杜 燦，童 英，郭 磊，王 濤，侯賀晟(.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 0007；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 0008；.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球深部探測(cè)中心，北京 00096)

地質(zhì)遺跡是在長(zhǎng)期地球系統(tǒng)演化過(guò)程中，不同地質(zhì)作用下形成的千姿百態(tài)的地質(zhì)剖面、地質(zhì)構(gòu)造、古生物、礦物與礦床、地貌景觀、水體景觀、環(huán)境地質(zhì)遺跡景觀等資源，是寶貴的自然遺產(chǎn)，是探索和研究地球演化歷史的主要內(nèi)容之一，具有獨(dú)特的、典型的科學(xué)價(jià)值。其中，與花崗巖相關(guān)的地質(zhì)遺跡在中國(guó)大陸廣泛分布，以地貌景觀遺跡和環(huán)境地質(zhì)遺跡為主，如我國(guó)的黃山、九華山、天柱山、華山等旅游勝地，現(xiàn)大多為地質(zhì)公園，發(fā)育各類地質(zhì)遺跡。然而，在東北亞地區(qū)，包括中國(guó)北方的內(nèi)蒙古以及蒙古國(guó)中南部在內(nèi)，還發(fā)育一種特殊的花崗巖地質(zhì)遺跡，散布于大興安嶺及蒙古草原之上，稱之為草原石林，以著名的錫林浩特阿斯哈圖石林為代表，是具有特殊地質(zhì)科學(xué)意義和較高美學(xué)觀賞價(jià)值的地質(zhì)遺跡[1]。這類石林發(fā)現(xiàn)后被稱之為“阿斯哈圖”地貌[1-2]，并成為克什克騰世界地質(zhì)公園的主要園區(qū)之一。按照《國(guó)家地質(zhì)公園規(guī)劃編制技術(shù)要求》，阿斯哈圖石林屬于典型的地貌遺跡大類。

實(shí)際上，在位于蒙古草原的二連浩特東北部也發(fā)育類似的寶德?tīng)柺諿3]，與阿斯哈圖石林相距數(shù)百公里以上。近期的研究發(fā)現(xiàn)，這類草原花崗巖石林，不僅具有花崗巖地貌遺跡的特點(diǎn)，更重要的是具有表現(xiàn)早白堊世大型伸展構(gòu)造的地質(zhì)構(gòu)造景觀[3]和保留巖漿成礦大爆發(fā)的礦物礦床遺跡特點(diǎn)[4]，普遍發(fā)育不同規(guī)模的錫銀鉛鋅銅金礦床以及螢石礦床，是我國(guó)重要的多金屬戰(zhàn)略基地[4]。那么什么是草原石林，這種石林具有什么特點(diǎn)，是如何形成的，兩種石林是否具有相似的地質(zhì)背景值得研究。前人的研究認(rèn)為阿斯哈圖石林的主體是早白堊世花崗巖[4]，寶德?tīng)柺謩t是早白堊世花崗巖伸展穹隆的一部分[3,5]。因此，本文從石林花崗巖及相關(guān)穹隆的形成背景——東北亞早白堊世巨量伸展入手，深入揭示石林花崗巖構(gòu)造和形態(tài)的成因，為內(nèi)蒙古等地方政府整合地質(zhì)遺跡資源，整體規(guī)劃建設(shè)國(guó)家地質(zhì)公園，打造地質(zhì)旅游品牌提供科學(xué)支撐。

1 草原石林的概念

草原石林是花崗巖石林的一種，是新發(fā)現(xiàn)的花崗巖地貌類型[2]，形態(tài)上類似云南石林、土林、雅丹地貌和現(xiàn)代冰川上的冰林地貌。野外考察發(fā)現(xiàn)這種石林主要分布在內(nèi)蒙古大興安嶺及以北的蒙古國(guó)東部和南部草原戈壁地區(qū)，位于東北亞中生代巨量伸展省的腹心(目前發(fā)現(xiàn)至少有9個(gè)大型石林)，如大興安嶺南段的阿斯哈圖石林[1,2]、二連浩特東北部的寶德?tīng)柺諿3,5-6]、蒙古東南部的Nartyn石林、Atanshiree石林[7]，以及作者所在項(xiàng)目組新發(fā)現(xiàn)的蒙古中南部Erdenesant-Onjuul石林、納蘭石林、Erdene石林、東烏旗北部和蒙古交界的罕烏拉石林等，數(shù)量眾多。它們?cè)诿利惖拿晒糯蟛菰?，由無(wú)數(shù)的石雕群組成，一根根石柱或一座座石墩分布在平坦而廣闊的草原上。這些石柱或石墩在地表并非一個(gè)整體而是像一塊塊狀如餅子的石頭堆疊而成，其間隔只數(shù)米，分布集中，大小錯(cuò)落有致。

