張立軍, 姬書安, 王 磊, 王夢易

1)海南熱帶海洋學(xué)院, 海南三亞 572022; 2)中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037;3)錦州古生物化石和花崗巖國家地質(zhì)公園管理站, 遼寧錦州 121000

我國以國家公園為主體的自然保護(hù)地體系中,國家地質(zhì)公園屬于自然公園類, 稱國家地質(zhì)自然公園, 是指以具有國家級特殊地質(zhì)科學(xué)意義、較高的美學(xué)觀賞價值的地質(zhì)遺跡為主體, 并融合其它自然景觀與人文景觀而構(gòu)成的一種獨特的自然區(qū)域, 作為保護(hù)地的一種類型實施管理。其設(shè)立的主要目的是保護(hù)珍貴的地質(zhì)遺跡, 并在保護(hù)的前提下合理開發(fā)利用(國土資源部地質(zhì)環(huán)境司, 2016)。地質(zhì)遺跡資源類型多樣, 但無論是哪種類型的地質(zhì)遺跡都是長期地質(zhì)作用的產(chǎn)物, 反映了與之息息相關(guān)的地質(zhì)背景, 對其地質(zhì)背景進(jìn)行研究, 是建立地質(zhì)公園的基礎(chǔ)(趙遜和趙汀, 2003)。

2014年1月9日, 遼寧錦州古生物化石和花崗巖國家地質(zhì)公園被國土資源部授予國家地質(zhì)公園資格, 成為國土資源部 2014年批準(zhǔn)建立的第七批國家地質(zhì)公園之一, 并于2019年9月通過國家林業(yè)和草原局組織的驗收, 正式成為國家地質(zhì)公園。公園位于遼寧省西南部, 錦州市北部, 地跨義縣和北鎮(zhèn),總面積 102.45 km2, 分為義縣古生物化石園區(qū)和北鎮(zhèn)醫(yī)巫閭山園區(qū), 主要地質(zhì)遺跡為古生物化石遺跡和花崗巖地貌景觀(圖1)。由于申報地質(zhì)公園時相關(guān)地質(zhì)背景的研究程度不高, 兩個園區(qū)地質(zhì)遺跡景觀差異明顯、距離相對較遠(yuǎn), 人們往往認(rèn)為不是一個地質(zhì)公園。殊不知義縣古生物園區(qū)所在的阜新—義縣盆地和醫(yī)巫閭山園區(qū)所在的醫(yī)巫閭山同屬于醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖系統(tǒng), 它們在地質(zhì)成因上關(guān)系密切,盆地的沉降和山體的隆升伴隨著熱河生物群的出現(xiàn)和發(fā)展, 又由于持續(xù)的火山活動, 動植物被周期性地埋藏于湖泊中, 形成了今天的化石群······所以說,兩個園區(qū)具有相同的地質(zhì)背景。此外, 雖然我國國家地質(zhì)公園把獨立園區(qū)限定在 2個, 但聯(lián)合國教科文組織世界地質(zhì)公園的標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定一個地質(zhì)公園必須是單一的、統(tǒng)一的地理區(qū)域(張建平, 2020)。本文將深入揭示錦州古生物化石和花崗巖國家地質(zhì)公園的地質(zhì)背景, 為地方政府整合地質(zhì)遺跡資源, 整體規(guī)劃建設(shè)錦州國家地質(zhì)公園, 打造地質(zhì)旅游品牌提供科學(xué)支撐, 同時也為將來申報世界地質(zhì)公園提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)遺跡分類

公園內(nèi)的地質(zhì)遺跡景觀以古生物化石遺跡和花崗巖地貌景觀為主, 同時保留有標(biāo)準(zhǔn)地層剖面、地貌景觀、山體崩塌、水體景觀等遺跡。按照《國家地質(zhì)公園規(guī)劃編制技術(shù)要求(國土資發(fā)〔2010〕89號)》, 公園內(nèi)的地質(zhì)遺跡類型可以劃分為6大類13類14亞類(中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院, 2013), 見表1。

表1 公園地質(zhì)遺跡景觀類型一覽Table 1 List of types of geoheritages in the geopark

2 主要地質(zhì)遺跡資源

2.1 地層剖面

下白堊統(tǒng)義縣組標(biāo)準(zhǔn)地層剖面部分位于義縣古生物園區(qū), 剖面始于義縣馬神廟, 經(jīng)尖山子—磚城子—289高地—三百壟—朱家溝—349高地—270高地, 結(jié)束于宋八戶南公路橋下。剖面起點地理坐標(biāo) N41°29′19″, E121°00′19″; 終點地理坐標(biāo)N41°28′01″, E121°10′33″。剖面控制厚度大于 2890 m,總體上是一套巨厚的、基性-中基性-中性-中酸性陸相噴發(fā)的火山巖系; 在火山噴發(fā)的間歇期, 形成了6個規(guī)模不等的河湖相沉積夾層。該剖面的義縣組代表了早白堊世火山-沉積巖系實體。在這一標(biāo)準(zhǔn)剖面上, 義縣組與下伏上侏羅統(tǒng)髫髻山組三段以酸性火山巖為主的火山巖系呈超覆不整合接觸; 其上被以河湖相沉積為主的九佛堂組沉積巖系整合覆蓋。6個沉積夾層中, 自上而下有5個含化石沉積層, 即金剛山層、大康堡層、磚城子層、業(yè)南溝層和老公溝層。由于含化石層位多、剖面研究程度高, 成為遼西乃至我國早白堊世陸相地層的對比標(biāo)準(zhǔn)(王五力等, 2004; 張立軍, 2013; Zheng et al., 2021)。

