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拟建的青海化隆国家地质公园地质遗迹特征及评价
王重歌, 李俊磊, 张绪教, 袁晓宁, 张向格, 王一凡, 王凯雅, 刘心兰, 饶昊舒, 刘江, 侯恩刚
中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083
作者简介： 王重歌,硕士研究生,地质学专业,主要从事旅游地学研究。Email:1318321221@qq.com。
通信作者：张绪教,教授,博士生导师,第四纪地质学专业,主要从事地貌与新构造运动、旅游地学研究。Email:zhangxj@cugb.edu.cn。
引用格式:王重歌, 李俊磊, 张绪教, 袁晓宁, 张向格, 王一凡, 王凯雅, 刘心兰, 饶昊舒, 刘江, 侯恩刚. 拟建的青海化隆国家地质公园地质遗迹特征及评价[J]. 现代地质, 2023, 37(02): 512-528
摘 要
建立国家地质公园是保护地质遗迹、促进黄河流域生态保护与高质量发展的有效途径之一,而地质遗迹的调查与评价又是地质公园规划与建设的重要基础。青海省化隆县地处青藏高原东北缘,黄河流经该县168 km,具有丰富的黄河文化遗存,但地质遗迹资源能否达到建设地质公园的要求尚不清楚。本文在地质遗迹调查的基础上,采用专家打分及层次分析法,对化隆县地质遗迹的价值进行定量评价,初步确定了拟建的化隆国家地质公园的边界范围。园区内地质遗迹共计40处,涵盖6大类,9类20亚类,其中包括2处世界级地质遗迹组合、6处国家级地质遗迹。拉脊山早寒武世缝合带、西宁群—化隆岩群角度不整合等地质遗迹,具有原特提斯洋演化、青藏高原隆升等重要的科学价值及国际对比意义。化隆县地质遗迹种类丰富、特征明显、价值极高且保存完好,具备良好的建设国家地质公园的资源禀赋,拥有申报联合国教科文组织世界地质公园的潜力。本研究不仅为化隆国家地质公园的申报及建设提供了科学依据,也为黄河流域具有国际影响力的文化旅游带的打造提供了参考。
关键词
地质遗迹; 国家地质公园; 地学意义; 定量评价; 化隆县; 黄河流域
0 引 言
建立国家地质公园是保护地质遗迹、促进黄河流域生态保护与高质量发展的有效途径。地质遗迹是在地质历史时期, 由内、外动力地质作用形成的珍贵和不可再生的自然遗产,是人们认识理解自然、追索地球演化过程的重要证据[1-3]。由我国学者提出且经历20多年发展的国家地质公园已成为地质遗迹保护和利用的有效解决方案[4-5]。它不仅在地质遗迹资源保护、地球科学知识普及以及社会经济发展的促进三方面做出了重要贡献 [6-10],而且在生态文明建设和生态环境保护中同样发挥了重要作用[3]。中共中央、国务院于2021年10月印发的《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》中明确提出“打造具有国际影响力的黄河文化旅游带” [11],给地学旅游的发展提供了千载难逢的历史机遇。在黄河上游建立国家地质公园,既与黄河流域生态保护理念一脉相承,又能通过地学旅游的发展,成为打造黄河文化旅游带的新引擎。
青海省化隆县位于黄河上游,黄河流经该县168 km,“化隆的发展在文旅,文旅的关键在黄河”已经成为该县新的发展理念。化隆县虽然具有丰富的黄河文化遗存[12-17]和旅游资源,但因旅游产品特色不突出,旅游业的发展遇到了瓶颈,亟需开发具有地域特色的旅游产品。前人对县域内的岩石地层[18-21]、构造[22-27]、矿产[28-32]、地质灾害[33-38]、地下水资源[39-41]等开展了大量的研究,但从旅游地学的角度对地质遗迹的价值挖掘不够。相较于黄河上游的青海贵德县 [42]、尖扎县[43-44]以及下游的甘肃临夏县[45-46],化隆县的地质遗迹资源家底不清、地学旅游的发展也相对落后。化隆县域内的地质遗迹能否达到建设地质公园的要求?地学旅游能否成为破解化隆县旅游业发展难题的有效手段?要解答这两个问题,并实现化隆县全域旅游高质量发展的目标,开展地质遗迹资源的调查评价并积极申报建立国家地质公园,就显得尤为重要。
