赣东北大鄣山花岗岩的地质特征、形成时代及其旅游地学意义
2015-01-04李鹏举余心起邱骏挺李红英陈子微韩亚超
李鹏举,余心起,邱骏挺,李红英,陈子微,韩亚超
(1.中国地质大学 地球科学与资源学院,北京100083;2.四川理工学院 经济与管理学院,四川 自贡643000;3.核工业北京地质研究院,北京100029;4.中国国土资源航空物探遥感中心,北京100083)
中国是花岗岩分布较为广泛的国家,地表出露面积达86×104km2,大约占全国陆地面积的9%[1]。在形成时代上,中国的花岗岩几乎遍布各个地质时代;在岩石类型和岩石成因方面,更是复杂多样、重叠交错;特别是花岗岩地貌景观,无论从旅游资源类型上,还是在美学欣赏价值上,都在世界上享有盛誉。曾昭璇是对花岗岩的地形地貌进行研究的先行者之一,他认为花岗岩地形地貌包括石蛋地形、冲沟地形、高山花岗岩地形、干燥地区花岗岩地形、热带地区花岗岩地形等等[2]。陈安泽将中国花岗岩旅游地貌景观归纳为11个类型[3],分别是:尖峰花岗岩地貌、断壁悬崖花岗岩地貌、圆丘(巨丘)花岗岩地貌、石蛋花岗岩地貌、石柱群花岗岩地貌、塔峰花岗岩地貌,等等。崔之久等根据国内和国际研究现状,将花岗岩地貌分为4类,共8种类型[4]。除上述主流分类外,还有一些特殊的花岗岩地貌景观,如李昭淑在华山风景区提出的峡谷地貌景观[5],俗称为“峪”;钱方等首次在内蒙古克什克腾旗北大山地区发现的花岗岩石林地貌景观[6,7],也称阿斯哈图地貌景观;此外,河南省神灵寨国家地质公园“中华大石瀑”[8]、内蒙古牙克石喇嘛山花岗岩石瀑[9]等,因其势如江海倾泻、波澜壮阔,也是一种重要的花岗岩地貌景观。
在赣东北地区,耸立着一座纵横巍峨的山脉,谓之大鄣山,又名鄣公山、鄣山,《山海经》称“三天子都”。它东邻国家历史文化名城衢州市,西毗世界瓷都景德镇市,北枕国家级旅游胜地黄山市,南接江南第一仙山——三清山,区域地理位置极其优越(图1)。山体主要由一块巨大的花岗岩岩基组成。特别是在国家4A级旅游区——大鄣山卧龙谷地质遗迹内,花岗岩地形地貌显得尤为突出。两岸山崖陡峭、飞瀑层层,溪水急流汹涌,穿行于一块块巨大的花岗岩石之间。可见,花岗岩在地质遗迹的造景方面起着决定性的作用。花岗岩耐腐蚀、耐风化的特性,塑造了景区挺拔的风骨;花岗岩的节理和断裂又为峡谷的形成提供了条件。本文拟从旅游地学的角度,讨论大鄣山地质遗迹中造景花岗岩的岩石特征、成岩时代、成岩背景,进而探讨花岗岩在地质遗迹形成过程中所具有的作用及旅游地学意义。
1 大鄣山花岗岩特征
赣东北地区在大地构造位置上位于江南造山带东段、扬子地块东南缘。北邻秦岭-大别造山带,南毗华夏地块,构造运动频繁而强烈。区内元古宙浅变质基底岩系广泛出露,构成江南造山带东段的主体,整体上呈北东东向延展。在断裂方面,主要有宜丰-景德镇-祁门深大断裂带,区域构造线也以北东东向为主(图1)。区内的花岗岩主要包括鹅湖花岗斑岩、桃岭二长花岗岩、金村花岗岩、段莘二长花岗岩、大鄣山(鄣公山)二长花岗岩等等,整体呈近东西向或北西西向分布。其中,Jiang等挑选鹅湖花岗斑岩中的锆石采用SHRIMP U-Pb法测得花岗岩的形成年龄为121.7Ma,属于白垩纪[10]。
