天津市地質(zhì)遺跡特征及保護對策研究

肖藝，董衛(wèi)宏，商志文，陳永勝，楊圣坤，楊朋*，李志華

（1.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津300191；2.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170）

天津市北依燕山，西靠華北平原，東臨渤海，北部為山地丘陵，中南部為平原，東部為海岸帶，地質(zhì)遺跡資源豐富，具有重要的科學、生態(tài)、旅游和科普價值。眾多學者針對天津市地質(zhì)遺跡資源開展了大量研究工作。其中，以薊縣中、上元古界標準地層剖面為代表的前寒武紀地質(zhì)研究處于世界領(lǐng)先水平[1-8]。天津市松散沉積層厚度大，是我國地面沉降發(fā)現(xiàn)最早也是最嚴重的城市之一，是我國地面沉降最典型、成因最復雜的地區(qū)，人為因素包括開采地下水、油氣、大規(guī)模工程建設(shè)等，自然因素包括構(gòu)造運動、地震因素、軟土自然固結(jié)等[9-14]。天津市海岸帶是我國典型的泥質(zhì)海岸帶，擁有十分罕見的貝殼堤、牡蠣礁等海積地貌地質(zhì)遺跡，是古海岸線演化、近現(xiàn)代地質(zhì)環(huán)境研究的重要載體[15-21]。但是，除了以天津薊縣國家地質(zhì)公園為代表的數(shù)個保護區(qū)與景點已有部分工作基礎(chǔ)外，目前對天津市整體的地質(zhì)遺跡類型、分布和特征等問題，仍無系統(tǒng)性認識。為了加強天津市地質(zhì)遺跡保護、促進天津市經(jīng)濟社會發(fā)展、建設(shè)生態(tài)城市，本文對天津市的地質(zhì)遺跡類型與分布進行統(tǒng)計，并對天津市地質(zhì)遺跡特征、科學意義及旅游價值進行分析，最后針對不同類型地質(zhì)遺跡提出了相應的保護對策建議。

1 天津市地質(zhì)遺跡類型與分布

天津市獨特的地貌格局孕育了不同類型的地質(zhì)遺跡資源。北部山地丘陵區(qū)分布有著名的中上元古界標準地層剖面和盤山、九龍山等地質(zhì)遺跡，中南部平原區(qū)主要分布有地面沉降地質(zhì)遺跡，為做好地面沉降防控工作建有全國典型的地面沉降分層標和基巖標，東部海岸帶地區(qū)分布有多道貝殼堤、牡蠣礁、七里海濕地、大黃堡濕地、團泊洼濕地、北大港濕地等地質(zhì)遺跡（圖1）。

1.1 北部山地丘陵區(qū)地質(zhì)遺跡類型與分布

北部山地丘陵區(qū)位于燕山山脈南端，最高峰為薊州區(qū)九山頂，海拔1 078.5 m。地質(zhì)遺跡包括基礎(chǔ)地質(zhì)類、地貌景觀類、地質(zhì)災害類三大類，共計409處，其中世界級37處，國家級20處，省級45處，縣級307處，分布在中上元古界保護區(qū)、盤山、九山頂、梨木臺、八仙山、九龍山、黃崖關(guān)、府君山八個景區(qū)內(nèi)，是天津地質(zhì)遺跡最豐富的地區(qū)[22]（表1、圖2）。

1.2 中南部平原區(qū)地質(zhì)遺跡類型與分布

中南部平原區(qū)位于華北平原，地面沉降嚴重，其地質(zhì)遺跡主要類型是與地面沉降相關(guān)的地面沉降現(xiàn)象點。在長期的地面沉降防控工作中，天津市相繼建設(shè)了大量地面沉降基巖標和分層標，包括分層標12組、基巖標2組（表2）。其中，塘沽云山道地面沉降分層標組控制深度達1 218 m，是當時國際上控制深度最大的分層標；李七莊基巖標控制深度達1 088 m，是當時世界上控制深度最大的基巖標。

