云南省元谋盆地地质多样性研究价值及其重要意义

何平，程先锋,齐武福，石良

(1.昆明理工大学国土资源工程学院，昆明 650093；2.昆明学院，昆明 650214；3.云南国土资源职业学院，昆明 652501；4.新疆地质矿产勘查开发局第七地质大队，乌苏 833300)

经过近30 a的发展，地质多样性跟生物多样性一样，已成为世界遗产的核心要素[1]。尽管大量自然遗产和国家公园的存在依赖于地质基础，但是地质多样性的概念远不及生物多样性那么广受关注。近年来，随着地质旅游和地质公园的兴起，地质多样性理念在地质遗迹开发和保护方面显得越来越重要。云南素有“天然地质博物馆”之誉，其原因就在于丰富的地质多样性。本文旨在以云南北部的元谋盆地为例，阐述地质多样性理念的内涵、意义和发展现状，以期为该区及类似区域的可持续发展提供新的思路。

1 地质多样性理念简介

1.1 地质多样性(geodiversity)的提出、内涵及功能

在1992年联合国生物多样性公约通过不久，地质多样性(geodiversity)这个词汇及其内容就在1993年类比了出来，这是因为地质多样性作为完善自然保护框架的要素已显得不可或缺[2]。随着生物多样性认知的加深，人们发现非生物界的管理和保护同样重要，因为在绝大多数自然保护区，地质、地貌、水体等景观都具有极其重要的价值。地质多样性其实就是关于自然界的非生物多样性，这一理念最先被联合国生物多样性协会成员国所采纳，如英国、西班牙和澳大利亚等，随后逐步被世界各国广泛采用。2014年，英国率先发布了《地质多样性章程》，认为矿物、岩石、化石、土壤、地貌及其形成过程是“隐藏着”的自然遗产，它们既组成地球也塑造地球，这才形成了目前的自然环境和自然风景。

目前，地质多样性研究尚处于起步阶段，其概念和内涵还在不断发展完善之中。通常，地质多样性是指地质(包括岩石、矿物、化石)、地貌(土地类型、进程)和土壤特征的自然多样性，它们决定了我们生存地的陆上景观和环境[3]。Serrano和Ruiz-Flao则给出了涵盖面更大的概念，将地质多样性定义为“非生物自然界的多样性，包括岩石、构造、地貌、土壤、水文、地形元素和作用于陆地表面及海洋之中的物理过程，以及内、外动力地质作用和人为过程所产生的系统，这些系统涵盖了粒子、元素和场所的多样性”[4]。Stanley认为地质多样性应将地质、人类及相关的生物多样性和人文景观联系在一起[5]。

地质多样性不但是一种理念，还发展成了一种科学工具，在自然保护方面越来越有用，尤其是国土空间决策、规划和教育等领域。地质多样性既提供全球生命支持功能，还为人们提供生活环境和生存发展所需的产品，具有调节服务、支持服务、供给服务和文化服务等服务功能，因此是人类生存和发展的基础，也是对非生物自然界进行价值评判的基础[6]。例如，地质多样性的文化服务功能首先表现在其重要的科学价值，它记录了地层、构造、古地理、古生物、古气候等多方面的自然信息，为人类了解地球46亿年的演化历史提供了基础资料；其次，以地质多样性为基础形成了不同的自然环境特征，进而衍生出文化差异性，也即人们在不同的自然环境下为适应环境会形成不同的生产和生活方式，产生不同的文化特征；再次，还表现在突出的美学价值，几乎所有的自然景观都是由地质多样性所提供的视觉吸引，例如云南石林、广西桂林山水、山东泰山、安徽黄山、四川九寨沟等都是举世闻名的风景区。

“地质多样性”这个词汇的使用越来越宽泛，有时会被当作地质遗迹(geoheritage)的代名词，但二者是有一定区别的。地质遗迹是指在地球演化的漫长地质历史时期，由于内外力的地质作用，形成、发展并遗留下来的珍贵的、不可再生的地质自然遗产，是地球上被识别的地质多样性中因其重要性而值得保护的那部分。因此，地质多样性是地质遗迹的基础[6]。