大鄣山岩体出露面积约13km2,主体岩性为二长花岗岩,似斑状结构,块状构造,岩石主要由斑晶和基质组成。其中,斑晶以钾长石、斜长石、石英等浅色矿物为主,均呈半自形晶,杂乱分布。基质主要为斜长石、钾长石、石英、黑云母、白云母,且斜长石含量(质量分数)占基质的25%,钾长石占35%~40%,石英占20%,黑云母占5%,白云母占1%~5%(图2)。因此,大鄣山二长花岗岩的主要组成矿物为浅色矿物,暗色矿物稀少。从DEM高程图上看,花岗岩体被数量众多的断层所切割(图1),反映了后期构造运动对花岗岩景观的影响。花岗岩还发育大量节理(图2-B),节理和断层(裂)的存在破坏了花岗岩的整体性,也为花岗岩地貌景观的塑造提供了有利条件。
图1 大鄣山地理位置图和采样点位置图Fig.1 Location of the Dazhang Mountain and the sampling site
图2 大鄣山花岗岩照片Fig.2 The photos of the granites from Dazhang Mountain
2 造景花岗岩的形成时代
本次研究利用LA-ICP-MS锆石 U-Pb测龄技术,对大鄣山花岗岩体有代表性的岩石样品进行锆石年龄测定。具体分析流程如下。
将所采集的新鲜花岗岩样品,在避免污染的情况下进行研磨破碎,经筛分、淘洗后,人工分选出副矿物锆石;然后在显微镜下挑选具有代表性的锆石并将其用双面胶粘在载玻片上,罩上PVC环,将充分混合好的环氧树脂和固化剂注入PVC环中,等到树脂充分固化后再将锆石从载玻片上剥离,并对其打磨和抛光,制成锆石靶;最后在中国地质科学院对锆石靶进行显微镜下的透射光和反射光照相以及阴极发光照相。如图3所示,样品的锆石颗粒自形程度较好,多呈短柱状、柱状,少数呈板状,大多数锆石均发育较好的振荡环带结构,显示岩浆锆石的特点。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试由中国地质大学(北京)科学研究院完成。分析仪器为美国New Wave公司生产的激光剥蚀进样系统(UP 193SS)和美国AGILENT公司生产的Agilent 7500a型四级杆等离子体质谱仪联合组成的激光等离子质谱仪(LA-ICP-MS),详细实验流程可参考邱骏挺等[11]。实验数据的处理采用澳大利亚Glitter4.4完成;最终年龄的计算采用软件Isoplot完成。测试得到13个有效年龄点,所有的点都分布于谐和曲线上(图4-A),通过计算得到大鄣山花岗岩锆石的206Pb/238U加权平均年龄为(135.0±2.6)Ma,MSWD=2.4(图4-A、B),测试结果见表1。
3 花岗岩成岩背景
锆石U-Pb测龄结果表明大鄣山花岗岩形成于早白垩世,这个时期是中国东部地质历史上最为重大的岩浆活动时期之一,形成的花岗岩也数不胜数。通过对中国东部多个世界级或者国家级花岗岩地质公园的研究发现,这些地质公园中的造景花岗岩大多具有相似的特征:(1)在形成年龄上,薛怀民等采集了4个黄山世界地质公园内的花岗岩样品,分别得到它们的锆石U-Pb年龄为127.7Ma、125.7Ma、125.1Ma和125.2Ma,属于早白垩世[12]。这几个年龄近于一致,说明了黄山花岗岩在很短的时间内完成侵位。张招崇等测得江西三清山国家地质公园内的花岗岩年龄为123Ma和115.6Ma[13];王世进等采用锆石 U-Pb方法测得崂山地质公园内花岗岩的年龄为120 Ma和114Ma[14];Wu等测得牯牛降国家地质公园内的花岗岩年龄为134.3~131.3Ma,属于早白垩世[15];天柱山世界地质公园内的花岗岩也形成于早白垩世(131~127Ma B.P.)[16]:这些都与大鄣山地质遗迹内花岗岩的形成时间相近。(2)在花岗岩的岩性上,这些地质公园内的花岗岩多属于碱长花岗岩、二长花岗岩等偏碱性火成岩[13,17]。上述年龄和岩石特征说明中国东部花岗岩地质公园内的岩体大都形成于相同的成岩构造背景。
