安徽淮南舜耕山地质遗迹资源类型及特征

2024-02-27张子康顾承串吴基文邵晴晴张缘缘

高校地质学报 2024年1期

张子康，顾承串*，吴基文，赵铭，詹润，邵晴晴，张缘缘

1. 安徽理工大学地球与环境学院，淮南 232001；

2. 安徽省煤田地质局勘查研究院，合肥 230088

地质遗迹是指在地球演化的漫长地质历史时期，由地球内、外动力地质作用，形成发展并遗留下来的不可再生的各种地质体和地质现象（黄宗理和张良弼，2005；陈安泽，2016；中华人民共和国国土资源部，2017）。地质遗迹作为自然作用遗产，记录了重要的地球演化信息和关键的科学内涵，既是进行地学科研工作的直接对象，也是开展专业教育和科普教育的天然原位标本和教学素材（赵逊和赵汀，2003；翁望飞等，2020；Fesharaki et al.,2020）。在当前社会经济转型发展中，地质遗迹调查成为地质工作支撑服务民生与乡村振兴的美丽中国建设的重要内容（党丽娟和宋建军，2020；何泽新等，2020）。

舜耕山位于淮河安徽段中部的南岸，呈东西向横亘于淮南市新、旧城区之间，处于暖温带和亚热带的过渡地带，气候温暖湿润，最高海拔297 米。舜耕山是淮南煤田资源勘探、开采以及城市和矿业兴起的发源地。前人对舜耕山开展了一系列基础地质研究。例如，徐嘉炜（1956）最早对舜耕山寒武纪—奥陶纪地层剖面进行系统划分和区域对比；长期以来舜耕山断层和推覆体构造受到了前人广泛研究（杨为民，1993；姜波和王桂梁，1993；宋传中等，2005；张壹，2016；高加林等，2018；汪楠，2021）；近年来前人对舜耕山巨厚碳酸盐岩的岩溶发育特征亦开展了相关研究（黄河等，2012；黎志豪等， 2018,2019；Zhang et al., 2021）。经过数十年的矿山开采以及城市建设，舜耕山剥露出了典型地层和构造剖面、古生物化石、岩溶、地面塌陷等一系列地质遗迹。然而，一直以来前人研究均未能对舜耕山地质遗迹资源开展专项调查与分类评价，因而限制了舜耕山地学科普功能的提升与旅游价值的开发。

通过详细的野外地质调查，本文研究了舜耕山地质遗迹类型、分布及主要特征。结合前人研究资料，初步讨论了地质遗迹成因及其区域地质背景，以此为整合舜耕山地质遗迹资源、建立地质研学和科普基地提供理论依据。针对舜耕山地质遗迹资源保护与开发利用上存在的突出问题提出建设性倡议。

1 地质概况

华北克拉通是世界上最古老的克拉通之一，基底是由东部陆块和西部陆块沿中部造山带于古元古代（~1.85 Ga）拼合而成（Zhao et al., 2005, 2012；Zhai and Santosh, 2011）。中元古代—古生代期间，华北克拉通总体上经历了长时间稳定的海相盖层发育（Meng et al., 2011；朱日祥等，2020）。其中石炭纪—二叠纪沉积了巨厚的煤系地层，在此背景下形成了两淮煤田（Liu et al., 2009）。华北克拉通南部的古特提斯洋在晚古生代关闭过程中经历了复杂的弧—陆碰撞（Dong and Santosh, 2016；Zhu et al.,2017），并于中三叠世最终关闭，华北克拉通与华南板块发生强烈的陆—陆碰撞拼合，形成秦岭—桐柏—大别—苏鲁造山带（Hacker et al., 1998, 2000；Zheng, 2012）（图1a），结束了华北克拉通南缘的海相沉积。

图1 研究区构造位置示意图（a, 据朱光等, 2018修改）及淮南煤田基岩构造纲要图（b, 据詹润等, 2017修改）Fig. 1 Geotectonic map showing the study site (a) and tectonic units of bedrocks in the Huainan Coalfield (b)

淮南煤田地处安徽两淮平原南部，是华北克拉通东南部发育的一个石炭纪—二叠纪聚煤区（图1a）。舜耕山位于淮南煤田东南缘的逆冲推覆构造带内（图1b）。山体夹持于阜阳—李郢孜断裂和舜耕山断裂之间，平行于两条逆冲断裂呈近东西向展布，是典型的逆冲式断块山构造地貌（图2a）。舜耕山断裂以北为淮南复式向斜构造带，带内松散沉积物之下广泛分布着华北型晚石炭世—二叠纪的煤系地层（詹润，2017）。

图2 舜耕山地质图与地质遗迹分布（a, 据汪楠, 2021修改）及代表性实测剖面图（b）Fig. 2 Geological map of the Shungeng Mountain showing the distribution of geoheritages (a) and the representative measured sections (b)

