山東山旺國家地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡特征及地學意義

成世才，劉詠明，金興

（1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟南 250013；2.山東省地礦工程集團有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

“旅游地學”是中國地質(zhì)科學院研究員陳安澤等于20世紀80年代創(chuàng)立的一門地質(zhì)學科，推動了我國國家地質(zhì)公園體系的發(fā)展（陳安澤，2010，2016）。目前我國世界地質(zhì)公園數(shù)量達41處，居世界首位，國家地質(zhì)公園已達274個。2019年6月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于建立以國家公園為主體的自然保護地體系的指導意見》，提出建立以國家公園為主體、自然保護區(qū)為基礎(chǔ)、各類自然公園為補充的自然保護地管理體系。

山東山旺國家地質(zhì)公園，位于山東省濰坊市臨朐縣（王宗花等，2006），以山旺古生物化石國家級自然保護區(qū)為主體，園內(nèi)評定為世界級地質(zhì)遺跡點3處，分別為解家河南剖面、山旺山東鳥化石（葉祥奎，1990）、帶胚胎犀?；▍窃鱿?，2005）；國家級地質(zhì)遺跡點5處，分別為小山旺東南剖面、黃山剖面、擦馬山、堯山、包家河古瑪珥湖。山旺盆地作為世界著名的化石寶庫，保存了極為豐富的、精美的中新世古生物化石，發(fā)育有典型的中新世地層剖面、完整的瑪珥湖充填（閆翠玲等，2005；劉嘉麒等，2013），是一處具有世界意義的地質(zhì)遺跡集中區(qū)。對該地質(zhì)公園的研究由來已久，但尚未將園內(nèi)的地質(zhì)遺跡特征分門別類的加以歸納，對地質(zhì)公園的重要性及地學研究意義尚未進行探討。本文可為山東山旺國家地質(zhì)公園在新一輪自然保護地體系建設(shè)工作中的保護、規(guī)劃及研究提供參考價值。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

山旺盆地，處于中新生代歐亞大陸東緣魯西地塊魯中隆起，郯廬斷裂帶西側(cè)，臨朐-昌樂盆地腹地。園區(qū)出露的地層主要為新近系臨朐群和第四紀山前組的坡積物。臨朐群自下而上分為3個組，牛山組、山旺組和堯山組。

1.2 巖相古地理

楊鐘健1936年創(chuàng)立“山旺系”一詞，認為“山旺系”的時代為中新世早期或中期（鄧濤等，2019）。

圖1 山旺國家地質(zhì)公園區(qū)域地質(zhì)圖

閆德發(fā)等（閻德發(fā)等，1983）從地層層序、化石層位、植物化石、哺乳動物化石研究角度認為山旺盆地沉積時代為中新世，沉積環(huán)境為亞熱帶或暖溫帶湖相沉積。

Caroline等（2007）從山旺中新世植硅體組合研究中認為山旺盆地中新世氣候比現(xiàn)在更加濕潤而且變動較小，處于濕潤的暖溫帶到亞熱帶的古生態(tài)環(huán)境。

余繼峰等（2019）通過對古地磁極性分析認為山旺組硅藻頁巖段及上下玄武巖層年代跨度約為18.524～18.056 Ma。Yu et al.（2017）通過研究實測Rb/Sr值和磁化率等氣候替代指標認為，研究區(qū)硅藻頁巖段古氣候為在整體溫暖潮濕的背景下，有小尺度冷暖干濕的變化。

胡嘉良（2017）根據(jù)古地磁測量數(shù)據(jù)推測整個山旺盆地山旺組的沉積時間大致為18.5～17.5 Ma之間。推測山旺盆地構(gòu)造運動活躍程度可以劃分為3期：（1）盆地噴發(fā)成盆期，郯廬斷裂帶頻繁活躍，斷裂深切地幔，形成巖漿上涌通道，火山噴發(fā)，形成火山盆地；（2）盆地穩(wěn)定充填時期，斷裂活動減弱，沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，在火山噴發(fā)后形成的玄武巖基底上形成瑪珥湖，湖中形成適合硅藻生長環(huán)境；（3）盆地噴發(fā)消亡期，由于斷裂活動再次活躍，巖漿噴出將山旺盆地覆蓋。

綜上，山旺盆地臨朐群可視為一套形成于中新世中期的瑪珥湖沉積建造，處于濕潤的暖溫帶到亞熱帶的古生態(tài)環(huán)境。

2 地質(zhì)遺跡分類

地質(zhì)公園內(nèi)地質(zhì)遺跡資源主要包括：豐富的古生物化石、典型的地層剖面、多種噴發(fā)類型的火山地貌，根據(jù)原始資料劃分為6個大類、12個類型、16個亞類（《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2013—2020 年）》專項研究報告，2013①），本文根據(jù)《地質(zhì)遺跡調(diào)查規(guī)范》（DZ/T 0303-2017）將園內(nèi)地質(zhì)遺跡資源重新劃分為2個大類、9個類、15個亞類（表1）。

