神農架世界地質公園地質遺跡特征及科學價值研究

李 戰，陳方明,2

(1.湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢 430062；2.環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室，北京 100084)

1 引言

神農架世界地質公園位于湖北省與重慶市交界的長江與漢水的分水嶺一帶，位于神農架林區的中南部,包括整個神農架世界級自然保護區及其周邊地區，面積約1000 km2。園區與重慶市的巫山縣、湖北省的竹山縣、巴東縣、房縣、興山縣等五縣相鄰。地理坐標為東徑109°56′～110°59′，北緯31°18′20″～31°52′。由于特定的地質背景、地理位置和氣候條件，使神農架成為眾多地質、地貌景觀的集合體。出露的上前寒武系地層、良好發育的神農架群斷穹構造、第四紀冰川地質遺跡、包括2000 m以上的多級剝夷面、珍貴的高山濕地草甸等，得天獨厚的地質景觀使得神農架擁有了一座世界級的地質公園。

2 神農架地區主要地質遺跡資源及特征

2.1 地層

神農架群地層總體較平緩，常呈舒緩波狀，巖石變形較弱，地層系統有序。神農架地區的地層發育完有上前寒武系的典型地質剖面，也是區內出露最廣且齊全的地層單位，主要分布于神農架周邊。為一套碎屑巖—碳酸鹽巖建造。根據巖性組合特征、層序關系及古生物化石資料，自下而上劃分為寒武紀下統牛蹄塘組、石牌組、天河板組、石龍洞組、中統覃家廟組、中—奧陶紀上統婁山關組。

根據神農架群的地層剖面研究顯示，南沱組的冰磧礫巖，記載了8億年前的冰雪事件；震旦系陡山沱組中富含磷礦，燈影組巨厚的白云巖往往形成絕壁，并發育溶洞。寒武、奧陶系以發育碳酸巖為主，富含三葉蟲、腕足類等化石；志留系由易于風化的砂巖、頁巖組成，往往形成寬緩的地貌。二疊與三疊系主要分布于神農架穹隆周緣，石灰巖發育，易于形成巖溶地貌。第四系多見于溝谷之中和河流階地上。

2.2 地質構造演變

位于地球北緯30°的神農架，地質構造屬揚子屬揚子克拉通北緣，位于我國大陸二級階梯的東緣，新華夏系一級大型隆起帶，淮陽山字型構造西翼反射弧脊柱、盾地、大巴山弧形構造以及其他旋扭構造的復合部位，構造極其復雜。其北為中央造山帶的南秦嶺，其南為黃陵太古代古陸核，是大巴山脈東延部分，向東進入長江中下游平原。

神農架地質構造變形可以分為五個階段。第一階段，神農架(上揚子古地塊北緣)處于華南古地塊和華北古地塊之間，晉寧運動過程中它們互相俯沖碰撞。現有資料反映神農架褶皺基底在晉寧造山期位于黃陵結晶基底的北側。晉寧造山運動改變了兩者的原始位態，使不同構造環境的地塊拼貼在一起。第二階段神農架褶皺基底該期變形不明顯，青白口紀涼風組中發育的小型褶皺構造可能是該期構造形跡。第三階段測區大部表現為抬升，隆起成陸而缺失沉積，形成志留系與上覆地層的平行不整合界面，地層未發生構造變形。第四階段形成以新華斷裂為代表的北東向構造，疊加改造所有前期構造形跡，形成神農架穹窿。在隆起的同時發育以拆離斷層為代表的伸展構造形跡。第五階段區內為間歇性隆升與外營力溶蝕、剝蝕和側向侵蝕，及重力作用。形成現在的地勢地貌、水系、夷平面、河流階地、水平溶洞等，同時有地震活動及繼承性斷裂活動，并有滑坡、泥石流等地質災害發生。

2.3 地貌景觀

從晚古生代開始，神農架已不再接受海浸，經歷了印支、燕山運動的影響，使之發生褶皺和斷裂，基本奠定下神農架構造骨架。園區內的地質地貌景觀以山岳地貌、冰川地貌和巖溶地貌為主。

神農架自然保護區屬于由大巴山脈向東延伸的余脈組成的中高山地貌。進入第四紀后，新構造運動對神農架的影響，主要是在總體窿起的背景上，表現為北北東的節律性的拱曲上升，形成山地，由于間歇式抬升，山地形成多組夷平面。林區自燕山運動第一幕以后一直處于間歇性的上升降起之中，在內外營力作用下，發育了多級剝夷面。根據剝夷面的發育特征、海拔及與相鄰地區剝夷面的相互關系，區內可劃分七級剝夷面。西南部地勢高峻，海拔在2000 m以上；中部和南部海拔一般在1000～2000 m；東部海拔大多在500～1000 m。地勢基本特點是西高東低，自西向東逐級下降，呈現出兩個明顯的傾斜階梯。

