华北地台南缘汝阳群地质遗迹特征与地质公园建设＊

2015-03-19渠玉冰张忠慧杜凤军

华东地质 2015年2期

渠玉冰，张睿，张忠慧，杜凤军

（1 河南省地矿局第四地质勘查院，郑州 450001）（2 中国地质大学，北京 100083）（3 河南省地质调查院，郑州 450001）（4 河南省山水地质旅游资源开发有限公司，郑州 450012）

在晋冀陕豫4省交界的华北地台南部，于熊耳群、西阳河群或更老的岩系和寒武系之间发育了一套红色碎屑岩和碳酸盐岩混合相沉积。该区是华北中新元古界及其与扬子地台震旦系对比研究的关键地区［1］。由于这套地层中发育一套厚度约数十米至百余米的紫红色石英砂岩夹薄层红色泥岩组合，地貌上往往形成方山、长崖、石柱、峡谷，这些地貌与涧溪碧潭交相辉映，构成亮丽的风景线［2］。该套地层中丰富的地质构造遗迹，使之成为建设地质公园的重要靶区。

本文分析汝阳群分布特征、演化历史、地质遗迹和汝阳群地质公园建设现状，提出地质公园建设的发展思路和方向，以实现这一类型地质公园旅游的可持续发展。

1 汝阳群分布及特征

1．1 命名及时代

阎廉泉、韩影山（1952）［3］将汝阳（原名伊阳）地区分布的一套紫红色碎屑岩和碳酸盐岩组合划分为十个地层单位，归震旦系。金守文（1976）［4］将该套地层命名为汝阳群，分为云梦山组、白草坪组、北大尖组、崔庄组、三教堂组和洛峪口组，与下伏熊耳群及上覆罗圈组均为不整合接触，时代归震旦纪。关保德等（1980）［1］修订了汝阳群的概念，将小沟背组［5］、云梦山组［6］、白草坪组［7］、北大尖组［8］称汝阳群，归蓟县系。

1．2 分布及特征

汝阳群集中分布在伏牛山北坡，王屋山主峰和太行山主峰地带。该群岩性以石英砂岩、长石石英砂岩、页岩为主，夹少量白云岩［1］，底部普遍发育砾岩。区域上岩层总厚度变化不大［8］，一般324～1883m，渑池地区最厚达1883m，济源王屋山地区厚达1713m，在沁阳—焦作一带缺失，修武—辉县一带厚度数十米，到辉县—林州一带厚度达324m。汝阳群与下伏熊耳群、古元古界、太古界呈角度不整合接触，在豫西地区与上覆洛峪群呈整合接触，在王屋山、太行山地区与上覆寒武系呈平行不整合接触，上下界限清楚。所产微古植物和叠层石组合，可与燕山地区蓟县系对比。参考火山岩夹层、泥岩的Rb－Sr等时线年龄和海绿石K－Ar同位素年龄，汝阳群的时代归于蓟县纪。

1．3 主要沉积相及古地理演化

1．3．1 主要沉积相

分析典型剖面野外露头的岩性、沉积构造及组合特征，综合分析前人资料，将研究区划分3种沉积体系和4种类型的沉积相［9］（表1）。

表1 河南中新元古代岩相古地理编图中沉积相划分方案Table．1 Classification of sedimentary facies of Neoproterozoic－Mesoproterozoic in Henan Province

1．3．2 古地理演化

（1）古地理基本格局

华北板块中元古代蓟县纪的沉积古地理分为陆地和海洋两个一级古地理单元［11］。

在陆地上，不仅存在剥蚀区，还发育冲积扇、河流等陆相沉积区。在海域中，有滨海和浅海两个二级古地理单元。在滨海中，有无障壁滨岸、障壁滨岸等古地理单元。基本格局是：西北高东南低，古陆分布于西北部，古陆之外有海域，海水由西北向东南逐渐加深，由滨海变化为浅海，真正的深海盆地位于南部的秦岭地区，即秦岭洋中。

云梦山期：济源西部为陆相，主要为冲积扇及河流沉积；新安、渑池、陕县、宜阳、临汝、修武、辉县、林州、武安、赞皇一带主要为前滨沉积；汝阳、鲁山、叶县、方城、舞钢和确山一带为临滨沉积；在鲁山—叶县—方城—舞钢—确山等接近南部秦岭的地区为浅海沉积。这一时期，在渑池、鲁山下汤、确山大乐山形成了沉降中心，沉积厚度约1000m。根据其浅水粗碎屑岩含量从北向南逐渐减少和古流向特征，认为其海侵方向是从南向北，物源来自板块内部（图1）。

