第15章 瓜达罗普山国家公园(美国国家公园简介)

1、PAGE PAGE 197第15章 瓜达罗普山国家公园西德克萨斯 面积：86416英亩；135平方英里建立时间：1972年9月30日 地址：Box 400, H.C. 60, Salt Flat, Texas915-828-3251Ann F. Budd, University of Iowa, and Katherine A. Giles, New Mexico这个由断层岩块组成的山脉有大面积的二叠纪礁体出露，景象壮观。主要的断层位于山体的西坡；卡皮坦礁(the Capitan Reef )峭壁镶在它的东缘上。新墨西哥州卡斯巴德洞（Carlsbad Caverns）国家公园（第14章）的洞穴

2、地貌即形成于卡皮坦礁体的小幅度隆升处。瓜达罗普峰（8749英尺）是德克萨斯的最高点，高耸于赤华胡安沙漠（Chihuahuan Desert）上。礁体发育在麦克奇垂克峡谷（McKittrick Canyon）的一个地质横剖面上，许多沉积类型、多种化石和小型山洞异彩纷呈。图 15.1 从瓜达罗普山国家公园松泉山谷（Pine Spring Canyon）看艾尔卡皮坦（El Capitan）。卡皮坦石灰岩峭壁上可见一部分在二叠纪环绕于特拉华盆地的古礁体。此照片由国家公园服务中心提供。图 15.2 瓜达罗普山国家公园，德克萨斯通过对洞穴中象形文字和其它古代遗存物的研究可知：约1万年前瓜达罗普山国家公园的

3、洞穴中有人类活动。他们采集植物、捕猎并随季节在谷底和高地间迁徙。后来到达瓜达罗普地的是好斗的马斯卡勒尔部落的阿帕切人（Mescalero Apache Indians），他们禁止其他人在他们的领地内旅行或定居。19世纪中叶，人们对这里可能的行车路线进行了一系列勘察。巴特弗尔德陆上驿站（The Butterfield Overland Stage）在瓜达罗普山口(Guadalupe Pass)的松林(Pinery)建立了车站，它位于首条横贯大陆的邮路上（圣路易斯旧金山）。之后这个车站由于与马斯卡勒尔(Mescalero)部落的冲突而被废弃，但遗迹依然保留在公园里，就在离公路主干道不远处。在马斯卡

4、勒尔(Mescalero)部落被征服并于1879年迁入保留地之前，对抗连年不断。在盐沼地区美国和墨西哥之间的小冲突一直持续至1878年。尽管在本世纪早期已有一些大农场主在瓜达罗普地区定居，但这里的人口依然稀少。人们从山洞中挖取蝙蝠粪便做了很多年的肥料。在公园北界附近的道格峡谷（Dog Canyon）曾有小规模的铜矿开采。1966年，石油地质学家兼新泽西标准原油公司副总裁华莱士普莱特（Wallace Pratt）把北麦克奇垂克（North Mckittrick）峡谷地区捐给联邦政府用于建立国家公园（共5632英亩）。之后联邦政府又购买了72,000英亩土地，公园于1972年成立。瓜达罗普山的天气

5、变化多端。经常刮大风、夏季有强雷暴雨、冬季还偶有降雪，且温差很大。降雨量极少。公园内严格的保护管理措施，使脆弱的地质景观和沙漠植被得以保护。地质特征瓜达罗普山区为地质学家提供了研究从古大陆架直到洋盆的一整套蒸发岩、碳酸岩和砂岩地层层序过渡的珍贵的机会。被称作“二叠纪礁体复合体”的一部分在此处出露良好，礁体中包含世界上最大的化石礁之一，卡皮坦（Capitan）礁。在被掩埋了数百万年之后，这些礁体沉积物在瓜达罗普山国家公园（形成抬升块体）和卡斯巴德山洞国家公园（第14章）（形成下降断层块体）出露地表，后者形成喀斯特地貌。向南直至格拉斯(Glass)山和阿帕切(Apache)山。地下钻探表明这一礁体