由于第四紀早期氣候潮濕、寒冷，在神農架自然保護區部分地段殘留了冰川地貌，冰川地貌主要分布于神農架主峰、大九湖、老虎頂、木魚等地，可以分出三次冰期和兩次冰緣期。園內冰川侵蝕地貌保存較為完整。并留下了刃脊、冰斗、冰蝕槽谷等冰蝕地貌和側磧堤、漂礫等冰磧地貌及堆積物。

巖溶地貌是淋溶性巖石(主要指碳酸鹽巖) 在地表水和地下水流動、溶蝕作用下形成的地貌景觀。神農架林區此層表面約20%是碳酸鹽巖覆蓋著所以園內巖溶地貌種類型齊全，發育完整。巖溶地貌類型包括喀斯特漏斗和洼地、坡丘谷、溶洞、落水孔、暗河、喀斯特盆地等。在神農架群區內的區內可溶性的巖石以白云巖為主，在多種地質營力的作用下，形成了怪石嶙峋、溝壑縱橫的地貌景觀。

2.4 水文景觀

2.4.1 河流

復雜多樣的林區地貌孕育了發達的河流水系境內共有大小溪流317條，均發源于本區境內，屬于高山河流，河流下切強烈，河床比降大，并以大、小神農架為中心呈扇形放射狀向外奔流。

2.4.2 泉

神農架林區地跨兩個三級構造單元，大部分地區屬神農架穹窿狀背斜。特殊的地質結構，再加上復雜的地貌類型以及濕潤多雨的氣候類型，使得林區境內泉水露頭較多。

天泉位于木魚鎮彩旗村天生橋景區內，為一典型上升泉，是一個天然的泉眼，由承壓含水層補給形成的泉，四季泉水長流。現已修葺成為一淺水井。

香溪源位于木魚鎮香溪源風景區內，純凈清澈、一塵不染，幾步之內就形成清澈溪流，山泉順勢而下，不遠處就形成一條“大白龍”，沿崎嶇山谷一路奔騰，一彎一處風景，一轉一幅美景，時時出現清幽的深潭、壯觀的瀑布，令人心清氣爽愜意盎然，有“天下第十四泉”之稱。

2.4.3 瀑布

神農架山澗谷地流水淙淙，瀑布高懸，河水落差大，水量充沛，所以容易形成瀑布景觀。其中尤以金猴嶺的金猴飛瀑，三堆河瀑布，天生橋的天橋飛渡，香溪源的降龍瀑等最為秀美壯麗。

2.5 環境地質災害景觀

神農架區內的地質災害主要是崩塌和滑坡，陽河和板橋河與的河谷兩岸多有分布。例如板橋河中的巨石堆積和神農祭壇旁的古滑坡體。

2.5.1 崩塌

神農架林區境內崩塌的形成主要受地形地貌、地層巖性及其組合關系、地質構造影響。例如下谷坪鄉興隆寺一組馬家溝崩塌，其位于下谷坪鄉興隆寺村一組板橋河左岸斜坡上部，地處板橋斷裂影響帶內，崩塌所處斜坡結構類型為斜向坡。

2.5.2 滑坡

土質滑坡在林區境內分布廣泛，斜坡凹槽及坡腳堆積有各種成因的土體，結構松散—稍密，力學強度低，透水性強，極易形成滑坡。例如木魚鎮木魚村一組小當陽滑坡，滑坡位于木魚鎮小當陽村當陽河右岸，斜坡處于木魚坪向斜南西翼，滑坡后緣海拔1700 m，前緣海拔1300 m。該滑坡為古滑坡，1983年6月滑坡前緣發生過數十立方米的坍塌。

3 地質公園地質遺跡景觀分類

地質遺跡(Geological Relics)是指在地球演化的漫長地質歷史時期由于內外動力地質作用，形成發展并遺留下來的不可再生的地質自然遺產。重要的地質遺跡是全人類的寶貴財富，是生態環境的重要組成部分。地質公園(Geopark)是以具有特殊科學意義、稀有性和美學觀賞價值的地質遺跡為主體，并融合其他自然景觀、人文景觀組合而成的一個特殊地區。是以保護地質遺跡、開展科學旅游、普及地球科學知識、促進地方經濟、文化和自然環境的可持續發展為宗旨而建立的一種自然公園(蔡讓平等，2007；胡能勇2002；鄢志武等，2008)。神農架世界地質公園地質遺跡主要類型及各類型代表地質遺跡景觀見表1。

4 地質公園地質遺跡景觀科學意義

4.1 地層學意義

神農架的自然環境源于組成她的獨特地層和獨特的地質構造演化歷史。區內的地層剖面和重要的地層或構造運動界面具有全球對比意義。神農架褶皺基底出露較為齊全，地層發育完整，從元古界至第四系均有分布，褶皺基底保留了晉寧造山運動的痕跡，是研究上揚子地塊晉寧運動表現形式和變形歷史的良好地區。其中神農架群上前寒武系地層是世界上發育最為完整的地區之一，在風景埡、石槽河、野馬河至燕天埡皆有分布，通過研究確定神農架地區上前寒武系的地層層序，為國內研究晉寧造山運動和揚子地塊成生演化提供了優越條件。