本文在地质遗迹调查和研究的基础上,采用专家打分及层次分析法,对化隆县地质遗迹的价值进行评价,据此初步确定拟建国家地质公园的边界范围,可为化隆国家地质公园的申报及建设提供科学依据,为黄河文化旅游带的打造提供重要的参考。
1 研究区概况
化隆县位于青海省东部,距省会西宁市仅130 km,北部以拉脊山、南部以黄河为界,地理坐标范围为东经101°39'—102°42',北纬35°48'—36°17'。化隆县平均海拔在2600~2800 m之间,海拔最高为4484 m,最低为1884 m,由北向南地势呈阶梯状递减,依次为拉脊山、化隆盆地和黄河谷地。因黄河干流多次侵蚀下切,在宽阔的黄河谷地中形成多级河流阶地[47-48];受近南北向黄河支流侵蚀切割的影响,呈现出山脊与深沟相间排列的地貌,“八分山一分水一分川”是对化隆县地形特征准确的概括。化隆县属高原半干旱大陆性气候,年平均气温2.2 ℃,年平均降水量472 mm。黄河经由西部的贵德盆地流入化隆县后,经积石峡向东进入陇西黄土高原的临夏盆地。县域内有大小河流和沟溪16条,均属黄河水系,水力资源丰富,建有大中型水电站7座[49]。
化隆县位于青藏高原东北缘,大地构造上属中央造山带中段的南祁连造山带。化隆县自老到新出露地层有:新元古界化隆岩群(Pt3H),是南祁连山最古老的结晶基底,变形变质强烈,主要分布在化隆盆地中部;古生界寒武系泥旦山群(∈2-3ND)和六道沟群(∈3LD)、奥陶系—志留系花抱山组(O3-S1h)及蛇绿混杂岩分布于化隆县北部的拉脊山地区;中生界白垩系河口群(K1H)砂岩、砾岩为主,集中分布于化隆县东部;新生代地层西宁群(E2-3X)、贵德群(NG)及第四系(Q)分布最为广泛,西宁群主要分布在化隆县东部,为红色砂砾岩层,厚度超过500 m;贵德群则分布在化隆县西部,为一套陆源碎屑沉积的砂岩、泥岩,厚度超过600 m;第四系主要为河流相砂砾石层、洪积砾石层和残坡积层(图1)。
图1 青海省化隆县1:25万区域地质图
化隆县的黄河文化遗存丰富,研究价值高。县域保存有仰韶文化[50]、马家窑文化 、齐家文化、卡约文化等不同时期的180多处黄河文化遗址[13,16-17,51]。尤其是黄河岸边群科镇安达其哈村,保存了距今约8100年的黄河文化遗址——沙隆卡遗址(亦称“安达其哈遗址”)[12,14,52-53],而成为青海省第十批省级文物保护单位。它是青藏高原东北部目前唯一同时出土旧石器、新石器和青铜文化遗存的遗址[54],也是青海地区发现的最早的农业遗址和仰韶文化遗址,更是目前为止发现的黄河流域仰韶文化最西的遗址[55]。如此众多且意义重大的黄河文化遗址的发现,使化隆县成为黄河流域黄河文明研究不可或缺的重要区域,也为化隆县文旅融合奠定了厚实的黄河文化基础。
2 地质遗迹类型及特征
化隆县的地质遗迹种类和数量多且分布较分散(图2),在黄河流域和青藏高原周缘规划和建设国家地质公园难度较大。在确定园区的范围及边界时,除按照地质公园建设指南的规定和要求[56],需要综合考虑地质遗迹的类型、分布特征及科学价值,还需要重点考虑地质遗迹对黄河形成演化、青藏高原隆升形成的指示意义。化隆县拉木峡与甘都镇的地质遗迹分布相对集中,交通便利、区位优势明显,且与黄河演化及青藏高原隆升关系密切。经野外实地调查和室内综合比选,初步将这两个区域划定为拟建的化隆国家地质公园的核心园区。拉脊山一带古生代蛇绿混杂岩、古大洋岛弧、古海山等地质遗迹点对原特提斯洋的重建具有极高的科学价值,但考虑其较为分散、可达性较差,暂将其作为单独的地质遗迹点进行保护。
图2 化隆县地质遗迹分布图
2.1 地质遗迹分类
地质遗迹的分类在学术界尚存争议。本文主要参考原国土资源部发布的《国家地质公园规划编制技术要求》(2019)[3](以下简称为《要求》)和《地质遗迹调查规范》(DZ/T 0303—2017)[59](以下简称为《规范》),并参考部分学者对地质遗迹分类的观点[60-61]。无论是《要求》还是《规范》对地质遗迹的分类都存在一些值得商榷的问题,主要体现在对地貌景观地质遗迹的划分方面。例如:把隶属于地貌景观的水体景观作为地质遗迹大类,且与地貌景观大类并列,存在明显的逻辑问题,水体景观划归于流水地貌景观类似乎更为合理;将按照组成地貌的不同岩石划分的地貌类型,与按照形成地貌的不同动力划分的地貌类型相并列,会产生外延上的重叠;峡谷属于典型的侵蚀地貌或者构造-侵蚀地貌,而不属于构造地貌。
