路线:基地—石门寨—174高地东坡小煤矿—基地
任务:
1)学习地物定点法及用罗盘测量地层产状。
2)观察早奥陶世至二叠纪地层的岩性特征。
3)观察下奥陶统与上石炭统之间的平行不整合接触关系。
4)初步学习地层信手剖面绘制方法。
预习内容:
1)沉积岩的概念、类型及形成环境。
2)地层的概念及地层的接触关系。
No.11
位置:石门寨西门260°约150m处的小路旁采石坑。
意义:下奥陶统(O1)岩性观察点及地层信手剖面起点。
观察内容:
1)学习地物定点法。
2)认识沉积岩的基本特征,并描述下奥陶统(O1)的岩性特征。
3)测量岩层产状。
4)正断层的特征。
5)作信手剖面图(剖面图的起点)。
教学内容:
1)在到观察点之前,学生在石门寨西门集合,然后每个同学步测到观察点的距离。该点临近石门寨西门,地物标志很明显,步测到观察点后,再用罗盘测出该点(学生所站的位置)位于西门的方位,根据所测的距离和方位就能很快地把该点的位置定在地形图上。地物定点法的优点是准确,快,适用于地物标志和地形特征明显的地方。后方交会定点法适用于附近没有明显的地形和地物标志,而远处有三角点、山头、村庄以及其他标志物等,这种方法较慢.有时误差较大。为了增强准确性,后方交会法最好用3个被测量点,取3条直线所交出的三角形的中心为所定点的位置(从理论上讲,3 条直线应交于一点,但由于测量及绘图的误差,3条直线常交出一个三角形);再根据小的地形、地物进行校正。
2)在野外观察岩石,首先要观察岩石外貌(构造)的总体特征,确定出属于哪一大类岩石(沉积岩、岩浆岩、变质岩),然后观察其他特征,鉴定出更确切的岩石名称。沉积岩最突出的特点是一层层叠置在一起,具有成层性,明显不同于侵入岩,这种层层叠置的关系就是沉积岩的层理构造 层理构造是指沉积岩的成分、结构、颜色等在垂直于层面方向上的变化特征。由于在不同时期的水动力条件、物源、气候等的差异,先后形成的沉积物在成分、结构、颜色等方面会有所不同,结果在垂直于沉积物表面的方向上就出现不同性质的沉积物,这些特性在成岩后还保存在沉积岩中,就形成了沉积岩的层理构造。这种成层性是地层岩性分层的依据,即根据物质成分,结构、构造的不同,将某一时期的地层分出若干层来。按成分不同,可分出灰岩,砂岩、硅质岩、泥岩等岩层。按沉积岩单层的厚度,可分出巨厚层(>1m)、厚层(1~0.1m)、中层(0.1~0.03m)、薄层(<0.03m)等岩层。
3)在沉积作用过程中,先沉积的物质位于下面,后沉积的位于上面,它们经成岩作用后固结成沉积岩。如果一个地区没有发生强烈的构造运动,沉积岩层的原始产状就会得到保留,即岩层产状是水平或接近水平的,并且总是先形成的在下面,后形成的在上面,这种正常的地层叠置关系称为地层层序律。
4)该地点的岩性为灰岩和泥质条带灰岩,地层产状为295°∠24°。灰岩呈深灰色,微晶-泥晶结构,块状或厚层状构造,化学成分主要为CaCO3,矿物成分为方解石,滴盐酸剧烈起泡。
泥质条带灰岩的风化面呈灰黄色,新鲜面为浅灰色,微晶-泥质结构,条带状构造。泥质条带灰岩与灰岩互层状出现。风化后泥质条带灰岩凹入,而灰岩凸出,这是差异风化的结果。
5)在此处可见一条小断层,明显错断了下奥陶统泥质条带灰岩和中厚层状灰岩,断距约1m。断层面平整,倾角约80°,向SE方向倾斜,在断层面上有结晶的方解石。断层破碎带上部宽约30cm,下部约10cm,为断层泥及沉积岩碎块所充填。根据泥质条带灰岩位移的方向判断,该断层为正断层。
6)从该点开始作地层信手剖面图。
7)测量岩层产状(方法见第三章)。
8)以小组为单位,在每一层(分层)打一块岩石标本。
重点与难点:
1)沉积岩的野外鉴定特征及化学沉积岩的描述。
2)地层信手剖面图的作法。
时间:80分钟。
思考题:
1)沉积岩为什么能形成层理构造?