2.2 古生物

義縣古生物園區(qū)是舉世矚目的晚中生代熱河生物群發(fā)育的經(jīng)典地區(qū)之一, 古生物化石具有類型多、數(shù)量多、賦存層位多和化石產(chǎn)地多的特點。相繼發(fā)現(xiàn)的古生物化石已鑒定出 15個門類上百個屬種, 包括鳥類、恐龍、翼龍、龜類、有鱗類、離龍類、兩棲類、魚類、雙殼類、腹足類、介形類、蝦類、蜘蛛、昆蟲和植物(包括木化石)等門類化石。其主要賦存層位除下白堊統(tǒng)義縣組的5個含化石層位外, 還包括其上覆下白堊統(tǒng)九佛堂組中部的團(tuán)山子層和上部的皮家溝層(Zhang et al., 2007)。

各化石層位的主要出露地點(化石點)以及重要化石名單總結(jié)如下:

九佛堂組皮家溝層主要出露于義縣頭道河鄉(xiāng)皮家溝, 還包括義縣前楊鄉(xiāng)西二虎橋、吳家屯等地。產(chǎn)出的重要化石包括: 鳥類 3個屬種: 基干鳥類孔子鳥目的圣賢孔子鳥(Confuciusornissanctus)(侯連海等, 2002; Wang et al., 2019), 今鳥型類的葛氏義縣鳥(Yixianornisgrabaui)和馬氏燕鳥(Yanornismartini)(周忠和和張福成, 2001)(圖版I-A, B); 恐龍2個屬種: 蜥臀目獸腳亞目馳龍類的趙氏小盜龍(Microraptorzhaoianus)(Xu et al., 2000), 竊蛋龍類的義縣似尾羽龍(Similicaudipteryxyixianensis)(He et al., 2008); 翼龍類; 離龍類2個屬種: 大型離龍類的皮家溝伊克昭龍(Ikechosauruspijiagouensis)(Liu,2004), 潛龍未定種(Hyphalosaurussp.); 龜類; 魚類;介形類和植物化石。

九佛堂組團(tuán)山子層主要出露于義縣七里河子鎮(zhèn)團(tuán)山子, 目前只發(fā)現(xiàn)離龍類、龜類等。

義縣組金剛山層出露于義縣大定堡鄉(xiāng)的金剛山和棗茨山, 在遼西地區(qū)也僅限于此地, 產(chǎn)出了義縣組上部的唯一化石群: 反鳥類胚胎(Enantiornithine embryo)(Zhou and Zhang, 2004)(圖版 I-C); 翼龍 4個屬種: 翼手龍類鳥掌龍科的翼龍胚胎(Pterosaur egg with embryo)(Wang and Zhou,2004; Ji et al., 2004)(圖版 I-D, E), Lonchodectidae 科的金剛山義縣翼龍(Yixianopterusjingangshanen-sis)(L? et al., 2006)(圖版I-F), 高盧翼龍科的金剛山劍頭翼龍(Gladocephaloideusjingangshanensis)(L? et al., 2012); 龜類的滿洲滿洲龜(Manchurochelys manchoukuoensis)和蜥蜴類的細(xì)小矢部龍(Yabeinosaurustenuis)(Endo and Shikama, 1942);離龍類的楔齒滿洲鱷(Monjurosuchussplendens)(Endo, 1940); 魚類的室井氏狼鰭魚(Lycoptera muroii)(Takai, 1943)及昆蟲、葉肢介、介形類、植物等。

義縣組大康堡層出露于義縣頭道河鄉(xiāng)王家溝、頭臺鄉(xiāng)破臺子、王油匠溝、白臺溝、河夾心、四方臺、何家溝荒地等。產(chǎn)出化石包括鳥類4個屬種: 基干鳥類熱河鳥目的中華神州鳥(Shenzhouraptor sinensis)(季強等, 2002)(圖版 I-G)、朝陽會鳥(Sapeornischaoyangensis)(Yuan, 2008; Gao et al.,2012), 反鳥類的韓氏長嘴鳥(Longirostravis hani)(Hou et al., 2004), 王旭日等(2013)報道的該層位今鳥類的國章燕鳥(Yanornisguozhangi)被認(rèn)為是馬氏燕鳥的同物異名(Wang et al., 2020), 層位亦存疑; 恐龍 5個屬種: 蜥臀目獸腳亞目馳龍類的郝氏中國鳥龍(Sinornithosaurushaoiana)(劉金遠(yuǎn)等,2004), 尾羽龍類的干戚邢天龍(Xingtianosaurus ganqi)(Qiu et al., 2019), 分類位置不明的長掌義縣龍(Yixianosauruslongimanus)(Xu and Wang, 2003)(圖版 I-H), 鳥臀目鳥腳亞目禽龍類的楊氏錦州龍(Jinzhousaurusyangi)(汪筱林和徐星, 2001)、義縣薄氏龍(Bolongyixianensis)(吳文昊等, 2010), 角龍類的鸚鵡嘴龍未定種(Psittacosaurussp.), 甲龍類的奇異遼寧龍(Liaoningosaurusparadoxus)(Xu et al.,2001); 翼龍類2個屬種: 翼手龍類北方翼龍科的崔氏北方翼龍(Boreopteruscui)(Lü and Ji, 2005), 帆翼龍科的中國帆翼龍(Istiodactylussinensis)(Andres and Ji, 2006); 龜類的遼西鄂爾多斯龜(Ordosemys liaoxiensis)(Tong et al., 2004); 離龍類的白臺溝潛龍(Hyphalosaurusbaitaigouensis)(季強等, 2004)(圖版 I-I); 無尾兩棲類的細(xì)弱宜州蟾(Yizhoubatrachusmacilentus) (Gao and Chen,2004)(圖版Ⅰ-J); 蝦類及昆蟲、葉肢介和硅化木等。

義縣組磚城子層出露于義縣頭道河鄉(xiāng)西磚城子、金家溝、英窩山北溝、英窩山南山坡等地, 發(fā)現(xiàn)有鳥羽毛, 蜥蜴類的趙氏翔龍(Xianglong zhaoi)(Li et al., 2007)(圖版I-K), 植物化石無梗銀杏(Ginkgoapodes)(Zhou and Zheng, 2003)等以及昆蟲、葉肢介、介形類等。

