全国优秀学位论文郑永飞

‍安徽天柱山地质公园地质遗迹类型及综合评价 _上海地质SHANGHAIGEOLOGY 安徽天柱山地质公园地质遗迹类型及综合评价 ‍ 吴维平,柏林,郑炎贵,黄江华,夏吉侃3 王晨东3 章云中,  余国胜.,吴方庆.,徐小三.,吴跃东,储东如,汪德华  (1.安徽省地质调查院,安徽合肥230001;2 安徽省地质学会,安徽合肥 230001;  3.天柱山国家地质公园管理委员会.安徽潜山234300)  摘要:天柱山地质公园位于安徽省安庆市境内,面积约 .公园内举世闻名的超高压变质带,郯庐断裂  带,独具特色的花岗岩地貌,丰富多彩的水文地质遗迹,产出多样的古新世哺乳类动物化石等,极具典型性,  稀有性与自然完整性,这些地质遗迹集中反映了 20 亿年以来天柱山地区地质演化历史,被公认为大陆动力  学的天然实验室.  关键词:天柱山;地质公园;地质遗迹  中 图 分 类 号 :P931 文 献 标 识 码 :A 文 章 编号:1004—230X(2010)S1—0048—05  0 引言  天柱山地质公园位于华北,扬子两大板块之间大别  造山带的东段,郯庐断裂带的南段.以郯庐断裂为界,北  西侧不仅出露闻名全球的大别山超高压变质带,而且还  发育中生代花岗岩,东侧出露中生代火山岩系以及新生  代陆相沉积岩系.  大别山超高压变质带以发育含柯石英,金刚石榴辉  岩ll】,含柯石英硬玉石英岩[41 为特征,超高压变质作用时  代为印支期(226±2Ma)旧,因此,它们是三叠纪扬子板块  与华北板块碰撞,扬子板块陆壳基底俯冲到地幔深度的  变质产物.此外,超高压变质带中还发育大量新元古代  侵入岩,现已经变质为二长花岗质片麻岩,其形成时代  均为700～800Ma 之间,为Rodinia 超大陆裂解的产物.  研究表明,它们也经历了印支期220Ma 的超高压变质作  用.  公园主景区岩石为花岗岩类,岩石类型为石英二长  岩,黑云母(--长)花岗岩,其岩石化学成分为钙碱性岩浆  系列,岩浆来源于三叠纪扬子陆块俯冲产生的加厚地壳,  形成深度为35～55km,成岩温度集中在700%～800℃  之问.形成机制可能与大陆碰撞造山带在早白垩世发生  构造垮塌和地幔热扰动所引起的部分熔融有关.花岗岩  中先后获得锆石u—Pb 年龄为127±8Ma,129±20Ma  ～  1314-2Mat 砌,属早白垩世岩浆活动产物.  中生代火山岩分布在郯庐断裂带中,新生代陆相沉  积岩中产有大量的哺乳动物化石.  收稿日期:2010—10—21  作者简介:吴维平(1957 一),男,教授级高级工程师.  联系电话:O55—14658252;电子邮箱:  48I2010 年(第31 卷)增刊  公园位于北西向的水吼～五河韧性剪切带与北东  向郯一庐断裂带的交汇部位,断裂构造发育.早期以北  西向韧性剪切带为主,晚期以北东,北北东向脆性断裂  为主,其中花岗岩体中的节理构造尤为发育,有近东西  向,近南北向,北东向,北西向,有垂直节理,水平节理和  斜节理,有岩浆冷却凝结时形成的原生张节理,有岩体  凝固后受动力作用形成的次生节理和温差重力滑动等  作用形成的表生节理.上述脆性断裂构造是天柱山花岗  岩地貌景观的重要的成景控制构造.  1 地质遗迹类型及特征  地质公园范围内保存有丰富的地质遗迹(表1),其  中主要地质遗迹类型有:花岗岩地貌,水文地质,超高压  变质带,古生物化石等.  独具特色的花岗岩地貌遗迹  天柱山几乎包罗了世界上所有的花岗岩风景区的  地貌景观,奇峰,怪石,洞穴,峡谷等胜景主要分布在天  柱山主峰景区,马祖庵景区,虎头崖景区等.