化隆县拉脊山一带古生代的古海山、古大洋岛弧等地质遗迹,在板块俯冲与碰撞、增生造山等区域构造演化中扮演了重要角色。它们虽然属于古火山活动,但因具有特殊的大地构造属性及意义[62],如果将其归属到原分类方案中的岩浆岩(体)剖面或火山地貌景观,难以准确表达出其科学价值和内涵。在参考诸多火山遗迹的分类方案后[63-66],我们依据化隆县地质遗迹的大地构造属性及科学价值,在《要求》的基础上,将古海山、古大洋岛弧划归为区域(大型)构造亚类。
基于以上考虑并参考《要求》和《规范》,本文将化隆县地质遗迹进行了初步划分(表1)。拟建的化隆国家地质公园内共有40处地质遗迹,包括地质剖面、地质构造、古生物、矿物与矿床、地貌景观、环境地质遗迹共6个大类、9个类、20个亚类(表1)。
表1 拟建化隆地质公园地质遗迹名录
2.2 重要地质遗迹特征及科学价值
2.2.1 地质剖面大类
2.2.1.1 化隆岩群( Pt3H):南祁连最古老的变质基底
“化隆群”(Hualong Group)是北京地质学院(现中国地质大学)吴正文教授于1960年在化隆县开展地质调查时命名且沿用至今,主要分布于化隆县中部,典型剖面位于化隆县中部拉木峡园区关藏沟,当时认为其时代为太古宙。因化隆群变质变形强烈而无法建立完整的层序,地学界现将其称为“化隆岩群”(Hualong Complex)。化隆岩群由下至上分为智尕昂组、关藏沟组和鲁满山组,是一套中-深变质岩系(图3(a)),岩性复杂,主要为片麻岩、斜长角闪岩和黑云母石英片岩等。由于化隆岩群经历多期岩浆事件和构造运动,早期沉积岩、岩浆岩变质成片麻岩、片岩或混合岩等,其中片麻状构造、眼球状构造及流变褶皱十分发育(图3(b))。随着国内众多学者逐步深入的研究,化隆岩群的形成时代从最初的新太古代—古元古代[67-69]逐步被限定到元古宙787~1126 Ma之间[19,70-74]。
图3 化隆县部分重要地质遗迹
(a)化隆岩群变质岩;(b)流变褶皱(双龙戏水);(c) 西宁群—化隆岩群角度不整合;(d) 西宁群中石膏; (e)西宁群石英角砾岩(底砾岩);(f)公伯峡古风化楔
化隆岩群记录了罗迪尼亚超大陆的聚合与初期裂解信息,对恢复中国西部前寒武纪大陆构造演化与构造亲缘性具有重要意义[18,72,75]。化隆岩群形成于新元古代早期,作为南祁连造山带最古老的变质基底,记录了祁连造山带前寒武纪大陆地壳形成及地壳物质演化信息[74,76]。它具有冈瓦纳大陆起源性质,并与华南陆块具有明显的亲缘性,可能共同长期分布在罗迪尼亚超大陆的大陆边缘,保存了超大陆演化记录[75-77]。化隆岩群的组成、性质和演化既蕴含有超大陆聚散、陆块亲缘性判定的重要信息,也对后期原特提斯体系的洋陆格局、造山类型和造山机制有重要指示意义。
2.2.1.2 西宁群( E2-3X):青藏高原隆升的沉积响应
西宁群主要分布于化隆盆地中部、南部,其中拉木峡中出露的西宁群底砾岩是化隆盆地最早的新生代沉积。西宁群主要由一系列河湖相沉积地层组成,自下而上分为祁家川组、洪沟组、马哈拉沟组。祁家川组主要为暗红色含砾砂岩、夹砂砾岩;洪沟组主要为砖红色砂岩、砾岩,含有稳定的原生石膏层(图3(d));马哈拉沟组主要为暗棕色-棕红色泥岩夹石膏。西宁群孢粉组合中多见有耐热、干旱的植物分子[78],和原生石膏共同表明该时期盆地为干旱炎热的气候环境。前人1987年在化隆地区填图时,从岩性组合、沉积相上与西宁盆地中的西宁群进行了对比[58];近年来通过古地磁定年等方法,确定了西宁盆地内西宁群从老到新各组的年代:祁家川组(E2q,54~51.8 Ma),洪沟组(E2h,51.8~43 Ma),马哈拉沟组(E3m,43~34 Ma)[79-80]。化隆盆地内的西宁群底部年代也相应确定为54 Ma。