義縣組業(yè)南溝層主要出露于義縣頭道河鄉(xiāng)腰底家溝業(yè)南溝, 發(fā)現(xiàn)有鸚鵡嘴龍、狼鰭魚、昆蟲、葉肢介及植物等。

義縣組老公溝層主要出露于義縣頭道河鄉(xiāng)老虎溝、三道壕等地, 僅發(fā)現(xiàn)角龍類的鸚鵡嘴龍, 狼鰭魚等。

綜上, 截至2020年, 義縣古生物園區(qū)已發(fā)現(xiàn)的早白堊世熱河生物群脊椎動物化石包括鳥類 7屬7種、恐龍 9屬 9種、翼龍 5屬 5種、龜類 2屬2種、離龍類3屬3種、蜥蜴類2屬2種、無尾兩棲類1屬1種, 總計29個屬種, 其中27種為義縣古生物園區(qū)首現(xiàn)或特有化石物種(如室井氏狼鰭魚)。這些化石極大地豐富了熱河生物群, 并對研究鳥類起源與早期分異、證明翼龍的卵生性、早期鳥類的早成性、潛龍的卵胎生以及熱河生物群的發(fā)生、輻射與發(fā)展及時代確定具有重大的科學(xué)價值。此外,無梗銀杏的發(fā)現(xiàn)還填補了銀杏演化的空白。

義縣古生物園區(qū)木化石集中產(chǎn)出在義縣城關(guān)鄉(xiāng)郜家村下石洞溝沙海組砂礫巖中, 包括迄今遼西最大的木化石, 堪稱遼西“木化石王”(圖版I-L), 已經(jīng)鑒定的木化石有河北異木(Xenoxylonhopeiense)、紫杉型木未定種(Taxoxylonsp.)、雪松型木(Cedroxylonsp.)、秀沃德圓孔木(Circoporoxylon sewardi)、義縣異木 (Xenonxylonyixianense)、中國銀杏木(Ginkgoxylonchinense)、遼寧原始云杉型木(Protosciadopityoxylonliaoningense)、原始云杉型木未定種(Protopiceoxylonsp.)等(張武等, 2006)。

2.3 地貌景觀

2.3.1 花崗巖地貌景觀

(1)花崗巖峰林

醫(yī)巫閭山園區(qū)二長花崗巖峰林在北鎮(zhèn)龍崗、大觀音閣、大朝陽等地都有典型分布, 是由二長花崗巖受到侵蝕、剝蝕等風(fēng)化作用而形成的。當(dāng)花崗巖出露地表并處于強烈抬升時, 由寒凍風(fēng)化(凍融作用)為主形成的, 頂部尖銳、棱角鮮明而離立成群的山峰為特征的地貌景觀(陳安澤, 2007)(圖版Ⅱ-A),峰林借用了喀斯特地貌的專用術(shù)語。

(2)花崗巖石峰、石柱

花崗巖峰林演化的中—晚期, 峰林被進(jìn)一步分割, 柱狀個體形成, 即為花崗巖石峰、石柱地貌景觀(崔之久等, 2007)。園區(qū)“老祖峰”是大觀音閣的最高峰, 遼代耶律倍曾在峰頂修有瞭望臺(圖版Ⅱ-B)。在其東側(cè), 由于球狀風(fēng)化作用峰頂呈饅頭狀, 形似乳峰, 故稱“玉乳峰”?！蔼氄荐楊^峰”位于大朝陽摩天塔南端崖頭, 崖頭兩側(cè)及南端是被斷層切割的陡壁, 經(jīng)侵蝕風(fēng)化、剝蝕而形成今天的龜頭崖; 而“駱駝峰”則昂首向南, 望向大海?！苞椬旆濉笔枪珗@內(nèi)標(biāo)志性景觀之一, 是被NNE向斷裂切割而成的一座陡崖峭壁, 壁高百米, 恰似雄鷹立于峰頂。此外, 還有“雙峰山”、“牛角峰”和“白象觀?！钡取?/p>

大觀音閣的“情望”, 整個柱高數(shù)十米, 由兩組垂直節(jié)理將其隔開, 似一位嬌娘在等待遠(yuǎn)方官人的歸來; 在東部小閣地區(qū)有座“拇指峰”, 其拇指和食指直立上伸矗立在山坡上, 遠(yuǎn)望食指似小鳥向遠(yuǎn)處眺望, 而拇指肚上的紋路清晰可見(圖版Ⅱ-C)。大朝陽地區(qū)的“林海風(fēng)帆”在松濤林海深處忽見一座石柱拔地而起, 在兩組近垂直節(jié)理控制下, 石柱呈長條型, 因水平節(jié)理的切割, 在垂直方向上呈壘砌狀, 似船帆飄揚, 令人遐思。

(3)花崗巖石蛋

花崗巖石蛋是花崗巖獨有的球狀風(fēng)化的產(chǎn)物。受原生或次生構(gòu)造節(jié)理的影響, 花崗巖巖體被分割成一塊塊單獨的大巖塊, 因太陽輻射增溫、凍融交替出現(xiàn)的影響, 巖石表層脹縮變化比內(nèi)層大, 且各種礦物膨脹變形量不同, 礦物之間結(jié)合處產(chǎn)生裂隙,使花崗巖石塊表面逐層剝離, 即層狀剝蝕作用。由于巖塊棱角部位最易被風(fēng)化、崩削, 逐漸圓化, 即因球形風(fēng)化作用, 使巖塊風(fēng)化成圓形或近似圓形的石蛋。地質(zhì)公園內(nèi)花崗巖石蛋造型較多, 形態(tài)各異,多分布于山巔溪澗, 給人以無限的想象空間。如大觀音閣典型的球狀風(fēng)化“石蛋”、形似荷包的“蓮花初綻”, 臥于山梁之上, 狀若大球, 是由三組節(jié)理相互切割后經(jīng)侵蝕、剝蝕、差異風(fēng)化作用最終形成的產(chǎn)物(圖版Ⅱ-D)。

