型节理, 对其进行统计处理得到节理走向玫瑰花图(图3)。调查发现, 节理频率以各断层两侧和各背斜核部最高, 多为剪节理, 走向多在N8°～33°E; 张性节理在考察区域内发育程度不一,主要走向为N33°～72°W。节理发育特征和华蓥山大峡谷的走向、峡谷跌水的形成、石林和峰丛的形成和分布特点关系密切。

2 地质遗迹资源体系

在漫长的地质作用下, 四川邻水华蓥山大峡谷地质公园内形成了内容丰富、种类齐全、特色鲜明的地质遗迹景观, 其中, 知名度最大的峡谷景观、洞中天河组合景观、瀑布景观为导向性景观。在构建地质遗迹资源体系的过程中, 研究团队着眼于整个川东褶皱构造单元、川东平行岭谷地貌区, 从华蓥山到七曜山间的地质遗迹进行了详细的本底调查,并通过定性、定量评价, 除了选取大峡谷地质公园内重要地质遗迹作为构造单元内地质遗迹代表外,将构造单元内有代表性但位于地质公园外的地质遗迹也列入该地质遗迹资源体系, 以期该地质遗迹体系在构造单元尺度上具有一定的代表性。参考2010年发布的《国家地质公园规划编制技术要求》(国土资源部, 2010)和目前专家的意见(赵汀等, 2009; 许涛等, 2011), 华蓥山大峡谷地质公园内主要的地质遗迹景观可分为地质(体、层)剖面、古生物活动遗迹、地貌景观、水体景观以及环境地质遗迹等5大类、15个类共100多处地质遗迹点(图版I, II)。具体地质遗迹景观的分类、名称如表2。

3 地质遗迹特征及地学意义

3.1 构造地质学意义

川东褶皱带是扬子板块西部的重要板内变形带,华蓥山大峡谷地质公园所在的川东褶皱带属于四川台坳东南部的三级构造单元——川东陷褶束。从构造层的划分上来说, 公园内包含加里东构造层、华力西构造层、印支构造层以及喜马拉雅—燕山构造层, 而川东隔档式褶皱或构造格局正是喜马拉雅运动的产物。从构造形迹上来说, 大地构造为典型的川东隔挡式褶皱带; 公园主要地质构造为轴向延伸的北北东—北东向近平行延伸的背向斜和断裂构造,如华蓥山复式背斜、老龙洞背斜、碑石崖背斜、李子垭向斜、邻水向斜、涂家院子逆断层、高石坎断层等; 其次在背斜核部和断层两侧, 节理广泛发育、出现频率较高。根据园区内各个构造的形迹特征和展布规律分析, 公园内的各类构造分别出现在四个不同的构造次序。这些构造过程不但形成了地质公园内地质遗迹景观的地质背景, 而且其本身也是重要的地质遗迹资源。

表1 地质公园主要地层及其特征Table 1 Main strata of the geo-park and their characteristics

图2 邻水华蓥山大峡谷地质公园地质略图Fig. 2 Geological sketch map of the Huayingshan Grand Canyon Geo-park

图3 地质公园节理走向玫瑰图Fig. 3 Rose diagram of joint strikes in the geo-park

围绕地质公园及其所在构造单元的构造特征,人们展开了大量的研究, 成果丰富。胡召齐等(2009)从不整合面的特性推断了隔挡式褶皱带的形成年代,刘尚忠(1995)对川东薄皮构造成因进行过分析, 张必龙等(2009)对传动褶皱构造进行过数字模拟和成因探讨, Wang等(2010)曾对隔挡式褶皱进行过力学分析, 颜丹平等(2000)和Yan等(2003)对川东薄皮构造过程和样式进行过推演。但为何在扬子板块板内环境形成了如此大规模的褶皱带仍然是没有解决的重要科学问题, 其形成的原因与动力学机制至今尚无定论, 因此该构造单元是开展大陆构造动力学研究的极佳场所, 地质公园的建立对研究同类地区地质构造具有重要科研价值。