這些石林均由花崗巖體所組成，石林地貌花崗巖分布在平緩山脊上或幾乎沒(méi)有起伏的草原地帶，成片出現(xiàn)，連綿幾百米至數(shù)十千米(面積最大的是Nartyne石林和Atanshiree石林，為10～20 km2)，部分長(zhǎng)度超過(guò)100 km2(如東烏旗罕烏拉石林)，與巖體的出露密切相關(guān)。石林之間相對(duì)高一般從數(shù)米到數(shù)百米，在山脊地區(qū)(如大興安嶺南段阿斯哈圖石林)高差較大，草原覆蓋區(qū)則相對(duì)較小，但也有較高的石林(如蒙古中部的Erdenesant-Onjuul石林)。石林的底部常相連，上部大部分受垂直節(jié)理或風(fēng)化作用影響影響被分割成各種形態(tài)，頂部較平緩。

2 草原石林的形成過(guò)程分析

草原石林顯而易見(jiàn)的地貌特征是密集發(fā)育的近水平節(jié)理，整體為穹隆形態(tài)[3,7]，部分石林發(fā)育多期垂直的節(jié)理[2]。近期的巖漿巖專題填圖發(fā)現(xiàn)的寶德?tīng)柌菰种饕缮倭窟叢恐匈_世(約160 Ma)和主體早白堊世(140～120 Ma)兩個(gè)巖套五個(gè)單元的花崗巖所組成[5]，而詳細(xì)的構(gòu)造解析則清楚地顯示這些特征的近水平節(jié)理的形成與巖體侵位的流動(dòng)構(gòu)造和后期伸展抬升密切相關(guān)[3,7]，晚期沿這些構(gòu)造面理的物理風(fēng)化和化學(xué)作用(包括風(fēng)蝕、冰川以及鹽風(fēng)化等)造就了不同的形態(tài)[2]。

2.1 草原石林花崗巖穹隆的伸展過(guò)程

國(guó)內(nèi)外的研究認(rèn)為組成這些石林的花崗巖是早白堊世東北亞地區(qū)巨量伸展的結(jié)果[6,8]。蒙古國(guó)南部的Nartyn石林和Atanshiree石林花崗巖為早白堊世同減薄巖體，巖體邊部的韌性剪切帶和核部近水平的巖漿面理為伸展變形的產(chǎn)物[7]。相似的是中蒙邊境的數(shù)個(gè)石林，它們是多個(gè)不對(duì)稱花崗巖伸展穹隆的重要組成部分。其中，寶德?tīng)柺趾图{蘭石林是寶德?tīng)?納蘭穹隆的核心，該穹隆由內(nèi)向外由核部多期次早白堊世花崗巖、西北邊緣韌性剪切帶和脆性拆離斷層組成，上盤為不變形侏羅紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖、泥盆系片巖和早白堊世盆地。剪切帶具有統(tǒng)一向北西的剪切，變形程度由不變形的巖體核部向外側(cè)逐漸增強(qiáng)，面理的形成與巖體的侵位和隆升過(guò)程密切相關(guān)，反映了區(qū)域上伸展拆離環(huán)境下侵位的非對(duì)稱同構(gòu)造花崗巖穹隆特點(diǎn)。韌性剪切帶底部至頂部糜棱巖石英C軸組構(gòu)，保留了早期高溫變形和晚期中溫-低溫組構(gòu)，表明伸展早期為高溫變形，可能與巖漿同侵位伸展有關(guān)，伸展減薄峰期以中溫和低溫變形為主，反映了剪切帶及巖體伸展抬升至淺部的遞進(jìn)變形過(guò)程[3](圖1)。而罕烏拉石林則位于東烏旗罕烏拉韌性剪切帶的下盤，組成石林的沙麥早白堊世花崗巖邊部也受上盤向北西的伸展變形影響而發(fā)育構(gòu)造面理[9]，核部則發(fā)育與糜棱面理和線理近平行的巖漿流動(dòng)面理和線理。其他石林如阿斯哈圖石林、Erdene石林等因?yàn)閯兾g程度較深，未觀察到邊部韌性剪切帶，但巖體仍發(fā)育近水平的巖漿面理，圍繞巖體發(fā)育后期高角度正斷層，顯示穹隆的構(gòu)造特點(diǎn)。

石林花崗巖主體的形成時(shí)代為140～120 Ma[4-5,7,9]，說(shuō)明這些花崗巖及穹隆構(gòu)造發(fā)育時(shí)限與東北亞大陸早白堊世花崗質(zhì)巖漿的活動(dòng)峰期一致[10]。因此，石林花崗巖形成于東北亞大陸整體的伸展環(huán)境下，其過(guò)程從侵位一直持續(xù)到冷卻抬升至脆性域，反映出東北亞大陸顯著的地殼減薄。