6、一直延伸至东南方约300英里处。它于特拉华(Delaware)盆地（图15.3）周围形成马蹄形礁体，特拉华(Delaware)盆地在二叠纪是较深的近海盆地。瓜达罗普山国家公园最显著的特征是其上千英尺高的全部由礁石灰岩组成的艾尔卡皮坦(EI Capitan)峭壁（图15.1）。卡皮坦（Capitan）礁体不像主要由珊瑚坚硬的骨架构成的现代礁体，卡皮坦（Capitan）礁体是由钙质海绵体和与其它分泌石灰质的海洋生物共存的薄壳状海藻。这里有大量的石灰泥浆，它们是直接从海水中沉积而来的，因为在二叠纪这个地区覆盖着无边无际的热带海洋。（一般来说，二叠纪时期的礁体并不常见，因为它们不是主要由古生代中期、中

7、生代和新生代的主要成礁物珊瑚构成的。）根据定义，“礁”是一种生于水下的由植物及动物骨骼堆积而成的坚固的丘陵或山脊。尽管礁体能生成于较深且冰冷的海洋环境，但最大的活礁体是存在于浅层（深度不超过425英尺）热带海水中（温度需高于68华氏度）的，在这里深海洋流上涌，为成礁有机体的生长提供了丰富的养料。同时，这里的海水必须清澈、盐度适中（27-40），不能有含硅质（非碳酸岩）碎屑的沉积物，且不能有淡水进入。礁体通常生长于强海浪活动地区，所以礁体上表面即礁脊会受到持续的破浪拍击。公园中的礁体沉积物与许多其它沉积环境形成的沉积物差别很大。主要成分为碳酸钙（石灰）的礁体沉积物是由生物骨架及生活在礁上及其附近

8、的动植物骨骼碎片组成的。这些图15.3 卡斯巴德洞、瓜达罗普山国家公园及附近地区卡皮坦（Capitan）礁体的出露情况。来源：D. Murphy, The Guadalupes. 1984，卡斯巴德洞/瓜达罗普山自然历史协会。授权使用。碎片在大小形状上都无规律可循，而且分选性差，这都说明它们未经过长距离搬运。礁体形成过程中，不同的环境条件形成礁体的不同部分。朝向海的部分即“礁前”由于较猛烈波浪的作用，大大小小的生物体或它们骨骼的块体分离并滚下斜坡，到达深海盆地。这些物质在斜坡底部形成岩屑堆斜坡。在崩塌之前，这些块体已经被生物侵蚀体（有机体）剉蚀穿孔，变得非常疏松。照射在礁体顶部（“礁顶”）的较

9、强烈日光促进了组成礁体固体骨架的动植物的快速生长。瓜达罗普礁顶是沉积形成的暗礁，它们从水流中获取能量。礁体向岸部分（“礁后”）水流较缓，因此只有细颗粒的碎屑在这里沉积，此处的水流动性不大，污泥淤积，由于几乎没有淡水流入，盐度很高。每个礁体的各部分都有各自特有的海洋环境，无怪乎各地的礁体“生物群落”差别很大。比如，骨骼强壮的动物和茎干粗壮的植物更倾向于占据礁顶及礁前区域，喜欢在泥沼中打洞和繁衍的生物多分布在礁后区域。而生长最快的生物通常占据空间，拥挤在竞争激烈的礁前浅海区。由于物理环境及形成礁体的生物群落组成不同，礁前、礁顶及礁后的沉积类型也有明显不同。每一种沉积类型叫做一种“相”（相同时间不同

10、环境沉积形成的不同岩石类型）。随着更多生物的消亡，它们的骨骼被冲过泻湖和礁前盆地，这样就使沉积物逐渐增大。在被掩埋图15.4 二叠纪特拉华盆地及周围的沉积物，并上附新墨西哥州、德克萨斯州和墨西哥的现代地图。二叠纪这一地区位于赤道带，在其现在的位置西南方很远。同时，骨骼残留物及其所形成的沉积物被压缩、重结晶，石化形成石灰岩。礁后或泻湖里停滞水中的沉积物通常含镁量较高。镁与石灰结合形成白云岩。在高盐海水中，强烈的蒸发使矿物沉淀形成蒸发岩。在二叠纪西德克萨斯礁体上有三种蒸发岩：硬石膏、石膏和石盐。随着蒸发时海水含盐量的升高，首先生成硬石膏（硫酸钙，一般为结核或结核状地层），然后是石膏（含水硫酸钙，通