西宁群开始沉积的时代,可能代表了青藏高原开始隆升的时代, 是青藏高原隆升的沉积响应。始新世(E2)时期,化隆盆地与临近的西宁盆地、贵德盆地、临夏盆地、兰州盆地共同组成了统一的陇中盆地[81-82]。该联合盆地最早在中新世(N1)才被隆升的拉脊山等分割成各个次级盆地[25,83],期间沉积的洪积扇相、河流相、湖相地层记录青藏高原东北缘大量的构造信息[84]。碎屑锆石物源示踪和古水流分析显示,始新世的化隆盆地内西宁群物源为西秦岭北缘[82],和同时期邻近的临夏盆地物源相同[81]。该时期的西秦岭和昆仑山为“原青藏高原”的北部边界[85],陇中盆地可能和柴达木盆地、可可西里盆地同为印度—亚欧板块碰撞的弧后前陆盆地。结合同时期青藏高原中东部囊谦盆地[86]、贡觉盆地[87]和可可西里盆地[88]的沉积证据,表明青藏高原东北缘发生变形的时间与板块开始碰撞的时间几乎同步,西宁群(E2-3X)可能是印度—欧亚板块碰撞初期引起的构造变形和地壳增厚在高原东北部的远程响应。因此,对青藏高原开始隆升的时代具有较重要的约束作用。
2.2.1.3 拉脊山蛇绿混杂岩:原特提斯洋演化的重要记录
蛇绿混杂岩是蛇绿岩经历过多阶段与其它岩石叠置一起的产物,是具有多期次和多种地球化学特征(或构造背景)的造山带内露头的实际表现[89],可作为古洋盆和汇聚板块边界的直接判别标志[90]。拉脊山蛇绿混杂岩分布于化隆县昂思多镇北的六道沟、药水泉地区,由二辉橄榄岩、方辉橄榄岩、蛇纹岩、辉石岩、辉长岩、辉绿岩、斜长花岗岩、玄武岩块体与蛇纹岩基质共同构成[22](图4(a)和(b)),具有彭罗斯型蛇绿岩序列,属于SSZ型蛇绿岩[91]。SHRIMP锆石U-Pb测年结果表明,斜长角闪岩的变质时代为(521±28) Ma、辉长岩的形成时代为(519.9±3.9) Ma[91-93]。结合在结晶灰岩中发现的中—晚寒武世三叶虫化石[94-95],共同表明拉脊山蛇绿混杂岩形成时代为早寒武世晚期。综合研究结果表明,拉脊山蛇绿混杂岩由弧前、初始岛弧、成熟岛弧和弧后等多种环境蛇绿岩共同构成,是原特提斯洋向南俯冲过程中的重要产物[91-92]。
图4 拉脊山原特提斯洋演化相关地质遗迹组合
(a) 药水泉沟蛇纹岩; (b)青沙山古海山;(c)枕状熔岩;(d)火山角砾岩
2.2.2 地质构造大类
2.2.2.1 拉脊山古海山:青藏高原显生宙最早的海山
拉脊山古海山是原特提斯洋的洋壳(OPS)的重要组成部分,是确定原特提斯洋古缝合带和古洋盆存在的直接地质证据。拉脊山古海山主要出露于化隆县青沙山、泥旦山等地,发育连续的玄武岩、火山碎屑岩、硅质泥岩和凝灰岩组合,在野外露头上表现为枕状玄武岩“底座”与灰岩“盖层”共同构成的“二元”结构特征[96](图4(c))。拉脊山古海山含有较高的TiO2和稀土元素,具有与OIB型碱性玄武岩一致的右倾稀土元素配分曲线和Sr-Nd同位素组成,表明其形成于海山/洋岛构造环境[97]。通过生物碎屑灰岩中三叶虫的时代[94-95]以及后期被470~450 Ma的花岗岩侵入等证据[91],限定拉脊山古海山形成于中寒武世—早奥陶世。青沙山、泥旦山古海山是拉脊山增生杂岩的重要组成部分,代表原特提斯洋内的海山残片,与深海盆地、海沟沉积组合共同指示了原特提斯洋洋盆在寒武纪时期发生自北而南的俯冲极性[98]。海山和洋岛是大样板内部“热点”(地幔柱)岩浆作用形成的高出洋底1 km以上的具有锥形特征的孤立火山高地[99],玄武岩-灰岩组合是海山 OPS的重要组成和识别标志[97]。不同于具有多解性的蛇绿岩,海山OPS鲜明的岩石组合特征是识别海山残片和确定古洋盆存在的有效媒介[97],对恢复古洋盆构造演化具有重要意义。
2.2.2.2 拉脊山古大洋岛弧:青藏高原显生宙最早的大洋岛弧