表1 山東山旺國家地質(zhì)公園地質(zhì)遺跡類型劃分

3 主要地質(zhì)遺跡特征

3.1 代表性古生物化石

園內(nèi)迄今已發(fā)現(xiàn)包括原生生物、植物、動物、真菌四個界，硅藻、苔蘚植物、真蕨植物、裸子植物、被子植物、節(jié)肢動物、脊椎動物7個門400余屬700多種古生物化石（楊式溥和孫博，2000），昆蟲、被子植物、脊椎動物、硅藻化石，豐度之高、保存之精美，舉世罕見，是世界著名的特異埋藏化石寶庫。

3.1.1 植物

山東山旺國家地質(zhì)公園是目前我國在同一產(chǎn)地古植物化石種類分異度最高的（王宇飛，2004），已描述43科87屬125種，以后陸續(xù)有新種被描述。該植物群包括苔蘚、蕨類各1種，裸子植物8種，其余均為被子植物。被子植物以豆科（10屬）（張靜和王祺，2010）、薔薇科（9種）、樺木科（5屬）分異度較高。趙秀麗等（2018）又在該地區(qū)山旺組硅藻頁巖中新發(fā)現(xiàn)兩種植物化石，鑒定植物葉化石為中華櫟(Quercus sinomiocenica)，初步鑒定球果化石為松科(Pinaceae)松屬(Pinus)。

3.1.2 昆蟲綱及蛛形綱

該地質(zhì)公園已描述昆蟲化石達12目84科221屬400種，是山旺生物群分異度最高的綱一級生物類別，洪友崇（1998）稱為“山旺昆蟲群”，昆蟲化石以鞘翅目為最多，膜翅目次之，雙翅目、異翅目、同翅目等均有代表。除昆蟲綱化石外，蛛形綱蜘蛛化石共7科14屬23種，保存精美，極具特色（圖2）。

圖2 蜘蛛化石（自《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2017—2025年）》圖片集，2017②）

3.1.3 兩棲綱

該地質(zhì)公園發(fā)現(xiàn)的兩棲動物共4屬4種，其中玄武蛙(Rena basaulticaYoung)骨骼保存完整（圖3），甚至還有保存皮膜外形、尾巴的蝌蚪化石。玄武蛙及臨朐蟾蜍(Bufo linquensisYoung，1977年)（楊鐘健，1977）、強壯大鋤足蟾(Macropelobates cratusGao，1986年)為無尾類，山旺還發(fā)現(xiàn)有尾類的蠑螈——中新原螈(Procynops miocenicaYoung，1965年)（楊鐘健，1965）。

圖3 玄武蛙化石（自《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2017—2025年）》圖片集，2017②）

3.1.4 鳥綱

該地質(zhì)公園是我國有鳥類化石產(chǎn)出和保存的少數(shù)化石產(chǎn)地之一，目前已描述4屬5種，其中最為著名的山旺山東鳥(Shandongornis shanwangensisYeh，1977年)（葉祥奎，1977），填補了中國第三紀鳥化石的空白，和山旺山東鳥近似種、碩大臨朐鳥(Linquornis gigantisYeh，1980年)（葉 祥 奎，1980）均屬雉科，為陸地生活。中華河鴨(Sinana diatomusYeh，1980年)（葉祥奎，1980），為湖中生活的游禽類。秀麗楊氏鳥(Youngornis gracilisYeh，1981年)（葉祥奎，1981）我國迄今所知秧雞科保存最為完整的、時代最早的化石代表（葉祥奎和孫博，1984），為生活在湖濱的涉禽類。

3.1.5 哺乳綱

該地質(zhì)公園發(fā)現(xiàn)的哺乳動物化石有奇蹄目、偶蹄目、食肉目、嚙齒目和翼手目。奇蹄目主要為犀類和貘類。在山旺發(fā)現(xiàn)最多的犀類是簡單近無角犀(Plesiaceratherium gracilisYoung，1937年)（閻德發(fā)，1983）（圖4），此外還有矮腳犀、遠腳犀族未定種和無角犀未定種。貘類為解家河古貘(Palaeotapirus xiejiahoeensisXie，1982年)。

圖4 雌性簡單近無角犀化石（懷胎母犀）（自《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2017—2025年）》圖片集，2017②）