11、常为细长结晶），最后是石盐（岩盐，氯化钠）。在晚二叠纪时期（280230万年以前）的西德克萨斯和新墨西哥地区，三种礁相在一个与今天黑海差不多大小的内陆海中同时形成，位置是沿着北美稳定地块（克拉通）的南部和中部（图15.4）。在东部的阿巴拉契亚地区，由于非洲板块和北美板块的碰撞发生了造山运动。而西边穿过内华达州和爱达荷州的稳定地块边缘，大洋板块的下沉形成了火山。礁体形成于二叠纪赤道带南边的干燥热带地区。它由三部分组成：（1）特拉华（Delaware）盆地处形成礁前堆积相和深海盆地相；（2）艾尔卡皮坦(EI Capitan)礁体周围形成礁顶及浅海礁前相；（3）米得蓝(Midland)盆地东北部形成

12、礁后和泻湖相。特拉华（Delaware）盆地的岩石主要由黑色石灰岩和细粒硅质碎屑岩构成。普遍认为石灰岩的黑色是由于大量有机物在还原环下沉积并保存造成的。这一过程与今天特定的海洋环境相同，在那里浮游微生物的尸体沉入海底、与沉积物混合。这种盆地底部可能不含氧气，因此几乎没有细菌去消耗那些有机体遗骸。图15.5 从这一角度看麦克奇垂克（Mckittrick）峡谷，可见三种主要礁相出露地表：深盆地（礁前）、礁顶和礁后相。照片由国家公园服务中心提供。艾尔卡皮坦(EI Capitan)礁体由浅色块状的含化石石灰岩构成，形成块状是由于它在原地生长且由骨骼堆积而成，而不是在流动的水中沉积而成。骨骼由长在上面的

13、硬壳生物固定，因此礁石粘合牢固。二叠纪的生物主要在浅水处堆积，那里充足的阳光为海藻的光合作用提供必需的能量。 穿过麦克奇垂克（Mckittrick）峡谷（图15.5）沿着“二叠纪礁体地质小径”，沿途可以看到三种主要礁相景观。这条道路起始于深海盆地相（贝尔峡谷组the Bell Canyon Formation），向上走可以看到礁前基底的岩屑坡地（卡皮坦岩屑堆）。贝尔峡谷组包含许多 “沉积角砾岩”（指由大小不一且带棱角的，常有大块岩石碎片组成的岩石）矿床，矿床周围是细粒盆地堆积物。当海底滑沿着礁前和岩屑斜坡陡面滚落的时候，角砾岩便堆积而成。卡皮坦岩屑堆由坡度很陡的，厚厚的角砾岩构成。在陡峭的卡皮

14、坦岩屑堆顶端有更大的浅海礁前及礁核相（卡皮坦组Capitan Formation）矿床，它们依次被水平薄层礁后/泻湖相（卡尔斯巴德群Carlsbad Group）覆盖。礁体石灰岩主要由海绵体、海藻和苔藓虫（一种极小的集群动物）组成。珊瑚只占礁体组成的一小部分。腕足动物（带壳动物）、海百合及纺锤筳（一种体形较大的单细胞动物）在礁前相和礁后相中很常见。从礁后相我们可以看到从碳酸盐（石灰岩和白云岩）到蒸发岩，再到碎屑状陆生岩石的发展过程。其中有一些特有的岩石种类：（1）“贝壳灰岩”，沉积于盐分正常的泻湖中；（2）透镜状豆岩（包含多层同心结构的球形颗粒，有时称“豆石”），它们沉积于沿海岸的潮间带上，其