图3 花岗岩锆石阴极发光图Fig.3 CL images of the zircon grains in granite
图4 大鄣山花岗岩锆石谐和年龄图和加权平均年龄图Fig.4 Concordia diagram and weighted average diagram of the zircon in the Dazhang Mountain granites
表1 大鄣山花岗岩锆石测龄结果Table 1 The zircon dating results of the Dazhang Mountain granites
Gilder等提出中国东部在中生代中期伴随着板块的俯冲形成了大规模的弧后伸展裂谷[18];Li通过同位素年龄和大规模的拉伸盆地等要素认为中国东南部在140~90Ma B.P.(白垩纪)处于一个以伸展为主导的构造环境中[19];Yu等通过火山岩的地球化学约束也证实在早白垩世中国东南部处于伸展的构造背景[20]。毛景文等总结了中生代东南部主要金属矿床,认为早白垩世东南部经历了大面积的伸展[21]。董树文等通过对长江中下游成矿带的研究,认为在145~130Ma B.P.区域经历了由挤压向伸展的转换过程,其后遭受广泛的伸展[22]。中国东部及东南部地区早白垩世的伸展背景已被广大学者认同[10,23-29]。因此,大鄣山地质遗迹和上述地质公园的造景花岗岩都形成于伸展的构造背景。
4 景观成因及旅游地学意义
赣东北大鄣山地质遗迹内的花岗岩景观,主要包括尖峰花岗岩地貌,如擂鼓尖、鸡笼尖等多座海拔高度达千米的高峰;花岗岩峡谷地貌景观,如卧龙谷大峡谷;以及断壁悬崖花岗岩地貌和花岗岩石瀑等景观(图5)。这些景观的形成原因,一般是地球内力和外力两种作用共同影响的结果;也可以表述为岩石特性、地壳运动和自然地理条件这3 个 因 素[3,4,30,31]。 大 鄣 山 地 质 遗 迹 内 花 岗岩地貌景观的影响因素可细分为如下3种。
a.节理和断裂。花岗岩在冷凝的过程中由于体积收缩,常常会产生不同方向的裂隙,这些裂隙就是原生节理。按照节理与流线、流面的相互关系又可分为:垂直流线又垂直流面的横节理(Q节理);平行流线但垂直流面的纵节理(S节理);平行流线又平行流面的层节理(L节理);斜向的斜节理(D节理)。除了原生节理外,由于受到构造运动的影响,凝固后的花岗岩常常发育一定量的次生节理和断裂。这些薄弱面往往会成为风化侵蚀作用强烈的场所。其中,张性的节理和断裂更是为风化作用、流水冲蚀作用、冰川作用、风蚀作用等提供开阔的通道,使花岗岩沿着薄弱面破碎。
张招崇和魏罕蓉提出花岗岩的地貌特征可能和其大地构造背景有着密切的联系[32]。本次研究发现,中国东部大部分花岗岩地质公园内的造景花岗岩形成于白垩纪的伸展环境,例如黄山、崂山、天柱山、三清山、九华山、牯牛降等等[12-16,33]。而在挤压相对强烈、逆冲推覆构造大量发育的燕山早期[27,29,34-36],发 育 的 花 岗 岩(如 太 平、青 阳、城安花岗岩,它们与黄山、九华山、牯牛降花岗岩相伴产出)却很难形成有观赏价值的景观。产生这种现象的原因可能是:在伸展为主导的构造背景下,张性的节理和断裂更为发育,物理化学风化和生物风化等作用沿着这些节理和断裂逐渐侵蚀着花岗岩体,使花岗岩破碎成形态各异、高低不同的地貌景观,如大鄣山尖峰、峡谷、断壁悬崖等丰富壮观的花岗岩地貌景观。