白草坪期：沉积格局继承了云梦山期的沉积特征，在渑池和宜阳一带，总体以前滨沉积为主；在汝阳、鲁山、叶县、方城和舞钢一带仍然以临滨为主，到确山地区为浅海沉积。这一时期在栾川和确山形成了巨厚的沉降中心，沉积厚度约1000m。本时期研究区浅水粗碎屑岩含量从北向南逐渐减少，反映其海侵方向是从南向北，物源来自华北板块内部（图2）。

图1 豫西地区中元古代蓟县纪云梦山期沉积相图（据文献［11］修改）Fig．1 Map of sedimentary facies of Yunmengshan stage of the Jixianian period of Mesoproterozoic in western Henan Province

北大尖期：古陆剥蚀区比云梦山期和百草坪期的范围明显收缩。在汝阳、鲁山、叶县、方城和舞钢一带前期为临滨；确山地区发育了泻湖和障壁砂坝沉积；浅海主要分布在汝阳、鲁山、叶县、方城和舞钢一带以南接近南部秦岭的地区，物源仍然来自华北大陆内部（图3）。

图2 豫西地区中元古代蓟县纪白草坪期沉积相图（据文献［11］修改）Fig．2 Map of sedimentary facies of Baicaoping stage of the Jixianian period of Mesoproterozoic in western Henan Province

图3 豫西地区中元古代蓟县纪北大尖期沉积相图（据文献［11］修改）Fig．3 Map of sedimentary facies of Beidajian stage of the Jixianian period of Mesoproterozoic in western Henan Province

（2）沉积演化历史

华北板块南部中元古代沉积演化历史可分为小沟背—云梦山期、白草坪期和北大尖期［12］。自中元古代长城纪熊耳群形成后，经历了长期的间断和剥蚀，当小沟背－云梦山期开始沉积时，基底地形相当复杂。一些地方为古陆剥蚀区，而另一些地区则发育了冲积扇、河流沉积。随着秦岭洋海水的向北侵入，华北古陆向其外围的海域提供陆源物质，形成了云梦山组的前滨－临滨碎屑岩沉积，更外是广阔的浅海；白草坪期，华北古陆逐渐缩小，沉积了百草坪组前滨－临滨碎屑岩沉积；北大尖早期，陆地面积继续缩小，沉积了北大尖组前滨－临滨及泻湖和障壁砂坝沉积；到了北大尖组后期，由于古陆剥蚀区不断夷平，陆源物源供应减少，导致北大尖组组顶部普遍出现碳酸盐岩沉积。在接近盆地边缘地区的渑池等地区沉积了钙质石英砂岩或砂质白云岩，而在南部地区如鲁山周围则发育泥晶或细晶白云岩为主的碳酸盐岩潮坪沉积。

2 汝阳群地质遗迹类型及特征

2．1 汝阳群地质遗迹类型

汝阳群独特的古地理环境和大地构造背景，留下了独特的地质遗迹（表2）。主要表现为：①汝阳群是研究华北古大陆对罗迪尼亚超大陆响应的良好基地；②由元古界滨海砂坝环境形成的大型交错层理（蜂窝状）和滨海环境形成的各种各样的波痕会聚一堂，构成了一个天然的“沉积构造博物馆”；③在新构造运动和流水切割背景下形成的红石峡谷群地貌，是我国峡谷地貌家族的典型代表；④由崩塌作用形成的崩塌地貌。

2．2 典型地质遗迹特征

2．2．1 红岩障谷

在伏牛山、王屋山以及太行山地区，这套紫红色石英砂岩由于地表水的侵蚀切割，形成高崖对峙，游客可以在长达数千米、宽仅数米至十余米、深达百余米的峡谷内，进石门，过嶂谷，穿越一线天。由于这套红色石英砂岩的顶部是厚达千余米的碳酸盐岩，因此，在石英砂岩层的顶部常为泉水出露的部位，导致这些红石峡谷群俨然一处处水庭空间，泉瀑相连、溪潭珠穿，置身其间，欣赏流水形成的瓮谷、悬沟、壶穴、石龛等，体会以柔克刚的真实内涵，大自然的鬼斧神工令人惊叹。典型的红岩障谷有黛眉峡、龙潭峡、红石峡、关山、万仙山、太行大峡谷、障石岩（图4）等。