(4)花崗巖層狀節(jié)理

花崗巖在侵蝕、剝蝕、差異風(fēng)化共同作用下, 巖石間沿水平節(jié)理形成空隙, 軟弱物質(zhì)被風(fēng)化剝蝕掉,只留下堅硬的巖石, 一層一層壘砌形成花崗巖層狀節(jié)理地質(zhì)遺跡景觀。如大朝陽的“天上天”、“金蟬石”、“深谷探幽”, 大蘆花與雙峰山地區(qū)的“天書崖”等均是由數(shù)塊風(fēng)化石壘砌而成。此種景觀主要分布在北鎮(zhèn)千家寨——雙峰山一線以北, 這是因為醫(yī)巫閭山園區(qū)北部抬升快, 侵入巖礦物成分顆粒粗,易被風(fēng)化的結(jié)果。

(5)蜂窩蘑菇型侵蝕微地貌

風(fēng)蝕壁龕(石窩)是普遍發(fā)育在花崗巖壁上的一種典型的風(fēng)蝕地貌形態(tài)。其成因是巖石在風(fēng)蝕、水蝕共同作用下, 將巖石中抗風(fēng)化能力較弱部分侵蝕掉, 形成今天的蜂窩狀、蘑菇型、石缸、石盆、石槽等地質(zhì)遺跡景觀(圖版Ⅱ-E)。在醫(yī)巫閭山發(fā)現(xiàn)大量風(fēng)蝕地貌地質(zhì)遺跡景觀, 從山頂?shù)缴较逻B續(xù)分布,醫(yī)巫閭山最高峰望海寺峰頂海拔達(dá) 866.6 m, 在如此高海拔山峰也有發(fā)現(xiàn)。也有認(rèn)為是海蝕地貌遺跡,形成于白堊紀(jì)中期(125—90 Ma)(商翎等, 2006)。

(6)花崗巖洞穴

花崗巖是不易溶解的巖石, 因此不易形成像在石灰?guī)r地區(qū)常見的溶洞。但是醫(yī)巫閭山地區(qū)的花崗巖洞穴數(shù)量較多, 大小洞穴據(jù)不完全統(tǒng)計有上百個,多數(shù)都是長、高在 10 m以內(nèi)的花崗巖洞穴。其主要形成原因是由于雨水沿花崗巖體內(nèi)斷裂沖刷, 冬天流水結(jié)冰形成凍脹, 斷裂上盤巖塊不斷被侵蝕,由于重力作用而產(chǎn)生崩塌, 進(jìn)而形成不規(guī)則的堆石洞。此外, 在石蛋發(fā)育的地方, 石蛋間的空隙也因為崩塌等形成巖洞。在醫(yī)巫閭山已發(fā)現(xiàn)的眾多花崗巖洞穴中, 最具規(guī)模和特色的當(dāng)屬大石棚花崗巖洞穴, 該洞穴自西向東展布, 長45 m, 上寬20 m, 下寬10 m, 進(jìn)深5 m, 中間洞高大于10 m(圖版Ⅱ-F),因此, 花崗巖中的洞穴以崩塌堆積為主, 與石灰?guī)r地區(qū)因溶蝕而形成的洞穴有根本的區(qū)別。

2.3.2 火山碎屑堆積地貌景觀

位于義縣古生物園區(qū)八塔山的火山地貌景觀,主要為火山灰與火山角礫混雜堆積, 主要巖性為粗安巖、玄武安山巖, 斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶以斜長石為主。混雜堆積成層狀, 可能是后期經(jīng)過流水搬運改造,基質(zhì)風(fēng)化, 巖礫脫落的結(jié)果(圖版Ⅱ-G, H)。

2.3.3 變質(zhì)核雜巖

變質(zhì)核雜巖是構(gòu)造上被低角度正斷層拆離的、呈孤立的平緩穹形或拱形強烈變形的變質(zhì)巖和侵入巖構(gòu)成的隆起, 往往出現(xiàn)在造山帶的核部。這套深部巖石也稱火山侵入雜巖, 見于醫(yī)巫閭山園區(qū)的蘆花峭壁(圖版Ⅱ-I)。

2.3.4 流水地貌景觀

在大凌河兩岸多地形成河流堆積階地, 記錄著大凌河的發(fā)育歷史。其中, 沖積 I級階地分布在義縣頭臺鄉(xiāng)破臺子、四方臺至宜州鎮(zhèn)的大凌河兩岸,具有河流二元結(jié)構(gòu), 由沖積亞砂土和砂礫石組成。沖洪積III級階地分布在破臺子, 為基座階地, 上部為紅色砂礫卵石, 下部為基巖, 前緣陡坎明顯, 高出河漫灘15 m。侵蝕陡崖分布在義縣萬佛堂福山一帶, 地層為義縣組凝灰質(zhì)礫巖, 受構(gòu)造運動抬升,河流下切形成陡峭崖壁。以上是流水侵蝕地貌景觀,還有流水堆積地貌景觀河心島。

2.3.5 構(gòu)造地貌景觀

醫(yī)巫閭山園區(qū)巖石裂隙發(fā)育密集, 尤以 NE及NNE向壓扭性斷裂、裂隙最為發(fā)育, 形成一個較密集的斷裂帶, 園內(nèi)多處可見到斷裂構(gòu)造遺跡。這些斷裂構(gòu)造行跡角度陡, 近于直立, 延伸長度不同,主要表現(xiàn)為高大陡峭的陡崖峭壁、斷層山、斷層崖、斷層谷等?！皵鄬由健蔽挥诖笥^音閣東部曹屯北山,頂峰高 241 m, 山體由兩部分組成: 北側(cè)峰頂部分是由 NE向裂隙組成的山體, 且在南端形成陡崖,而南側(cè)是由NW向裂隙組成的低山坡, 二者之間高差大于50 m, 因此形成斷層山。“雙線天”是由NE向斷層控制而成, 兩側(cè)斷層面像兩座石壁相對而立,高度25～30 m, 長度50～70 m, 兩座石壁中間夾一道巨大的石屏, 寬約3 m, 高約 20 m, 行人可在石屏兩側(cè)夾縫中穿行而過(圖版Ⅱ-J)。青巖斷層長數(shù)百米,高過百米, 是一條NNE向的垂直斷層?！疤J花峭壁”是由于NNE向高角度斷層、裂隙發(fā)育, 在閭山形成一系列NNE向的斷層山及峭壁懸崖?！皵鄬庸取笔躈W向構(gòu)造控制, 走向NW, 谷底寬過百米, 長數(shù)百米, 南側(cè)由陡立斷層墻組成(圖版Ⅱ-K)。