2)该点见到的断层带为什么上部宽,向下逐渐变窄?
No.12
位置:石门寨西门260°约180m处的采石坑。
意义:下奥陶统岩性观察点。
观察内容:
1)沉积岩岩性描述及分层。
2)差异风化。
3)测量地层产状。
4)采岩石标本。
教学内容:
1)在该点可见到深灰色灰岩、泥质条带灰岩和竹叶状灰岩。灰岩的特征同前一观察点,学生自己描述。泥质条带灰岩由灰岩和泥灰岩薄层互层组成,每个单层厚约0.5m,水平层理非常发育,表面具有明显的差异风化现象。
竹叶状灰岩:风化面为灰黄色、灰色,新鲜面为深灰色,中厚层状,内碎屑结构。内碎屑在断面上为长的椭圆形,即竹叶状;在平面上为圆形、椭圆形或不规则状,扁平面大致与层面平行。内碎屑厚约1~2cm,直径可达3~6cm。内碎屑及胶结物的化学成分均为碳酸钙。竹叶状灰岩是一种良好的指相岩石,其形成过程是:在沉积盆地中先沉积的碳酸钙薄层在尚未完全固结的情况下,遭受波浪冲击而破碎,这些碎屑在原地或只经过短距离的搬运就快速沉积,然后又被碳酸钙所胶结,经成岩作用后形成竹叶状灰岩。由此可知竹叶状灰岩所指示的是动荡的浅海沉积环境。
在该点还可观察到竹叶状灰岩与泥质条带灰岩互层出现,组成4个沉积韵律。泥质条带灰岩的水平层理很发育,说明沉积环境较平静,而竹叶状灰岩指示动荡的环境。这可说明当时该地区动荡与平静的浅海环境交替出现。
2)在泥质条带灰岩中可见明显的差异风化现象,其特征是在岩石的表面(剖面上)出现凹凸不平的现象,凹进去的为泥岩或泥灰岩,而凸出来的为灰岩。
3)测量岩层产状,采集岩石标本。要求测量上、下层面的产状,练习打标本的技能。标本规格是长9cm、宽6cm、厚3cm。
4)划分地层,作信手剖面图。该地点的地层按岩性可分为两层,即深灰色的纯灰岩和竹叶状灰岩(夹泥质条带灰岩)。信手剖面图接No.8点,把岩性分层按产状投到剖面图上,地层分层从下往上依次编号,不得重复。接No.8点的分层,该地点的两层分别为第3层和第4层
重点与难点:
1)测量岩层产状。
2)分析沉积环境
时间:80分钟。
思考题:
1)竹叶状灰岩与泥质条带灰岩的沉积环境有什么不同?
2)在岩层上层面或下层面测量岩层产状,读方位角时应注意什么?
No.13
位置:拜印台(四方台)东约80m 铝土矿旧矿坑旁。
意义:下奥陶统(O1)与上石炭统(C2)的分界观察点。
观察内容:
1)下奥陶统的岩性。
2)上石炭统底部的岩性。
3)下奥陶统与上石炭统的平行不整合接触关系。
4)作信手剖面图。
教学内容:
在从No.9点到该点的途中应做以下工作:①仔细观察岩性变化:②根据岩性特征,进行地层分层;③测量地层产状;④测量地形坡度;⑤勾画地形线;⑥根据地层产状,把地层分层界线投到剖面图上;⑦标出层号、地层产状;⑧记录沿途观察到的地质内容。
1)沿途所观察到的下奥陶统岩性:灰、深灰色中厚层状纯灰岩、虫孔灰岩、白云质灰岩、白云岩。根据地层分层从下至上的编号原则,它们分别是第5层深灰色纯灰岩,夹虫孔灰岩;第6层灰色白云质灰岩;第7层灰、灰黄色白云岩,地层产状为280°∠26°。
白云质灰岩:风化面为灰白色,新鲜面为灰色,微晶结构,块状构造。岩石表面具刀砍状,滴盐酸弱起泡。
白云岩:表面为灰黄色,微晶结构,块状构造。岩石表面具刀砍状,滴盐酸起泡非常弱,有时看不见。
下奥陶统顶部的灰黄色白云岩之上为上石炭统底部的铝质、炭质、铁质页岩和粉砂岩。