地质多样性也是建设地质公园、发展地质旅游和保护地质遗迹的基础。在全球范围内，地质多样性保护最具代表性的体现是联合国教科文组织的世界自然遗产地和世界地质公园两个体系。地质多样性是世界自然遗产申报时首要的“代表性”原则的重要内容，我国14项世界自然遗产和4项世界文化与自然双重遗产中(截止到2019年7月6日)，泰山、黄山、庐山、天山、“三江并流”、南方喀斯特、武陵源、峨眉山等无不是地质多样性的典型代表。我国39处世界地质公园和220处国家地质公园(截至2019年12月25日)更是充分展现了我国地质多样性和景观多样性。尽管针对绝大多数世界地质公园来讲，其所代表的国际性地质遗迹意义是单一的，但在吸引游客时，仍然常常强调它们的地质多样性。例如，挪威的赫阿世界地质公园(Gea Norvegica Global Geopark)宣称其特色就是拥有异常丰富的地质多样性，这里“几乎能找到所有地质学领域的教科书式的例子”。在西班牙的索夫拉韦-比利牛斯世界地质公园(Sobrarbe-Pirineos Global Geopark)，岩石和化石的多样性展示了过去沉积环境的极大多样性，包括海相、河相、冰川相、三角洲相、礁相等。在国内，王义昭认为梅里雪山是汇集丰富多样性的自然圣地，是体现地质构造复杂性→地貌景观多样性(同时控制了气候环境的复杂多样性)→生态环境多样性→生物多样性相互演变链接关系最为清楚的一个地区[7]。

目前关于地质多样性的研究主要集中在地质多样性评价和保育两个方面。

1.2 地质多样性评价(geodiversity assessment)

地质多样性评价就是识别各具体地质特征的多样性，包括地质物质形态、地质成因和地质系统的多样性，并对其价值的空间分布作出判断和评价。目前，作为一种自然地保护的实用工具，地质多样性评价被广泛应用于自然遗产地、国家公园、地质公园等各类公园和自然保护工程规划及管理政策制定[8]。

尽管地质多样性的概念已在世界范围内被广为接受，但地质多样性评价方法尚处于探索和尝试阶段，直到今天对其定量化的评价理论和方法研究进展仍非常缓慢。与臻于完善的生物多样性评价方法相比，地质多样性评价尚未建立广为接受的标准和方法，仍在进行积极的探索和研究。

地质多样性评价方法和指标体系的选择取决于众多因素，最主要的有评价的目的、景观类型及其空间分布、适当尺度空间数据的可用性等。评价指标体系的构建至关重要，这主要取决于评价对象、评价范围、评价尺度和评价方法。

根据数据的来源，评价方法可分为直接方法和间接方法两大类[9]。直接方法是通过野外工作获取自然环境的特定组成(例如土壤、岩石、地貌等)来计算地质多样性的价值，虽然计算相对简单，却由于花费大量人力而显得昂贵，因此主要用于面积较小区域的评价。间接方法是在GIS环境下基于栅格或矢量化数据进行计算，由于野外工作降至最低而显得省时省力。

根据评价过程，则可分为定性评价、定量评价和定性-定量评价3类[6]。定性评价依靠的是专家或专家组的知识和经验，可细分为文本描述法[10]、专家系统法[11]和价值评判法[6]3类。定量评价是使用最为普遍的方法，该方法利用多组参数和指标来判定地质多样性元素的特征和丰富程度，评价过程基于指数和地图代数的使用。Stepišnik和Trenchovska以斯洛文尼亚洞穴(thekocjan Caves Regional Park)为例，提出一种新的定量综合评价模型，其地质多样性要素类型通过遥感数据和地质填图来识别，然后在地理信息系统(GIS)中通过分块统计工具来确定，多样性指标的计算来自于定义好的空间单元和地形粗糙指数[12]。刘斯文和曾普胜基于地质多样性与地表粗糙度之间的关系建立了定量化的评价模型，并将其应用到云南的地质多样性评价[8]。熊继红以湖北大别山为例，尝试建立包含三大评价要素、18个评价因子的综合评价指标体系[13]。刘航运用定性与定量相结合的方法评价了内蒙古克什克腾旗的地质多样性，选取的是高程、坡度、曲率、地表起伏度和地面粗糙度5个地形因子以及侵入岩侵入时代和断层密度两个地质因子[14]。郭旭选取地质要素、地质多样性表现形式与资源开发条件评价3方面内容20个影响因子，采用综合层次分析法(AHP)和AHP-模糊综合评价法对山西五台山国家地质公园地质多样性进行了评价[15]。

总体来看，近几年来国外在地质多样性评价方面尝试了很多新方法，而国内还主要处于模仿阶段。

1.3 地质多样性保育(geoconservation)

地质多样性保育(简称地质保育)是指以保护和优化地质、地貌、土壤特性、遗迹点和标本等保护为目的的行动，包括相关的宣传和科普教育活动，以及记录和抢救受到损失或破坏威胁的地质遗迹点的行动[16]。广义上，地质多样性保育还包括对地质遗迹资源的鉴定、命名、评价、管理、宣传和普及等行动[17]。

