山东山旺国家地质公园地质遗迹特征及地学意义

2021-12-03成世才刘咏明金兴

矿产勘查 2021年9期

成世才，刘咏明，金兴

（1.中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东济南 250013；2.山东省地矿工程集团有限公司，山东济南 250013）

0 引言

“旅游地学”是中国地质科学院研究员陈安泽等于20世纪80年代创立的一门地质学科，推动了我国国家地质公园体系的发展（陈安泽，2010，2016）。目前我国世界地质公园数量达41处，居世界首位，国家地质公园已达274个。2019年6月，国务院办公厅印发《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》，提出建立以国家公园为主体、自然保护区为基础、各类自然公园为补充的自然保护地管理体系。

山东山旺国家地质公园，位于山东省潍坊市临朐县（王宗花等，2006），以山旺古生物化石国家级自然保护区为主体，园内评定为世界级地质遗迹点3处，分别为解家河南剖面、山旺山东鸟化石（叶祥奎，1990）、带胚胎犀牛化石（吴增祥，2005）；国家级地质遗迹点5处，分别为小山旺东南剖面、黄山剖面、擦马山、尧山、包家河古玛珥湖。山旺盆地作为世界著名的化石宝库，保存了极为丰富的、精美的中新世古生物化石，发育有典型的中新世地层剖面、完整的玛珥湖充填（闫翠玲等，2005；刘嘉麒等，2013），是一处具有世界意义的地质遗迹集中区。对该地质公园的研究由来已久，但尚未将园内的地质遗迹特征分门别类的加以归纳，对地质公园的重要性及地学研究意义尚未进行探讨。本文可为山东山旺国家地质公园在新一轮自然保护地体系建设工作中的保护、规划及研究提供参考价值。

1 地质背景

1.1 区域地质

山旺盆地，处于中新生代欧亚大陆东缘鲁西地块鲁中隆起，郯庐断裂带西侧，临朐-昌乐盆地腹地。园区出露的地层主要为新近系临朐群和第四纪山前组的坡积物。临朐群自下而上分为3个组，牛山组、山旺组和尧山组。

1.2 岩相古地理

杨钟健1936年创立“山旺系”一词，认为“山旺系”的时代为中新世早期或中期（邓涛等，2019）。

图1 山旺国家地质公园区域地质图

闫德发等（阎德发等，1983）从地层层序、化石层位、植物化石、哺乳动物化石研究角度认为山旺盆地沉积时代为中新世，沉积环境为亚热带或暖温带湖相沉积。

Caroline等（2007）从山旺中新世植硅体组合研究中认为山旺盆地中新世气候比现在更加湿润而且变动较小，处于湿润的暖温带到亚热带的古生态环境。

余继峰等（2019）通过对古地磁极性分析认为山旺组硅藻页岩段及上下玄武岩层年代跨度约为18.524～18.056 Ma。Yu et al.（2017）通过研究实测Rb/Sr值和磁化率等气候替代指标认为，研究区硅藻页岩段古气候为在整体温暖潮湿的背景下，有小尺度冷暖干湿的变化。

胡嘉良（2017）根据古地磁测量数据推测整个山旺盆地山旺组的沉积时间大致为18.5～17.5 Ma之间。推测山旺盆地构造运动活跃程度可以划分为3期：（1）盆地喷发成盆期，郯庐断裂带频繁活跃，断裂深切地幔，形成岩浆上涌通道，火山喷发，形成火山盆地；（2）盆地稳定充填时期，断裂活动减弱，沉积环境相对稳定，在火山喷发后形成的玄武岩基底上形成玛珥湖，湖中形成适合硅藻生长环境；（3）盆地喷发消亡期，由于断裂活动再次活跃，岩浆喷出将山旺盆地覆盖。

综上，山旺盆地临朐群可视为一套形成于中新世中期的玛珥湖沉积建造，处于湿润的暖温带到亚热带的古生态环境。

2 地质遗迹分类

地质公园内地质遗迹资源主要包括：丰富的古生物化石、典型的地层剖面、多种喷发类型的火山地貌，根据原始资料划分为6个大类、12个类型、16个亚类（《山东山旺国家地质公园规划（2013—2020 年）》专项研究报告，2013①），本文根据《地质遗迹调查规范》（DZ/T 0303-2017）将园内地质遗迹资源重新划分为2个大类、9个类、15个亚类（表1）。

表1 山东山旺国家地质公园地质遗迹类型划分

3 主要地质遗迹特征

3.1 代表性古生物化石

园内迄今已发现包括原生生物、植物、动物、真菌四个界，硅藻、苔藓植物、真蕨植物、裸子植物、被子植物、节肢动物、脊椎动物7个门400余属700多种古生物化石（杨式溥和孙博，2000），昆虫、被子植物、脊椎动物、硅藻化石，丰度之高、保存之精美，举世罕见，是世界著名的特异埋藏化石宝库。