地层区划上研究区属于华北地层大区、徐淮地层分区、淮南地层小区（安徽省地质矿产局, 1997）。舜耕山主要出露了三套地层（图2a；表1），自下而上分别为新元古代滨岸—浅海相地层、寒武纪—中奥陶世的浅海碳酸盐台地相地层、晚石炭—早三叠世的海陆交互相至内陆河湖相含煤地层，区域上三套地层均呈平行不整合接触（安徽省地质矿产局，1997）。其中，新元古界主要展布于西端的罗山，主要地层包括伍山组、刘老碑组、四十里长山组、九里桥组和四顶山组。下古生界自泉山湖至最东端均有展布，主要地层包括猴家山组、馒头组、张夏组、崮山组、三山子组、贾汪组和马家沟组。以上地层均展布于舜耕山逆冲断裂的上盘，出露较为连续、完整，构成了舜耕山的主体（图2a）。上古生界和下三叠统出露规模较小，在洞山以西仅出露于舜耕山逆冲断裂的下盘，洞山以东在断裂带的上、下盘均有分布，因易风化多隐伏于较薄的松散层之下，局部原始煤系地层露头已被开采或破坏殆尽。另外，在罗山至泉山湖以南还出露了中高级变质的霍邱杂岩，岩石类型以花岗类片麻岩为主，局部出现混合岩化，可见基性和酸性多期岩脉侵入（图2a）。

表1 舜耕山地区地层划分简表（据安徽省地质矿产局, 1997）Table 1 Brief chart of stratigraphic divisions in the Shungeng Mountain

舜耕山出露地层整体走向近东西，自东向西走向呈现出NWW、E-W、NEE、NWW、E-W 向波状变化（图2a）。受两大逆冲断裂的强烈改造，本区内地层发生倒转（图2b）。老龙眼水库以东、泉山湖以西地层多向南陡倾，局部近直立。老龙眼水库以西地层倾向南南西，至金家岭一带倾向南西，倾角显著变缓，多在20°~45°之间。

2 地质遗迹资源类型与分布概况

根据《地质遗迹调查规范（DZ/T 0303-2017）》（中华人民共和国国土资源部，2017）地质遗迹分类原则，将舜耕山地质遗迹类型划分为基础地质、地貌景观和地质灾害3 大类（表2）。其中包括地层剖面、构造剖面、重要化石产地、重要岩矿石产地、岩土体地貌、水体地貌、构造地貌、地质灾害遗迹等8 类，有层型（典型剖面）、褶皱与变形、断裂、古动物化石产地、古生物遗迹化石产地、典型矿床类露头、矿业遗址、碳酸盐岩地貌（岩溶地貌）、湖泊与潭、泉、飞来峰、断层崖、崩塌、地面塌陷等14 亚类，共计62 处地质遗迹点，具体点位见图2a。其中以华北型寒武—奥陶系典型剖面、碳酸盐岩地貌、断裂构造以及矿业遗址等地质遗迹景观尤为发育，具有极高的科研、科普和地学旅游开发价值。

表2 舜耕山地质遗迹资源类型Table 2 Classification of geoheritage resources in Shungeng Mountain

3 主要地质遗迹景观特征与成因

3.1 地层剖面与重要化石产地

本次研究共发现地层剖面类地质遗迹7 处，重要化石产地类地质遗迹10 处（表2）。其中，剖面主要分布于近南北向的公路和景区人行步道两侧，露头条件良好，现场观察和科普教学极为便利。

舜耕山出露了较为连续的新元古代青白口系和早古生代寒武系—奥陶系（图2a），是黄淮平原南部少数的前中生代基岩出露区之一。两套地层在区域地层对比研究中均具有重要价值（李振生等，2017；朱茂炎等， 2021）。其中，青白口系仅出露于舜耕山西段的罗山推覆体构造内，著名的晚前寒武纪“淮南生物群”宏体化石即广泛产出于刘老碑组和九里桥组地层（洪天求等，2004）。寒武纪—中奥陶世本区发育了巨厚的浅海台地相盖层，区域上与徐淮、鲁西地区均可对比（安徽省地质矿产局,1997）。岩性以碳酸盐岩为主，夹一定量的碎屑岩（表1；图2b），出露总厚度约1.5 km。除丰富的岩石类型外，水平层理、交错层理、波痕、泥裂、印模、雨痕等各类原生构造以及刀砍状、蜂窝状构造等风化产物出露广泛，现象典型（图3a-g）。

图3 舜耕山沉积构造特征及古生物化石野外照片Fig. 3 Outcrop photographs showing the sedimentary structure characteristics and paleontological fossils in the Shungeng Mountain