2.4 山體崩塌遺跡景觀

山體崩塌的成因主要有地質(zhì)構(gòu)造、巖性組合、節(jié)理裂隙、差異性風(fēng)化、重力崩塌等。醫(yī)巫閭山園區(qū)內(nèi)發(fā)育有天然洞穴 60余處, 天然石棚 10余個,還有一些崩塌巨石及崩塌堆積洞。主要的山體崩塌地質(zhì)遺跡有: 靈山崩石、大石棚、滴水觀音洞和月牙洞等(圖版Ⅱ-L)。

2.5 水體景觀

位于北鎮(zhèn)南端的新立濕地, 是遼河三角洲濕地保護(hù)區(qū)之一, 濕地面積約42.77 km2。大石湖瀑布為三級瀑布, 流水沿花崗巖形成的峭壁傾瀉而下, 水流寬度散開寬1 m, 高度70 m。在大石棚景觀處, 夏季洞頂水流順棚檐飛流直下, 至底形成多級小跌水,形成石棚飛瀑, 冬季受寒冷溫度影響, 則形成冰瀑掛于洞前。

3 地質(zhì)背景

3.1 阜新—義縣盆地

阜新—義縣盆地是長軸為NNE向的斷陷盆地,盆地內(nèi)的中生代地層由老到新分別為下白堊統(tǒng)義縣組火山-沉積巖(K1y)、九佛堂組(K1jf)、沙海組(K1s)和阜新組(K1f)碎屑巖及上白堊統(tǒng)孫家灣組(K2s)紅層和大興莊組(K2dx)火山巖。盆地東、西兩側(cè)在構(gòu)造以及地層分布特征上有很大的差異: 盆地東緣斷裂的斷陷規(guī)模明顯大于西側(cè)邊緣斷裂的斷陷規(guī)模,從而導(dǎo)致盆地內(nèi)火山巖-沉積地層以東傾或東南傾的單斜不對稱盆地為特征; 隨著東緣斷裂晚期斷陷作用的加強, 導(dǎo)致地層?xùn)|西兩側(cè)分制的格局, 盆地西部主要為義縣組火山巖, 而東部主要為九佛堂組、沙海組和阜新組沉積巖, 并以正斷層分割。上白堊統(tǒng)孫家灣組與下伏下白堊統(tǒng)呈角度不整合接觸,上白堊統(tǒng)大興莊組火山巖分布在義縣白廟子附近小范圍區(qū)域。哈爾套—錦州斷裂, 位于醫(yī)巫閭山西側(cè),斷裂走向 NE, 傾向 NW, 傾角 45°～70°, 由斷續(xù)相連平行展布的 NNE向正斷層組成, 長 170 km, 寬約10 km。在義縣白廟子一帶該斷裂分為兩支, 之后合并, 中間夾持義縣組火山-沉積地層(遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989; 遼寧省地質(zhì)勘查局, 2017)(圖1)。

早白堊世, 應(yīng)力場方向發(fā)生改變, 阜新—義縣盆地內(nèi)由土城子期的擠壓作用轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺棺饔? 并發(fā)生了大規(guī)模的階段性火山噴發(fā)和沉積作用——形成了義縣組火山-沉積巖系, 盆地也由坳陷作用轉(zhuǎn)變?yōu)閿嘞葑饔脼橹? 在前一階段高原的基礎(chǔ)上, 形成了NNE向的斷陷盆地; 九佛堂組河湖相沉積是在義縣組基礎(chǔ)上, 屬于斷陷盆地快速沉降和穩(wěn)定沉降期的產(chǎn)物(Zhang et al., 2007); 沙海組為河流相、湖沼相沉積, 其中發(fā)育有許多沖積扇和扇三角洲沉積, 表明沙海組沉積時處于加速沉降階段; 阜新組則表現(xiàn)出由湖泊變?yōu)檎訚?、濕地環(huán)境的水位變淺的沉積特點, 反映了區(qū)域沉降向穩(wěn)定或抬升的轉(zhuǎn)變, 斷陷作用結(jié)束; 孫家灣組與下伏地層不整合接觸, 反映了盆地已進(jìn)入了擠壓抬升階段, 只是由于醫(yī)巫閭山快速隆升, 快速沉積的礫石磨圓、分選很差, 形成具有近源堆積特點的復(fù)成分礫巖, 礫石成分主要為花崗巖、糜棱巖、構(gòu)造片麻巖、石英脈等, 碎屑物來源于醫(yī)巫閭山隆起帶, 至此盆地構(gòu)造基本定型(圖 2)。其后雖有大興莊組火山噴發(fā)與斷層活動有所關(guān)聯(lián), 但是火山噴發(fā)及斷層活動的強度都不大, 盆地已進(jìn)入萎縮消亡階段(路愛平, 2003; 李剛等, 2013)。

圖2 阜新—義縣盆地和醫(yī)巫閭山構(gòu)造演化簡圖(據(jù)王五力等, 2003)Fig.2 Sketch map of the Fuxin-Yixian basin and Yiwulü Mountain, showing their structural evolution(after WANG et al., 2003)