3.1.1 植物

山东山旺国家地质公园是目前我国在同一产地古植物化石种类分异度最高的（王宇飞，2004），已描述43科87属125种，以后陆续有新种被描述。该植物群包括苔藓、蕨类各1种，裸子植物8种，其余均为被子植物。被子植物以豆科（10属）（张静和王祺，2010）、蔷薇科（9种）、桦木科（5属）分异度较高。赵秀丽等（2018）又在该地区山旺组硅藻页岩中新发现两种植物化石，鉴定植物叶化石为中华栎(Quercus sinomiocenica)，初步鉴定球果化石为松科(Pinaceae)松属(Pinus)。

3.1.2 昆虫纲及蛛形纲

该地质公园已描述昆虫化石达12目84科221属400种，是山旺生物群分异度最高的纲一级生物类别，洪友崇（1998）称为“山旺昆虫群”，昆虫化石以鞘翅目为最多，膜翅目次之，双翅目、异翅目、同翅目等均有代表。除昆虫纲化石外，蛛形纲蜘蛛化石共7科14属23种，保存精美，极具特色（图2）。

图2 蜘蛛化石（自《山东山旺国家地质公园规划（2017—2025年）》图片集，2017②）

3.1.3 两栖纲

该地质公园发现的两栖动物共4属4种，其中玄武蛙(Rena basaulticaYoung)骨骼保存完整（图3），甚至还有保存皮膜外形、尾巴的蝌蚪化石。玄武蛙及临朐蟾蜍(Bufo linquensisYoung，1977年)（杨钟健，1977）、强壮大锄足蟾(Macropelobates cratusGao，1986年)为无尾类，山旺还发现有尾类的蝾螈——中新原螈(Procynops miocenicaYoung，1965年)（杨钟健，1965）。

图3 玄武蛙化石（自《山东山旺国家地质公园规划（2017—2025年）》图片集，2017②）

3.1.4 鸟纲

该地质公园是我国有鸟类化石产出和保存的少数化石产地之一，目前已描述4属5种，其中最为著名的山旺山东鸟(Shandongornis shanwangensisYeh，1977年)（叶祥奎，1977），填补了中国第三纪鸟化石的空白，和山旺山东鸟近似种、硕大临朐鸟(Linquornis gigantisYeh，1980年)（叶祥奎，1980）均属雉科，为陆地生活。中华河鸭(Sinana diatomusYeh，1980年)（叶祥奎，1980），为湖中生活的游禽类。秀丽杨氏鸟(Youngornis gracilisYeh，1981年)（叶祥奎，1981）我国迄今所知秧鸡科保存最为完整的、时代最早的化石代表（叶祥奎和孙博，1984），为生活在湖滨的涉禽类。

3.1.5 哺乳纲

该地质公园发现的哺乳动物化石有奇蹄目、偶蹄目、食肉目、啮齿目和翼手目。奇蹄目主要为犀类和貘类。在山旺发现最多的犀类是简单近无角犀(Plesiaceratherium gracilisYoung，1937年)（阎德发，1983）（图4），此外还有矮脚犀、远脚犀族未定种和无角犀未定种。貘类为解家河古貘(Palaeotapirus xiejiahoeensisXie，1982年)。

图4 雌性简单近无角犀化石（怀胎母犀）（自《山东山旺国家地质公园规划（2017—2025年）》图片集，2017②）

偶蹄目的鹿类是在山旺发现的哺乳动物化石中个体最多的一类，见3属5种。柄杯鹿(Lagomeryx)有3个种，是发现个体最多、保存最完整的一类（图5），此外还有三角原古鹿(Palaeomeryx tricornisQiu et al.，1985年)（邱占祥等，1985）、皇冠鹿的比较种。

图5 柯氏柄杯鹿化石（自《山东山旺国家地质公园规划（2017—2025年）》图片集，2017②）

熊类化石4属4种。原被定为犬科的孔子半犬(Amphicyon confucianusYoung，1937 年)现更名为孔子犬熊并归入熊科。东方祖熊(Ursarus orientalisQiu，1985年)（邱占祥等，1985）保存为一小型完整骨架，是目前已知祖熊中最小的一个种。

小型哺乳动物化石包括啮齿目和翼手目。啮齿目最著名的山东硅藻鼠(Diatomy shandungensisLi，1974年)，标本为完整骨架，可见长毛、胡须，有蓬松的长尾。此外有山旺半圆齿鼠（Ansomys shanwangensis Qiu et Sun,1988年）（邱铸鼎和孙博，1988）、中华近松鼠亲近种(Plesiosqiurus aff.sinensis Qiu et Lin，1986年)、亚洲花松鼠（Tamiops asiaticus Qiu,1981年）、亚洲梅氏松鼠(Meinia asiatica Qiu，1981年)（邱铸鼎，1981）、李氏松鼠（Sciurus lii sp.nov Qiu，1981年）（邱铸鼎和阎翠玲，2005）。翼手类有意外山旺蝙蝠(Shanwangia unexpectulaYoung，1977年)（杨钟健，1977），保存翼膜及完整骨骼。