圖1 天津市地質(zhì)遺跡分布圖Fig.1 Distribution map of geological relics in Tianjin

表1 北部山地丘陵區(qū)地質(zhì)遺跡類型及數(shù)量統(tǒng)計表Tab.1 Statistics of type and quantity of geological relics in northern mountain and hilly area

現(xiàn)行地質(zhì)遺跡調(diào)查規(guī)范中，基巖標和分層標等人為工程尚未被認定為地質(zhì)遺跡，但鑒于天津市地面沉降地質(zhì)災害發(fā)育嚴重，且地面沉降基巖標和分層標在天津市地面沉降防控研究中具有典型性和代表性，故本文建議將地面沉降基巖標和分層標作為地面沉降地質(zhì)遺跡加以保護。

1.3 東部海岸帶地區(qū)地質(zhì)遺跡類型與分布

天津市地處渤海灣頂端，是我國最典型的泥質(zhì)海岸帶地區(qū)，廣泛分布貝殼堤、牡蠣礁、濱海濕地等地貌景觀類地質(zhì)遺跡，是我國海岸帶地質(zhì)環(huán)境演化記錄最豐富的地區(qū)。按照現(xiàn)行地質(zhì)調(diào)查規(guī)范分類，貝殼堤、牡蠣礁均屬于海岸地貌類、海積地貌亞類地質(zhì)遺跡，而濱海濕地屬于水體地貌類、濕地-沼澤亞類地質(zhì)遺跡。據(jù)不完全統(tǒng)計，東部海岸帶地區(qū)擁有全新世以來5～6道貝殼堤，50余處牡蠣礁，在大神堂海域分布有我國最北端的活體牡蠣礁體。

2 天津市地質(zhì)遺跡特征

2.1 薊縣剖面地質(zhì)特征及科學意義

薊縣剖面包含有大量的具有極高觀賞價值和重大科學價值的地質(zhì)遺跡，真實記錄了地球演化距今約16.5—8億年間的地質(zhì)演化史，賦存著大量反映當時古地理、古氣候、古生物、古構(gòu)造、古地磁等自然信息以及多種金屬、非金屬礦產(chǎn)資源[23]。中元古界長城系和薊縣系巖層發(fā)育齊全、出露連續(xù)、保存完好、頂?shù)浊宄?、?gòu)造簡單、基本未變質(zhì)，古生物化石豐富，倍受中外地質(zhì)專家關(guān)注。

2.1.1 層型（典型剖面）亞類地質(zhì)遺跡

薊縣剖面發(fā)現(xiàn)于上世紀三十年代初，剖面展布在薊州城北，從常州村至府君山，長約24 km。地層總厚度約9 200 m，地層劃分為四個系12個組級單位（表4）。（1）中元古界長城系總厚度為2 690 m，由碎屑巖建造過渡到富鎂碳酸鹽巖建造，疊層石和微古植物發(fā)育。據(jù)巖石組合特征，劃分為常州溝組、串嶺溝組、團山子組和大紅峪組四個組（圖3）。（2）中元古界薊縣系總厚度為6 156 m，巖石類型以碳酸鹽巖為主，少量粘土巖和碎屑巖，劃分為高于莊組、楊莊組、霧迷山組、洪水莊組和鐵嶺組五個組。（3）待建系在剖面上僅有下馬嶺組，地層厚度僅保留168 m。（4）青白口系地層總厚度230 m，巖石類型為碎屑巖和碳酸鹽巖，劃分為龍山組和景兒峪組。

2.1.2 不整合面亞類地質(zhì)遺跡

薊縣剖面包括中元古界的底界、青龍上升、鐵嶺上升、芹峪上升、蔚縣上升、薊縣運動等6 個不整合面。其中，中元古界的底界為常州溝組與太古界角度不整合接觸（圖4），中間有約8億年的沉積間斷；青龍上升為大紅峪組和高于莊組間的平行不整合接觸，時間大約發(fā)生在16億年以前；鐵嶺上升為鐵嶺組二段與鐵嶺組一段平行不整合接觸；芹峪上升為待建系下馬嶺組與薊縣系鐵嶺組之間的平行不整合接觸；蔚縣上升為青白口系龍山組與待建系下馬嶺組之間的沉積間斷界線；薊縣運動是青白口系景兒峪組與下寒武統(tǒng)昌平組二者間的不整合接觸（圖5），時限約200 Ma。