尤以花岗岩  崩塌及崩塌堆叠形成的神秘谷洞地貌景观典型独特,堪  称世界一绝.  花岗岩奇峰:天柱山海拔千米以上的花岗岩奇峰  47 座,组成气势磅礴的连绵峰峦.其中天柱峰海拔  ,主峰拔地而起,突兀众山之上,直插云霄,势如  “中天一柱”,五指峰,天狮峰,迎真峰,覆盆峰等在云遮  雾绕中形成了”峰丛”奇观.根据花岗岩奇峰形态的不  同,可分为四类:柱状峰,脊状峰,穹状峰,锥状峰.  花岗岩怪石:在雄伟峻峭的天柱山峰林与峰丛中,  怪石嶙峋,形态各异,惟妙惟肖,星罗棋布,冠名奇石多  SHANGHAIGEOLOGY 上海地质_  表1 天柱山地质公园地质遗迹分类表  TablelTianzhuMountaingeologicalparkclassificationofgeologicalheritag e  达200 余处.如南关的天柱猿,金鸡唱晚,神龟探海,象  鼻石等形象逼真;西关的皖公神像,太白观海,鹦哥起  舞;东关的双狮戏球,鼓槌石,蜒蚰爬壁,鹊桥横空,虎头  崖上的蘑菇石,船形石,无量寿塔石;马祖庵景区的猪头  石,霹雳石等等,不胜枚举.按照其成因,可分为四种类  型:风化剥蚀型,崩塌型,崩塌堆积型,滚石型.  花岗岩洞穴:天柱山共有知名洞府53 处,且多聚集  千米以上的主峰景区.其成因或沿花岗岩节理,裂隙风  化侵蚀而成,或为水流侵蚀,潜蚀而成,多数为峰巅崩塌  的岩石叠垒于峡谷而成.公园中,最具特色的莫过于神  秘谷,以规模最大,结构最为奇特着称,被誉为”中国花  岗岩洞第一秘府”,为天柱山奇胜之一.全长1000 余米,  落差100 余米.大洞四处,龙宫,迷宫,天宫,逍遥宫;危  洞幽深,洞套洞,洞叠洞,如口廊九曲,楼台层垒.道家视  此为福地洞天,称之为司玄洞府.  峡谷:天柱山地质公园山势险要,由近东西向,近南  北向和北东向的断层,节理形成的峡谷和悬崖较多,高  下逼仄,雄伟壮观,如小天门,大天门,千丈崖等.  1_2 丰富多彩的水文地质遗迹  天柱山西南有潜水,东北有皖河,形成独特的”两河  夹一山”的格局,水文地质资源丰富多彩,有瀑布,井潭,  溪泉,河湖,沙滩等景观.  瀑布:着名者有20 瀑.”飘云瀑”,是全山最高的瀑  布,海拔约1100m;”雪崖瀑”宽约10m,落差40 余米,是  天柱山最佳瀑布之一.”激水瀑”,青龙涧水至此飞流直  下,声若巨雷,数里之外,即闻其声.九井河瀑布群,九大  瀑布相接相续,姿态各异,美不胜收.  潭:为花岗岩沟谷内流水淘蚀形成大小不一的椭圆  状,葫芦状或洞窟状的深水潭.  泉:天柱山19 泉,如飞来泉,飞龙泉,山谷泉,铁心  泉,九曲泉,幽涧泉,梁公泉,摩围泉,卓锡泉等,泉水清  澄,终年不涸.  涧溪:多是流水沿构造破碎带侵蚀而成山中涧溪.  主要有:潺潺溪,石牛溪,飞来涧,青龙涧,幽涧,东关涧,  皖涧等等.皖涧全长5km,岸崖陡险,松荫蔽谷,竹海生  风,涧水激流奔腾.  举世闻名的超高压变质带  超高压变质岩  (1)榴辉岩  榴辉岩是碧溪岭一新店一牌楼超高压变质带的特  征岩石,岩性有榴辉岩,含金刚石榴辉岩,含柯石英(或  其假象)榴辉岩等.其中含金刚石榴辉岩(潜山新店)最具  代表性.金刚石呈微粒包体出现在超高压榴辉岩的石榴  石之中,并有金红石,柯石英,锆石等包体矿物与之共  2010 年(第31 卷)增刊』49  _上海地质SHANGHAIGEOLOGY  生,其形成条件为:P>>900%.