近年來, 精確的地質(zhì)年代學(xué)研究為準(zhǔn)確厘定阜新—義縣盆地演化過程和生物群的生存時代奠定了良好的基礎(chǔ)。王松山等(2001)通過對義縣組命名地義縣上底家溝-磚城子剖面義縣組下部玄武巖的定年, 獲得 K-Ar年齡(131.2±2.6) Ma, 總氣體年齡(130.5±1.5) Ma; 張乾等(2016)對阜新—義縣盆地南端曹莊地區(qū)義縣組火山巖進(jìn)行 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定, 得到義縣組下段年齡為(131.5±1.4) Ma;徐德斌等(2012)在義縣北磚城子義縣組第一套火山巖取樣測定鋯石U-Pb年齡為(132.3±2.3) Ma。綜合分析, 我們把盆地的底限定為 132 Ma。朱日祥等(2002)在磚城子(磚城子層之上)采樣測定安山巖K-Ar表面年齡(122.31～120.42) Ma,

這只能限定磚城子層年齡的上限。Smith et al.(1995)在義縣組頂部金剛山沉積層上覆火山巖, 即黃花山角礫巖測得40Ar-39Ar年齡值(121.5±0.9)～(121.6±0.6) Ma, 在后期火山巖中得到(120.8±0.4)～(121.4±0.3) Ma的年齡值(層位經(jīng)金帆(2001)校正);陳文和張彥(2004)在棗茨山東義縣組金剛山層英安巖中取樣, 采用離子探針 U-Pb和全巖 Ar-Ar定年,認(rèn)為這套英安巖的形成時代為 122.4～122.6 Ma, 也曾得到39Ar/36Ar-40Ar/36Ar等時線年齡(117.9±7.8) Ma,但認(rèn)為沒有地質(zhì)意義; 張宏等(2005)通過對義縣組金剛山層之上的黃花山角礫巖層的流紋巖樣品中鋯石的LA-ICP-MS的U-Pb測年, 獲得其加權(quán)平均年齡為(118.9±1.4)～(119.8±1.9) Ma, 通過 Ar-Ar方法測年,測得了黃花山角礫巖層的下部巖石中灌入的英安斑巖的年齡, 其坪年齡為(122.1±0.3) Ma, 等時線年齡為(121.8±1.4) Ma?？紤]到He et al.(2004)在九佛堂組獲得的同位素年齡為 120.3 Ma, 我們把阜新—義縣盆地?zé)岷由锷娴臅r限定為132～120 Ma。阜新組頂部堿性玄武巖的K-Ar年齡為100.4 Ma(張宏福和鄭建平, 2003), 因此, 盆地連續(xù)沉積的時限為132～100 Ma。據(jù)邴志波等(2003)報道, 1989年遼寧省第四地質(zhì)大隊在義縣雙山子北山取得大興莊組英安巖K-Ar同位素年齡值為80.83 Ma, 所以, 盆地沉降時限約為132～80 Ma。

阜新—義縣盆地下白堊統(tǒng)義縣組下伏地層為王家屯火山巖, 出露于盆地的西緣。張立東等(2002)獲得王家屯侵入體(黑云母花崗閃長巖)4粒鋯石的206Pb/238U表面年齡為152.7～148.2 Ma; 在義縣頭道河子鄉(xiāng)上底家溝采石場, 陳文和張彥(2004)獲得王家溝粗面巖中黑云母39Ar/36Ar-40Ar/36Ar等時年齡為(164.5±2.2) Ma, 鋯石206Pb/238U 年齡平均值為(167.4±2.5) Ma, 認(rèn)為火山巖年齡在 164.5～167.4 Ma之間。這套火山巖被確定為中—上侏羅統(tǒng)髫髻山組(王五力等, 2004)。

3.2 醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖

醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖最早由馬寅生等(1999)提出, 認(rèn)為變質(zhì)核雜巖中心為晚燕山期的醫(yī)巫閭山二長花崗巖體, 周圍是由代表地殼深部變形特點的太古宇變質(zhì)巖組成的變質(zhì)核, 拆離斷層帶圍繞變質(zhì)核發(fā)育; Darby et al.(2004)認(rèn)為區(qū)內(nèi)不存在對稱型的醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖, 而將其命名為瓦子峪變質(zhì)核雜巖, 其中傾向北西的瓦子峪拆離斷層(即變質(zhì)核雜巖的主拆離斷層)形成于 127～116 Ma, 并控制了變質(zhì)核雜巖的形成。但瓦子峪拆離斷層僅作為變質(zhì)核雜巖的一個重要組成部分, 且變質(zhì)核雜巖發(fā)育在整個醫(yī)巫閭山地區(qū), 所以眾多學(xué)者普遍接受醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖這一稱謂(張必龍等, 2013; 李剛等,2012; 杜建軍等, 2007; 張曉暉等, 2002)。醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖系統(tǒng)具有典型的三層結(jié)構(gòu), 即上盤、主拆離斷層及下盤, 上盤主要由中元古界長城系蓋層及阜新—義縣上疊盆地構(gòu)成, 其中長城系呈零星分布于拆離剪切帶之上, 總體呈NE走向, 多傾向NW;下盤包括大型韌性剪切帶和太古代高級變質(zhì)基底及侵位其中的同構(gòu)造花崗巖體, 周緣局部殘留長城系蓋層; 主拆離斷層控制著上盤同伸展斷陷盆地的形成和下盤醫(yī)巫閭山的隆升(李剛等, 2013; Darby et al., 2004; 張必龍等, 2013; 李剛等, 2012)。

