周口店野外地质教学指南：八角寨至拴马庄元古代地层路线

一、路线简介

该路线属于中—新元古代地层-构造观察路线，位于周口店西南周张公路、八角寨分水岭—八角寨东南坡—拴马庄桥一线。路线全长7．5～8．0km（图3-2-1）。地层出露条件和连续性较好，构造、沉积现象丰富，交通便利。地层包括中元古界雾迷山组（Pt2w）、洪水庄组（Pt2h）、铁岭组（Pt2t）、新元古界下马岭组（Pt3x）、龙山组（Pt3l）。中国地质大学（武汉）在周口店基地创建初期就将其作为重点观察路线，在建站50周年之际，在拴马庄桥头，与当地政府部门联合立碑以示纪念和保护。

图3-2-1 八角寨—拴马庄路线剖面位置

二、路线地质背景知识

周口店及其邻区地层属于华北型，八角寨—拴马庄路线出露中元古界蓟县群，包括雾迷山组、洪水庄组和铁岭组，新元古界青白口群的下马岭组、龙山组地层。雾迷山组以白云岩为主夹硅质条带，发育水平层理和波状交错层理，为潮坪沉积环境；洪水庄组为含锰板岩夹白云岩，发育水平层理和黄铁矿，为还原环境，反映了水体较深的浅海-半深海环境；铁岭组以白云岩为主夹硅质条带，发育大型双向交错层理、楔状交错层理、水平层理、波状层理、鸟眼构造、叠层石，为潮坪-浅海沉积环境。下马岭组为滨岸潮坪-潟湖沉积环境。龙山组属滨岸海滩砂坝-浅海沉积环境。

前人对华北地区元古界地层归属、沉积和成矿背景、生烃潜力开展了系统研究（黎彤，1991；李儒峰等，1998；王杰等，2004；高林志等，2008；陈践发等，2004；曲永强等，2010；杨烨，2013；王作栋等，2013；童金南等，2013；林玉祥等，2014；范文博，2015；牛露等，2015）。研究成果表明，华北地台的中、上元古界海相碳酸盐岩分布广泛，沉积厚度巨大，已发现了多处油苗、沥青显示，干酪根类型主要为Ⅱ型和Ⅲ型，Ⅰ型干酪根较少，这与当时地球上生物发育尚处于初级阶段、有机质类型主要以腐泥型为主的认识有较大差异。洪水庄组碳酸盐岩的TOC%为0．1%～0．15%，平均0．13%，生烃潜量S1+S2为0．17mg／g，泥岩TOC%为0．13%～4．61%，平均2．12%，生烃潜量S1+S2为4．30mg／g，Ro为1．44%～1．52%，泥页岩平均孔隙度4．43%。铁岭组碳酸盐岩的TOC%为0．03%～0．38%，平均0．18%，生烃潜量S1+S2为0．49mg／g，泥岩TOC%为0．15%～4．74%，平均2．15%，生烃潜量S1+S2为3．0mg／g。下马岭组碳酸盐岩的TOC%为0．09%～2．62%，平均0．68%，生烃潜量S1+S2为0．81mg／g，泥岩TOC%为0．03%～16．74%，平均1．90%，生烃潜量S1+S2为4．81mg／g，Ro平均为1．44%，泥页岩平均孔隙度7．93%。处于湿气和凝析气带，并可能伴随海底热液活动。就生油潜力而言，下马岭组的干酪根类型优于其他层位，沉积环境为微咸化滨海-浅海还原环境，海平面持续上升。显然，洪水庄组的泥页岩、铁岭组的泥页岩、下马岭组的泥页岩和碳酸盐岩均具有较好生烃潜力，为好的烃源岩（王杰等，2004；牛露等，2015）。高水位期形成的白云岩相带、古风化壳和沉积间断面是重要的储集层（李儒峰等，1998）。

铁岭组顶部的古老风化壳，形成于著名的“芹峪运动”。在河北省宣化地区下马岭组发现10层凝灰岩层（斑脱岩），获得大量岩浆型锆石。利用SHRIMPⅡ技术进行了高精度定年，测得凝灰岩层锆石207Pb／206Pb加权平均年龄为1366±9Ma，应属于中元古代（高林志等，2008）。“芹峪运动”应发生在1400Ma左右，是燕辽裂陷槽形成后华北古陆的抬升运动，与Columbia超大陆主要裂解期时间一致，指示了华北古陆的“芹峪运动”可能是Columbia超大陆主裂解过程的表现。华北地块北缘中元古代层序中不整合面的形成与Columbia和Rodinia超大陆的形成及裂解过程密切相关（曲永强等，2010）。