柯石英及其假像  在超高压榴辉岩的石榴石,绿辉石中以包体出现,含柯  石英榴辉岩的形成条件为:P=～～  780℃.根据围岩类型,可将榴辉岩分为3 类,即片麻岩  中的榴辉岩,大理岩中的榴辉岩及与超镁铁质岩共生的  榴辉岩.  f2)Z,fZ 玉石英岩  硬玉石英岩主要分布在潜山野寨,韩长冲,横冲,五  庙,岳西碧溪岭,五河等地,长达30kin,是全球出露面积  的最大的硬玉石英岩带.硬玉石英岩主要由硬玉,石英,  石榴石及金红石组成.在石榴石及硬玉中都有柯石英及  其假象,表明它们也经过超高压榴辉岩相变质作用,其  变质途径和与之共生的榴辉岩一致l111.石英硬玉岩的岩  石化学及稀土元素特征表明它们是一种富钠的杂砂岩.  (3)石榴橄榄岩  石榴橄榄岩主要分布在碧溪岭,呈层状或脉状产出  在榴辉岩中,园区范围内出露20 条,主体呈北东向,少  数呈北西向.在石榴橄榄岩中有榴辉岩的包体.石榴橄  榄岩深灰色,块状,致密.发育不同程度的蛇纹岩化.岩  石细粒粒状变晶结构,主要矿物为橄榄石+斜方辉石+  单斜辉石+石榴石及次生的蛇纹石.橄榄石55%,单斜  辉石20%,石榴子石20%,磁铁矿少量.  产出丰富的古近世哺乳类动物化石  古生物化石主要发现于古新统望虎墩组,痘姆组,  其中尤以产出丰富的哺乳动物化石为特色.园区内20  多个地点发现了50 余种脊椎动物化石,包括11 种爬行  动物,1 种鸟类和42 种哺乳动物.在这些化石中,以”东  方”命名的有3 种:东方晓鼠,东方翼兽,东方祖鼬;以  “中国”命名的有2 种:原始中国柱齿兽,中国飞蜥;以  “大别山”,”安徽”命名的有10 种,以”潜山”及潜山地名  命名的有17 种.公园内发现的哺乳动物化石中有相当  数量的亚洲独有类群,如兽科,假古猬科,丽科,宽臼兽  科,模鼠兔科等.另外还有一些与已经灭绝的古老类群  起源有关的种类,如潜水本爱兽(Benaiusqianshuiensis  WangetJin,2004)等.以高脊兽ltilambda)和大别古脊  齿兽rchaeolambdatabiensisHuang,1977)为代表的古  老有蹄类也颇为繁盛.除了哺乳动物之外,怀宁始猛鳄  (EoalligatorhuiningensisYoung,1983)被认为与现生的扬  子鳄有较近的亲缘关系,可能代表了扬子鳄的祖先类  型.李氏皖水鸡(WanshuinaliiHou,1994)是世界上为数  极少的古新世鸟类之一,是已知鹤形目秧鸡亚目的最早  代表,也是鹤形目唯一的古新世代表.这些化石的发现,  为世界古新世哺乳动物群研究增添了新的内容,大大地  50l2010 年(第31 卷)增刊  丰富了人们对新生代初期哺乳动物发展历史的认识.  2 地质遗迹综合评价  科学价值  公园位于华北,扬子两大板块之间大别造山带的东  段与郯庐断裂带的复合部位.举世闻名的超高压变质  带,郯庐断裂带,独具特色的花岗岩地貌,丰富多彩的水  文地质遗迹,产出多样的古新世哺乳类动物化石等,极  具典型性,稀有性与自然完整性,这些地质遗迹集中反  映了2O 亿年以来天柱山地区地质演化历史,被公认为  大陆动力学的天然实验室.  其一,闻名世界的大别山超高压变质带横贯园区南  部地区新店一牌楼一带,出露大量超高压岩石组合,主  要有榴辉岩,石榴橄榄岩,硬玉石英岩等,其中含金刚石  榴辉岩(潜山新店),含柯石英榴辉岩,含柯石英硬玉石英  岩最具代表性.柯石英的发现是全球范围内的第3 例,  中国首例,榴辉岩中金刚石的发现是全球范围内变质岩  中的第二例,榴辉岩中的首例.