三清山花岗岩的微地貌景观集群是世界罕见的花岗岩地质地貌自然遗迹区,特征清楚、出露系统,记录保存了中新生代以来地壳形成演化的历史,特别是较为系统、完整地展示了三清山花岗岩地质地貌形成演化的规律,揭示了三清山花岗岩的成岩→成山→成景的主要过程(图6.5)。
图6.5 三清山成岩成山成景模式示意图
(1)花岗岩岩体形成阶段:在地球演化发展的中生代时期,三清山地区响应古太平洋板块的俯冲作用和东部岩石圈减薄事件,在古板块缝合带发生了陆内深俯冲型的岩浆作用,大规模的酸性岩浆侵入。经冷凝结晶在三清山地区形成了一个典型的花岗岩田。
尽管不同的学者对我国东部中生代岩石圈减薄的幅度、具体时间、空间范围、机制有不同的看法(吴福元等,2008),但岩石圈减薄已作为一个科学命题被普遍接受,结合区域地质发展史和锆石U-Pb的定年结果,推测三清山岩体的形成过程如下。
受太平洋板块俯冲的影响,本地区处于挤压状态,壳幔混合的源区发生部分熔融形成含矿斑岩,如德兴斑岩铜矿和金山金矿。但经长时间的挤压后应力释放,在白垩纪本地区处于拉张状态,导致沿南边的绍兴-鹰潭断裂带和北边的溧阳-屯溪-德兴断裂带形成一系列拉伸裂陷盆地,并在距地表10km处引起地壳变泥质岩的部分熔融形成花岗质岩浆,岩石圈的减薄为岩浆侵位提供了空间,在水平拉张作用下侵位于怀玉山复背斜轴部,在距离地表6km左右地方定位,缓慢长时间的结晶作用形成园区内的粗中粒黑云母钾长花岗岩(即中心相);在距今123Ma左右,地壳再次发生部分熔融,岩浆沿原来的通道上升侵入到早期的中粗粒花岗岩中,冷凝形成中细粒黑云母钾长花岗岩(即过渡相);在距今116Ma左右,在类似的拉张环境下,地壳又两次部分熔融,但熔融规模都不大,快速冷却,形成细粒(微细粒)黑云母二长花岗岩(即面积最小的边缘相和补充期)。抬升地壳的剥蚀与沉降盆地堆积是同时进行的。以侵位深度6km计算,也就是说三清山花岗岩体之上6000 m厚的地层被剥蚀掉后,堆积在地块两侧的断陷盆地中,形成巨厚的早白垩世周家店组和晚白垩世南雄组(祖A平等,2004;余心起等,2005)。
(2)花岗岩山体形成阶段:在怀玉山地体隆起的背景下,三清山花岗岩体也随着隆升和剥蚀作用的进行,逐步露出地表,又在北东向、北北东向、北西向三条断裂控制下,将三清山切割成典型的三角形断块山,新构造运动使其进一步大幅度抬升。独特的“隆上隆”构造造就了以玉京峰、玉虚峰和玉华峰等峰峦为代表的三清山山体地貌格局。
(3)花岗岩景观形成阶段:花岗岩山体在节理裂隙的控制下,经过风化剥蚀、冰冻崩塌、流水侵蚀等地质作用的雕刻,形成了如今以峰墙、峰丛和峰柱为特色的花岗岩峰林地貌组合。
峰墙、峰丛的形成:在三角形断块山形成的基础上,因受三清山花岗岩体内两组方向的垂直节理控制,花岗岩体被切割成棋盘格状,在外营力的持续作用下,部分岩体沿着规模较大的断裂节理带形成峰墙景观,部分岩体形成峰丛景观。
峰柱的形成阶段:在峰丛、峰墙景观基础上,随着水流冲刷侵蚀、崩塌、风化剥蚀等外力地质作用的持续进行,峡谷加宽、峰墙变窄,峰墙逐渐被切成残垣断壁而形成峰柱;峰丛周边的沟谷切割加深,逐渐形成峰柱,也有的形成规模较小的石锥。
造型石形成阶段:峰柱形成后,近水平节理将柱体切割成两段岩块,有的经球状风化作用下形成球状体,有些经过崩塌作用、流水侵蚀作用,形成千姿百态的造型石。
地貌学家 Twidale(1982,1986,1993)用花岗岩“双面风化壳”(Budel,1957,1965)的理论解释花岗岩石蛋的形成和出露过程。
在热带和亚热带地区花岗岩形成厚层的风化壳,上部是风化程度很深的风化壳体,下部是由新鲜岩层构成的起伏不平的基岩面,即风化前锋(图6.6)。
图6.6 花岗岩“石蛋”形成示意图
(据崔之久等,2007修改)
花岗岩风化壳剖面从地表往下一般具有以下几个分带,浦庆余(2007)划出六层:土壤层→红土层→砂土层→碎石层→块石层→基岩,崔之久(2007)划出五个带:极强风化带→强风化带→中等风化带→弱风化带→新鲜基岩带。两种划分方法的含义是一样的,五个带分别对应六层中的后五层。中等风化带残留一些粒径较小的花岗岩石块,砂质充填其中。弱风化带,又叫上基岩层或石蛋层,基本保存花岗岩的原生构造,花岗岩块相互分离,球状风化形成石蛋。随着风化剥蚀作用的进行,风化前锋不断向下部推进,地面逐渐被蚀低。块石层(石蛋层)、碎石层、砂土层、红土层不断有序更替。如果风化壳剥蚀的速度超过前锋下移的速度,风化壳的红土层、砂土层和碎石层相继消失,而露出块石层的残余或新鲜基岩。
三清山主要在三清宫附近和“葫芦石”附近出露石蛋,推测在这两个古壮年期地面,发育过两个古风化壳,在山体抬升的过程中,这些古风化壳都基本被剥蚀掉了,唯有在三清宫附近还有古风化壳的残留。
按照W.M.戴维斯的侵蚀旋回学说划分地文期是普遍接受的经典模式:即划分为幼年期、壮年期和老年期三个主阶段和若干个亚阶段或过渡阶段,之后“地貌回春”,开始新一个旋回。地貌发育阶段主要是根据地貌形态来判断的。对于花岗岩地貌,可以划分为四个阶段(崔之久等,2007),见表6.3。
表6.3 花岗岩地貌发育阶段及其对应的地貌标志
即使同一个山体,往往出现多种地貌类型并存的现象,这反映了地貌的空间演化规律,三清山即是如此,关键看占主体的地貌标志代表的发育阶段。三清山是一个典型的花岗岩锥状峰峦—密集峰柱组合为特色的峰林地貌区,正处在幼年晚期和壮年早期的阶段,而黄山处于壮年期。这与地质学测年的证据也是吻合的,而黄山岩体最后侵入的一期为(125±1.5)Ma(刘细元等,2005),这与三清山岩体过渡相的形成时间(123Ma±2.2Ma)基本同时,显然三清山补充期的时间(115.6Ma±2.0Ma)要稍晚于黄山岩体最后一期的时间,可以预计三清山的“明天”就是黄山的“今天”。