华北元古界的矿床类型较多，成因也较复杂。蕴藏着超大型的菱镁矿矿床和稀土-铌-铁矿床、沉积或火山沉积（变质）矿床，其中有些矿床还有后来的热液叠加，成为具有复合成因的矿床。仅以铁矿床为例，就有条带状含铁建造（BIF，又称磁铁石英岩、鞍山式铁矿），鲕状赤铁矿矿床（又称宣龙式铁矿），赤铁矿-菱铁矿矿床，稀土-铌-铁矿床，硼镁铁矿-稀土矿床等。对沉积演变具有特殊意义的矿床类型演变，就是条带状含铁建造成矿作用的消失和鲕状赤铁矿矿床的出现（黎彤，1991）。

三、教学内容及要求

（1）观察描述中元古界雾迷山组上部至新元古界龙山组的岩性及其组合特征、原生沉积构造、古生物化石及各组地层厚度。

（2）观察地层的接触关系。

（3）绘制信手地层柱状图（1∶5000）及典型地质现象素描图。

（4）系统采集地层岩石标本。

（5）观察认识不同线理并分析构造意义，掌握其测量方法并收集相关数据。

四、教学进程及安排

（1）该路线是第一条系统的地质观察路线，故应首先对常规的野外记录格式和内容以及野外记录簿的使用给予规定和说明。

（2）教员对各组地层总体特征介绍之后，学生则逐层系统观察对比岩性组合特征，描述记录岩石成分、结构构造并进行正确命名。

（3）此条路线以地层教学为主，针对不同专业的学生，对构造、沉积现象观察和讨论有所侧重，如典型沉积构造及其沉积环境意义、层理与劈理的关系、层内褶皱等内容。按路线教学要求，对八角寨一带发育的滑移线理和交面线理、下马岭组底部的矿物生长线理、拴马庄桥一带的豆荚状褶皱等应观察识别、描述、测量并分析成因和构造意义。

五、地层剖面介绍

（视频讲解二维码：No．3-2-1、No．3-2-2）

该剖面是实习区中、新元古界出露最好且连续性较佳区段，自下而上发育有：

（1）雾迷山组（Pt2w／Jx1w）：本组在区域上可分为四个岩性段：第一段下部为泥质、砂质白云岩、硅质条带白云岩，上部为纹层藻叠层石白云岩、藻团白云岩、硅质条带白云岩；第二段为泥质白云岩及硅质条带白云岩，叠层石发育；第三段以泥质白云岩、含屑白云岩及硅质条带白云岩为主，叠层石发育，局部见鲕粒和藻纹层；第四段以块状藻团白云岩、硅质粒屑白云岩及硅质条带白云岩为主。总厚为1616m。

本路线仅观察到该组第四段，出露于周口店地区西南黄山店、孤山口至八角寨一带，主要岩性为灰色中—薄层结晶白云岩、灰质和泥质白云岩、燧石（硅质）条带白云岩、泥岩夹层等，厚度大于500m（图3-2-2）。1个样品泥页岩夹层的TOC%为0．08%。发育大量波纹状叠层石及锥柱状叠层石，局部可见变形层理。水平薄纹层和波状藻层，属于潮坪沉积环境，旋回性明显，表现出潮下-潮间带有规律的交替。第四段硅质条带和水平纹层的出现，表明水体逐渐加深，为陆架浅海环境。构造现象有小型逆断层等（图3-2-3）。

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图3-2-2 八角寨西坡雾迷山组实测剖面图（据谭应佳等，1987；赵温霞等，2003）

①硅质条带白云岩；②纹带白云岩；③硅质条带白云岩；④板状白云岩夹千枚岩；⑤黑灰色砂质千枚状板岩；⑥深灰色千枚状板岩夹灰质白云岩透镜体；⑦白云岩夹薄层石英岩（或透镜状石英岩）