3.2 地层学意义

从地层区划上, 川东褶皱束所在区域主要属于扬子地层区上扬子地层分区的万县小区和重庆小区的过渡区域, 人们对该范围内地层相关的研究活动一直没有停止过。党录瑞等(2011)曾经对区内吴家坪组(原长兴组)地层的储层条件和成岩系统进行过研究, 也对黄龙组中角砾岩成因进行过分析; 胡作维等(2011)对华蓥山三叠系各类岩石对海水信息的保存性评估进行了研究, 同时还对二叠系/三叠系间粘土矿物类型和成因继续了分析; 林良彪等(2010)对地层区内嘉陵江祖和雷口坡组的岩相古地理特征进行过探讨, 对茅口组的硅质岩地球化学特性及其及成因进行过分析。人们对该区域的研究涉及方向广泛, 既有磁性地层学、地震地层学和化学地层学的研究, 也有同位素地层学、生物地层学和定量地层学的研究。

表2 地质公园地质遗迹景观分类表Table 2 Classification of geological heritages in the geo-park

万县地层小区除缺失泥盆系和大部分石炭系地层外, 从震旦系到侏罗系外均有分布, 与万县小区比较, 重庆小区还出露白垩系的嘉定群地层, 而和前两个小区相比, 华蓥山大峡谷地质公园及毗邻区域除震旦系到中下寒武统部分地层单元没有出露外,其余地层均有出现, 其地层体系同时包涵万县小区和重庆小区的大部分地层单位(表3)。因此公园内地层不但体系完整、层序清楚、出露剖面明显, 而且在整个万县、重庆地层小区内具有较好的区域代表性。因此华蓥山大峡谷地质公园各类地层剖面可以作为整个万县和重庆小区地层研究示范区域。

3.3 岩溶地质学意义

新构造运动时期的地面呈间歇式、振荡式上升,及亚热带温暖湿润的季风气候的影响, 引起潜水面位置的变动, 这对峡谷岩溶地貌的发育起着决定性作用——它控制了岩溶发育的方向、性质、强度等,且受此影响, 峡谷内主要形成岩溶洞穴系统、泉类、瀑布、岩溶峡谷、洼地、漏斗等岩溶地貌。

洞穴分布具有分布集中、数量巨大、分层展布和发育特征差异明显的特点, 考察发现公园内三界洞、刺猪洞、蓑衣洞、石门洞、黄龙洞主要分布在350～600 m海拔范围内, 洞体长约100～300 m, 洞内一般有钟乳石、石笋、石花、边石坝等沉积景观, 多是地下水排泄通道, 白磁洞、巴人阴阳洞、白花洞、双龙洞、天梯洞、偏岩洞、河麻洞分布在800～950 m海拔范围内, 洞体长约350～1200 m, 少沉积景观,洞底有具明显二元结构的沉积阶地, 另分布有多处落水洞, 地下水系演变痕迹明显。岩溶泉具有分布广泛, 既有“三龙吐水”、姊妹泉、龙吟泉等下降泉,也有巴人泉、磨刀石沟1—5#泉、望月泉等上升泉, 岩溶泉类型多样、流量大、受岩溶地下水系演变影响明显。景区内漏斗、洼地、落水洞数量不多, 但极具代表性, “洞中天河”被誉为“亚洲第一洞中飞瀑”, 是漏斗、100 m落水洞、二级瀑布的组合景观, 吉家洞是脚洞、溶洞和洞内落水洞的组成的综合性洞穴, 川东地区少有; “双拱天生桥”、龙头桥大洼地、干谷特征典型, 极具美学和科普科研价值。石林具顺坡发育、顺沟谷排列的特点。峰丛具有顺构造走向排列、顺坡梯次分布的特点。地质公园内, 岩溶地貌种类齐全, 受构造、岩性、水系条件影响强烈。因此, 该地质公园是亚热带中低山岩溶地貌地质研究的重要地区。

