研究现状及存在的问题
就地貌学研究方法而言,初期研究受客观条件和认知水平的限制,研究多停留在描述性的感知上,但这些通过地貌学调查得到的结论可以为定量方法提供理论指导。近年来,随着地球科学的新思维和科学技术的进步,遥感技术和定量计算方法被引入地貌学研究,通过计算山体隆升和侵蚀的大小和速率,将动力侵蚀、搬运和堆积定量化(李琼,2008;付建礼,2009;袁存勇,2009;蒋永标,2065 438+00;崔志久,2007;袁万明等,2011)。这是地貌学的发展方向之一,也是一门学科走向成熟的标志。
就地貌学而言,主要集中在丹霞地貌、喀斯特地貌、花岗岩地貌三种地貌类型。丹霞地貌是中国走向世界的“国家品牌”,国内有大量以丹霞地貌为主体的地质公园。2010年8月,江西龙虎山、广东丹霞山、湖南狼山、浙江江郎、福建泰宁、贵州赤水六大地质公园捆绑在一起,以“中国丹霞”之名成功申报为中国第八处世界自然遗产。由于独特的因素,中国学者在丹霞地貌研究方面处于世界领先地位。花岗岩地貌是世界上最重要的地质旅游资源,而中国是世界上花岗岩景区数量最多、类型多、审美价值高、特色突出的国家。在世界七大花岗岩地貌中,中国占了六个。2006年7月,首届花岗岩地质地貌国际会议在江西三清山召开。来自国内外的100多位花岗岩地质地貌专家参加了会议,发表了专题论文,并成立了花岗岩景观研究中心。可以说,中国是全球花岗岩地貌研究中不可或缺的重要一员。
花岗岩地貌的分类是地貌学家经常讨论的热点问题之一,但很难达成共识。在众多的花岗岩地质地貌景区中,具有景观各异、成因多样、分类众多等突出特点。
早在20世纪60年代,我国著名地貌学家曾在《岩石地形学》一书中,就将花岗岩分为五种类型:高山花岗岩地貌、热带花岗岩地貌、干花岗岩地貌、石蛋地貌、沟壑地貌(注:这里的地貌相当于地貌)。
有学者根据成因的主导因素将花岗岩山地分为五类:湿润地区中高山花岗岩水蚀地貌、湿润地区低山花岗岩侵蚀堆积地貌、干旱地区花岗岩风蚀地貌、高寒地区花岗岩冰雪侵蚀地貌和沿海地区花岗岩海蚀地貌(陆,2007)。在本方案中,三清山属于湿润地区的水蚀型花岗岩。
有学者从旅游服务的角度提出了花岗岩旅游地貌的分类方案,分为***11类:(高山)顶峰花岗岩地貌,(高山)悬崖花岗岩地貌,(低山)穹丘花岗岩地貌,石蛋花岗岩地貌,(低山)花岗岩石柱和(低山)塔顶峰花岗岩地貌。在本方案中,三清山属于(高山)峰顶花岗岩地貌类型。
有学者从风化剥蚀的角度将花岗岩地貌分为四类:化学风化壳、化学风化壳剥离、化学风化+隆升下切和物理风化剥蚀;进一步分为八个亚类:侵蚀丘陵谷地型、露头岩石型、中小露头岩石型、中小凹型、残石蛋独立巨峰型、隆起下切巨峰型、冻蚀型、风化-风蚀型(崔志久,2007)。崔志久先生将三清山归为化学风化+隆升下切。
《世界花岗岩景观》(Migon,2006)提出了与世界花岗岩景观相对应的八种主要地貌成因类型的分类方案,包括联合谷、多重洼地、平原和低山、平原、多重洼地、陡坡和切割高原,这些类型相互演化,如图1.1所示。米根认为,有些花岗岩地貌可以有不同的成因类型,所以三清山虽然不能完全对应某一种地貌,但三清山的山形确实代表了“全坡”地貌,同时也具有“切割高原”和“节理谷”地貌的特征。
根据Twidale(1982)和Campbell(1997)的划分方案,花岗岩地貌分为大地貌和小地貌:①大地貌可分为巨石、岛丘、全坡地形和花岗岩平原四大类。有四种类型的巨石:核心岩石,碎砾石,摇石和斜坡漂移砾石。海岛山包括残山、基岩残山和城堡岛山。尖顶山包括两个子类别:周围的山坡和山顶森林。花岗岩平原包括埋藏和裸露平原、侵蚀平原、山前侵蚀平原、准平原和阶梯状平原五个亚类。②小地貌可分为缓坡、陡坡、溶洞和塔佛尼、裂块四类。缓倾斜地貌包括岩盆、蘑菇石、岩环、浅沟四个亚类;陡坡地貌分为六个亚类:喇叭状倾斜、底部侵蚀倾斜、波浪侵蚀台地、山麓洼地、山麓角和海沟;洞穴和蜂巢洞穴又分为两个亚类;碎裂岩包括四个亚类:碎裂岩、片状岩、多边碎裂岩和位移块。