拉脊山古大洋岛弧位于拉脊山南侧,自西向东沿青沙山、花石岩和马阴山连续分布。古大洋岛弧主要由玄武岩、安山岩和火山角砾岩组成,并有少量英安岩和流纹岩的夹层或脉体(图4(d))。地球化学、同位素分析和U-Pb测年结果显示,各岩石特征与大洋岛弧火山岩相一致,其中英安岩和流纹岩中的锆石具有一致的早—中寒武世年代范围:521 ~ 510 Ma[100]。拉脊山古大洋岛弧是目前发现的青藏高原显生宙最早的大洋岛弧,揭示了原特提斯洋的洋内俯冲开始于约 530 Ma前[100]。拉脊山古大洋岛弧与增生楔[101]、弧前盆地[102]的时空配置关系直接指示大洋板块俯冲极性,揭示洋盆演化与造山作用方式[103]。古大洋岛弧记录了丰富且复杂的洋盆演化信息,是确定古大洋盆地存在的关键证据。对青藏高原显生宙最早的拉脊山古大洋岛弧开展系统研究,对于深入洋-洋俯冲带形成与演化、认识古板块构造格局、洋-陆转换和造山作用过程具有重要的科学意义。
拉脊山蛇绿混杂岩、古海山和古大洋岛弧等地质遗迹是拉脊山早古带的重要组成部分,地质遗迹组合的科学意义重大,研究程度高,研究成果丰富并得到国内外同行认可。中国地质科学院地质研究所等团队10余年来在拉脊山地区开展的多项国家自然科学基金和专题地质填图项目成果表明,拉脊山地质遗迹组合在原特提斯洋演化、增生造山作用、板块汇聚及大陆动力学过程中具有重要意义。学者们对该地质遗迹组合进行研究,在《Tectonics》《The Journal of Geology》《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》《Precambrian Research》等国际一流期刊上发表20余篇论文,在《岩石学报》《地质通报》《地质科学》等中文核心期刊上发表30余篇论文。相关高水平的研究成果既显示了拉脊山地质遗迹组合的较高研究水平和国内外的同行认可, 也表明拉脊山早古生代缝合带具有重要的科学价值。
拉脊山早古生代缝合带是拟建化隆国家地质公园的核心地质遗迹。它在原特提斯洋演化和造山作用研究上已经具有国际地学价值和研究水准[23,101,105-106]。根据国际地球科学联合会(国际地科联)地质遗产地的定义与标准[107-108],拉脊山早古生代缝合带已经具备申报国际地科联地质遗产地的基本条件。
2.2.2.3 西宁群—化隆岩群角度不整合:缺失9亿年沉积历史的不整合(E2-3X— Pt3H)
西宁群—化隆岩群角度不整合位于拉木峡中,特征典型,沉积间断约9亿年,具有重要的大区域的立典意义。角度不整合下伏为强变形、深变质的灰-灰黑色化隆岩群片麻岩,岩层近乎直立;角度不整合上覆为缓倾的砖红色西宁群砂岩、砾岩;西宁群和化隆岩群的不整合接触关系十分清晰(图3(c)和(f))。化隆岩群形成于约1000 Ma前的新元古代早期,西宁群形成于新生代始新世(54~34 Ma),二者之间存在约9亿年的沉积缺失。西宁群底部发育有厚度1~2 m的砖红色砾岩,砾径一般2~5 cm,最大可达30 cm。砾岩中角砾均为石英角砾,但磨圆度差,呈棱角状或次棱角状,分选性也较差(图3(c))。砾岩的成分成熟度和结构成熟度反差较大,具有典型的底砾岩特征,该角度不整合指示了长期的沉积间断和风化剥蚀历史。
该角度不整合经历了罗迪尼亚超大陆汇聚和青藏高原隆升两大重要地质事件,是较为罕见的跨越新元古代和新生代的角度不整合。对比首批100个国际地科联地质遗产地中的美国大峡谷国家公园 “巨大不整合”、葡萄牙阿尔加维地区“特列鲁角度不整合”[107],该角度不整合不仅在形态特征上具有典型性,而且同样记录了重要的板块运动过程,可成为指示新生代印度—亚欧板块碰撞和青藏高原隆升的典型地质遗迹,具有独特的科学研究价值和较为重要的国际对比意义。
2.2.3 矿物矿床大类
区内矿物矿床地质遗迹的典型代表为 拉木峡铜镍矿床,它是我国镍平均品位最高的铜镍矿床。
拉木峡(文献称“拉水峡”)铜镍矿床最早于1953年至1958年期间开展初步勘查,由地质矿产部、中国科学院、青海省地质局地质队及北京地质学院(现中国地质大学(北京))10名师生组成的普查队,在化隆县拉木峡一带发现高品位的镍矿体后,北京地质学院于1960年3月奉地质矿产部指示,先后派出100多名师生来该区进行矿区勘探和外围普查工作,为该矿的勘探做出了重大贡献;我国著名矿床学家赵家骧、张炳熹、王恒升和苏联专家也从1959年开始,先后到矿区指导勘查工作。在拉木峡铜镍矿连续开采的50年间,其产值曾占化隆县每年工业总产值的70%~75%[109],是化隆县政府财政的主要收入来源;该矿已于2011年停止开采,只留下采矿的坑道成为采矿地质遗迹。