以上地层中均发现有古生物和遗迹化石记录。其中，罗山新元古界九里桥组灰岩中可见丰富的叠层石（图3h）。寒武系中化石数量众多，以三叶虫、小壳动物化石（常见软舌螺、腹足类等）为盛，广泛分布于页岩和碳酸盐岩中（图3i, j）。叠层石、水平虫管、蠕虫爬行遗迹则大量见于馒头组四段和张夏组地层中（图3e, k, l）。舜耕山地区古生物化石遗迹发掘潜力巨大。

3.2 重要岩矿石产地与地质灾害遗迹

舜耕山地区石灰岩、白云岩、煤及耐火粘土等矿产资源丰富。本次研究已发现重要岩矿石产地类地质遗迹11 处，包括典型矿床类露头6 处和矿业遗址5 处，另有与矿山开采相关的地质灾害遗迹5处，主要为崩塌和地面塌陷（表2）。其中，工业化开采的石灰岩矿产主要产出于寒武系馒头组二段、四段、张夏组以及奥陶系马家沟组；耐火粘土和煤炭产出于九龙岗—大通煤矿的二叠系。另外，青白口系刘老碑组底部紫红、浅黄色泥质白云质灰岩作为著名的观赏石——“紫金石”（郑学信等，1998）矿石在罗山一带亦有分布（图2a）。

寒武系—奥陶系石灰岩露天矿山遗迹至今广泛分布于舜耕山体内部（图4a）。由于矿层及围岩产状较陡甚至近直立，废弃露天采坑内崩塌地质灾害频发（图4b）。位于舜耕山东北缘的大通和九龙岗煤矿于20 世纪初开始工业化开采，至20 世纪八十年代初采竭闭坑共采煤超过两千万吨。煤矿工业区的厂房、井架、铁路等基础设施至今保留较好（图4c）。大规模的煤炭开采导致了采空塌陷强烈发育，此外还伴随着松散层下奥陶系碳酸盐岩岩溶塌陷作用，形成了长约6.5 km、宽约0.8 km 北西西向展布的塌陷区（林宾等，2012; 黄河等，2012）（图2a，4d）。

图4 舜耕山代表性地质遗迹野外照片Fig. 4 Outcrop photographs showing the representative geoheritages in the Shungeng Mountain

3.3 构造剖面与构造地貌

本次研究共发现12 处构造剖面类和2 处构造地貌类地质遗迹（表2）。构造类型以断层为主，其中近E-W 走向的中、大型逆断层及相关构造最为典型。构造地貌也与此类大型逆断层活动有关。华北克拉通与华南板块之间的古特提斯洋于中三叠世最终关闭，两大陆块沿秦岭—大别—苏鲁造山带碰撞拼合（Hacker et al., 1998, 2000；Zheng, 2012）。在该背景下，淮南煤田新元古代—早三叠世沉积盖层受到近N-S 向强烈的挤压缩短变形，发育了近E-W 向展布的阜阳—李郢孜断裂、舜耕山断裂、阜阳—凤台断裂等大型叠瓦式逆冲断层。由于强烈的逆冲推覆作用，造成了舜耕山地区整体的抬升（Zhu et al., 2017；詹润等， 2017），形成断块山地貌。又因东、西差异性逆冲位移量，在罗山形成前寒武纪飞来峰（图2a）。

舜耕山断裂是淮南煤田南缘逆冲推覆构造带内的二级断裂（图1b）。主断面向南倾，浅部倾角较大，局部近直立，至深部变缓（杨为民，1993；姜波，1993；张壹，2016）。在老龙眼水库以西可见该断裂直接出露，上盘为奥陶系马家沟组碳酸盐岩，下盘则为下三叠统石千峰群紫红色、土黄色砂岩（图4e）。断裂出露宽度数米至十余米，断层泥、碎粒岩和断层角砾破碎带均见发育。受该断裂逆冲活动的强烈改造，舜耕山前中生代地层走向呈近E-W向平行展布，并发生倒转（图2b）。此外，区内还发育了一系列同期伴生的同向和反向倾斜次级逆断层（图4f）。

印支期之后中国东部受控于西太平洋区大洋板块的俯冲作用发育了多期次的构造叠加变形（朱光等，2016, 2018）（图1b）。舜耕山地区还发育了NE、近N-S 和NW 向断层（图2a），部分断层有较好出露（图4g）。另外，舜耕山还可见次级褶皱发育（图4h），以中小型膝折或宽缓褶皱为主，靠近断层偶见牵引褶皱。节理构造广泛发育，并且多被方解石脉充填。不同期次的剪节理、张节理切割和叠加关系清晰可见。

3.4 碳酸盐岩地貌

碳酸盐岩是舜耕山出露地层的主体，地表和地下岩溶作用广泛发育。本次研究共定位出碳酸盐岩地貌亚类地质遗迹5 处（表2），而实际遗迹数量应更多。由于舜耕山地势相对低缓且植被茂密，因而岩溶地貌景观的规模不大。