图1.1花岗岩景观演化路线图
(根据Migon,2006年)
有学者建议将花岗岩景观系列按照一定的标准进行分类,通过对比研究建立标准类型(杨明贵等,2009;尹等,2007),类似于地层标准剖面的金钉子。
花岗岩地貌的发育机制是花岗岩地貌的研究重点。地貌的经典定义是“地貌是地球表面外力和内力相互作用的结果”。基于此形成了气候地貌学和构造地貌学两个分支学科,许多教材都是沿着这个思路编写的(杨景春等,2005;张根寿,2005;舒高等人,2006年)。但值得注意的是,这个定义忽略了地貌的物质组成——岩石的适当位置。曾(1960)认为“地貌是岩性和动力学相互作用的表现”。综上所述,花岗岩地貌主要受构造、岩石、气候等因素影响,与其他类型的岩石地貌成因控制因素差别不大,花岗岩地貌发育的三大控制因素也是大多数地貌学家公认的(Campbell,1997;尹,2007;蒲清玉,2007;魏等,2007;董等,2007)。到具体的景观区域,也不过是增加了时间和空间的维度,具体情况具体分析。既然花岗岩是形成花岗岩地貌的基础,这里就不得不提一下花岗岩(类)的研究进展。这也是花岗岩地质地貌交汇的具体体现。
花岗岩一直是地质学家的重要研究对象之一,对其认识也取得了重要进展,主要可分为以下几个阶段。
第一阶段,沙佩尔&怀特(1974+0974)将花岗岩按物质来源分为I型和S型,而我国学者徐克勤将花岗岩分为陆壳转换型、同熔型和幔源型三种,揭开了花岗岩源岩研究的序幕。
第二阶段,Pitcher (1979,1983,1997)将花岗岩类的成因类型与构造环境相结合,提出了A型花岗岩的划分,花岗岩的研究深入到岩体形成的构造环境讨论阶段;
第三阶段,美国大陆动力学计划(NSF,1993)提出花岗岩实际上是大陆生长过程的产物,是壳幔相互作用的过程。我国学者也认为壳幔相互作用,特别是下地壳与岩石圈地幔/软流圈系统的相互作用,对花岗岩的成因具有重要的控制作用(David Hong,1994,2000;莫玄学,2002;王德子等,1999;王涛,2000;邓等,1996;吴福元,1997;肖庆辉等,2002),从而开启了从软流圈向地壳输送地幔物质的新视角研究花岗岩形成与大陆生长关系的新阶段。
通过大量的工作,我国学者基本摸清了我国花岗岩类的时间序列和空间分布规律,具有以下特点。
一是花岗质岩浆作用时代长,从太古代到新生代多幕旋回侵入,以中生代为高潮。前寒武纪出露的花岗岩占11%,古生代占37%,中生代占40%,新生代占12%(张德全,2002)。每个花岗岩带由多个时代的花岗岩组成。比如南岭花岗岩带,古生代和中生代从元古宙开始向三叠纪运动,侏罗纪和白垩纪达到高潮。北部的天山-内蒙-大兴安岭花岗岩带从元古代开始活动,早古生代至晚古生代达到高潮,白垩纪仍有微弱的岩浆活动。即使在这样大规模的岩基中,也存在多旋回演化的特征,万阳山-珠光山花岗岩基是一个多时代的复杂岩体(David Hong,2007)。
