罗霄山脉生物多样性综合科学考察

第1章罗霄山脉的地质地貌 摘要完成对罗霄山脉地层、岩石、地质构造和地貌的资料收集及野外调查，获得了较丰富的资料，其中实施高山沼泽手摇钻孔 5个，总进尺 2403cm， 14C测年样品 24个，实测 20个。分析了罗霄山脉的形成与演化过程。初步结果表明，罗霄山脉南段的诸广山脉、万洋山脉和武功山脉与北段的九岭山脉和幕阜山脉属于两个不同的地质构造单元。南部为江南褶皱带，加里东运动时，华夏板块与扬子板块碰撞形成江南褶皱带；加里东运动后，由西南向东北发生海侵，沉积了以石英砂岩为主的坚硬岩石，为高大山脉的形成提供了物质基础。北部为扬子板块，印支运动时华北板块向扬子板块俯冲，产生一系列由北往南的推覆逆冲构造，使中元古界页岩、板岩等浅变质岩（软弱岩石）广泛出露。燕山运动时，太平洋板块向欧亚板块碰撞俯冲，引发广泛的构造变形与岩浆活动；燕山运动后期发生大规模拉伸，形成内陆红色碎屑盆地沉积。新构造运动早期造就了罗霄山脉总体呈南北、局部呈北东的地貌格局，后期构造抬升减弱，风化、剥蚀、岩性以及均衡作用成为主旋律，罗霄山脉进入壮年期，形成了复杂多样的地貌景观，加上第四纪冰期的叠加，造就了丰富多彩的小气候环境，为生物多样性的形成提供了前提条件。 1.1 罗霄山脉地质地貌的基本特征 罗霄山脉地处亚洲大陆东部，总体近南北走向，纵贯鄂、湘、赣三省边界，由一系列北东—南西走向的中型山脉由南往北分别是诸广山脉、万洋山脉、武功山脉、九岭山脉和幕阜山脉等。*高海拔 2122m，为万洋山脉南风面，*低海拔 82m，落差达 2040m，形成了复杂多样的地貌形态。罗霄山脉经历了从元古宙到中生代漫长的地质演化，形成了复杂的地层岩石和构造格局。新生代以来，在内外动力的共同作用下，逐渐“雕琢”成今天所见的宏伟山系。 罗霄山脉作为湘江和赣江两大水系的分水岭，对大气环流也产生了一定的影响，造就了丰富多彩的山地小气候环境，既给不同生物群提供了特定的生存空间，也给它们的迁徙造成了一定的障碍。第四纪时期，冰期和间冰期交替的气候剧变叠加到不同高度、不同岩性、不同形貌的山地上，形成了十分复杂的环境变迁，既为孑遗生物营造了残存的避难空间，也给迁徙物种提供了庇护通道，使生物多样性明显优于罗霄山脉两侧的低山丘陵或平原盆地。 通过 5年来的调查研究，获得了较丰硕的成果。本章针对罗霄山脉的各中型山脉，从地层、岩石、地质构造、山地地貌、水系变迁、高山沉积以及成因演化等多个方面进行了总结，为探讨生物区系的特征和演化提供了基本依据与参考资料。 1.1.1 诸广山脉 诸广山脉位于湘、赣、粤三省交界，罗霄山脉的南段，北邻万洋山脉，南接南岭，总体走向北东—南西，主体由花岗岩组成。山峦起伏，北高南低，北部山峰一般海拔 1500～2000m，南部降至海拔 1000～1500m，其中齐云山的主峰齐云峰为*高峰，海拔 2061m。 1. 主要地层 沉积岩主要分布于山脉的外围，从老到新简述如下。 （1）新元古界 震旦系。震旦系鹰杨关群为一套遭受低绿片岩相区域变质的长英砂岩、细砂岩、炭质板岩及薄层状硅质岩，夹基性海底火山喷发沉积，如细碧角斑岩、暗灰绿色凝灰岩，属海相复理石建造，总厚度 3000m以上。含冰水沉积，可与扬子板块的南沱冰碛层对比；上部含磷层增加，与扬子板块的陡山沱组大致相当，前者代表地球的“雪球地球”（snowball earth）（Kirschivink，1992），后者则代表“雪球地球”之后的气候回暖和生命大繁盛。 （2）下古生界 1）寒武系。寒武系八村群为一套遭受低绿片岩相区域变质的中至细粒长石石英砂岩、泥炭质板岩（图 1-1）和灰岩，也是一套浅海相复理石建造，厚度大于 3000m，岩相较稳定，其中下部石煤层和炭质页岩比较发育，可与华南其他地区对比，顶部含锰质灰岩和白云岩。 图 1-1 诸广山脉的寒武系炭质页岩 2）奥陶系。