相对于以往的只重视对人为破坏进行防护的“保护”，“保育”在理念和内涵上又上升了一个层次。“保育”不但注意防止人为破坏而且注重防护自然的破坏，力求做到既合理利用又方便研究，使地质遗迹资源为人类代代所用[18]。地质保育的基本理论还在不断拓展，目前主要采用生态平衡理论、人地关系协调(PRED，Population、Resource、Environment和Development)理论、可持续发展理论、系统科学理论以及空间结构理论等来指导实践活动[13]。

地质遗迹资源是地质旅游的基础，发展地质旅游的前提是地质保育。地质保育最突出的例子是地质公园建设。早在20世纪40年代，英国就最先认识到地质保护的重要性；2001年以来，英国自然署每年以不同主题来开展地质多样性研究，进而不断提高地质保育工作水平[19]。波兰通过建立保护区或公园的方式实施地质多样性保护计划，重点保护地质构造、地貌、土壤、水景及小气候等方面有意义的遗迹点[20]。美国和加拿大则是通过国家公园系统进行地质多样性保护。澳大利亚主要采取建立国家公园及一些其他公园和保护区的方式，对特殊的地质、地貌、古生物建立分类系统，并进行登记和评价。中国是推进地质遗产保护最好的国家之一[20]。但相比欧美发达国家，我国尚存在对地质遗迹资源的管理体制不健全、缺乏全面系统的认识、在开发过程中破坏严重等突出问题[17]。

目前国内的地质多样性研究还处于起步阶段，除了张晶研究了地质公园建设中地质多样性的保护与协调性利用以及王观胜研究了国家地质公园中地质多样性保护与生态旅游的开发模式外[21-22]，关于地质多样性保育的研究并不多见。国内关注的地质遗迹保护主要针对不同尺度范围的地质遗迹提出保护建议和对策[14]。我国地质遗迹的保护提升至保育层次还有很大空间[18]。而从地质遗迹保育至地质多样性保育理念的提升，在我国才刚见端倪。

2 云南地质多样性开发与保护简况

云南地处欧亚板块与印度板块的碰撞结合带，长期内、外动力作用造就了丰富的地质遗迹资源，是我国地质多样性极其丰富的典型区域。云南最赖以自豪的生物多样性和民族多样性，其根本原因都跟地质多样性密切相关。

云南是我国天然的地质博物馆，既有三江并流、虎跳峡、石林、九乡溶洞、梅里雪山、玉龙雪山、黎明老君山、元谋土林等山岳、峡谷、岩溶、冰川、高原丹霞、土林等地貌景观，又有寒武纪澄江动物化石群、三叠纪罗平生物群、中侏罗世禄丰恐龙、寒武纪梅树村层型剖面、腾冲火山热海、东川泥石流等重要古生物化石、典型地层剖面、地热、地质灾害等遗迹，这些重要地质遗存几乎涵盖了地质遗迹的全部类型。根据中国地质调查局部署开展的2012～2015年“西南地区重要地质遗迹调查(云南)”初步成果，云南省共有重要地质遗迹806处，具有分布广泛、丰富多样、典型稀有、系统完整、代表性强等特点，其中世界级地质遗迹点36处、国家级地质遗迹点185处。这些珍稀地质遗迹对于研究地球演化、生命进化，对于开展地学科研科普宣传、发展当地旅游业促进经济社会协调发展都是一种宝贵的、不可再生的资源。

虽然云南省地质遗迹资源丰富，然而经济社会发展程度低，财力非常有限，许多重要地质遗迹因资金缺乏未能实施有效保护。“十三五”期间除原有的澄江动物化石群、罗平生物群、禄丰恐龙化石、石林、九乡峡谷洞穴、泸西阿庐古洞、腾冲火山地热、大理苍山、玉龙雪山、丽江黎明老君山等国家级地质遗迹需要继续加以保护外，晋宁梅树村前寒武系-寒武系界线层型剖面(重点保护古生物化石集中产地)、昭通剑齿象化石产地、东川泥石流地质灾害遗迹、元谋土林、陆良彩色沙林等一批潜在的国家级地质遗迹也亟待加以保护。