醫(yī)巫閭山園區(qū)位于醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖的中心晚燕山期花崗巖體之上, 巖體出露面積約為450 km2, 整體呈紡錘狀, NNE向展布, 巖體的主要巖性為二長花崗巖和花崗閃長巖, 呈巖基和巖株狀產(chǎn)出, 侵入于太古宙片麻巖、中元古界長城系碎屑巖和碳酸鹽巖地層中, 屬中深侵入相, 中等剝蝕,巖體經(jīng)歷動力作用, 其中石英具定向拉長現(xiàn)象, 為大型韌性剪切帶內(nèi)同構(gòu)造侵位巖體(張曉暉等,2002); 遼寧省區(qū)調(diào)隊給出了 118 Ma的鋯石 U-Pb年齡和161 Ma的K-Ar等時線年齡, 認(rèn)為后者為醫(yī)巫閭山巖體的形成時間, 屬于晚侏羅世(遼寧省地質(zhì)勘查院, 2017)。161 Ma的巖漿侵位年齡, 也被醫(yī)巫閭山花崗巖體的鋯石 SHRIMP U-Pb測年結(jié)果證實(杜建軍等, 2007)。此后, 一系列的同位素測年分析結(jié)果顯示醫(yī)巫閭山花崗巖的年齡為 169～154 Ma,是早期高溫韌性剪切帶的同構(gòu)造巖體(張曉暉等,2002; 杜建軍等, 2007; 李剛等, 2019), 與阜新—義縣盆地西緣王家屯中—上侏羅統(tǒng)髫髻山組火山巖相對應(yīng)。此外, 醫(yī)巫閭山花崗巖體南部的石山巖體形成的時間約為124 Ma, 是晚期低溫韌性剪切帶同構(gòu)造巖體(張曉暉等, 2002; 李剛等, 2016), 與早白堊世義縣期火山巖相對應(yīng)。

3.3 盆地沉降和山脈隆升

如上所述, 瓦子峪拆離斷層是一條 NE–SW 波瓦狀低角度正斷層, 控制著上盤阜新—義縣盆地的形成和下盤醫(yī)巫閭山的隆升。李剛等(2013)對拆離斷層帶構(gòu)造巖中白云母進(jìn)行40Ar/39Ar同位素測年,獲得(132.64±0.90) Ma的坪年齡, 認(rèn)為正是拆離斷層活動、低溫韌性剪切帶形成的時期; 瓦子峪低溫伸展型韌性剪切帶向南延伸至錦州一帶, 在石山鎮(zhèn)附近被石山巖體截切, 石山巖體形成的時間約為124 Ma(李剛等, 2016), 巖體西側(cè)巖石受到構(gòu)造作用的影響發(fā)生糜棱巖化, 而巖體東部未發(fā)生變形,說明該巖體在此次伸展作用的晚期侵位, 醫(yī)巫閭山地區(qū)南端在 120 Ma左右已基本停止活動, 而中部和北部仍處于伸展斷陷階段(李剛等, 2013)。由上所述, 阜新—義縣盆地?zé)岷由锶荷娴臅r間132～120 Ma與拆離斷層和低溫韌性剪切帶形成的時間基本一致; 醫(yī)巫閭山西側(cè)先隆升、自西向東逐漸抬升的特點, 也與其上盤阜新—義縣盆地西老東新的地層發(fā)育特點基本一致, 同時伸展作用持續(xù)時間南短北長對應(yīng)著醫(yī)巫閭山北高南低的地勢特征。到了阜新期晚期, 盆地已經(jīng)開始抬升, 這與李剛等(2013)獲得的白云母封閉溫度的40Ar/39Ar同位素年齡(117.17±0.69) Ma代表早白堊世伸展作用晚期的冷卻年齡的觀點基本一致; 考慮到盆地連續(xù)沉積的時限為 132—100 Ma, 醫(yī)巫閭山伸展作用持續(xù)的時間應(yīng)該在15 Ma以上。到了晚白堊世, 本區(qū)進(jìn)入擠壓環(huán)境, 盆地處于抬升階段, 僅僅由于擠壓作用導(dǎo)致的醫(yī)巫閭山的快速隆升, 近源堆積了孫家灣組復(fù)成分礫巖并伴隨著大興莊組中酸性火山巖噴發(fā), 并且受哈爾套-錦州斷裂控制, 哈爾套—錦州斷裂東北構(gòu)成了主拆離斷層的一部分, 延伸入盆地的部分為晚白堊世形成, 阜新—義縣盆地盆緣斷裂應(yīng)該是主拆離斷層。

3.4 大陸動力學(xué)背景

園區(qū)位于遼西地區(qū)東部, 構(gòu)造位置處于華北克拉通東北部, 燕山造山帶東段。燕山造山帶的構(gòu)造格局在遼西地區(qū)由近EW向展布轉(zhuǎn)折為NE向展布,園區(qū)便處在燕山造山帶NE向展布的區(qū)域內(nèi)。醫(yī)巫閭山東側(cè)經(jīng)由一條隱伏斷裂與下遼河盆地相鄰, 西側(cè)經(jīng)由主拆離斷層與阜新—義縣盆地相接, 由于主拆離斷層的活動, 盆地沉降、醫(yī)巫閭山隆起形成了現(xiàn)今的盆嶺構(gòu)造格局(圖1)。但無論是同伸展斷陷盆地、變質(zhì)核雜巖、拆離斷層、大規(guī)?；鹕交顒?火山噴發(fā)和花崗巖侵入), 還是由這些伸展活動形成的盆嶺構(gòu)造格局, 都是地殼深部過程的淺部地質(zhì)響應(yīng),是反映深部巖石圈減薄和華北克拉通破壞的窗口,其大陸動力學(xué)背景是西太平洋板塊向東亞大陸的俯沖和俯沖角度的不斷變化(朱日祥等, 2012; 朱日祥和徐義剛, 2019)。