2)在下奥陶统与上石炭统的接触面上,下奥陶统白云岩具古岩溶现象(图版Ⅰ-5).如古溶沟、古石芽。由于古岩溶的发育,接触面凹凸不平,波状起伏。在古溶沟中充填古风化壳残积物及铝土矿(图版Ⅰ-6)。铝土矿为深灰色,具滑感。古岩溶、古风化壳产物的存在说明下奥陶统形成以后,该地区曾长期出露地表,遭受风化、剥蚀作用,形成了下奥陶统与上石炭统之间的接触面。注意:古风化壳是古陆地的指示标志。
3)上石炭统(本溪组)的底部为铝质、炭质、铁质页岩和灰黄色细砂岩、粉砂岩等。铝质页岩:土灰色,具滑感,成分以粘土矿物为主,充填于古溶沟中,当铝的含量达到工业开采品位时就称为铝土矿。由于铝土矿充填于古溶沟、古岩溶漏斗、古落水洞等古岩溶地形中,形成一堆一堆的矿石,故称为鸡窝状铝土矿,这种矿床类型常产于古风化壳中。
炭质页岩:灰黑色,水平层理发育,成分以碎屑物质和粘土矿物为主,泥质结构,页理发育。灰黄色细砂岩:细粒结构,块状构造,碎屑成分以长石、石英和岩石碎屑为主,胶结物为泥质和铁质。
4)根据观察点的地层时代和产状特征,该地点上石炭统与下奥陶统为平行不整合接触关系,其证据如下:
①沉积环境差别很大,下伏地层为浅海相化学沉积岩,上覆地层为海陆交互相碎屑沉积岩。
②在下奥陶统与上石炭统之间缺失了中-晚奥陶世、志留纪、泥盆纪、早石炭世等时代的地层,时间长达1.5亿年。接触面上、下两套地层所含的化石表明生物演化不连续。
③下奥陶统白云岩的顶部发育古风化壳,并且有古岩溶现象,表明该地区在长达1.5 亿年的时期内,出露地表,遭受风化作用和剥蚀作用。
④上、下两套地层的产状基本一致,上石炭统的产状为290°∠24°。
5)研究平行不整合接触关系的意义:
①地壳运动的证据:平行不整合的存在表明该地区的地壳运动必然经历了下降(或平稳)—上升—下降—上升的阶段。其过程是:在第一次地壳下降之后,该地区位于海平面以下,或者该地区就是一直位于海平面以下,发生沉积作用,形成早期的沉积岩。接着,地壳上升,原来位于海平面以下的沉积岩出露地表,遭受风化、剥蚀,形成古风化壳,即平行不整合面的形成过程。然后,地壳再次下降,接受第二次沉积作用,形成晚期的沉积岩,即平行不整合面以上的沉积岩。最后,该地区全部露出水面。由此可知,平行不整合说明地壳曾经发生显著的升降运动。
②地层学的理论意义:该点的平行不整合在整个华北地区都存在,是进行古生代地层划分、对比的重要标志。在地质历史的进程中,无论是有机界,还是无机界,都会随着时间的推移而发生变化,这些变化常被地层记录下来,这就是说地层是地质历史的“记录册”。如果出现平行不整合,这本“记录册”就会缺失几页,造成前后不连贯,无机界和有机界都发生明显的转变,这个转变点就发生在平行不整合处。因此,平行不整合在地层划分、对比中具有重要的意义
③古环境、古地理的研究意义:平行不整合面上常发育古风化壳,而风化壳是在地表的环境下形成的,所以平行不整合在古地理研究上具有意义。根据古风化壳的物质成分,可以判断当时的气候环境,因为在不同的气候条件下形成不同类型的风化壳。该点的古风化壳具有较多的铝土矿,说明当时(O3-C1)的气候比较炎热潮湿,化学风化作用比较彻底,使Al富集。在现代的气候条件下(点处属于温带),这种风化壳不可能形成,从而可以判断在晚奥陶世至早石炭世,该地区的气温比现在高,湿度比现在大。
④找矿上的指导意义:在平行不整合面附近常形成一些矿产,常见的有铝土矿、铁矿等。这是在风化过程中,元素发生迁移的结果 一些易溶解、迁移的元素,如K、Na、Ca、Cl等,随水溶液迁移走;而一些难溶的元素,如Al、Fe等,残留在原地形成矿产。