拉木峡铜镍矿位于化隆县拉木峡中部,属于南祁连山东段的化隆镁铁质-超镁铁质岩带,呈岩瘤状产于化隆岩群关藏沟组片麻岩、角闪片岩的层间断裂中。拉木峡岩体以角闪岩为主,岩石片理化明显,全岩几乎发生铜、镍硫化物矿化,且已遭受强烈蚀变[110]。岩浆期主要金属硫化物矿物组合为磁黄铁矿、黄铜矿、镍黄铁矿。该矿床为岩浆熔离改造型矿床,形成于约420 Ma前,经历了岩浆熔离贯入、热液叠加改造和表生氧化作用3个阶段[31]。据勘探数据资料,拉木峡镍矿床在中国典型镍矿床中镍矿平均品位最高,为4.47%[111],远高于0.2%~0.3%的边界品位(表2)。拉木峡铜镍矿揭示了在造山带的后碰撞局部伸展环境同样可以形成岩浆铜镍硫化物矿床,进一步拓展了铜镍矿找矿的空间和潜力,对丰富岩浆型铜镍矿床和镁铁质-超镁铁质岩成因理论具有重要意义[31]。
表2 拉木峡铜镍矿与中国重要镍矿的镍平均品位对比(数据引自《中国矿产地质志·镍矿卷》)
2.2.4 地貌景观大类
2.2.4.1 公伯峡古风化楔:角度不整合面上大型古风化楔
公伯峡古风化楔位于化隆县公伯峡水电站大坝北侧,规模较大,露头良好,该楔体发育于西宁群与化隆岩群角度不整合面之下(图3(f)), 是地表长期风化剥蚀作用形成的,因此具有大地构造和古气候方面的双重意义。楔体高约6.5 m,宽30~200 cm,楔壁较平直;楔体层内有大量石英角砾,砾径1~20 cm,胶结物为淡红色泥砂。在新元古代至晚中生代长期的风化剥蚀过程中,地表易形成楔状裂隙,根据楔体内部充填物特征[112],应为炎热干旱气候条件的产物,与常见的古冰楔充填物不符[113],因此可排除冰楔假型的可能。早始新世是新生代最热时期,形成的红色冲、洪积物质灌入大型风化裂隙中,形成了该大型古风化楔。该楔状构造形成于新生代早期并发育在新元古代的变质岩中,是国内非常罕见的地质遗迹。
2.2.4.2 拉木峡丹霞地貌:西北半干旱区的典型代表
拉木峡丹霞地貌具有“顶平、坡陡、麓缓”的形态特征,是我国西北半干旱区丹霞地貌的典型代表(图5(a))。丹霞地貌主要分布于化隆县中部拉木峡两侧,包括方山、石柱、岩槽(悬沟)等单体地貌类型[114-115]。该丹霞地貌的物质基础为古近纪西宁群红色砂砾岩,其时代虽不属于中生代,但发育的红色陡崖为特色的地貌形态特征与典型的丹霞地貌非常吻合,应可归属为丹霞地貌类型。约8 Ma前青藏高原快速隆升,在流水侵蚀、风化剥蚀及重力崩塌作用下,拉木峡丹霞地貌雏形开始形成[115]。流水不断侵蚀节理或裂隙,近水平的岩层整体保持原始较连续的剥夷面,逐渐形成丹霞方山、岩槽。自1.1 Ma黄河贯通化隆盆地后,受拉木峡流水强烈侵蚀下切和重力崩塌的持续作用,在方山、石墙等基础上,红层沿节理切割形成宫殿状或窗棱状;石柱、峰林等由于差异风化,形成栩栩如生的象形石,现今的拉木峡丹霞地貌在该主要造景期形成[115]。拉木峡丹霞地貌不仅对我国西北半干旱区,尤其是青藏高原的丹霞地貌的研究具有重要意义,还提供了青藏高原东北缘新生代以来的构造运动、黄河水系变迁以及古环境重建的地貌学证据,对青藏高原隆升和黄河演化的研究具有较高价值。
图5 化隆县重要地貌类地质遗迹
(a)拉木峡丹霞地貌;(b)甘都土林坳沟;(c)甘都复合型土林地貌;(d)红泥沟洪积扇;(e)甘都黄河景观带;(f)甘都天梯
2.2.4.3 甘都土林地貌:黄河上游沿岸形成中的年轻地貌
甘都土林地貌类型组合全、景观价值高,是在黄河上游新发现的年轻的土林地貌。甘都土林地貌主要分布在化隆县甘都镇的黄河北岸,延伸约6 km,宽度为0.7~1.6 km,切割高度超过500 m,出露面积约13.6 km2。土林地貌的成景地层为古近纪西宁群马哈拉沟组(E3m)浅棕红色砂岩、泥岩。土林地貌形态各异,发育有细沟、切沟、冲沟、等侵蚀负地形和锥状、丛状和林柱状正地形及其地貌组合 [116] (图5(b)和(c))。土林地貌在物质基础、地质营力方面与拉木峡丹霞地貌有相近之处,但是其形态特征具有较大差异且形成时代较新。甘都土林地貌为1.1 Ma以来黄河切穿甘都—循化盆地后,流水侵蚀黄河两岸红层而成[47]。作为黄河上游正在形成的年轻地貌,甘都土林还不具备丹霞地貌的典型特征。通过与形态相似的元谋土林 [116-117]、龙羊峡土林[118-119]、西藏札达土林[120]对比,甘都土林具有一定的独特性,对我国土林地貌的分类和成因机制方面的研究具有一定的参考价值。