偶蹄目的鹿類是在山旺發(fā)現(xiàn)的哺乳動物化石中個體最多的一類，見3屬5種。柄杯鹿(Lagomeryx)有3個種，是發(fā)現(xiàn)個體最多、保存最完整的一類（圖5），此外還有三角原古鹿(Palaeomeryx tricornisQiu et al.，1985年)（邱占祥等，1985）、皇冠鹿的比較種。

圖5 柯氏柄杯鹿化石（自《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2017—2025年）》圖片集，2017②）

熊類化石4屬4種。原被定為犬科的孔子半犬(Amphicyon confucianusYoung，1937 年)現(xiàn)更名為孔子犬熊并歸入熊科。東方祖熊(Ursarus orientalisQiu，1985年)（邱占祥等，1985）保存為一小型完整骨架，是目前已知祖熊中最小的一個種。

小型哺乳動物化石包括嚙齒目和翼手目。嚙齒目最著名的山東硅藻鼠(Diatomy shandungensisLi，1974年)，標本為完整骨架，可見長毛、胡須，有蓬松的長尾。此外有山旺半圓齒鼠（Ansomys shanwangensis Qiu et Sun,1988年）（邱鑄鼎和孫博，1988）、中華近松鼠親近種(Plesiosqiurus aff.sinensis Qiu et Lin，1986年)、亞洲花松鼠（Tamiops asiaticus Qiu,1981年）、亞洲梅氏松鼠(Meinia asiatica Qiu，1981年)（邱鑄鼎，1981）、李氏松鼠（Sciurus lii sp.nov Qiu，1981年）（邱鑄鼎和閻翠玲，2005）。翼手類有意外山旺蝙蝠(Shanwangia unexpectulaYoung，1977年)（楊鐘健，1977），保存翼膜及完整骨骼。

此外魚類、爬行類古生物化石也較有代表性。

3.2 典型剖面

地質(zhì)公園內(nèi)有1條全國性剖面（Ⅰ號剖面）、1條區(qū)域性標準剖面（Ⅲ號剖面）和4條典型基性、超基性巖體（剖面）。

山旺組主剖面（Ⅰ號剖面），是位于山旺盆地中心的高分辨率地層剖面（圖6），該剖面近15°方向展布，長300 m，高30 m，展現(xiàn)了山旺組富古生物化石層位的地層層序及古生物化石賦存與分布特征，提高了山旺組內(nèi)部的研究精度，可開展生物及其與環(huán)境之間的高分辨率的研究，現(xiàn)已成為國際中新世生物建階的重要依據(jù)。

圖6 山旺盆地中心山旺組主剖面（Ⅰ號）照片（《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2013—2020年）》專項研究報告，2013①）

角巖山剖面（Ⅲ號剖面），位于角巖山東北坡，北東50°展布，長約200 m，高15 m，完整展現(xiàn)山旺組層序及盆地邊緣沉積（圖7）。

圖7 山旺組角巖山剖面（Ⅲ號）（據(jù)鄧濤等，2003修改）

3.3 火山地貌

園內(nèi)主要地貌為火山剝蝕地貌，多見盾狀火山、錐狀火山、瑪珥火山盆地地貌及沖蝕溝壑。

（1）擦馬山：最典型的玄武巖錐狀古火山，是山旺國家地質(zhì)公園的標志性火山。海拔+323.8 m，直徑約600 m。經(jīng)過千萬年的風化剝蝕，頂部已經(jīng)削掉數(shù)10 m，成為一個開闊的平臺。山上柱狀節(jié)理發(fā)育，柱狀體有五邊形、六邊形，直徑從10～80 cm不等（圖8）。

圖8 擦馬山玄武巖柱狀節(jié)理（《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2013—2020年）》專項研究報告，2013①）

（2）靈山：位于包家河盆地西北緣，為一破火山口火山，為多次噴發(fā)。海拔+330.7 m。早期形成的主火山口被后期的火山噴發(fā)炸缺，而火山碎屑傾瀉到包家河盆地之上。

（3）大堯山：由四個相連疊置的火山錐體群簇而成，南北寬3 km，東西寬2 km，最高峰海拔+405.5 m。因風化剝蝕作用，山體已不甚完整。堯山有八大景觀，即石月亮、石樓、石柱子、石棺材、石杯箸、雷劈石、馬子旺、山旺化石。

