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九华山为皖南斜列的三大山系(黄山、九华山、天目山——白际山系)之一。在大地构造上地处扬子准地台的下扬子台坳中部。九华山区的褶皱和断裂构造都十分发育,岩浆活动也很频繁。九华山主体是由花岗岩体组成强烈断隆带,它的边缘地区除部分为沉积岩外,大部由花岗闪长岩组成的褶皱断块轻度隆起带。

分布九华山区的地层,主要由古生代寒武纪到志留纪的黑色硅质炭质页岩、灰绿色页岩、泥质灰岩、泥质条带灰岩、灰色厚层灰岩、黄绿色粉砂质页岩、细砂岩等,它们都经褶皱或断块隆起构成九华山外围的低山、丘陵。九华山区的绝大部分地区由侵入岩体构成,主体部分由燕山期的九华山花岗岩体组成,它沿青阳岩体中心部位侵入,近东西向伸展。岩体接触面大多数外倾,倾角40— 50°,与围岩接触发生接解变质,其宽度为数百米。该岩体根据岩石的结构和成分可划分三个相带。中心相以粗中粒斑状二长花岗岩为主;过渡相绝大部分为中粒花岗岩,构成岩体的主体,分布面积最广;边缘相不发育,一般宽约数米至500米,以细粒花岗岩为主。主要矿物成分为钾长石、斜长石,还含少量黑云母和角闪石等。九华山花岗岩体形成陡悬式中心峡谷区,九华的奇峰、怪石也多分布于此。

青阳岩体分布于九华山的外围,形成于晚三叠纪的印支运动,岩体本身为九华山岩体侵入破坏而不完整,侵入围岩为下古生界,接触面外倾,接触带发生明显变质现象。根据岩石成分和结构,可分三个岩相带,中心相以二长花岗岩为主;过渡相以中细粒花岗闪长岩为主,占岩体出露面的70%以上,边缘相以细粒花岗岩为主,宽数十厘米至数十米。主要矿物为斜长石、钾长石、石英和少量黑云母及角闪石等。它组成的地貌景观以低缓的丘陵和低山为主,与九华山花岗岩岩体形成的中山地貌,构成鲜明的对照。

九华山在漫长的地质长河中,属多旋回构造运动地区。从古生代到中生代早期,九华山与皖南广大地区一样,处于稳定的滨海或浅海环境,海水深度不大,地壳稍有升降就显得海水进退频繁,但基本上没有超越海域环境,这一时期的沉积保持着连续性和呈整合接触关系,沉积岩的总厚度可逾万米。这一阶段没有显著的褶皱运动和岩浆活动,但以沉积岩相和厚度的变化,可反映隆起的和凹陷中心的演变。

中生代早期(三叠纪中、晚期),地史上发生了印支运动,它对九华山区的影响很大,不仅发生强烈褶皱运动和岩浆活动,而且沧海也随之成为陆地。

中生代中、晚期,九华山又受燕山运动干扰,尤其燕山运动二期对其影响最大,不仅断块活动显著,而且岩浆活动活跃,导致九华山花岗岩体侵入印支期的青阳岩体之中,发生强烈的穹形断块隆起,这样就奠定了九华山的胚胎。

新生代早、晚期,九华山区再度发生显著的间歇性断块运动。尤其喜马拉雅运动期,九华山发生数度隆起,高度显著增加,使山地具多层状结构。覆盖在九华山花岗岩体上的沉积岩被冲刷殆尽,深处的花岗岩脱颖而出,形成了九华山的雏形。

新生代晚期至今,九华山的新构造运动极为活跃,九华山再度急剧隆起,并促使外力作用沿花岗岩的断裂、节理等薄弱环节加速切割,因此九华山形成了山地错落、险峰插云、怪石嵯峨、幽谷深邃的地貌景观。
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