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中国石油大学（北京）重点教改项目成果秦皇岛石门寨综合地质实习指导书编写：童亨茂中国石油大学（北京）地球科学学院2013年5月1前言综合地质实习是中国石油大学（北京）品牌专业——地质工程专业最重要的一个实践教学环节。中国石油大学（北京）1990年招收第一届地质工程专业的本科生，1993年开始在周口店进行综合地质实习。当时为了满足实习的需要，1993年编者编制了《北京周口店综合地质实习指导书》。通过多年的教学改革和实践，2005年，该指导书重新编写。由于在周口店住宿无法得到解决等方面的原因（中国石油大学(北京)90级到07级地质地质工程专业的学生在周口店实习，共18届），从2010年起，综合地质实习首次从北京周口店地区移到秦皇岛石门寨地区。由于地区的变动，对中国石油大学（北京）而言，秦皇岛石门寨地区是一全新的区域，与基地相关的建设和研究工作急待开展。为此，2010年底，中国石油大学（北京）批准设立“秦皇岛综合地质实习基地建设的研究与实践”校级重点教改项目，实习指导书编写是其中的重要组成部分。为此，编者在2010年编制了《秦皇岛综合地质实习指南》，经过两年教学改革的研究与实践，在《指南》的基础上，编写完成了《秦皇岛石门寨综合地质实习指导书》。本指导书分两大部分，共6章：第一部分地质概况及实习教学路线；第二部分野外工作方法，还包括2个附录。该指导书能在新的条件下满足地质工程专业学生在周口店综合地质实习的需要。本指导书由童亨茂完成编写。该教材的编写过程中，得到了系、院、教务处有关领导的支持与鼓励，在此谨致谢意。由于时间紧迫，水平有限，疏漏、不妥之处希望读者批评指正；同时本书也需要在今后的教学实践中不断完善与提高。编者童亨茂2013年5月20日2图1-1石门寨地区交通位置图第一部分地质概况及实习教学路线第一章实习区区域地质概况第1节：自然地理、交通概况秦皇岛石门寨地质教学实习基地位于秦皇岛市北二十八公里，是国家地质公园——“河北秦皇岛柳江国家地质公园”。该区自然地理位于燕山山脉东端、南临华北平原和渤海湾，属河北省秦皇岛市抚宁县石门寨镇管辖（图1-1）。区内外交通十分方便，大秦、京哈等铁路在秦皇岛设有国家三级站，实习区与市区有水泥公路、地方铁路相通，从实习区乘车经市区可到北戴河海滨、山海关和昌黎县黄金海岸等旅游胜地。实习所在的石门寨地区，为一南北向延伸的低山丘陵区。北、西、东三面为陡峻的高山所包围。高山主要由上太古界混合花岗岩和燕山期花岗岩侵入体组成，低洼的丘陵和平原由古生界和中生界地层构成；而在地质构造上则形成一个比较宽缓的向斜，故名“柳江向斜”。前者是地貌形态，后者为地质构造概念。故又通称谓“柳江向斜盆地”。贯通盆地的大石河，是本区最主要的水系，它流向东南，在山海关以南流入渤海。盆地内最高的山峰为老君顶，海拔493.7米。南部大石河河谷的南刁部落海拔70米左右。盆地中西部的火山岩分布区是本区山高坡陡的部分，一般都在海拔200～300米。实习区气候属暖温带半湿润季风型大陆性气候，但受海洋影响较大。冬季长，春、夏、秋季较短。年平均气温11.3℃，最冷为一月份，月平均气温-29℃，最热为七至八月份，月平均气温24.8℃。本区年降水重为400～l000毫米，多集中七、八月份，占年降水量的70％，山洪也主要集中在这个时期内。本区工农业并重。农业主要种植玉米、小麦、高梁等，山坡多种果树，尤以桃树较多，盛产蜜桃。海滨地区有丰富对虾、海蟹等水产资源。工业以采掘业为主，有煤、铝土矿、建筑石材以及水泥原料等。其中煤矿开来历史悠久，煤质为无烟煤，局部为劣质煤，总储量2－3亿吨。3第2节构造层与地层分布本区地层分区属华北--东北南部区、燕山分区的山海关小区，地层特征属华北型。除较普遍缺失中、上奥陶统至下石炭统、三叠系、白垩系、第三系外，就华北型地层而言，该区地层出露较全（缺失中元古界的长城系、蓟县系和上元古界青白口系的下马岭组），化石丰富，各单位地层划分标志清楚，地层特征具有一定代表性。