表3 重庆小区和万县小区地层对比Table 3 Stratigraphic correlation between Chongqinq stata and Wanxian areas

3.4 水文地质学意义

地质公园位于宽缓背斜东翼, 属垄脊状溶蚀中山-垄状溶蚀低山构造溶蚀地貌, 背斜岩层倾陡, 岩体多为沟谷、裂隙所分割, 山谷深而窄, 横向溪沟发育, 由南至北有卢家岩河、干河沟、牛角湾沟, 其中卢家岩河切割最深, 流量最大。地下水沿倾覆方向向东南流动, 或顺层面向深层流动, 形成深层地下水系, 在背斜灰岩出露的地区, 裂隙深而多, 给地下水穿越岩层提供了通道, 因而地下河多以裂隙、溶洞水出露地表, 具有良好的储藏和承压条件,呈脉状埋藏地下, 水层较厚, 水量较大。峡谷两岸泉眼分布多, 密度大, 且类型多样, 其中以下降泉、溶洞泉为主, 个别为断层泉。岩溶泉水的排泄通道较为复杂。

从水文地质背景分析, 区内含水层多(共七个含水层), 其中上下含水层厚度大, 出露面积广, 接受大气降水补给能力强(四川省地质矿产勘察开发局川东南地质大队, 1995)。峡谷景区岩溶地貌发育, 以落水洞、漏斗、天然竖井为主, 水平发育的溶洞较为少见。刺猪洞、吉家洞等岩溶洞穴直接与地下水排泄通道相连, 排泄和渗漏条件好, 季节性明显,是少见的发育在背斜翼部的溶蚀地貌。峡谷为典型的大气降水补给, 大气降水及排泄的泉水, 主要由横向溪沟排泄, 其中的溪沟、地下水、含水层构成了较为完整的喀斯特流域系统。因此, 公园内地表和地下水系、岩溶泉可作为南方中低山岩溶地区岩溶水系演变研究的范例。

3.5 地貌学意义

公园除典型的岩溶地貌景观外, 具有科研科普意义的地貌是构造地貌和峡谷地貌。从大地构造地貌上来说, 华蓥山所在的川东褶皱区被称为“川东平行岭谷”, 地貌分区上属于盆东平行岭谷区, 是中国地质研究的天然标本, 典型的背斜山和向斜谷相间地貌, 而地质公园包括该类地貌的一部分; 地质构造地貌方面, 地质公园内的王家梁子、白岩属于典型的断层崖, 长而直的长沟属于典型的断层谷, 斜岩子为典型的单斜山地貌。类型齐全的构造地貌具有较强的科研科普价值。瀑布具有分布广、类型多、受地层、构造影响强烈等特点; 峡谷、跌水、深潭等形态变化受不同岩性、岩石产状、沟谷比降等因素影响显著。因此地质公园的建立对岩溶地貌学研究具有重大实践意义。大峡谷的流水地貌主要表现为河流上游沟谷流水地貌特点, 石门峡、白龙峡、飞瀑下等无大峡谷分别代表了河流上游的各类峡谷形态;峡谷内相间分布的多级跌水、深潭、浅潭, 谷底随处可见的壶穴, 以及下游出现的河漫滩、阶地等是研究河流地貌和科普活动的重要资源。

4 结论

华蓥山大峡谷地质公园, 作为川东褶皱区的一个典型区域, 在复杂的地质背景下, 在长期的地质演变中, 形成了区域内极具价值的地质(体、层)剖面、古生物活动遗迹、地貌景观、水体景观以及环境地质遗迹等5大类地质遗迹资源。类型多样、独特性强的地质遗迹体系在川东陷褶束构造单元内、川东平行岭谷地貌单元和所属地层分区——重庆小区和万县小区内具有极强的代表性。