3 元谋盆地地质多样性研究的多重价值及存在问题

3.1 元谋盆地地质背景

元谋盆地位于云南省北部的金沙江畔，南北长约30 km，东西宽度不一，平均7 km；海拔在1 100 m左右。龙川江沿盆地西部自南向北汇入金沙江。盆地西缘是由前寒武纪变质岩系所组成的低矮山梁，海拔约1 400 m；东部则由中生代的侏罗系和白垩系红层构成，俗称“东山”，最高处海拔达2 700 m。盆山转换处为红格-元谋断裂带，具有明显的断层崖地貌。盆地内新生代地层，特别是早更新世元谋组很发育[23]。元谋组是我国南方早更新世的标准剖面之一。在元谋组上部发现了1.7 Ma前的元谋人牙齿化石及其文化遗存以及大量的哺乳动物化石，已鉴定出6个目18个科29个属，灭绝种占86.7%[24-25]。元谋组的下部和上新统沉积层以河流相和三角洲相为主，为砾石层、砂层夹薄层粘土和亚粘土层，发育了我国最为著名的土林地貌[26-28]。盆地内还发育元谋红土，分为风化壳型红土、地下水型红土、坡积红土3种，记录了盆地过去的环境演化——从晚新生代的湿热气候经暖干气候演化成现代的干热气候[29-30]。

从上可知，在元谋盆地不大的范围内，地质多样性十分显著，涵盖了三大岩石(沉积岩、变质岩和岩浆岩)、地层、构造、古生物、古人类、土壤等多种地质现象，尤其造就了具有重大科学意义的元谋人遗址(中国仅有的且肯定的早更新世含人类化石的人类初期文化遗址)(图1a)和具有极大欣赏价值的土林景观(全国唯一的国家4A级土林景区)(图1b)。

图1 元谋人遗址(a)和土林景观(b)

3.2 元谋盆地地质多样性的多重价值

元谋盆地地质多样性具有科学、文化、观赏、生态、科普与教育等多重价值。

(1) 科学价值

元谋盆地是全球已发现最古老的会制作工具的“真正的人”——元谋直立人(俗称“元谋人”)的化石产地而备受国际古人类学界所瞩目，对于探索亚洲人类的开端、了解人类的起源与进化机制具有非常重要的科学意义。此外，元谋盆地还是早更新世代表性哺乳动物群——“元谋(马街)动物群”的命名地，也是东亚南部晚新生代河湖相地层标准剖面，是研究该地区古地理、古气候环境变化的重要信息库。

(2) 文化价值

早在1.7 Ma前，东方的远古先民——“元谋人”就已经在这里繁衍生息，留下了远古祖先的灿烂文明足迹。在之后的旧石器时代中期和晚期，分别出现了小横山文化和四家村文化，新石器时代更是在大墩子、马大海、龙街等地也出现了大量人类文明的痕迹。这给元谋烙上了不可磨灭的文明之根源，使元谋悠久的历史和灿烂的文化为世人瞩目。

(3) 观赏价值

元谋土林有着独一无二的美学观赏价值，因其高大挺拔、婀娜多姿而具有形态美；因其色彩绚丽多变而具有色彩美；因其荒凉粗犷而具有意境美；因其四季变换多姿而具有变幻美。这些独特的美，吸引了国内外很多游客前来观赏和摄影，而且还是重要的影视基地。元谋土林在全国土林旅游资源中占有重要的地位和作用。

(4) 生态价值

元谋盆地地处干热河谷地区，气候炎热、植被稀少、干旱少雨，降雨量多集中在夏季，且大多为暴雨。由于特殊的气候特征、植被的稀少和土壤的贫瘠，元谋地区很容易产生水土流失的现象，尤其土林地区更是如此。如今，有的土林因为水土流失、暴雨冲刷的原因逐渐变成土墩，甚至消亡。人为干扰对土林也产生很大的破坏。在土林外在美的后面，是人与自然不和谐的关系以及环境重大变迁的结果。土林具有水土流失研究的典型性和示范性，可作为很好的水土流失研究对象。通过研究，可以充分了解水土流失的原因和掌握水土流失的规律，以便建立良好的生态保护措施与生态建设。

(5) 科普与教育价值

正如前文所言，元谋盆地涵盖了三大岩石(沉积岩、变质岩和岩浆岩)、地层、构造、古生物、土壤等多种地质现象，蕴含了极为丰富的地质信息。“元谋人”博物馆、土林风景区等均是开展科普工作的绝佳场所，可以使人们了解地球的演化、人类的起源和环境的变迁等知识，达到寓教于乐、寓教于游的效果。