15、中不含生物。（3）细颗粒 图15.6 卡皮坦礁体西侧横剖面，视角向南。随着盆地下沉，礁核向上向外生长，逐渐接近海盆中心（左侧）。二叠纪后期，赤道地区的水逐渐干涸，蒸发岩填满海盆。来源： D.Murphy, The Guadalupes）1984，卡斯巴德洞/瓜达罗普山自然历史协会。授权使用。白云岩，沉积于沿海岸的潮间带及潮前带的高盐海水中。（4）红色粉砂岩和混有硬石膏的砂岩，沉积于沿海岸的潮前带高盐积水坑中。卡皮坦礁体最初由N. D. Newell (1953) 定为堡礁。“堡礁”是一种狭长的、能抗波浪的垄，它与海岸线平行，堡礁与海岸之间的积水盆地称为泻湖。堡礁能够控制水流在大洋和泻湖间的循环

16、。最近，人们在争论二叠纪的卡皮坦礁体到底能不能抗击波浪。一些人对礁体的强度能否经受住海浪的打击提出质疑，因为这些礁体由易碎的海绵体和胶结的海藻构成。其他人认为，三个主相中大量的屑状（如碎骨骼）沉积物说明：礁体和构成礁体的有机物在这一地区的沉积中并不是主要的。因此，很多地质学家重新研究了卡皮坦礁体，并认为它只是在海浪底部由一些骨骼状岩屑组成的沙洲（Achauer 1969）。尽管对这一问题有一些新的认识，但大部分人仍认为：特拉华（Delaware）盆地的沉积物沉积于离岸封闭的海洋盆地中；卡皮坦(Capitan)礁体形成于海盆边缘的浅海环境中；米德蓝(Midland)盆地沉积物形成于近海岸的潮间潮

17、前带含盐量极高的台地或大陆架地区，由骨骼状碎屑堆积而成。地质历史1. 二叠纪早期特拉华盆地（西德克萨斯）的形成（Wolfcampian世）。 二叠纪早期，特拉华盆地逐渐开始形成。那时它是一个内陆盆地，有一个很窄的出水口与大洋相通（图15.6）。盆地呈卵形，盆内积水面积约10,000平方英里。尽管盆地几乎封闭，但还是有一些海水周期性地流入盆地，补充蒸发失去的水分。人们认为这一循环与今天的地中海相似。这一时期，这个下陷的浅盆地中沉积了1,600至2,200英尺的石灰岩和互层的黑页岩。2. 盆地边缘小型沙洲的形成（Leonardian世）。中二叠纪开始时，盆地暂时停止下沉。石膏、砂岩和Yeso组（Y

18、eso Formation）白云灰岩沉积于近海岸地区，形成互层矿床，它们在向海盆方向分级形成碳酸盐海岸相，即Victoria 表15.1 地质柱状图，瓜达罗普山国家公园时间单位岩石单位地质事件代纪世礁前，泻湖礁顶，礁前离岸盆地古生代二叠纪上下奥霍?Rustler 组陆生红色砂岩和粉砂岩在蒸发岩上加积Salado 组Salado 组填充在泻湖和礁后区域的蒸发岩广泛沉积Castile 组瓜达卢普 Carlsbad 群 (Seven Rivers, Yates, Tansill 组)Capitan “Reef”Bell 盆地下陷趋缓，地质构造趋于稳定礁体快速向外生长，覆盖了盆地沉积物Queen 组G

19、oat Seep “礁”Cherry Canyon 组Getaway “岸”水更深处的近岸盆地继续下陷，三个区域的礁相（近岸水域的白云岩、小型沙洲、离岸盆地沉积物）继续生成。礁体增大，尤其是高度增加。Crayburg 组San Andres 组Brushy Canyon 组离岸盆地缓慢下陷，礁体继续生长。伦纳德Yeso 组Victoria Bone Spring 组灰岩 盆地被碳酸盐和页岩填充，形成坡度较缓的盆地和大陆架边沿；有小块礁生长。据Newell等修改，1953 Peak组。浅层黑色石灰岩（骨泉石灰岩the Bone Spring Limestone）在盆地中水流停滞的较深区域沉积形成