公园内的大地构造剖面和地质构造剖面对川东陷褶束内构造的形成、演化、动力机制等的研究具有示范作用; 由于拥有从寒武系到侏罗系较完整的地层剖面, 该地质公园可以作为川东褶皱区地层沉积相、古地理环境以及各类地层学研究的重要场所;公园内体系完整的地表和地下岩溶地貌是川东褶皱背景下亚热带中低山岩溶研究的主要资源; 公园内出露的各类岩溶泉及其构造条件为水文地质学研究提供了较好的范例; 典型的平行岭谷大地构造地貌,王家梁子、白岩等地质构造地貌景观, 沟谷流水地貌, 在川东平行岭谷地貌区具有代表性的研究价值和区域对比意义。

考虑到华蓥山国家地质公园和拟建大峡谷地质公园区位和资源的互补性, 建议有关部门打破行政界限, 在该地质公园申报成功后, 将两个地质公园进行整合, 建立统一的华蓥山国家地质公园, 整合后的国家地质公园地质遗迹类型体系将更加完善,更具区域代表性, 在地学科研科普、旅游开发方面更具实践意义。

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图版说明

图版I Plate I

1-峡谷陡崖;

2-姊妹泉(岩溶泉);

3, 4, 5-落水洞、二级瀑布、溶洞组合景观;

6-万卷书(地层坡面);

7-箱状背斜;

8-王家梁子(断层崖)

1-Canyon cliff;

2-Sisters springs (karst spring);

3, 4, 5-Landscape combination of doline, leach hole, second-order waterfalls;

6-Wanjuanshu (stratigraphic profile);

7-Box anticline;

8-Wangjialiangzi (fault cliff)

图版II Plate II

1-千丈瀑布;

2地缝峡;

3-龙吟瀑布;

4-赵泥沟石芽;

5-溶洞钙华景观;

6-龙头桥大洼地;

7-双拱天生桥

1-Qianzhang waterfall;

2-Difeng canyon;

3-Longyin waterfall;

4-Zhaonigou karren;

5-Cave calcification landscape;

6-Longtouqiao depression;

7-Double-arch karst bridge

The Geological Heritage Resources System of Huayingshan Grand Canyon Geo-park in Sichuan and Its Geographic Significance

LUO Pei1,2), QIN Zi-han2), SUN Chuan-min1)*
1) College Of Earth Sciences, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059; 2) Institute of Land and Resources, China West Normal University, Nanchong, Sichuan 637002

The Huayingshan Grand Canyon Geo-park is a kind of scenic landform geo-park with canyon landform, geological structure and karst landform. With the geological heritages in this geo-park as the foundation and the fold belt of Eastern Sichuan basin and paralleled ridge-valley of Eastern Sichuan basin and Wanxian stratigraphic plot as the research visual angle, the authors constructed a complete geological heritage resources system of Sichuan Huayingshan grand canyon geo-park system consisting of 5 categories: geological profiles, biogliph, landform landscape, water landscape and environmental geological heritages, with totally more than 100 geological heritage scenic spots. Based on an analysis of the geological heritage system and the achievements in scientific research, this paper discussed the geographic significance of the geological heritages in Huayingshan Grand Canyon Geo-park. The research indicates that the geological heritages in Huayingshan Grand Canyon Geo-park has important geographic significance for many research fields such as geological structure, strata, karstology, hydrogeology and geomorphology.

Huayingshan Grand Canyon Geo-park; geological heritage resources system; geographic significance

图版I Plate I

图版II Plate II

P931.1; P931.2; P931.5

A

10.3975/cagsb.2013.06.11

本文由四川省教育厅自然科学青年项目(编号: 11ZB035)、西华师范大学科研启动项目(编号: 05B046)和国家自然科学基金青年项目(编号: 41101348)联合资助。

2012-12-21; 改回日期: 2013-02-25。责任编辑: 闫立娟。

罗培, 男, 1974年生。博士研究生。主要研究方向为地质遗迹保护与开发。通讯地址: 637002, 西华师范大学国土资源学院。E-mail: luopei1974@163.com。

*通讯作者: 孙传敏, 男, 1953年生。博士, 教授, 博士生导师。主要从事地球资源调查、评价及旅游地学研究。E-mail: scm@cdut.edu.cn。