碧溪岭榴辉岩是全球地  表出露面积最大的榴辉岩体,牌楼一菖蒲出露全球规模  最大的硬玉石英岩带.与全球发现的22 条含柯石英,金  刚石和其他超高压矿物的超高压变质带相比较,目前国  际公认这里是全球范围内规模最大,剥露最深,出露最  好,超高压矿物和岩石组合最为丰富的超高压变质带重  要地段七.数十年来,一批又一批的中外地质学家在园  区进行科学考察与研究,据不完全统计,慕名来园区考  察的地质学家来自世界30 多个国家和地区.关于研究  大别山超高压变质带的SCI 文章有1000 余篇,其中仅  引用徐树桐教授1992 年Science 论文的文章有500 多  篇,引用李曙光院士1993 年ChemicalGeology 论文的文  章有300 多篇,引用郑永飞院士1998 年EPSL 论文的文  章有200 多篇.这里涌现了一大批在世界上有重要影响  的地质科研成果,成长了一大批杰出的中青年地质学  家,从这里已走出了6 位中国科学院院士,被誉为”中国  地质学家的摇篮”.高压一超高压变质带记录了陆壳深  俯冲,碰撞造山及折返的历史全过程,揭示了低密度的  陆壳物质在具高流变强度时被俯冲(深埋)到100～120km  以下的地幔深度,然后又快速折返到地壳的这一壮观地  质历史过程,成为了解板块俯冲碰撞,造山带的缩短加  厚以及俯冲深根的形成与折返机制等造山动力学研究  的必不可少的对象;成为在大陆动力学研究中最富有挑  战性的前沿和持续20 年迄今仍然闪亮的科学探索命  题.具有世界地质科学意义.  其二,园区东部野寨一牌楼断裂是全球着名的郯庐  断裂带的南延部分,构成大别山超高压变质带与潜山盆  地的边界断裂.郯庐断裂带的多期活动历史,对大别山  超高压变质带的折返,天柱山花岗岩的成岩,成景过程  以及古近纪哺乳类动物化石的形成具有重要的控制作  用.  其三,园区不仅是举世闻名的大别山超高压变质带  立典之地,而且也是中生代岩浆活动最为强烈的地区之  一  .天柱山花岗岩形成于中生代,就位于大别山超高压  变质带的东端与郯庐断裂交汇部位,其成岩作用经历了  板块俯冲和碰撞以及碰撞后的拉张松弛过程.研究天柱  山花岗岩的物质来源及成因机制,对探讨大别造山带碰  撞后深部地壳的地球化学性质和中国东部燕山期大规  模构造热事件的成因机制具有重要的意义.  其四,同区主体地貌属于由中生代花岗岩构成的峰  林峰丛地貌.花岗岩微地貌类型多样,几乎包罗了世界  上所有的花岗岩风景区的地貌景观,奇峰,怪石,洞穴,  峡谷等,其中以花岗岩崩塌及崩塌堆叠形成的神秘谷洞  穴地貌景观典型独特,堪称世界一绝.已被陈安泽命名  为”天柱山型”崩塌叠石地貌景观【131,因而具有突出的地  貌学价值.  其五,园区产出丰富的古新世哺乳动物化石,具有  亚洲的地方性特色,在研究新生代初期哺乳动物演化方  面具有独特的地位.目前在国外古新世哺乳动物发现最  多,研究程度最高的是北美,但潜山古新世哺乳动物明  显区别于北美及欧洲等地的化石.在亚洲其他国家,只  有蒙古有较丰富的古新世哺乳动物产出,但其时代是古  新世最晚期,明显晚于安徽潜山及中国南方其他地区.  同时,其动物群组成中也没有大量古老类群的原始种  类,与潜山古新世动物群差别相当显着.国内同期可以  比较的古新世动物群以安徽潜山,广东南雄和江西池江  最为着名.与南雄和池江相比,潜山的古新世,$-9L 动物  群在生物演化上有着独特意义.  潜山发现的最有意义的化石当首推东方晓鼠  (HeomysorientalisLi,1977)和模鼠兔(MimotonawanaLi,  1977,robustaLi,1977),它们分别代表了啮齿类(鼠)  和兔形类(兔)的祖先类型.”