2.2.4.4 甘都黄河景观带:丹山碧水景观
甘都段黄河自西向东流经约30 km,形成壮美的“丹山碧水”及“九曲黄河”地貌景观(2023年封面照片)。宽约80~700 m的现代河床,在宽阔的甘都—循化盆地中蜿蜒,由于河流长期的侧方侵蚀作用,河床形成多个弯道,部分弯曲可达170°,形成“九曲黄河”的壮美景观。化隆县位于青藏高原与黄土高原过渡地带,因尚未进入黄土高原,水体中含沙量低,不同于黄河中下游浑浊的黄河水,清澈见底的黄河水造就了“天下黄河青海清”的独特现象。宛如绿丝带的碧绿黄河水同两岸灿若明霞的红层地貌交相辉映,形成的“丹山碧水”地貌组合成为化隆县独特的自然景观之一(图5(e))。黄河两岸发育的多级河流阶地,对研究第四纪古气候、新构造运动及黄河形成演化具有重要的科研价值。
2.2.4.5 红泥沟洪积扇:黄河支流大型洪流堆积地貌
红泥沟洪积扇位于黄河公伯峡出口处,规模较大,是研究区规模巨大的洪流堆积地貌遗迹。扇体总面积可达1.1 km2,扇顶角约90°,向S—SE方向倾;扇面坡度为10°~15°(图5(d))。扇体沉积物韵律变化频繁,表现为灰绿色粉砂层与棕红色粉砂质黏土层互层,偶夹细砾石层。4处粉砂层的OSL测年结果显示,红泥沟洪积扇形成于60~15 kaB.P.,结合沉积物特征初步推断扇体由末次冰期的河流与洪流交替搬运沉积而成。扇体的补给水道红泥沟当时为常年性流水,上游搬运来的碎屑物质在山口形成冲积扇,沉积灰绿色粉砂层。而MIS3晚期(43~25 kaB.P.)快速波动的气候与末次冰盛期(25~18 kaB.P.)的寒冷形成了周围山地的积雪与夏季短时强降雨,积雪融化,形成粉砂质黏土层。开展对红泥沟洪积扇的研究,有助于深化黄河形成与化隆盆地演化之间关系的理解。
2.2.4.6 甘都天梯:流水侵蚀地貌的典型代表
甘都天梯位于甘都段黄河北岸,为典型的流水侵蚀地貌,是拟建的甘都园区中具有特色的小型景观。甘都天梯高约12 m,宽0.4~1.5 m,其内部为上窄下宽、几乎竖直的半开放式通道(图5(f))。该地质遗迹的地层岩性为新近纪西宁群马哈拉沟组的棕红色泥岩、砂岩夹砾岩,地层近水平,泥岩与粗颗粒砂岩互层并具有不同程度的胶结。天梯形成最主要的成因是软硬相间的砂砾石层抗风化能力的差异,具体形成过程是:构造运动的抬升和侵蚀基准面的下降,导致流水下切作用加强并形成河流阶地后,地面流水在阶坡陡崖上沿着垂直节理或裂隙不断冲刷,形成垂直的侵蚀沟槽;沟槽内软硬相间的岩石抗侵蚀和风化能力不同,泥岩容易被侵蚀,抗侵蚀能力比较强的砾岩层则更容易保留下来,因而在沟槽内形成一条条水平凸出的“梯子”。该景观虽然规模不是很大,但流水侵蚀特征明显,如同直入云霄的天梯,是开展科普教育和观光游览的特色景观。
3 地质遗迹的定量评价
3.1 评价指标及体系
按照建立地质公园建设的需求,参照《要求》中地质遗迹评价方法[3],根据研究区地质遗迹的特征,在地质遗迹综合评价层下选取自然属性、社会属性、保护条件和开发条件共4个评价指标层和11个评价因子(表3),对拟建的化隆国家地质公园内的地质遗迹进行评价。
表3 地质遗迹评价指标体系
为客观地反映地质遗迹的组合价值,在评价过程中将能反映同一地质历史事件的地质遗迹,或特征相似的同类型地质遗迹进行组合,作为整体进行评价。例如,拉脊山蛇绿混杂岩、古海山、古大洋岛弧与花抱山组是拉脊山早古生代缝合带反映了特提斯洋的演化,故将其合并为拉脊山早古生代缝合带开展评价。研究区内单体丹霞地貌特征相似,将其合并为拉木峡丹霞地貌;甘都园区内单个土林地貌特征较为相似,将其合并为甘都土林地貌进行评价。
3.2 评价方法及模型