因构造和非构造裂隙广泛发育，并且地层产状近直立，因而舜耕山碳酸盐岩露头可见大量的溶痕、溶沟、溶蚀裂隙、岩脊以及溶洞等岩溶地貌（图4i）。规模较大者诸如洞山南坡的老佛洞（图4j），洞内高度超过6 m，最宽处约3 m，发育于寒武系张夏组顶部中厚层鲕粒灰岩中。该溶洞垂向上显著受NNW 向裂隙控制，洞壁上还发育有横向的溶蚀边槽。在舜耕山河道、山顶等较大规模基岩裸露区常发育石芽群（图4k），局部可达石柱规模。

3.5 水体地貌

舜耕山水体地貌类地质遗迹主要包括湖泊和泉，分别有7 处和3 处（表2）。根据成因可将本区的湖泊划分为三类：水库型（罗山水库、泉山湖、老龙眼水库、长山水库）、废弃采坑型（仙女湖、天目湖）和塌陷型（大通湿地公园）。舜耕山西段罗山推覆体新元古界刘老碑组中上部巨厚的页岩由于差异性风化形成谷地，罗山水库和泉山湖即坐落在易风化的页岩展布带内。老龙眼水库原是位于舜耕山北麓由泉水汇聚而成的积水塘，而长山水库原是位于舜耕山南麓的涧沟。仙女湖、天目湖（图4a）均是由寒武系张夏组石灰岩露天采坑积水而成。大通湿地公园（图4d）则是舜耕山九龙岗—大通岩溶及采煤沉陷区的一部分（图2a）。

泉在舜耕山较为发育。由于寒武系—奥陶系碳酸盐岩出露区裂隙和溶隙发育广泛，大气降水垂向入渗补给地下水，并在沿山边坡、穿山公路或采场剥露面、断层破碎带等位置形成下降泉（黎志豪等，2018, 2019）。位于老龙眼水库西南的听泉规模和涌水量较大（图4l），是该水库的补给源之一。

4 存在问题与开发远景

舜耕山地区位于强构造变形带，原生与次生构造广泛发育，岩石类型与矿产资源丰富，矿山开发程度高，天然出露与人工剥露地质遗迹数量众多、类型多样。然而在地质遗迹资源保护与开发利用上存在一系列突出问题亟待解决。

（1）一方面，城市建设和矿山开采破坏了原有地质遗迹。舜耕山位于淮南市区之内，沿山建筑和基础设施密集分布。大规模的石灰岩露天开采直接削山为谷，对原有自然景观破坏严重，并产生崩塌、滑坡、塌陷等一系列地质灾害。舜耕山泉眼也因此破坏严重，加上城市过度用水造成水位降低，现存的泉眼均为间歇泉，甚至干涸。

（2）另一方面，矿山开采间接剥露出新的地质遗迹，如地层剖面、构造剖面、化石产地等，还形成了矿业遗址、地质灾害等遗迹类型。矿山生态修复工程（如回填、复绿，等）如何兼顾保留、保护部分典型地质遗迹面临较大挑战，甚至经常被忽视。

（3）地质遗迹基础理论研究意义重大。舜耕山构造位置特殊，是华北克拉通东南缘少数前中生代基岩出露区。新元古代—早古生代地层剖面连续、完整，含丰富古生物化石。受印支期以来多期构造叠加作用，岩石变形强烈。本次研究仅对舜耕山已出露地质遗迹开展了系统的定位以及宏观的描述和成因分类工作，对于区域地层详细对比、前寒武纪至早古生代古生物分布与演化规律以及古气候与古环境重建、舜耕山构造分期与古应力场反演、与周边淮南煤田和合肥盆地地球物理勘探及钻探资料的对比、精品地质遗迹点成因的深入研究与开发规划等一系列科学问题，未来需要进一步开展更为深入的研究工作。

（4）舜耕山地质遗迹资源开发潜力巨大，目前尚未很好应用于地学科普教育事业。舜耕山所处城市中心地带，交通便利，风景区已有基础设施基本完善，是开展地学科普教育和地学旅游的极佳场所。

基于此，未来还需要对舜耕山开展进一步的地质遗迹资源数据库登记和评级工作，对极为典型稀有的、欠保护即将消失的地质遗迹开展专项维护工作。例如，建设舜耕山地质博物馆，对本地典型岩矿石、古生物标本或其他野外难以保存的地质遗迹进行异地集中保存，并面向社会开放以用于交流和学习。对稳定的野外露头设立保护线和科普讲解牌，规划精品研学与旅游路线，融合地质博物馆建立地学科普基地，组织专业科普人才队伍和多样的科普活动，面向中小学生、游客开展地学知识科普。