表3 東部海岸帶地區(qū)地質(zhì)遺跡統(tǒng)計表Tab.3 Statistical table of geological relics in the eastern coastal zone

2.1.3 薊縣中新元古界古生物群化石產(chǎn)地亞類地質(zhì)遺跡

薊縣中新元古界的古生物化石以頁巖相微古植物化石、燧石相微化石、炭質(zhì)宏觀藻類化石和隱藻化石中的疊層石資源最為豐富（圖6、圖7）。頁巖相疑源類代表了地球上長城紀早期的生命進化水平，具有明顯的地層對比意義。燧石相微化石為認識地球早期的生命特征和演化提供了直接的對象和線索。薊州地區(qū)中晚元古代地層中的疊層石產(chǎn)于團山子組、大紅峪組、高于莊組、楊莊組、霧迷山組和鐵嶺組的巖層中，類型多、分布廣，可用來劃分、對比地層、地理、生物、環(huán)境的演變及滅絕規(guī)律。

2.2 薊州地質(zhì)遺跡特征及旅游價值

薊縣國家地質(zhì)公園地理條件復雜，地質(zhì)構(gòu)造形式多樣，地質(zhì)遺跡豐富多彩。擁有聞名中外的層型（典型剖面）亞類地質(zhì)遺跡“薊縣剖面”、侵入巖地貌亞類地質(zhì)遺跡盤山、碎屑巖地貌亞類地質(zhì)遺跡九山頂、梨木臺和八仙山、碳酸鹽巖地貌亞類地質(zhì)遺跡九龍山、斷裂亞類地質(zhì)遺跡黃崖關(guān)以及構(gòu)造剖面類地質(zhì)遺跡府君山等地質(zhì)遺跡[24]。

九山頂碎屑巖地貌亞類地質(zhì)遺跡：九山頂主峰海拔1 078.5 m，是天津市最高峰。主要分布以石英砂巖峰林地貌為主的地質(zhì)遺跡，其成因為石英砂巖在地殼上升作用下，流水沿構(gòu)造節(jié)理侵蝕及重力崩塌作用，造就了石英砂巖群峰秀麗、峽谷幽深的峰林地貌形態(tài)（圖8），具有重要的科普價值和生態(tài)旅游價值。

表4 薊州及鄰區(qū)中新元古代地層年代格架Tab.4 Chronological framework of Meso-New Proterozoic strata in Jizhou and surrounding areas

圖3 薊縣標準地層剖面常州溝組實測地質(zhì)剖面圖Fig.3 Measured geological section of Changzhougou Formation in Jixian standard stratigraphic section

圖4 中元古界底界Fig.4 The bottom of the Middle Proterozoic

圖5 薊縣運動不整合面Fig.5 the Jixian movement unconformable contact

梨木臺碎屑巖地貌亞類地質(zhì)遺跡：區(qū)內(nèi)出露的中元古代石英砂巖，在內(nèi)外動力地質(zhì)作用下，形成了許多峰林、峰叢、峰墻、峽谷、瀑布、象形石等地質(zhì)遺跡（圖9），區(qū)內(nèi)峰林雄險、峽谷幽深、飛瀑長流、林海茫茫，成為砂巖峰林峽谷地貌的典型代表。

八仙山碎屑巖地貌亞類地質(zhì)遺跡：景區(qū)是國家級自然保護區(qū)，享有“北方神農(nóng)架”美譽，區(qū)內(nèi)出露中元古代石英砂巖，在內(nèi)外地質(zhì)應力作用下，形成許多罕見的峰林峽谷地貌（圖10）。