表2 研究区地质遗迹类型Table．2 Types of the geoheritages in the studied area

图4 红石峡谷群地貌Fig．4 Landforms of the red－rock canyon

2．2．2 “Ω”形嶂谷

“Ω”形嶂谷是典型的标识性紫红色石英砂岩地貌，其主要特征是半圆形的垂直沟坡。最典型的“Ω”形嶂谷直径90m、弧度250o，从航片判读，呈规正的圆弧，因回声清晰而被称为“回音壁”。“Ω”形嶂谷成群出现，相连成套。

2．2．3 阶梯状陡崖

中元古界紫红色石英砂岩地貌在垂直横剖面上呈阶梯状大陡崖，如嶂石岩、武安、林虑山、王莽岭、关山等国家地质公园都有三级大断崖，每层均在百米以上。各层之间的平台时宽时窄，宽者称“台”，窄者称“栈”，其上或为小型造型地貌，或为密林、灌草，或为裸露的沙波花纹，更增加了丹崖长墙的层次感与浑厚感。

2．2．4 块状地貌

无论是石英砂岩地貌的整体结构，还是不同大小的造型地貌，都呈棱角鲜明的块状特征，这也是构成这一地区紫红色石英砂岩地貌最基本的形态特征。石英砂岩地貌中的沟缝或沟谷，无论长短、规模大小，其沟头都呈垂直状，不像其他常见的沟谷地貌沟头多呈坡状，即石英砂岩地貌的坡面发育是从垂直的沟缝开始到垂直的沟谷终止。

2．2．5 沉积构造

这套紫红色石英砂岩是沉积构造的天然陈列馆，可以看到教科书上几乎所有的滨海沉积构造遗迹，由波浪作用形成的波痕构造类型多达数十种，滨海沙坝环境形成的大型交错层理十分壮观，在泻湖环境下形成的黛眉铁矿中鲕状构造、肾状构造十分发育，暴露水面之上形成的泥裂构造与龟背上的花纹绝无二致，由于石英砂岩含有铁、泥质的团块，经后期风化作用，形成了罕见的蜂窝崖景观（图5）。

图5 典型地质构造Fig．5 Typical geological structure

2．2．6 崩塌地貌

在这些红石峡谷内，大量的崩塌巨石呈散乱堆积，形成天然的石岛庭院，山崩形成的波痕崖和天碑石，还有拟人似物的象形山石，各种动态的飞瀑流泉（图6）。

天碑位于龙潭峡的尽端，是大自然造就的一座丰碑，高达100余米，由崩塌作用形成，岩层直立，碑体厚度即岩层厚度，层面上的波痕构造也十分发育。天碑一景多变、步移景换，俯视如刀背，仰视如苍鹰，正视如书，侧视如碑。

图6 典型崩塌遗迹Fig．6 Typical landslip relic

2．2．7 黄河奇石

被收藏家们视为珍宝的黄河奇石即产于红石峡谷深处，汝阳群石英砂岩即黄河奇石的母岩。黄河石奇在若此若彼，妙在亦是亦非；赏者见仁见智，识者如醉如痴。黄河奇石美在自然天成有形、有格、有神、有韵。黄河奇石分为象形石、图案石、纹理石等。

3 地质公园建设

3．1 汝阳群分布区地质公园建设

由于汝阳群沉积环境多样，地质遗迹典型，红色的岩石符合中国人审美和祈福心理，形成的地貌景观对游客有吸引力，因此，汝阳群分布区是理想的教学实习和科普教育基地，是建设地质公园和矿山公园良好的场所。截止目前，汝阳群分布区已经建成省级以上地质公园13家（图7，表3），其中世界级地质公园3家，占中国世界地质公园总数的10%，国家级地质公园12 家，占中国国家地质公园总数的5%，省级地质公园4家。这些地质公园集中分布于太行山中南段、王屋山—黛眉山和嵩山—箕山地区，而汝阳群大面积分布的豫西、陕南地区分布相对较少。