全区范围内出露的地层主要有上元古界的青白口系、下古生界的寒武系、下奥陶统、上古生界中上石碳统、二迭系、中生界侏罗系以及新生界的第四系。地层顺序以及它们之间的接触关系见石门寨地区地层简表（表1-1）。本区处于燕山沉降带东段，山海关隆起东南缘，主要构造线方向近南北向。依据区域性角度不整合面与各地质时期的地质构造基本特征，本区可划分如下构造层：中生界构造层盖层～～～～～～～～古生界构造层～～～～～～～～新元古界青白口系构造层基底----混合花岗岩第3节构造变形基本特征自古生以来，本区经历了海西--印支运动和燕山运动，形成了一系列较为复杂的褶皱与断裂构造。西部地区产生了近南北内的背斜（柳观峪--秋子峪背斜，张赵庄--伍庄背斜）构造，其特点为西翼地层产状较缓而东翼地层直立倒转，被断裂破坏；中部和东部地区则为一个开阔的不太对称大向斜，即柳江向斜。该向斜北起城子峪，南到石龙山、南林子一线，长达20公里，东起娃娃峪西沟、张岩子，西到王庄、山羊寨一线，宽约8公里。向斜核部为中生代地层呈角度不整合覆盖。向斜的西翼由上寒武统、下奥陶统、中--上石炭统和二迭系组成，但由于受近南北向逆断层影响，地层产状发生直立倒转，有的地层组段缺失。地层倾角一般在40°～50°之间，个别地段倾角大于80°。向斜的东翼由元古界青白口系长龙山组、景儿峪组、寒武系、中、下奥陶统、中--上石炭统、二迭系地层组成。地层倾角一般在10°～25°之间，局部达30°左右。由于倾角较小，所以东翼分布面积广阔。此外，在向斜东翼可见许多脉岩，呈岩床与岩墙产出。岩床与地层产状基本一致，而岩墙切割地层，多为北西向延伸。由于在南北向褶皱区，侏罗系地层系统地不整合覆盖在前侏罗系地层之上，确定南北向褶皱是燕山期东西向挤压构造作用的产物。这一认识已得到广泛的认可。4本区除南北向的褶皱构造外，还有东西向的褶皱构造。东西向的褶皱出现在实习区的南部、中部和北部的部分地区，包括义院口背斜、潮水峪东断背斜、黑山窑向斜（潮水峪东断背斜、黑山窑向斜是本次研究新命名的褶皱构造）等。根据姜耀俭等（2010）对黑山窑向斜的研究，发现黑山窑向斜是由前中生界的地层组成，而晚三叠统的黑山窑组以大角度不整合在前中生界地层之上，从而确定黑山窑向斜是海西期南北向挤压作用的产物。以此推断，包括义院口背斜、潮水峪东断背斜、黑山窑向斜在内的东西向褶皱构造是海西期南北向挤压构造作用的产物。上述分析表明，实习区是海西期和燕山期构造叠加形成的叠加褶皱，其中以燕山期褶皱占主导。本区断层较发育，以NE、NW、SN向断层占主体，以逆断层、走滑断层和压扭性断层占主体，正断层在露头区广泛发育，但规模均较小。逆断层主要在本区的西部发育，走滑断层和压扭断层主要的盆地的中部发育，正断层在各个区域都有发育。总的来说，从西向东，断层的发育程度不断降低。走滑断层和压扭断层大多以共轭的方式出现，NE、NW走向，反映东西方向的挤压作用。逆断层南北走向，也反映东西向的挤压作用。根据杨明慧的分析（2010，个人交流），断层对水系起重要的控制作用，水系局部段落的走向主要受断层控制。燕山期南北向延伸的褶皱、北东和北西走向的走滑断层、以及南北延伸的走滑断层均反映出本区曾受到东西向挤压应力，说明它们均是燕山期的，是递进构造变形过程中的产物。表明燕山期对本区的构造变形起主导作用。第4节岩浆岩概况本区的岩石种类繁多，沉积岩主要有陆源碎屑岩和内源沉积岩两大类。陆源碎屑岩在本区主要分布在中-上石炭统、二迭系和侏罗系内，其次分布在青白口系、寒武系及奥陶系内。中粒碎屑岩（砂岩）较粗粒碎屑岩（砾岩）发育，而细粒碎屑岩（粉砂岩）和泥质岩也有广泛分布。区内内源沉积岩以碳酸盐岩为主，分布在寒武系及奥陶系内。岩浆岩也有相当丰富的类型，从基性岩到酸性岩都有。从空间上观之，深成侵入岩主要出露在在柳江向斜两翼，东老而西新。浅成侵入岩则广泛分布于向斜核部，而以东翼更甚。溢流、爆发形成的喷出岩主要集中在向斜核部。