圖6 規(guī)則管狀疊層石Fig.6 The regular tube stromatolite

圖7 桑樹鞍藻Fig.7 The mulberry saddle algae

府君山構(gòu)造剖面類地質(zhì)遺跡：府君山是著名的“薊縣運動”的命名地，擁有豐富的斷裂、褶皺、推覆構(gòu)造（圖11）等地質(zhì)遺跡，具有重要的科學研究、科普教育、旅游觀光價值。

黃崖關(guān)斷裂亞類地質(zhì)遺跡：黃崖關(guān)是著名的津門十景中的“薊北雄關(guān)”。黃崖關(guān)斷裂形成深谷，兩側(cè)巖層形成陡峭的山峰，從而構(gòu)成黃崖關(guān)斷崖地貌景觀。同黃崖關(guān)長城形成集地質(zhì)遺跡與人為景觀為一體的著名景點。

2.3 地面沉降地質(zhì)遺跡特征及科學意義

圖8 一線天Fig.8 A thread of sky

圖9 登天縫Fig.9 The crack to the heaven

圖10 雄獅怒吼Fig.10 The roaring lion

圖11 推覆構(gòu)造Fig.11 The nappe structure

為有效防控地面沉降產(chǎn)生的危害，在天津市政府的支持下，針對地面沉降水準監(jiān)測需要建設(shè)了基巖標，為劃分地面沉降中心區(qū)不同層位地層的沉降貢獻建設(shè)了分層標。截至2017年，全市共建有基巖標2組，深層分層標9組，淺層分層標3組。

分層標不僅可以準確劃分地面沉降層位和成因，而且可以為地面沉降模擬計算預測提供監(jiān)測數(shù)據(jù)和參數(shù)。如2009年建設(shè)的塘沽云山道地面沉降分層標，其包括分層標8個，地面標1個，孔隙水壓力孔5個，最大控制深度達1 218 m，可以對地表建筑、地下水開采、地熱開采等8個層位的地面沉降進行精準厘定，為準確制定地面沉降防控對策提供科學依據(jù)（圖12）。李七莊基巖標控制深度達1 088 m，是當時國際上最深的水準基巖標，其大幅度提高了水準測量高程精度，是天津市地面沉降防控工作的重要基礎(chǔ)設(shè)施（圖13）。

2.4 海積地貌地質(zhì)遺跡特征及科學意義

天津市南部-河北省黃驊市沿海平原發(fā)育距今7 000年以來形成的5～6道貝殼堤，堤寬數(shù)十米，高數(shù)米，最高11 m，凸起于地表之上，常斷續(xù)綿延數(shù)十公里（圖14）。貝殼堤是古海岸線的標志，記錄了過去7 000 年間“滄海變桑田”過程中的數(shù)道古海岸線。大港古林貝殼堤幾乎全部由貝殼和貝殼碎屑逐層向上堆積而成。

圖12 塘沽云山道分層標Fig.12 The Tanggu Yunshan Road layerwise mark

圖13 李七莊基巖標Fig.13 The Liqizhuang bedrock mark

圖14 渤海灣西岸貝殼堤-嶺地古岸線分布（商志文等，2013）Fig.14 Distribution of shell dike-ridge ancient shoreline in the west coast of Bohai Bay(Shang Zhiwen,etc., 2013)

海河下游以北的渤海灣西北岸分布著50余處牡蠣礁體，可劃分為9道礁群，自北西向南東逐漸變年輕。位于最南東端的PreI-1礁群與其他礁群發(fā)育時間不一致，形成于距今8 300年之前，是全新世海侵之前最老的牡蠣堆積，位于現(xiàn)代岸線以外約5 km的淺海區(qū)（圖15）。渤海灣所有牡蠣礁體均被數(shù)米厚的泥質(zhì)沉積覆蓋，反映了天津沿海滄海桑田的巨大變化。