图3-2-3 雾迷山组地层中的典型地质现象照片

（2）洪水庄组（Pt2h／Jx2h）：以灰黑色含锰质板岩为主，底部和顶部夹有含锰结晶白云岩及白云岩透镜体，最大厚度38m。该组沉积物较细，颜色深，且发育水平层理及含黄铁矿，反映了宁静、还原的沉积，属于陆架氧化界面以下的、低能缺氧的浅海沉积环境。构造现象有“S”形顺层平卧褶皱、相似褶皱、肠状褶皱等（图3-2-4）。

图3-2-4 洪水庄组地层中的典型地质现象照片

（3）铁岭组（Pt2t／Jx2t）：与下伏洪水庄组为整合突变接触。据其岩性组合特征，可大致分为三段，下部为灰白色厚层状含砂（或岩屑）白云岩，具大型楔状交错层理和双向交错层理，厚76m；中部为深灰色薄层含燧石条带（或结核）的结晶白云岩、泥质白云岩夹板岩和片岩，厚62m；上部为灰色、灰白色中—厚层状结晶白云岩夹硅质条带、叠层石白云岩（简称“两白夹一黑”），厚48m。铁岭组总厚186～215m（图3-2-5）。

图3-2-5 八角寨东坡沿公路铁岭组实测剖面图（据谭应佳等，1987；赵温霞等，2003）

①黑色千枚岩夹千枚状板岩；②灰色厚层白云岩夹薄层石英岩或透镜状石英岩；③中厚层硅质条带白云岩；④黑色板状白云岩与千枚岩、片岩互层；⑤中厚层硅质条带白云岩；⑥含叠层石白云岩；⑦铁质风化壳及含黄铁矿千枚状板岩

铁岭组下部单层厚，发育大型双向交错层理，板状交错层理，局部可见内碎屑、塑性变形，且含较高的铁、锰，代表潮下-潮间高能环境。中部具水平层理，属浅海低能环境，也可能是海侵最大时的产物，上部水平藻纹层和波状藻纹层发育，偶见鸟眼构造，叠层石发育，为潮上低能沉积环境，反映了海退过程。之后地壳隆升遭到剥蚀，形成了铁岭组顶部的平行不整合。构造现象有顺层劈理、层间劈理、流劈理等（图3-2-6）。

图3-2-6 铁岭组地层中的典型地质现象照片

（4）下马岭组（Pt3x／Qb1x）：据岩性组合特征，大致分为三段：下部为褐绿色含磁铁矿粉砂质千枚状板岩及板岩，厚17m；中部为暗绿色板岩夹黑色、灰黑色碳质板岩，局部呈互层，厚90m；上部为褐灰色粉砂质板岩夹薄层状变质细砂岩，厚60m。下马岭组与下伏铁岭组之间为平行不整合接触，接触界面凹凸不平，30～50cm厚的褐铁矿型古风化土壤层可视为古风化壳之标志。3个样品的泥岩和泥页岩TOC%为0．02%～0．37%。

下马岭组早期岩性较细，为滨岸潮坪（潮上带）沉积环境，中期岩石颜色加深，含黄铁矿，水平层理发育，反映了水体逐渐加深（短暂的海侵）过程，代表一种富含有机质还原的潟湖环境；晚期发育低角度板状交错层理和小型双向交错层理，反映了双向水流作用，属潮坪沉积环境。构造现象有豆荚状褶皱（图3-2-7）。

图3-2-7 下马岭组地层中的典型地质现象照片

（5）龙山组／骆驼岭组（Pt3l／Qb2l）：拴马庄桥头附近出露，据岩性组合特征，大致分为两段：下部为灰色—褐灰色厚层至中层状中粗粒石英砂岩（简称“龙砂”），厚6m；上部为浅灰色千枚岩状板岩（简称“龙板”），厚度大于2m。龙山组下部局部含有海绿石，发育大型板状交错层理、海滩冲洗交错层理、平行层理及波痕，属滨岸海滩砂坝沉积；上部发育水平层理，含黄铁矿，代表较宁静的浅海沉积环境。总体显示海平面逐渐上升过程。

六、问题思考和讨论

（1）雾迷山组和铁岭组的岩性组成有何区别？

（2）铁岭组的主要沉积构造是什么？铁岭组和下马岭组的沉积环境是什么？

（3）铁岭组和下马岭组之间是什么接触关系？判别依据是什么？有什么地质意义？

（4）各组地层的典型标志层是什么？有何特点？

（5）该路线剖面中有哪些典型的构造和沉积现象？

（6）系统总结该路线剖面的海平面变化特征、沉积演化过程。