下奥陶统岩性为沉积细砂岩、粉砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩、炭质板岩、钙质岩及硅质岩等，南侧局部夹火山岩，缺失中奥陶统、上奥陶统。 上述地层之间均为整合接触。 （3）上古生界 1）泥盆系。中泥盆统半山组（ D2b）和跳马涧组（ D2t）主要为灰白色和紫红色石英砂砾岩、砂页岩、粉砂岩和砂质页岩，是含铁、锰、铅、锌、银、硫等元素的赋矿地层，底部常含赤铁矿层（宁乡式铁矿）；上泥盆统棋梓桥组（ D2q）主要为灰色或灰黑色白云岩、白云质灰岩；上泥盆统佘田桥组（D2s）和锡矿山组（D2x）为灰岩、泥质灰岩、白云岩以及钙质砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩。泥盆系沉积总厚度约为 1200m。泥盆系与下伏地层为角度不整合接触关系，代表加里东运动。 2）石炭系。下石炭统由粉砂岩、页岩过渡到泥灰岩、灰岩。上石炭统主要为白云岩夹灰岩或灰岩夹白云岩和煤层。 3）二叠系。下二叠统岩性组成为燧石结核铁锰硅质岩、页岩，南侧上部局部出现灰岩透镜体、安山岩等，上二叠统主要为页岩、硅质岩，下部含煤，部分地段有凝灰质砂岩，南侧还出现凝灰岩。石炭系至二叠系在诸广山脉分布较为局限。 上述地层之间为整合接触。 （4）中生界 侏罗系。侏罗系为海陆交替及沼泽环境，形成地层岩性为红色石英砂岩、粉砂质泥岩、泥岩，含煤层；侏罗纪晚期，燕山运动产生大规模断裂、断陷盆地，沉积形成了巨厚的陆相红色砂岩。侏罗系与下伏地层均为角度不整合接触关系，是燕山运动的结果。 诸广山脉缺失古近系—新近系，第四系则零星分布，主要为冲积相、洪积相。 2. 主要岩石 诸广山岩体由多期多阶段的复式花岗岩体构成，包括加里东期的扶溪岩体、澜河混合岩体，印支期的白云岩体、乐洞岩体、江南岩体、龙华山岩体、大窝子岩体、寨地岩体、古亭岩体、油洞岩体和塘洞岩体，燕山期的九峰岩体、三江口岩体、长江岩体、红山岩体、企岭岩体、赤坑岩体、日庄岩体和百顺岩体等。以燕山期的侵入岩规模及数量占绝对优势。 九峰岩体（图 1-2a）位于诸广山复式花岗岩的西端，岩体呈岩基状侵入元古宇和古生界。岩体主体岩性为中粒等粒状黑云母花岗岩；三江口岩体（图 1-2b、c）位于诸广山复式花岗岩的中部，规模*大，岩体呈岩株状侵入元古宇和古生界，岩性为中粒似斑状二云母花岗岩；长江岩体（图 1-2d）位于诸广山复式花岗岩的东部，西侧与三江口岩体相邻，东侧侵入印支期油洞岩体，岩性为中粒黑云母花岗岩。 图 1-2 九峰岩体、三江口岩体和长江岩体野外照片 a. 九峰岩体；b、c. 三江口岩体；d. 长江岩体 3. 地质构造 诸广山岩体内断裂构造主要可以分为南北、北西和北东等三组，其中以北东向断裂*发育，控制了山体的走向。 4. 地貌特征 诸广山脉是长江水系和珠江水系的分水岭，是长江水系的湘江、赣江以及珠江水系支流北江的源头，因而有“水注三江”之说。 诸广山脉的主要山峰都发育在花岗岩（又称为诸广山岩体）之上，形成“花岗岩地貌”。花岗岩广泛暴露暗示该区经历了长期的风化剥蚀。其中，位于湘、粤、赣三省交界处的万时山保留了较好的*高夷平面，海拔约 1500m（图 1-3），代表新构造运动的抬升幅度。 图 1-3 诸广山脉万时山*高夷平面 山脉抬升除了夷平面证据，还有大量裂点（瀑布），如珠江水系北江源头的湖南汝城县九龙江瀑布群（图 1-4）。 图 1-4 珠江水系北江源头的九龙江瀑布群 在诸广山岩体南面的粤北燕山期花岗岩中，取深钻岩心进行热年代学和构造抬升速率分析， 900m深的钻孔中共取样品 8个。目前，已获得了锆石和磷灰石（ U-Th）/He的测量结果，两者比较接近（由于断层错动，测试结果发生重复，故仅采用 4个样品的测试结果进行分析）。