其次,在空间上,中国是世界上分布最广的国家之一,面积为86×104km2,占陆地面积的9%。秦岭-昆仑山以北主要出露太古代至晚古生代花岗岩。中生代花岗岩主要发育在大兴安岭-太行山-武陵山三江东部和西南部地区。西藏和云南西部发育新生代花岗岩。以贺兰山-龙门山为界,东西部花岗岩的空间分布明显不同。西部花岗岩明显呈带状分布,受板块俯冲和碰撞控制,发育于刚性块体之间的结合带。东部以平面为主,受伸展构造控制,发育于板内构造环境(David Hong,2007)。广东、福建、广西、江西、湖南五省出露面积最大,前两者花岗岩面积占全国的30% ~ 40%,后三者占10% ~ 20%(崔志久,2007)。所谓“世界的花岗岩看中国,中国的花岗岩看东方”。
第三,在岩性上,中国花岗岩类岩石的成分从太古代到新生代经历了从基性到酸性、碱性的演变。根据750个大面积花岗岩体的6080个样品中768个组合样品的加权统计,SiO2 _ 2和的含量有增加的趋势,而al2o 3、MgO、CaO和TFeO的含量有减少的趋势(石长义等,2007),这与地壳在垂向上由硅质镁向硅质铝的逐渐转化相一致(程,1994)。
第四,从与构造环境的关系来看,不同的构造环境往往有不同的花岗岩类组合。有些花岗岩与板块俯冲和碰撞有关,有些花岗岩形成于碰撞后的板内环境。相应的,花岗岩的组合也不同。如南岭中生代花岗岩为二长花岗岩-长石花岗岩-云母花岗岩-花岗闪长岩组合,华北地台中生代花岗岩为闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩花岗岩-石英二长岩组合,喜马拉雅带为白云母花岗岩-电气石花岗岩组合,冈底斯带为花岗岩-花岗闪长岩组合。不同的岩石组合决定了其岩石化学和地球化学性质也有显著差异(石长义等,2007)。同时,由于同一地区不同时期的构造环境不同,往往存在不同类型花岗岩的叠置、交错和转化现象。如在我国东南沿海地区,由于白垩纪太平洋板块的俯冲,形成了闽浙沿海的I型花岗岩。之后构造环境由挤压转为拉伸,形成A型花岗岩,两种花岗岩在空间上紧密共生(David Hong等,2007)。
赣东北的地质调查和地质研究始于20世纪30年代。本文回顾了赣东北地质和三清山地貌的研究历史。
1939年,老一辈地质学家刘会思在玉山县-贵溪市地区进行了1 ∶ 25万地质调查,首次建立了该地区的地层系统,并对岩浆岩和火山岩进行了初步研究。自1954以来,地质、冶金、建材系统以及科研、院校等单位所属的地质队在该区开展了系统的地质矿产调查和科学研究。
1954-1959期间,地矿部中南地质局409队在德兴铜厂、朱砂红等地进行了普查勘探,发现并探明了德兴超大型斑岩铜矿。
1975-1978期间,江西省地质局组织召开德兴铜矿总会,新增铜储量350×104t,系统总结研究斑岩铜矿。1983年,朱逊等人出版专著《德兴铜矿》。
1959-1980期间,北京地质研究所、浙江调查队、江西省调查队开展了上饶市幅1 ∶ 20万区域地质调查,基本建立了测区的地层层序、岩浆活动序列和区域构造格架,积累了丰富的基础地质资料。
1976-1981年,江西省水文地质工程地质大队开展了上饶市幅1 ∶ 20万水文地质调查,初步摸清了工作区的水文地质、工程地质条件和地下水资源情况。
1983-1988期间,赣东北地质大队在紫湖口、玉山、谷城开展了1 ∶ 5万地质矿产调查,研究了三清山花岗岩的侵位机制和形成时代。
65438-0993,江西省城乡规划设计院编制三清山风景名胜区总体规划。2000年,三清山管委会邀请同济大学景观科学研究所对三清山风景区总体规划进行了修改。2003年6月5日至2004年3月,江西省城乡规划设计院对三清山风景名胜区总体规划进行了再次修编,为三清山的开发和保护提供了科学依据。
2000-2002年,江西省地质调查研究院对上饶市进行了1∶25万的区域地质调查。根据同源岩浆的演化序列,将三清山花岗岩归为怀玉山构造岩浆群落,建立了岩石谱系单位体系,进一步提高了三清山地质科学的研究水平。