6)作信手剖面图,剖面的终点至拜印台(图49)。
图4-9 石门寨西至拜印台O1-C2地层信手剖面图
①人工堆积;②砂岩;③砂质页岩;④铝质页岩;⑤炭质页岩;⑥灰岩;⑦白云质灰岩:⑧泥质条带灰岩;⑨竹叶状灰岩;⑩泥灰岩;白云岩;平行不整合面
地层剖面描述
上石炭统
(8)灰黄色砂岩、暗灰色铝土质页岩、炭质页岩,产状290°∠24°
………平行不整合………
下奥陶统
(7)灰黄色中厚层白云岩 厚约30m
(6)灰白、灰色白云质灰岩 厚21m
(5)灰色中厚层灰岩夹虫孔灰岩 厚约30m
(4)灰色竹叶状灰岩与泥质条带灰岩互层,产状295°∠29° 厚约6m
(3)深灰色中厚层灰岩,产状295°∠24° 厚约5m
(2)浅灰色薄层泥灰岩夹中厚层灰色灰岩 厚约3m
(1)深灰色中厚层灰岩,夹浅灰色竹叶状灰岩和泥质条带灰岩,产状295°∠24°
重点与难点:确定平行不整合接触关系的存在及其研究意义。
时间:120分钟。
思考题:
1)在华北如何找鸡窝状铝土矿?
2)平行不整合与角度不整合有何不同?它们的确定标志有何异同?
No.14
位置:拜印台西的小公路旁。
意义:上石炭统本溪组(C2b)和太原组(C2t)的分界观察点。
观察内容:
1)本溪组上部和太原组底部的岩性。
2)球形风化。
3)了解碎屑沉积岩的描述方法。
教学内容:
1)本溪组中上部为灰、灰黄色粗砂岩、细砂岩、粉砂质页岩,它们构成多个沉积韵律;顶部夹灰岩透镜体。
砂岩:灰、灰黄色,砂状结构,层理构造,碎屑成分主要有石英、长石和岩石碎屑。砂粒的磨圆度和分选性较好。胶结物以泥质和硅质为主。
沉积韵律是水动力条件或物源不断地、有规律地变化而形成的。变化的原因可以是季节性的水量变化,也可以是地壳运动发生变化等。在本溪组中发现了陆相植物化石,也发现了海相生物化石.这说明该组的形成环境为海陆交互相。
2)太原组的底部为黄、黄绿色的粗粒杂砂岩,砂粒粒径以1~2cm 为主,成分有长石、石英和岩屑,砂粒的磨圆度和分选性好。胶结物以泥质、铁质为主。岩层为厚层状,岩层中发育3组节理。
3)在太原组底部的厚层粗砂岩中发育球形风化(图版Ⅰ-)7。
4)本溪组和太原组为整合接触关系,其证据:①地层之间没有沉积间断,为连续沉积;②生物演化连续;③上、下地层产状一致。
观察完该点后,继续观察山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)的岩性特征及接触关系。要求观察记录,不必定点。
山西组:灰黄、黄绿色砂岩、砂质页岩,含铁质结核,夹煤层,与下伏太原组整合接触。地层中有基性岩墙侵入。在小公路旁观察该组的煤层。
下石盒子组:灰色中粗粒长石、岩屑杂砂岩及紫红色、紫灰色粘土岩、粉砂岩,夹煤层;底部以一层含砾砂岩与山西组分界。
5)观察完以上内容,师生一起回忆所看到的地质现象,分析环境的变化。今天所观察到的地层有下奥陶统浅海相灰岩、上石炭统海陆交互相含煤碎屑沉积岩、二叠系陆相碎屑沉积岩,根据这些地层特征可知从早奥陶世至二叠纪,该地区经历了浅海环境(O1-2)、陆地环境(O3-C1,遭受风化、剥蚀)、海陆交替环境(C2)和陆地沉积环境(P)。该观察路线位于柳江向斜的东翼,根据向斜构造,讨论山西组煤层的找矿方向。
重点与难点:
1)碎屑沉积岩的描述方法。
2)沉积环境的总结。
时间:80分钟。
思考题:
1)形成球形风化的主要原因和条件是什么?
2)判断陆相沉积环境和海相沉积环境主要有什么标志?