圖1 東北亞早白堊世不對(duì)稱花崗巖穹隆/同減薄巖體的形成模式Fig.1 Evolution model of Early Cretaceous asymmetric granitic domes and syn-thinning pluton in NE Asia

2.2 草原石林地貌的形成過(guò)程

伸展的遞進(jìn)變形過(guò)程形成了石林花崗巖早期的糜棱面理、近水平巖漿面理和后期抬升重力卸載沿巖漿面理發(fā)育的密集節(jié)理[3,7]，受持續(xù)的同伸展巖漿作用上涌導(dǎo)致隆(抬)升到地表之后，大量近水平為主的節(jié)理和更晚期疊加的其他方向節(jié)理，受北國(guó)晝夜溫差大導(dǎo)致的石(裂)崩影響，在雨水侵蝕的作用以及第四紀(jì)冰川的改造下[2]，把這些抬升到地表的花崗巖體分割不同的巖塊，發(fā)生崩塌、滾落、碎裂，同時(shí)狂風(fēng)卷起的沙塵、碎石對(duì)巖石表面的不斷進(jìn)行雕刻，從而呈現(xiàn)獨(dú)特的景觀(圖2)。

圖2 草原花崗巖石林的形成機(jī)制Fig.2 Formation mechanism of granitic stone forest in grass land

3 草原石林的地學(xué)意義

3.1 對(duì)早白堊世東北亞巨量伸展的構(gòu)造指示

草原石林花崗巖形成于東北亞大陸巨量的伸展背景下，是地殼伸展的典型特征之一。目前的研究顯示，石林無(wú)一例外，全部屬于某個(gè)早白堊世伸展穹隆或同減薄巖體的一部分[3,5-8]。東北亞地區(qū)晚中生代的巨量伸展，與蒙古鄂霍次克構(gòu)造帶的造山后垮塌和古太平洋的弧后擴(kuò)張相關(guān)[8]，是晚中生代東北亞地區(qū)最顯著的構(gòu)造事件。石林所屬穹隆的構(gòu)造組成、變形樣式以及顯微構(gòu)造等是研究東北亞晚中生代中下地殼流變特征、地殼伸展啟動(dòng)機(jī)制和伸展過(guò)程的典型代表，具有重要的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)意義，可以作為伸展構(gòu)造實(shí)習(xí)和教學(xué)的理想場(chǎng)所。

3.2 對(duì)花崗巖填圖和研究的年代學(xué)意義

綜合鋯石U-Pb年代學(xué)結(jié)果顯示，所有這些發(fā)育石林的花崗巖主體的時(shí)代均為140～120 Ma[3,4-7,9](以及項(xiàng)目組未發(fā)表資料)。巖體由黑云母二長(zhǎng)花崗巖、鉀長(zhǎng)花崗巖等組成，絕大部分為A型花崗巖[4,11]，形成于伸展背景下。近期的巖漿巖專題填圖將“石林”作為早白堊世花崗巖重要的譜系單位進(jìn)行了命名[5,12]，在東北亞地區(qū)具有廣泛意義，是野外識(shí)別早白堊世巖體的一個(gè)重要指示標(biāo)志。

3.3 對(duì)草原地貌的意義

大興安嶺和蒙古草原是中國(guó)的第二臺(tái)階，總體為較平緩的地形特征。眾多大型的石林像千層餅、漢諾塔或千奇百怪的石柱矗立在草原上十分醒目。早白堊世伸展和巖漿作用是形成石林的巖石和構(gòu)造基礎(chǔ)，而外動(dòng)力是塑造花崗巖石林的關(guān)鍵要素，應(yīng)是在古冰川、寒凍風(fēng)化、風(fēng)和水等外動(dòng)力綜合作用下才形成這種罕見(jiàn)的石林地貌[2]，獨(dú)特的地貌景觀集構(gòu)造地貌、巖漿地貌和氣候等地貌特點(diǎn)于一體，具有重要的地貌學(xué)研究意義。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，草原石林是一種奇特的巖石景觀，是花崗巖地貌中的“另類”，不僅具有指示東北亞地區(qū)花崗巖形成時(shí)代的特點(diǎn)，而且風(fēng)化形成的千姿百態(tài)的景色極具觀賞價(jià)值，可以作為整個(gè)蒙古草原地區(qū)和大興安嶺南段地區(qū)極具特色的地學(xué)科普和生態(tài)旅游資源。另外，礦床學(xué)的研究也認(rèn)為形成這些石林的花崗巖與鎢錫鋰鈹?shù)榷嘟饘俚V床[4]和螢石礦床的形成具有直接聯(lián)系，是我國(guó)和東北亞地區(qū)潛力極大的金屬成礦基地和戰(zhàn)略資源基地，也是未來(lái)發(fā)展研究礦物與礦床類地質(zhì)遺跡的理想場(chǎng)所。