东方晓鼠”即取意为它的  “发现对啮齿类动物起源的问题犹如东方旭El,朦胧欲  晓了”.相关研究一致认为晓鼠和模鼠兔分别为啮齿类  和兔形类的起源提供了可靠的化石证据,并进一步证实  了啮齿类和兔形类是同源的,都应起源于以潜山为代表  的亚洲地区.”潜山安徽龟”化石是我国迄今发现的最早  色鳌类地史记录.天柱山地质公园从而被公认为”亚洲  哺乳动物的发源地之一,古脊椎动物化石的宝地”.  2-2 科普教育价值  SHANGHAIGEOLOGY 上海地质-  园区所处的独特的大地构造位置,漫长而复杂的地  质演化历史,丰富而典型的地质遗迹,大别山超高压变  质带的经典地段,全球古新世啮齿类与兔形类哺乳动物  起源地,独具特色的花岗岩地貌,不仅为中外地质学家  和国内外众多的高校,科研院所所瞩目,而且成为开展  青少年认识自然的科普教育和爱国主义教育基地,传播  科学文化知识场所.通过对地质遗迹和地貌特征的科学  解释和成因分析,使广大游客,特别是青少年更加直观  地了解板块学说与地球演化史,既增长了科学知识,又  能增强对地质遗迹重要价值的认识,从而更好地保护地  质遗迹.  目前,天柱山地质公园已成为中国科学技术大学,  南京大学,安徽省地质调查院等十余个高校院所的教学  科研基地和全国青少年科普基地.日前,公园与El 本富  士山公园结成友好姊妹山.天柱山地质公园的科普旅游  已日臻成熟,闻名中外.  美学观赏价值  天柱山花岗岩在漫长的地质演化和自然作用下逐  渐演变形成的”峰雄,石奇,崖险,岭秀,洞幽”奇特地貌,  与变幻莫测的云海,佛光等气象景观,丰富的动植物以  及多姿多彩水文地质遗迹的完美结合,造就挺拔峥嵘,  风姿绰约,变幻莫测的万千气象,犹如一轴气韵生动的  立体画卷,给人以强烈的视觉冲击和美学享受.  天柱山的美学价值表现在:  各种景观有机组合,高度的和谐,形成统一而连续  的构图格局,有着三度空间的可感形象,具有分明的层  次感和韵律美,具极高的艺术观赏.  天柱山位于中国南北过渡地带,既有北山之雄,又  有南岭之秀,雄奇灵秀系于一身,故给人以博彩美一峰  体硕大,给人以壮美;植被良好,给人以秀美;怪石众多,  给人以奇美;洞穴深邃,给人以幽秘之美.  天柱山的雄峰,奇石,洞穴,瀑布等景观丰富多样,  令人目不暇接.而每一景,一物又都显示出自然的形态  美,特别是堪称中国一绝的天柱巧石,千姿百态如人如  兽,如诗如画,凸显个性美,奇峰地貌,云海奇观,松竹清  新,皆出神人化,美不胜收.  天柱山天生丽质,美在自然,由于生态与原貌保存  较好,至今其峰崖岭隘,草木花卉,沟谷溪流无不呈现出  原汁原味的自然本色之美,既有纯朴天然色彩美,也有  天籁之声的听觉美与四季朝夕的动态美,历来为名人,  雅士所赞颂,历代天柱山水诗文作品层出不穷,是对天  柱山自然美的最好体现.  社会价值  2010 年(第31 卷)增刊f51  _上海地质SHANGHAIGEOLOGY  公园旅游业的发展,带动了地方经济的发展同时推  动公园内外,以服务游客的商业网点的迅速发展;地质  公园的建立直接解决当地一部分人的就业,又可以带动  相关产业的劳动力就业,解决农村剩余劳动力的转化,  极大地缓解了当地劳动力过剩的压力.农家乐已成为天  柱山地质公园周边居民一项重要的经济来源渠道.地质  公园的建立得到周边居民的认可和支持,极大地提高了  当地居民的生活水平,有力地促进了公同地质遗迹,生  态环境保护和当地经济的持续发展.  