1985年7月至1986年8月,江西省地质调查研究院对三清山进行了专项旅游地质调查。
1999 ~ 2003年,江西省地质调查研究院在江西省地质遗迹调查期间,对三清山花岗岩峰林地貌进行了普查和评价。
2002年至2004年,南昌大学、江西师范大学学者与三清山管委会合作编纂三清山志,系统研究了西晋太康四年(即公元283年)至2004年上半年三清山的史料,时间跨度为1921年。突出了对旅游资源、自然地理和历史文化遗产的研究。
2005年至2006年,江西省人民政府组织不同学科的专家,聘请国内外地质科学顾问,以生物和生态为重点,对三清山自然遗产的科学价值进行了国际比较研究。著名生态学家林莹(1986)曾指出,江西是东亚-北美植物区系中中国植物区系的重要起源中心。
2005年至2006年,中国地质科学院、江西省地质调查研究院等单位对三清山地质公园地质遗迹景观进行了全面调查和初步研究,提出了“三清山式”花岗岩景观的概念。
应该说三清山所在地区的地质研究程度很高,成果很多(陈思本等,1986;邓等,2005;李等,李,2000;陆松年,1998;马长鑫,1991;王逸仙,1999;邢等,1992;许蓓,1990;许蓓等人,1989,1992;赵建新等人,1995;赵崇和等,1997;曾勇等人,2002年;周国庆,1991),总结起来,最重要的成果有三个:德兴铜矿的发现;赣东北深大断裂带的规模、范围及成因研究:赣东北中元古代蛇绿混杂岩带的发现。可以看出,对赣东北的研究主要集中在前寒武纪古造山带及其构造格架、古变质岩及其年代学、元古代蛇绿混杂岩带及其地质意义等方面。赣东北与成矿有关的花岗岩也是研究热点之一(朱迅,1983;杨明贵等,2004;金等,2007;芮宗耀等,1984;王强等人,2007年;袁忠信,1988)。但对三清山风景区花岗岩的科学定量研究较少,相关文献多为三清山地质旅游资源介绍或花岗岩景观描述(刘希媛等,2005,2006;杨明贵等,2007)。三清山是花岗岩微地貌的天然博物馆,记录了中生代以来的地壳演化历史。传统上对山体形成和景观形成的机理解释为,地壳不断受到内力抬升,外力不断沿着节理裂隙风化剥蚀,塑造出各种生动的微景观。但是和花岗岩本身作为物质基础有什么关系呢?在中国东部岩石圈减薄被公认为科学知识的前提下,中国东部多座花岗岩山的形成与中国东部岩石圈减薄有什么关系?是在挤压环境还是拉伸环境下形成的?三清山的隆升侵蚀过程有什么特点?三清山与同处一个造山带、岩石类型和地貌类型相同的黄山相比,是否有相同的隆升和剥蚀过程?
陈安泽先生曾指出,花岗岩专家不研究花岗岩地貌,而地貌学家对花岗岩岩石学知之甚少,无法解释花岗岩地貌与地质的关系。把地质地貌分成两张皮是不可取的。地貌学家要了解地质学的基础知识和前沿研究领域,地质公园的研究者也要明白,地质公园只是研究的载体,研究内容可以是岩石学、地貌学、地球化学、地球物理和构造学等等。花岗岩地貌是研究地质演化过程的重要证据(陈安泽,2007),因为地貌包含了过去地质历史时期环境变迁的相关信息,有助于了解地球环境变迁的历史,更重要的是可以为预测未来变化的方向和趋势提供科学依据(李琼,2008)。前苏联地貌学家马尔科夫(1948)研究地貌过程中的岩浆运动。在第一届花岗岩地质地貌国际研讨会(地质评论,53卷,增刊)上,有洪大卫、肖清辉、、罗等岩石学家发表的论文,这是一个很好的开端,有助于地貌学家和岩石学家之间的讨论和交流。但总的来说,花岗岩地貌在地质演化史的研究中并没有得到应有的重视。基于这种考虑,本专著将对三清山的岩石地球化学、三清山隆升剥蚀的低温年代学约束、三清山地貌特征及成因机制等进行研究。