（4）角巖山：原較為平整的熔巖在風化剝蝕后殘留，因高于周圍地區(qū)而形成的山體。海拔+275.6 m。其頂為山旺組末期的兩層火山熔巖。

4 地學意義探討

山旺國家地質(zhì)公園是一座世界著名的化石寶庫，保存了極為豐富的、精美的中新世古生物化石，發(fā)育有典型的中新世地層剖面、完整的中新世瑪珥湖充填和多種噴發(fā)類型的中新世火山，細致記錄了歐亞大陸東部中新世地球表層環(huán)境和地球深部變化的信息，是一處具有世界意義的自然歷史遺跡，對各地質(zhì)學科均有重大科研價值。

4.1 地球科學

園內(nèi)發(fā)育山旺（解家河）及包家河兩個中新世瑪珥湖盆地和中新世玄武巖火山，地層主要為中新統(tǒng)臨朐群，分為牛山組、山旺組和堯山組。山旺組豐富精美的化石，瑪珥湖季節(jié)紋層，牛山組、堯山組多期次的火山噴發(fā)，詳盡揭示中新世這一時期地球表層環(huán)境和地球深部的變化歷史（郭正府等，2007）。

4.2 古生物學

園內(nèi)迄今已發(fā)現(xiàn)了逾7個門400余屬700多種古生物化石（楊式溥和孫博，2000），化石豐度之高、保存之精美，舉世罕見，是世界著名的特異埋藏化石寶庫，對于了解中新世的生物多樣性有著極為重要的價值。

4.3 地層學

公園核心區(qū)的山旺組地層剖面（角巖山剖面）是中國地質(zhì)年代表山旺階重要的區(qū)域性標準剖面，出露連續(xù)完整，頂?shù)装l(fā)育火山巖，與上下地層接觸關(guān)系明確，是國內(nèi)少見的可進行年代地層學研究的綜合地層研究剖面，是進行中新世高分辨率地層研究的極佳場所。園內(nèi)地層在國內(nèi)中新世地層劃分對比及國際對比方面有著非常重要的意義。

4.4 沉積學

公園核心區(qū)的地質(zhì)體主要為完整充填的中新世古瑪珥湖盆地，是湖泊沉積及盆地演化的微縮景觀，也是研究化石埋藏學的理想地點。近年來瑪珥湖成為國際上研究第四紀全球變化的重要場所之一，山旺瑪珥湖充填因而具有極為重要的沉積學研究價值。

4.5 火山地質(zhì)學

該地區(qū)屬于全球中新世火山活動強烈地區(qū)（儲國強和劉嘉麒，2018），公園內(nèi)完整發(fā)育了昌濰火山群的牛山期裂隙式玄武巖火山噴發(fā)、山旺期瑪珥火山噴發(fā)和堯山期中心式玄武巖火山噴發(fā)的產(chǎn)物。玄武巖熔巖流、火山集塊巖、火山基浪堆積、火山錐、火山口、次火山等分布廣泛，是公園地質(zhì)遺跡和地質(zhì)景觀形成的基礎(chǔ)，對于了解中新世中國東部火山活動規(guī)律具有重要的科學研究價值。

5 結(jié)論

1、山東山旺國家地質(zhì)公園是一處世界級的地質(zhì)遺跡集中區(qū)，本文根據(jù)《地質(zhì)遺跡調(diào)查規(guī)范》（DZ/T 0303-2017）將園內(nèi)地質(zhì)遺跡資源重新劃分為2 個大類、9 個類、15 個亞類，以精美的古生物化石、典型的中新世地層剖面和完整的瑪珥湖充填為代表，在世界范圍內(nèi)都具代表性，極具研究價值。

2、山旺盆地臨朐群可視為一套形成于中新世中期的瑪珥湖沉積建造，處于濕潤的暖溫帶到亞熱帶的古生態(tài)環(huán)境。

3、園內(nèi)迄今已發(fā)現(xiàn)了7個門400余屬700多種古生物化石，多件重點保護古生物化石，其多樣性、稀有性、保存精美程度世界罕見，對了解中新世的生物多樣性有著極為重要的古生物學意義。

4、園內(nèi)的角巖山剖面是中國地質(zhì)年代表山旺階重要的建階研究剖面，是進行中新世高分辨率地層研究的極佳場所。

5、園內(nèi)完整發(fā)育了全球中新世火山活動——昌濰火山群的牛山期裂隙式玄武巖火山噴發(fā)、山旺期瑪珥火山噴發(fā)和堯山期中心式玄武巖火山噴發(fā)，對于了解中新世中國東部火山活動具有重要科學研究價值。

注 釋

①臨朐縣人民政府.《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2013—2020年）》專項研究報告.2013.

② 山旺國家級自然保護區(qū)管理處.《山東山旺國家地質(zhì)公園規(guī)劃（2017—2025年）》圖片集.2017.