元谋盆地是云南国土资源职业学院的地质认识实习基地之一，每年有7个地质类相关专业400多名学生在此实习，其原因也是地质多样性，主要实习内容有前震旦纪变质岩系、土林景观及其成因、元谋-绿汁江断裂、角度不整合、龙川江河流地质作用、超基性岩体及相关矿产、泥石流地质灾害等。

3.3 元谋盆地地质多样性开发不足、保护不力甚至破坏严重

由于对元谋盆地地质多样性认识的空缺，导致地质遗迹资源保护力度不足，很多重要的地质现象受到破坏。例如，由于“元谋人”的两颗牙齿非考古发掘所得，而发现化石的山包已经消失，尽管在地质学、年代学和古生物学等方面做了一系列考察和研究，但原始埋藏地点难以查证以及所观察研究的地层与原化石出土地层无法确保100%契合度的缺憾始终存在，凸显了正规考古发掘与遗址保护的极其重要性。再如，元谋土林分布有多处，除了浪巴铺土林、物茂土林和班果土林设置了风景区加以保护外，其余都处于荒置状态，人为破坏十分严重，许多地方被挖除或填埋(图2a)；即便景区内的土林，由于其形成物质是半胶结状态而不够坚硬，易被水流冲刷侵蚀，或受到地震影响，不时有些土柱发生退化甚至倾倒(图2b)。其他地质现象更被忽视，日益受到人为或自然的破坏。这些地质现象都是不可再生资源，等到破坏再进行抢救式的保护为时已晚。

图2 元谋土林受到的人为破坏(a)及自然破坏(b)

4 元谋盆地开展地质多样性研究的重要意义

地质多样性是加强地质遗迹资源保育和发展地质旅游的基础。要想做到有序开发、有效保护，没有科学思想的指导和科学研究的支持是很难大有作为的。目前，元谋土林正在申报国家地质公园。充分认识地质多样性对于自然、人类和社会的功能，通过发展地质旅游，将地质遗迹资源保护工作提升到地质多样性保育层面，可为元谋盆地可持续发展提供崭新思路。

4.1 科学意义

元谋盆地已开展大量地质科学研究，主要集中在新生代地层、古地磁、古环境、古生物、人类学等领域，基础资料详实，但地质多样性方面的研究还处于空白状态。在该地区开展地质多样性研究可以揭示元谋盆地形成所蕴藏的巨量地质信息和地质演化规律，也能为该地区的地质科学研究提出新的方向。

4.2 应用价值

(1) 可为该区地质多样性的保护规划和利用以及地质保育提供科学依据

元谋盆地具有丰富的地质多样性，尤其造就了具有重大科学意义的“元谋人”遗址和具有极大欣赏价值的土林景观。然而“元谋人”遗址没有得到有效保护，土林受到人为破坏和自然损坏的现象比较严重，其他地质现象更被忽视。开展地质多样性研究将大大有助于区内地质遗迹资源保护规划和利用以及地质保育。

(2) 为元谋地区生态文明建设和可持续发展提供崭新思路

元谋是云南省重要的蔬菜产地，以发展农业为主，其基础条件是元谋盆地的干热河谷气候和多样的土壤，而这些又都是由地质多样性所决定的。农业发展依赖的是土地，很多具有一定意义的地质遗迹点乃至土林地带被填埋或挖除后用于农业耕种，而土林是发展旅游的景观载体。面对二者的矛盾，从认识地质多样性对于自然、人类和社会的功能以及与地质多样性紧密相关的非生物生态系统服务的层面去思考元谋的发展，能为元谋地区生态文明建设和可持续发展提供崭新思路。

(3) 为科普教育和地质实习提供良好素材

以“元谋人”博物馆、土林风景区等为载体，充分挖掘元谋盆地地质多样性所蕴含的极为丰富的地质信息开展地质科普教育，可以使人们了解地球的演化、人类的起源和环境的变迁等知识，从而达到珍惜地球、爱惜家园的目的。元谋盆地是云南国土资源职业学院的地质认识实习基地之一，地质多样性研究可为地质类专业学生提供良好的学习素材。元谋盆地也是昆明和楚雄许多中小学夏令营青睐的地方，能为此类夏令营提供科普教育素材。

5 结语

地质多样性既是跟生物多样性具有同等意义的理念，也是自然保护方面的科学工具。但目前国内对该理念的认知还有待进一步普及和推广。云南在地质多样性方面具有独特的优势，元谋盆地只是其中的一个缩影。元谋盆地地质多样性具有科学、文化、观赏、生态、科普与教育等多重价值，为发展地质旅游提供了良好条件，加之将地质遗迹资源保护工作提升到地质多样性保育层面，可为元谋盆地可持续发展提供崭新思路。