参考文献  [I]OkayA1,XuST,,  centralChina[J].EurJMineral,1989,1:595—598.  【2】WangX,LiouJG,—hearingeclogitesfi’omtheDahie  MountainsincentralChina[J].—1088.  [3]XuS,OkayAI,JiS,—  phicrocksanditsimplicationfortectonicsetting[J].Science,1992,256:  80-82.  [4]SuW,XuST,—jadetiteinDabieMoun—  tains,EasternChina[J].—662.  15lLiS,XiaoY,LiuD,  Yangtzeblocksandformationofcoesite—bearingeclogites:Timingand  processes[J].—111.  [6]薛怀民,董树文,刘晓春.大别山东部花岗片麻岩的锆石U—Pb 年  龄lJJ.地质科学,2002,37(2):165—173.  [7]陈道公,EtienneD,支霞臣,等.安徽潜山片麻岩锆石年龄lJJ 科学通  报,(2):214—217.  [8】程裕淇,刘敦一,Williams 等.大别山碧溪岭深色榴辉岩和片麻岩  状花岗质岩石SHRIMP 分析:晋宁期高压一超高压变质作用的同  位素年龄依据地质,2000,74(3):193—305.  [9]赵子福,郑永飞.俯冲大陆岩石圈重熔:大别一苏鲁造山带中生  代岩浆岩成因【J1.中国科学(D 辑),2009,39(7):888—909.  『10_GeNJWuWP,—PbzirconagesofTianzhushangranitesinthe  easternDabieOrogenandtheirgeologicalimplications[J].ScientiaGe—  ologicaSinica,1998,7(4):521-525.  [11]CongB,ZhaiM,Cm’swellDA,—pres—  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1978年9月至1985年4月年在南京大学学习，获学士和硕士学位。1985年5月至1987年8月在南京地质矿产研究所工作，任助理工程师。1987年9月至1991年2月在德国哥廷根大学学习，获博士学位。1991年3月至1993年9月在德国图宾根大学进行博士后研究。1993年10月至今在中国科学技术大学任教，历任副教授、教授、博士生导师、系主任、学院副院长。2005年3月起任中国科学院壳幔物质与环境重点实验室主任。2009年11月当选中国科学院院士。2010年10月至2012年5月挂职安徽省科技厅副厅长。第九、十、十一届全国人大代表，民盟第八、九、十届中央委员，民盟安徽省委第九、十、十一届副主委、第十二届主委。 依据是ISI统计的在1997年--2007年的11年里所检索了世界前2000名的地球科学家所发表署名论文的被引次数，郑永飞教授排在中国大陆科学家的第一位。

郑永飞，男，汉族，1959年10月出生，安徽省长丰县人。1994年10月加入中国民主同盟。1991年2月在德国哥廷根大学获博士学位。现任民盟中央常委，民盟安徽省委主委，安徽省政协常委，第十二届全国人大代表，中国科学院院士，中国科学技术大学教授、博士生导师、中国科学技术大学地球和空间科学学院副院长，中国科学院壳幔物质与环境重点实验室主任。