中—晚侏羅世, 以髫髻山組火山巖底部不整合面為標(biāo)志, 燕山運動 A幕開啟(Wong, 1926, 1927,1929), 經(jīng)過短暫的擠壓作用, 開始了伸展作用, 伴隨著大規(guī)模的火山活動, 在醫(yī)巫閭山地區(qū)的地下形成了高溫韌性剪切帶和同構(gòu)造的醫(yī)巫閭山花崗巖體(侵入巖), 對應(yīng)著王家屯髫髻山火山巖(噴出巖), 此時是燕遼生物群晚期玲瓏塔生物群繁榮時期, 繁榮期大約在160 Ma(黃迪穎, 2015; 王亮亮等, 2013)。隨后在147 Ma左右由伸展轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓作用(張宏等,2008), 進(jìn)入土城子期高原環(huán)境, 燕遼生物群消亡。以張家口組火山巖下的不整合面為標(biāo)志, 燕山運動B幕開啟, 隨著短暫的擠壓過后, 進(jìn)入大規(guī)模的伸展作用, 瓦子峪拆離斷層形成, 開始了上盤同伸展斷陷盆地沉降和下盤醫(yī)巫閭山的隆升, 在醫(yī)巫閭山形成的低溫韌性剪切帶和同構(gòu)造的石山巖體(侵入巖), 對應(yīng)著義縣組火山巖(噴出巖), 伴隨著阜新—義縣盆地的形成和發(fā)展, 熱河生物群開始繁榮, 一般認(rèn)為熱河生物群發(fā)育時期是 135—120 Ma, 也被Yang et al.(2020)最新的測年成果證實, 但阜新—義縣盆地?zé)岷由锶喊l(fā)育的時期稍晚 132—120 Ma,并且與主拆離斷層活動時間一致, 隨著主拆離斷層停止活動, 熱河生物群也進(jìn)入了消亡階段。晚白堊世, 醫(yī)巫閭山地區(qū)又進(jìn)入擠壓階段。醫(yī)巫閭山的隆升和同伸展斷陷盆地的沉降形成了現(xiàn)今的盆嶺構(gòu)造格局, 也是遼西地區(qū)最壯觀的構(gòu)造, 成為研究地球深部過程的重要窗口(遼寧省地質(zhì)勘查院, 2017; 江淑娥等, 2009)。

如上所述, 同伸展斷陷盆地、變質(zhì)核雜巖、大規(guī)模火山活動都是地球深部過程的淺部地質(zhì)響應(yīng),其大陸動力學(xué)背景是西太平洋板塊俯沖, 其實燕山運動形成的唯一動力源也是古太平洋板塊的俯沖作用(王瑜等, 2018)。朱日祥等(2020)通過對華北克拉通破壞、淺部地質(zhì)響應(yīng)及其陸地生物演化的綜合研究揭示: 華北克拉通在中侏羅世晚期、早白堊世初和早白堊世末經(jīng)歷了 3次地殼擠壓事件, 而中—晚侏羅世和早白堊世主要為強烈伸展構(gòu)造階段; 3次擠壓事件分別對應(yīng)古太平洋板塊3次低角度俯沖過程, 而晚侏羅世和早白堊世兩次伸展變形和火山活動則與古太平洋板塊高角度俯沖、俯沖板片回轉(zhuǎn)以及俯沖帶回撤相關(guān), 燕遼生物群和熱河生物群形成、繁盛和消亡在很大程度上也受深部動力過程和裂谷盆地演化的控制。

4 結(jié)論

(1)遼寧錦州古生物化石和花崗巖國家地質(zhì)公園內(nèi)的地質(zhì)遺跡景觀可劃分為6大類13類14亞類,地質(zhì)遺跡景點總計60個。其中, 古生物園區(qū)有標(biāo)準(zhǔn)剖面1個, 古生物化石遺跡景觀20個, 火山地貌景觀1個, 總計22個; 醫(yī)巫閭山園區(qū)地貌景觀29個(其中花崗巖地貌景觀 24個), 山體崩塌景觀 5個,水體景觀4個, 總計38個。

(2)公園古生物園區(qū)所在的阜新—義縣盆地和醫(yī)巫閭山園區(qū)所在的醫(yī)巫閭山同屬于醫(yī)巫閭山變質(zhì)核雜巖系統(tǒng), 分別位于以醫(yī)巫閭山 NNE向大型韌性剪切帶頂部為界的主拆離斷層的上、下盤。隨著主拆離斷層的活動, 下盤醫(yī)巫閭山隆升, 上盤阜新—義縣盆地沉降, 伴隨著盆地的形成和發(fā)展, 熱河生物群開始形成、繁盛; 阜新—義縣盆地?zé)岷由锶喊l(fā)育的時期稍晚(132～120 Ma), 并且與主拆離斷層活動時間一致, 隨著主拆離斷層停止活動, 熱河生物群也進(jìn)入了消亡階段。

Acknowledgements:

This study was supported by Scientific Research Foundation of Hainan Tropical Ocean University (No.RHDRC202008).

圖版說明

圖版I Plate I

A-葛氏義縣鳥;

B-馬氏燕鳥;

C-反鳥類胚胎;

D, E-翼龍胚胎;

F-金剛山義縣翼龍;

G-中華神州鳥;

H-長掌義縣龍;

I-白臺溝潛龍;

J-細(xì)弱宜州蟾;

K-趙氏翔龍;

L-木化石王

A-Yixianornisgrabaui;

B-Yanornismartini;

C-Enantiornithine embryo;

D, E-Pterosaur egg with embryo;

F-Yixianopterusjingangshanensis;

G-Shenzhouraptorsinensis;

H-Yixianosauruslongimanus;

I-Hyphalosaurusbaitaigouensis;

J-Yizhoubatrachusmacilentus;

K-Xianglongzhaoi;

L-largest fossil wood found in western Liaoning

圖版II Plate II

A-花崗巖峰林;

B-花崗巖石峰;

C-花崗巖石柱;

D-花崗巖球狀風(fēng)化;

E-花崗巖風(fēng)蝕地貌;

F-花崗巖洞穴;

G-火山碎屑巖呈層狀混雜堆積;

H-火山灰與火山角礫混雜堆積;

I-變質(zhì)核雜巖;

J-斷層山;

K-斷層谷;

L-山體崩塌

A-granitic stone forest;

B-granitic stone peak;

C-granitic stone pillar;

D-granitic onion weathering;

E-granitic aeolian landscape;

F-granitic cave;

G-vocanic clastic sediment;

H-vocanic ash and breccia;

I-metamorphic core complexes;

J-mountain of dislocation;

K-fault valley;

L-mountain mass breakdown

圖版I Plate I

圖版II Plate II