4.2 巖石學意義

神農架地區出露的新元古代巖漿巖以淺成-超淺成基性巖為主，以輝綠(玢)巖、輝長巖為代表。輝綠(玢)巖作為基性巖漿侵入于涼風埡組底部層出露，多呈條帶狀，具擴張巖墻的特征，但規模不大。這一套基性火山巖組合在研究新元古代地質構造的演化方面很有價值。其中輝綠(玢)巖主要分布于神農架穹隆核心地區，呈環形巖墻狀及巖枝狀產出，基性巖墻群侵入的年齡在770 Ma左右，屬于晉寧期的構造事件，與全球羅迪尼亞超大陸的形成與裂解基本在同一時期。基性巖墻群作為非造山巖漿活動和大陸破裂的標志，在Rodinia古陸裂解研究中受到高度重視。

表1 神農架世界地質公園主要地質景觀

4.3 化石學意義

神農架世界地質公園中發育保存有晚前寒武紀地層中豐富的疊層石，主要存在于神農架群礦石山組(Pt2k)、大窩坑組(Pt2dw)和石槽河組(Pt2s)。礦石山組疊層石以大型柱狀為主，單個最高達2 m。大窩坑組疊層石為柱狀、半球狀。石槽河組疊層石多現于上部，以小型，波狀或半球狀為主。神農架群疊層石是研究分析元古代時期沉積環境和地層劃分對比的重要依據。此外更新世古人類遺址、第三紀孑遺動植物活化石等反映了古代生物演化、人類起源的歷程，對了解地球早期生命活動具有很高的研究價值。

4.4 構造地質學意義

神農架地處神農架地區處大巴山前陸構造帶，同時鄂西大洪山和川東雪峰山也在此匯聚，區內地質構造經歷了多階段的塑造與改造，地質發展歷史非常復雜。區內強烈的河谷深切作用,使得早期地層出露，尤其是前寒武紀地質演化出露較為齊全，是研究上揚子地塊前寒武紀地質構造演化歷史的良好地段。

4.5 地貌學意義

神農架群受印支運動末至燕山運動影響，發生了強烈的褶皺和斷裂，奠定了區內的地貌骨架，在后期的間歇性上升運動中，該區又受到了進一步的破壞和改造，隨著多層地貌的形成和發展，進入第四紀后，新構造運動對神農架的影響，主要是在總體窿起的背景上，表現為北北東的節律性的拱曲上升，形成山地，又由于第四紀早期氣候潮濕、寒冷，在部分地段殘留了冰川地貌，使區內地貌變得更復雜。

晚更新世末(6萬～7萬年前)，古氣候曾再一次變冷，由于神農架地勢較高，地理位置有利和氣候潮濕等原因，雪線下降幅度較大，在海拔2400～2700 m一帶，遺留下了該區最后一次冰期的遺跡。 在主峰附近發育的典型大窩坑、大埡等冰斗、小龍潭冰蝕谷以及冰斗前緣的冰磧堤等，表明該地區曾有冰蝕地貌及冰緣地貌發育，證明了第四紀時期曾有過氣候冷暖交替變化。因此，神農架主峰至木魚坪一帶的第四紀冰川遺跡具有較大的科學研究價值。在松柏鎮附近河流階地上晚更世晚期的砂質黏土層中發現了冰鍥及融凍卷曲構造，為研究古氣候、古環境提供了重要資料。

5 結語

地質遺跡應該屬于一種自然資源，也是人們可以永續享用而加以保護的自然環境。總的說來，一是通過建設地質公園這種方式來保護地質資源，實現可持續發展；二是要同旅游相結合，促進地方經濟繁榮；三是作為科普教育的載體，提高公民素質。

神農架世界地質公園園區是我國地學領域里一塊燦爛的瑰寶，是大自然留給人類的一個天然的地質博物館，在這個博物館里，珍藏著三峽地區乃至揚子地臺最古老的蓋層沉積，珍藏著形態各異的疊層石，珍藏著世界最古老的距今7億年左右的冰川沉積，珍藏著第四紀冰川地貌及豐富的孑遺生物，珍藏著更新世古人類遺址，珍藏著新構造運動導致的中高山多層地貌及巖溶地貌，對于認識地殼起源與演化、生命的起源、人類的發展等具有重要意義。了解園內地質遺跡的詳細信息和重要意義在于幫助公園更好整合、利用和保護地質遺跡資源,方便制定公園的科學合理的發展規劃, 促進神農架世界地質公園協調發展。