4个样品的高度 -年龄拟合表明，40Ma（始新世）以来，山脉抬升速率（剥蚀速率）为 0.0096km/Ma（图 1-5），结合地貌证据（*高夷平面），揭示诸广山脉始新世前可能有过较强抬升，始新世以来，抬升非常缓慢，以处于剥蚀减荷的均衡抬升为主。诸广山脉热年代学研究结论，与武功山脉热年代学研究结论（后述）有类似之处，可能说明晚新生代以来，罗霄山脉总体上抬升都很微弱，这解释了为什么大部分山脉都已进入壮年期。 1.1.2 万洋山脉 万洋山脉主要有南风面、井冈山、七溪岭、桃源洞等山地，下面以井冈山、桃源洞等为例加以说明。 1. 主要地层 从老到新为下古生界、上古生界。 图 1-5 诸广山脉南部燕山期花岗岩中磷灰石（U-Th）/He年龄 （1）下古生界 1）寒武系。寒武系主要为变余长石石英砂岩夹板岩、多层炭质硅质岩及含硅质板岩，依据岩性的差异，次分为下寒武统牛角河群、中寒武统高滩群和上寒武统水石群。沉积厚度巨大，为活动类型的深海相沉积，总厚度可达 6000m以上。总体而言，以浅变质岩为主，粒度较小，岩性较为软弱，形成低山，大面积分布于井冈山东麓地带。 2）奥陶系。下奥陶统爵山沟组（ O1j），岩性以灰绿色、深灰色粉砂质板岩、板岩、千枚岩为主，夹少量含硅含炭板岩及粉砂岩，厚度近 700m。下奥陶统七溪岭组（ O1q），以灰黑色含硅炭质板岩、炭质板岩及灰绿色板岩为主，厚度近 800m。中奥陶统（未分组），岩性主要为淡灰色、灰绿色变余细粒石英砂岩、硬砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩，夹少量炭质板岩及含硅质板岩，厚度 3000m以上。岩性较为坚硬，往往构成高地，如井冈山主峰五指峰（1586m左右）。 寒武系—奥陶系沉积厚度巨大，总厚度＞10km，代表了扬子板块与华夏板块之间华南（或称江南）活动的深海沉积类型。 （2）上古生界 泥盆系。中泥盆统跳马涧组（ D2t），上部为砂岩、凝灰岩及粉砂质页岩；中部为中粗粒石英砂岩，含长石石英砂岩，夹粉砂岩和页岩；下部为石英砾岩、砂砾岩，含砾砂岩及石英砂岩。厚度 500m。该地层分布广，岩性较为坚硬，是山脉的主体岩石。中泥盆统棋梓桥组（ D2q），上部为条带状泥质灰岩夹厚层灰岩，中部为泥灰岩与绢云母千枚岩互层，下部为厚层硅质泥灰岩，底部为绢云母千枚岩与薄层泥灰岩互层。厚度 100m左右。由于碳酸盐岩在亚热带地区易发生溶蚀，中泥盆统棋梓桥组为井冈山山间盆地（井）的主要地层。上泥盆统佘田桥组（D2s），以石英砂岩、含长石石英砂岩夹钙质砂岩、粉砂岩、粉砂质页岩为主。厚度接近 300m。 总体上，泥盆系沉积以碎屑岩为主，总厚度不足 1km，与下古生界寒武系 —奥陶系巨厚沉积形成了鲜明的对照。但由于石英砂岩比例较高，岩性较坚硬，是井冈山的主体岩石。从下到上，钙质成分有所增加，抗风化能力有所减弱。 泥盆系与奥陶系为角度不整合接触（图 1-6，奥陶系产状 110°∠75°，68°∠73°，奥陶系更陡且产状多变，说明褶皱强烈，而泥盆系产状较稳定，西部产状 130°∠33°），加里东运动在此表现明显而强烈。 图 1-6 江西与湖南两省交界处，泥盆系与奥陶系的角度不整合接触界线 省界界碑（虚线）以上为泥盆系跳马涧组底砾岩（D），以下为奥陶系板岩、页岩（O） 除此之外，还有少量石炭系灰岩夹煤层以及侏罗系陆相砂岩，但分布范围十分有限。 2. 主要岩石 井冈山主要岩浆岩为加里东期中粒斑状黑云母二长花岗岩，侵入寒武系—奥陶系之中，分布于山脉南段，与诸广山岩体相接。 3. 地质构造 万洋山脉总体北东走向，主要断层多为北东向，以压性为主，透镜体发育，活动时间相对较早；北西向断层数量较少，规模不大，表现为张性特征，活动时间相对较晚。 4. 地貌特征 万洋山脉实际上是受北东向断层控制的