变质岩主要有接触变质岩和混合花岗岩岩(因其主体在辽宁绥中一带，亦称绥中花岗岩)。岩浆岩主要是燕山期的。混合花岗岩是本区最老的岩石，据吴家弘等1981年测定岩年龄为25亿年左右（锆石一致年龄2495±24Ma，Pb-Pb法等时年龄2452±78Ma），即太古代末期或元古代早期（Aγ2-Pt1）。本区主要见于柳江盆地东部张岩子村附近和西南鸡冠山下。岩石为肉红、灰白色，在鸡冠山下多见暗色岩石的残留体，鸽子窝可见较明显的片麻理。绥中花岗岩形成时代尚有争议。河北区调队（1987）区调报告中将其归为上太古界单塔子群白庙组（Arb）。依据同位素年龄数据（约2500Ma）及该岩体的结构构造特征，本教材暂将其归为上太古代处理（γ1）。5第5节矿产概况本区的矿产以沉积矿产为主，如煤、铝土矿、玻璃原料石英砂岩，冶炼用的白云岩及建材用的和烧石灰的石灰岩。其中煤、铝土矿、安山质凝灰岩和石灰岩，开采历史悠久，具有一定规模。金属矿产仅在柳江盆地周围的接触带附近曾发现铁、铜、铅、锌矿点或矿化点十余处，如上平山重晶石铅锌矿点、杜庄矽卡岩型铁矿点，规模不大，多无工业价值。第6节区域构造演化简史实习区经历了二十几亿年的地质历史、多次的构造运动，形成了目前的构造格局。归纳起来有如下几个阶段：太古代结晶基底形成阶段；新元古代裂陷槽发育阶段；古生代克拉通盆地发育阶段；中生代燕山期挤压褶皱、断裂和岩浆作用阶段；以及新生代的差异隆升作用阶段。太古代结晶基底形成阶段这一阶段本区以发育绥中混合花岗岩为代表，构成这一区域的结晶基底。结晶基底形成以后，本区长期处于隆升剥蚀状态，直至新元古代晚期。新元古代裂陷槽发育阶段本区新元古代裂陷槽是华北克拉通燕辽裂陷槽的组成部分。燕辽裂陷槽主体部分是在中、新元古代发育，沉积长城系、蓟县系和青白口系的地层，由海相碎屑岩和碳酸盐岩组成。而本区处在燕辽裂陷槽的东部边缘，中元古界的长城系、蓟县系和新元古界青白口系的下马岭组地层缺失，青白口系长龙山组和景儿峪组海相碎屑岩直接不整合在太古界地层之上。古生代稳定地台盖层发育阶段这一阶段华北克拉通以升降运动为主，为稳定的克拉通盆地沉积。晚奥陶世-早石炭世导致近100Ma地层缺失是这一时期最著名的上降运动（加里东运动）。下古生界主体由陆表海沉积的碳酸盐岩组成；上古主体由海陆交互相（石炭系和二叠系下部）和陆相（二叠系上部）碎屑岩地层组成。地层稳定性很强，横向可以进行很好的对比。古生代末期的海西构造运动使本区遭受南北向挤压（图1-2），形成东西方向的褶皱构造。但总体构造变形不强烈，褶皱只在局部区域发育。6表1-1柳江盆地地层简表界系统组（代号）接触关系主要岩性新生界第四系Q冲积粘土、砂砾石及部分黄土堆积。中生界侏罗系上统孙家梁组J2s灰色酸性和中碱性火山熔岩和火山碎屑岩。中统兰旗组J2l上部：黑绿色、紫红色玄武质火山熔岩、集块岩；中部：安山质、粗安质火山熔岩、集块岩、火山角砾岩；下部：灰绿色-黄绿色安山质流纹质集块岩夹凝灰岩。下统北票组J2b上部：粉砂岩、页岩，含煤线，底部为砾岩；下部：砾岩和含砾粗砂岩，夹少量粉砂岩、页岩。三叠系上统黑山窑组T3h灰白色中粗粒长石石英杂砂岩，炭质页岩，粉砂岩，含煤线。古生界二叠系上统石千峰组P2sh粉砂岩、泥岩夹少量砾岩，粗粒至中细粒砂岩和杂砂岩。上石盒子组P2s中厚层含砾粗粒长石砂岩，夹紫色细粒砂岩，粉砂岩。下统下石盒子组P1x中粗粒长石杂砂岩。山西组P1sh灰黑色中细粒长石杂砂岩、粉砂岩，碳质页岩，含煤。石炭系上统太原组C3t灰黑色粉砂岩，以含铁质结核为特征。中统本溪组C2b上部：粉砂岩、页岩；下部：铁质砂岩或褐铁矿（山西式铁矿）。奥陶系下统马家沟组O1m暗灰色白云质灰岩夹白云岩，含燧石条带白云质灰岩，顶部少量灰岩。亮甲山组O1l中厚层豹皮灰岩，下部夹少量碎屑岩、钙质页岩。冶里组O1y上部灰色砾屑灰岩夹灰绿色页岩；下部微晶纯灰岩夹少量砾屑及虫孔灰岩。寒武系上统凤山组3f黄灰色泥灰岩夹砾屑泥灰岩，黄绿色钙质页岩夹薄层泥质条带灰岩。长山组3c砾屑灰岩、粉砂岩及页岩互层。崮山组3g上、下部为紫色砾