20、。而小片不连续的礁斑形成在沿着盆地边缘的浅水中。3. 上二叠纪早期礁斑的继续形成（Guadalupian世）。二叠纪中期，盆地再次开始下沉，许多较大块的礁斑在盆地边缘形成。硅质石灰岩（San Andres 组）在近岸处生长，石英砂岩（Brushy Canyon组）包括少量礁斑在盆地周围形成。4. 上二叠纪最早的堡礁状礁体的形成（Middle Guadalupian世）。当这些礁斑在盆地边缘形成之时，特拉华盆开始快速下沉。（这次下沉可能与北美、南美及非洲板块的碰撞挤压有关。）盆地下沉时，礁体主要向上快速生长，形成山羊泉礁（the Goat Seep reef）。三种相明显发育：（1）泻湖和礁后相

21、由砂岩和白云岩构成（Queen and Grayburg组）；（2）礁顶和浅礁前相包含白云岩化海绵体和海藻骨骼（the Goat Seep reef and the Getaway Bank）；（3）离岸海盆相主要由石英砂岩组成（the Cherry Canyon组）。5. 上二叠纪大型礁体的形成（Late Guadalupian世）。二叠纪中期，海盆停止下沉并稳定下来。最大的礁体, the Capitan Formation, 在盆地边缘逐渐快速长至350英里长并接近盆地的中央。三种相继续分化。石灰岩和砂岩（the Bell Canyon组）在盆地离岸处沉积；大片由骨骼形成的石灰岩（the

22、Capitan Formation）在围绕盆地的浅海区沉积；白云岩和细砂岩（the Carlsbad Group）在近海区域形成。6. 上二叠纪盆地由蒸发岩填充（Ochoan世）。二叠纪晚期，盆地位置稳定，沉积物继续沉积，海平面下降使盆地内水面下降并最终干涸。大量深水蒸发岩的沉积（the Castile Formation）覆盖了泻湖和礁体并最终覆盖了整个盆地。沉积物的形成可能由冲入河口方向的环流引起。“层状”（1/16英寸厚的层）灰色硬石膏/石膏、棕色方解石和石盐首先在盆地中沉积。石盐和富钾盐类（the Salado组）在近岸区域和盆地边缘同时形成。最终沉积形成的盐覆盖了整个地区。7. 上二

23、叠纪蒸发岩上陆源红色岩层的移动（Ochoan世）。二叠纪最末期，河流在这一地区改道，陆源红色粉砂岩和砂岩（Rustler 组和 Dewey Lake组）在蒸发岩上沉积。8. 晚中生代及早新生代前期本地区的隆升和倾斜。一系列地质构造运动在瓜达罗普山西坡形成主要断层（上升断块），把下降断块（含盐的平坦封闭盆地）和山脉分开。瓜达罗普块体倾斜，使卡皮坦石灰岩出露于悬崖边，其最前端是艾尔卡皮坦。含盐的平坦封闭盆地（the Salt Flat Bolson）上的断层裂痕（位于公园西部）使峡谷处的白垩纪岩层与形成高地的二叠纪岩层相接触。9. 新生代的侵蚀作用。河流的侵蚀带走了松软的沉积物、削平了高地，使它呈

24、现出现在的面貌。地下水侵蚀石灰岩，形成多处洞穴。最大的洞穴位于卡斯巴德洞国家公园（第14章）。由于地势陡峭、植被稀缺，山腰处有时发生塌方，至今风化作用仍在继续。地质图Roswell Geological Society. 1964. Geology of the Capitan Reef Complex of the Guadalupe Mountains (field trip guidebook). Roswell, 参考文献Achauer, C. W. 1969. Origin of Capitan Formation, Guadalupe Mountain, New Mexico an

25、d Texas. American Association of Petroleum Geologisist Bulletin 53: (11) 2314-2323.Bebout, D.G., and Kerans, C. (eds.) 1993. Guide to the Permian Reef Geology Trail, McKittrick Canyon, Guadalupe Mountains National Park, West Texas. Bureau of economic geology, University of Texas at Austin. Guidebook 26, 48pHeckel, P. H. 1974, Carbonate buildups in the geologic record: a review, In Reefs in time and space, ed. L. F. LaPorte, pp. 90-154, Special Publication 18. Tulsa, Hill, C. A. 1987, Geology of Carlsbad Cavern and other ca