大神堂特別保護區(qū)的牡蠣礁主要位于重點保護區(qū)西南角、東北角兩處，是迄今發(fā)現(xiàn)的我國北方緯度最高的現(xiàn)代活牡蠣礁，在凈化水體、提供棲息生境、保護生物多樣性、耦合生態(tài)系統(tǒng)能量流動、穩(wěn)定海岸線與底質(zhì)以及促進營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)等方面具有十分重要的功能。該海域生物資源特別是貝類的種類非常豐富，與周邊海域相比生物多樣性非常高，在牡蠣礁附近海域生活著牡蠣、青蛤、扁玉螺、縊蟶、櫛孔扇貝、甲蟲螺和毛蚶等多種海洋貝類，是渤海非常寶貴的貝類種質(zhì)資源庫，對維護周圍海域生態(tài)功能具有重要作用。

3 天津市地質(zhì)遺跡保護對策

3.1 天津市地質(zhì)遺跡開發(fā)與保護現(xiàn)狀

天津市地質(zhì)遺跡保護工作成績斐然。目前，已建成天津薊縣中、上元古界標準地層剖面國家級自然保護區(qū)、薊縣國家地質(zhì)公園、薊州地質(zhì)博物館、天津市古林古海岸遺跡博物館、天津大神堂牡蠣礁國家級海洋特別保護區(qū)等保護、展示及科普機構(gòu)。

天津薊縣中、上元古界標準地層剖面于1984 年10 月經(jīng)國務院正式批準為國家級自然保護區(qū)，是我國第一個國家級地質(zhì)類自然保護區(qū)。2001年12月10日，原國土資源部批準建立薊縣國家地質(zhì)公園。薊州地質(zhì)博物館于2009年8月16日建成并對外開放，是國家級科普教育基地。天津市依托地質(zhì)遺跡和國家地質(zhì)公園大力發(fā)展旅游業(yè)，開發(fā)了盤山花崗巖地貌景區(qū)、砂巖峰林地貌景區(qū)九山頂、梨木臺和八仙山、碳酸鹽巖峰叢地貌景區(qū)九龍山、斷崖地貌景區(qū)黃崖關(guān)及薊縣運動命名地府君山等景區(qū)，有力地促進了經(jīng)濟發(fā)展。

天津市古林古海岸遺跡博物館于2002年經(jīng)天津市人民政府批準建立，博物館位于大港城區(qū)東南側(cè)的天津古海岸與濕地國家級自然保護區(qū)內(nèi)，向公眾展示了中國獨有的古海岸遺跡及古貝殼堤研究成果，增強了人們愛護海洋、愛護濕地、愛護古海岸遺跡的意識。天津大神堂牡蠣礁國家級海洋特別保護區(qū)于2012年12月21日獲原國家海洋局批準建立，保護區(qū)位于天津市濱海新區(qū)大神堂村南部海域，總面積34 km2，其中重點保護區(qū)16.30 km2，生態(tài)與資源恢復區(qū)8.7 km2，適度利用區(qū)9 km2。

目前，天津市地面沉降基巖標和分層標尚未納入地質(zhì)遺跡保護范圍，現(xiàn)有基巖標和分層標僅作為地質(zhì)災害監(jiān)測設(shè)施進行利用。地面沉降基巖標和分層標既是天津市地面沉降災害的科學記錄，又是地面沉降防控措施的客觀體現(xiàn)，對于深入開展地面沉降相關(guān)科學研究，提高社會公眾防災減災意識具有重要意義。

圖15 渤海灣主要牡蠣礁分布（商志文等，2013）Fig.15 Distribution of main oyster reefs in the Bohai Bay(Shang Zhiwen,etc.,2013)

3.2 天津市地質(zhì)遺跡保護對策建議

3.2.1 加強薊州地質(zhì)遺跡保護與地質(zhì)公園建設(shè)

（1）整合現(xiàn)有地質(zhì)公園、保護區(qū)、旅游區(qū)及地方政府相關(guān)部門，加大保護投入，實施統(tǒng)一管理，提升管理水平，打造京津冀核心高端旅游勝地。

（2）加強與國內(nèi)外科研機構(gòu)合作，開展中上元古界標準地層剖面年代學、綜合地層學科學研究，申報世界級地質(zhì)公園，擴大薊州地質(zhì)公園和薊縣剖面的國際影響力。