此外鱼类、爬行类古生物化石也较有代表性。

3.2 典型剖面

地质公园内有1条全国性剖面（Ⅰ号剖面）、1条区域性标准剖面（Ⅲ号剖面）和4条典型基性、超基性岩体（剖面）。

山旺组主剖面（Ⅰ号剖面），是位于山旺盆地中心的高分辨率地层剖面（图6），该剖面近15°方向展布，长300 m，高30 m，展现了山旺组富古生物化石层位的地层层序及古生物化石赋存与分布特征，提高了山旺组内部的研究精度，可开展生物及其与环境之间的高分辨率的研究，现已成为国际中新世生物建阶的重要依据。

图6 山旺盆地中心山旺组主剖面（Ⅰ号）照片（《山东山旺国家地质公园规划（2013—2020年）》专项研究报告，2013①）

角岩山剖面（Ⅲ号剖面），位于角岩山东北坡，北东50°展布，长约200 m，高15 m，完整展现山旺组层序及盆地边缘沉积（图7）。

图7 山旺组角岩山剖面（Ⅲ号）（据邓涛等，2003修改）

3.3 火山地貌

园内主要地貌为火山剥蚀地貌，多见盾状火山、锥状火山、玛珥火山盆地地貌及冲蚀沟壑。

（1）擦马山：最典型的玄武岩锥状古火山，是山旺国家地质公园的标志性火山。海拔+323.8 m，直径约600 m。经过千万年的风化剥蚀，顶部已经削掉数10 m，成为一个开阔的平台。山上柱状节理发育，柱状体有五边形、六边形，直径从10～80 cm不等（图8）。

图8 擦马山玄武岩柱状节理（《山东山旺国家地质公园规划（2013—2020年）》专项研究报告，2013①）

（2）灵山：位于包家河盆地西北缘，为一破火山口火山，为多次喷发。海拔+330.7 m。早期形成的主火山口被后期的火山喷发炸缺，而火山碎屑倾泻到包家河盆地之上。

（3）大尧山：由四个相连叠置的火山锥体群簇而成，南北宽3 km，东西宽2 km，最高峰海拔+405.5 m。因风化剥蚀作用，山体已不甚完整。尧山有八大景观，即石月亮、石楼、石柱子、石棺材、石杯箸、雷劈石、马子旺、山旺化石。

（4）角岩山：原较为平整的熔岩在风化剥蚀后残留，因高于周围地区而形成的山体。海拔+275.6 m。其顶为山旺组末期的两层火山熔岩。

4 地学意义探讨

山旺国家地质公园是一座世界著名的化石宝库，保存了极为丰富的、精美的中新世古生物化石，发育有典型的中新世地层剖面、完整的中新世玛珥湖充填和多种喷发类型的中新世火山，细致记录了欧亚大陆东部中新世地球表层环境和地球深部变化的信息，是一处具有世界意义的自然历史遗迹，对各地质学科均有重大科研价值。

4.1 地球科学

园内发育山旺（解家河）及包家河两个中新世玛珥湖盆地和中新世玄武岩火山，地层主要为中新统临朐群，分为牛山组、山旺组和尧山组。山旺组丰富精美的化石，玛珥湖季节纹层，牛山组、尧山组多期次的火山喷发，详尽揭示中新世这一时期地球表层环境和地球深部的变化历史（郭正府等，2007）。

4.2 古生物学

园内迄今已发现了逾7个门400余属700多种古生物化石（杨式溥和孙博，2000），化石丰度之高、保存之精美，举世罕见，是世界著名的特异埋藏化石宝库，对于了解中新世的生物多样性有着极为重要的价值。

4.3 地层学

公园核心区的山旺组地层剖面（角岩山剖面）是中国地质年代表山旺阶重要的区域性标准剖面，出露连续完整，顶底发育火山岩，与上下地层接触关系明确，是国内少见的可进行年代地层学研究的综合地层研究剖面，是进行中新世高分辨率地层研究的极佳场所。园内地层在国内中新世地层划分对比及国际对比方面有着非常重要的意义。

4.4 沉积学

公园核心区的地质体主要为完整充填的中新世古玛珥湖盆地，是湖泊沉积及盆地演化的微缩景观，也是研究化石埋藏学的理想地点。近年来玛珥湖成为国际上研究第四纪全球变化的重要场所之一，山旺玛珥湖充填因而具有极为重要的沉积学研究价值。

4.5 火山地质学

该地区属于全球中新世火山活动强烈地区（储国强和刘嘉麒，2018），公园内完整发育了昌潍火山群的牛山期裂隙式玄武岩火山喷发、山旺期玛珥火山喷发和尧山期中心式玄武岩火山喷发的产物。玄武岩熔岩流、火山集块岩、火山基浪堆积、火山锥、火山口、次火山等分布广泛，是公园地质遗迹和地质景观形成的基础，对于了解中新世中国东部火山活动规律具有重要的科学研究价值。