图5 大鄣山花岗岩地貌Fig.5 The landscapes of the Dazhang Mountain granites
b.岩石结构和矿物组成。花岗岩为块状结构,质地坚硬,抗压力强;孔隙度小、一般不透水。这样的结构特征使花岗岩具有比较强的抗化学侵蚀能力。当其他岩性的岩石被风化剥蚀后,花岗岩依然保持比较完整的外观出露在地表。花岗岩的主要造岩矿物有石英、钾长石、斜长石、黑云母、角闪石等等。其中,黑云母和角闪石是铁镁暗色矿物,是最容易风化的矿物。而浅色矿物中,石英最稳定,一般不易风化;钾长石和斜长石较为稳定[32]。因此,石英等浅色矿物含量高的岩石相对抗风化,而黑云母和角闪石等暗色矿物含量高的岩石容易风化。大鄣山卧龙谷造景花岗岩形成于伸展背景,而伸展背景特别是造山后的伸展环境下,花岗岩的SiO2含量通常非常高,其质量分数往往达到75%左右;矿物中以钾长石和石英等浅色矿物为主,浅色矿物的质量分数达90%以上,容易风化的暗色矿物非常少,仅有少量的黑云母,不含角闪石[10,17,25,26,37,38]。这种高SiO2偏碱性的花岗岩在抗风化蚀变能力上往往要优于低硅含角闪石等暗色矿物的花岗岩,为地质遗迹景观的形成提供挺拔的外形和稳定的空间载体。流水、空气、生物只能沿着花岗岩的节理逐步侵蚀花岗岩。
c.构造抬升。花岗岩尖峰和峡谷等地貌的形成还不能缺少岩石形成后的构造抬升。因为花岗岩大多侵入到地下深处,其顶部覆盖着厚厚的沉积地层或变质岩,如板岩、泥岩、砂岩、灰岩等等。成岩之后的构造抬升致使上覆地层逐渐被风化剥蚀,地下深处的花岗岩才能出露地表,接受流水、空气等的切割和影响。早期地表水和地下水沿花岗岩的垂直节理和断裂活动,加速花岗岩的风化,形成峡谷的雏形。后续的构造抬升为水流的下切作用提供了动力,最终形成山高谷深的峡谷地貌。
其他影响因素如气候条件、水文条件等在外观迥异的花岗岩地貌形成过程中,都起着非常重要的作用。因此,造景花岗岩的特征具有非常重要的旅游地学意义:岩石结构和矿物组成是花岗岩地貌景观的物质基础,为花岗岩景观的形成提供载体;节理和断裂是花岗岩地貌景观的造型控制因素,花岗岩景观的外型与节理、断裂的走向、倾向和延伸密切相关;构造抬升是花岗岩成为地貌景观的必备条件。此外,气候条件、水文条件也扮演着不可或缺的角色。
5 结论
a.赣东北大鄣山地质遗迹内的花岗岩以二长花岗岩为主,其中的矿物主要为钾长石、斜长石、石英等浅色矿物,暗色矿物稀少,有利于抵抗风化侵蚀,保持岩石的完整性。
b.通过LA-ICP-MS锆石 U-Pb测龄技术,得到大鄣山二长花岗岩的形成时代为135.0±2.6 Ma,为早白垩世,与中国东部许多花岗岩地质公园内的岩体年龄一致。综合前人的研究,认为大鄣山花岗岩形成于以伸展为主导的构造背景。中国东部地区早白垩世的伸展环境有利于张性节理和断裂的发育,花岗岩沿节理和断裂遭受风化侵蚀,容易形成花岗岩尖峰、峡谷、断壁悬崖等景观。
c.对大鄣山卧龙谷地质遗迹内花岗岩地貌景观的综合研究认为:岩石结构和矿物组成是花岗岩地貌景观的物质基础;节理和断裂是花岗岩地貌景观的造型控制因素;成岩之后的构造抬升是花岗岩成为地貌景观的必备条件;其他影响因素如气候条件、水文条件等也不可或缺。
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