（3）2019 年鐵嶺子村已成為京津冀首個“化石村”，依托疊層石化石資源，可進一步選擇常州村、串嶺溝村等有地質(zhì)特色的鄉(xiāng)村建設(shè)地質(zhì)文化村、打造地學科普基地，使薊縣標準地層剖面這個天然百科全書充分發(fā)揮科普價值。

3.2.2 加強地面沉降基巖標和分層標保護與科普宣傳

（1）地面沉降是天津市最主要的地質(zhì)災害，基巖標和分層標在天津市地面沉降研究中具有典型性和代表性，應將地面沉降基巖標和分層標作為地面沉降亞類地質(zhì)遺跡加以保護。

（2）全面調(diào)查梳理天津市地面沉降基巖標和分層標保護現(xiàn)狀，改造提升陳塘莊、東麗、塘沽云山道、李七莊等地面沉降分層標和基巖標，建設(shè)3～5處地面沉降科普宣傳基地。

（3）加強地面沉降成因機理、監(jiān)測預警、防治對策等科學研究，建立地面沉降監(jiān)測預警系統(tǒng)，打造我國北方地面沉降研究中心和國際地面沉降合作中心。

3.2.3 加強貝殼堤牡蠣礁保護與開發(fā)

（1）加強貝殼堤地質(zhì)遺跡保護工作，新增加天津俵口、罾口河、大吳莊等牡蠣礁保護區(qū)，改造提升天津市古林古海岸遺跡博物館和天津大神堂牡蠣礁國家級海洋特別保護區(qū)，加強泥質(zhì)海岸帶地質(zhì)環(huán)境演化科學研究，打造泥質(zhì)海岸帶科普基地。

（2）將現(xiàn)有重要貝殼堤、牡蠣礁地質(zhì)遺跡納入北大港、七里海等自然保護區(qū)統(tǒng)一保護，將地質(zhì)遺跡保護與生態(tài)保護修復相結(jié)合，整合七里海濕地、大港濕地、團泊洼濕地、大神堂國家海洋特別保護區(qū)、典型泥質(zhì)海岸帶、圍填海造陸區(qū)等地質(zhì)遺跡資源和旅游資源，打造天津海岸帶綜合性生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)帶。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明天津市地質(zhì)遺跡包括北部山地丘陵區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)大類、地貌景觀大類、地質(zhì)災害大類地質(zhì)遺跡，共計409處，其中世界級37處，國家級20處，省級45處，縣級307處；中南部平原區(qū)地面沉降地質(zhì)遺跡，為有效防控地面沉降，截至2017年累計建設(shè)基巖標2組、分層標12組；東部海岸帶地區(qū)海積地貌、濕地-沼澤地質(zhì)遺跡，發(fā)現(xiàn)全新世以來5～6 道貝殼堤，50余處牡蠣礁，在大神堂海域發(fā)現(xiàn)我國最北端的活體牡蠣礁體，濱海地區(qū)分布有七里海、大黃堡、團泊洼及北大港等濕地。

本文對天津市地質(zhì)遺跡特征、科學意義及旅游價值進行系統(tǒng)分析，分別梳理總結(jié)了薊縣剖面地質(zhì)特征及科學意義、薊州地質(zhì)遺跡特征及旅游價值、地面沉降地質(zhì)遺跡特征及科學意義和海積地貌地質(zhì)遺跡特征及科學意義。此外，系統(tǒng)總結(jié)了天津市地質(zhì)遺跡開發(fā)與保護現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，針對北部山地丘陵區(qū)地質(zhì)遺跡、中南部平原區(qū)地面沉降地質(zhì)遺跡、東部海岸帶地區(qū)海積地貌地質(zhì)遺跡分別提出了對應的保護對策建議，包括加強薊州地質(zhì)遺跡保護與地質(zhì)公園建設(shè)、加強地面沉降基巖標和分層標保護與科普宣傳、加強貝殼堤牡蠣礁保護與開發(fā)等。