根据化隆县地质遗迹调查结果,采用专家打分与层次分析法来确定不同评价因子的权重[121-122],加权后得出各个地质遗迹的得分。层次分析法是将评价分为递进包含的不同评价层次,各层次均包含不同评价因子。对上一层次某项因素下的同一层次因素相对重要性做出判断并构建判断矩阵。计算判断矩阵的特征向量并利用最大特征值对结果进行一致性检验,若计算结果通过一致性检验则将特征向量进行归一化处理则可得到各评价因子的权重。本研究共邀请5名旅游地学领域的专家,依据研究区前期的调查与定性评价结果,采用1~9标度法(表4)对地质遗迹评价各因子的权重做出重要性判断(表5),经计算(表6-表7),得出具体权重(表8)。
表4 评价尺度对照表
表5 重要性判别矩阵
表6 RI指标值
表7 A-B评价指标权重
表8 地质遗迹评价指标及因子权重
地质遗迹点各项指标的评分通过现场交流的方式进行,将地质遗迹点资料与评价指标发放给参与化隆县地质遗迹调查的10名相关人员,参照地质遗迹打分标准为拟建青海化隆地质公园内的地质遗迹进行评分。各项指标满分均为100分,评分越高则该地质遗迹点在相关指标上表现越好。各指标的最终结果取10个数据的算术平均值,代入评价公式(3)得到地质遗迹点的最终得分。根据地质遗迹点的总分将地质遗迹划分为4级[3]:90分及以上为世界级,80分及以上至90分为国家级,70分及以上至80分为省级,70分以下为县(市)级。
(3)
式中:F为地质遗迹定量评价总分;Xi为i项评价因子得分;Wi为i项评价因子权重;n为评价因子数目。
3.3 评价结果
依据上述方法和计算模型得到的评价结果(表9)表明,拟建青海化隆地质公园内共有世界级地质遗迹2处,占总数的8%,分别为西宁群—化隆岩群角度不整合以及拉脊山早古生代缝合带。其中的西宁群—化隆岩群角度不整合兼具极高的科学价值与景观价值,可以作为拟建地质公园的开发重点区域。国家级地质遗迹6处,占总数的24%,包含丹霞地貌与土林地貌组合,可以作为拟建地质公园的主体景观与特色。省级地质遗迹共有10处,占总数的40%。县(市)级地质遗迹7处,占总数的28%。省级及以上地质遗迹占比超过总数的70%。
表9 拟建青海化隆国家地质公园地质遗迹评价结果
地质遗迹的定量评价结果基本与定性评价结果相符合。拥有较高科学价值的西宁群—化隆岩群角度不整合、拉脊山早古生代缝合带均被评为世界级地质遗迹。具有一定景观价值与科学价值的丹霞地貌、土林地貌以及拉木峡铜镍矿等被评为国家级地质遗迹。评价结果显示,研究区内地质遗迹价值较高,拟建化隆国家地质公园具有良好的资源禀赋。
4 讨论及结论
研究区内地质遗迹种类全,数量多,具有良好的建立国家地质公园的地质遗迹资源。经地质遗迹调查,拟建化隆国家地质公园内共计有40处地质遗迹,涵盖6大类,包括9类20亚类。在对地质遗迹科学价值和景观价值的研究基础上,使用层次分析法开展的定量评价结果表明,拟建化隆国家地质公园拥有2处世界级、6处国家级、10处省级、7处县(市)级地质遗迹,化隆县完全具备国家地质公园申报和建设的条件。
化隆县拥有世界级地质遗迹,具备申报和建设联合国教科文组织世界地质公园的资源禀赋。化隆县拥有2处世界级地质遗迹,其中西宁群—化隆岩群角度不整合特征典型,是较为罕见的沉积间断约9亿年的不整合,具有青藏高原隆升的研究价值和区域对比意义。拉脊山蛇绿混杂岩、古海山和古大洋岛弧等地质遗迹组合完整地记录了原特提斯洋的演化过程,在国际SCI检索期刊发表的20余篇高水平文章既显示了拉脊山地质遗迹组合的高水平的研究程度和国际认可, 也表明拉脊山蛇绿混杂岩在增生造山作用、板块汇聚及大陆动力学研究中具有重要科学意义。因此,化隆县具有成为国际地科联地质遗产地和申报建设联合国教科文组织世界地质公园的潜力。
通过对化隆县地质遗迹进行调查研究及评价,初步确定了以拉木峡谷、黄河北岸甘都镇为重点区域的拟建的地质公园范围,为青海化隆国家地质公园的申报提供了科学依据,并可为黄河文化旅游带的打造提供重要参考。
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