周口店煤炭沟晚古生代地层教学路线

一、路线简介

该路线属于晚古生代地层观察路线，也是学生实测剖面教学路线，连接黄院东山梁早古生代地层马家沟组。位于周口店实习站东北部附近，该路线步行约30min即可到达。路线全长约2．0km（图3-4-1）。地层出露条件和连续性较好，沉积现象较丰富，交通便利。地层包括下奥陶统马家沟组（O1m）、上古生界上石炭统本溪组（C2b）、下二叠统太原组（P1t）、山西组（P1s）、中二叠统杨家屯组（P2y）。

图3-4-1 太平山南坡—煤炭沟路线剖面位置

二、路线地质背景知识

华北地区晚古生代时期属于陆表海环境，气候总体温暖湿润，植物发育，是我国华北地区重要的聚煤期。中奥陶世后，由于加里东运动的影响（周口店地区也称为怀远运动），华北整体隆起，使上奥陶统至下石炭统缺失（沉积间断达138Ma）。华北地区经历了长期风化剥蚀、夷平和准平原化过程，为晚古生代风化壳型“G层”铝土矿、含煤岩系的沉积创造了有利条件。

华北地区沉积地层包括上石炭统本溪组、下二叠统太原组、下二叠统山西组、上二叠统石盒子组和石千峰组。其中，太原组和山西组是主要含煤岩系。华北地区石炭纪—二叠纪主要为海陆交互相的古地理背景，发育碎屑滨岸-三角洲沉积体系、潟湖-潮坪沉积体系、滨浅海-碳酸盐岩台地沉积体系等（陈世悦，2000；李增学等，1996；邵龙义等，2013）。

三、教学内容及要求

（1）观察描述上古生界本溪组至杨家屯组地层的岩性及其组合特征、古生物化石情况、地层接触关系，并初步进行沉积环境分析。

（2）详细划分地层单位，并按实测剖面的精度要求分层。

（3）系统采集地层岩石标本和生物碎屑灰岩、含煤层系中的古生物化石标本。

（4）常规方法制作地层信手剖面图（1∶2000）。

（5）若有时间，在煤炭沟沿线及采石坑给学生初步讲解马家沟组发育的岩溶现象（岩溶角砾岩、崩塌角砾岩、溶蚀的孔缝洞等）与碳酸盐岩储层关系。

（6）按计算机软件系统在数字化地形图上定点、勾绘地质界线和实测剖面（1∶2000）。

四、教学进程及安排

（1）该条路线被设计为用常规方法和现代高新技术进行路线地质填图。因此，应按要求在各组地层分界处标定地质点。可首先安排在162．9高地附近（北侧）展开纸质地形图和开启便携式电脑呈显数字化地形图，对照地形地物标志，并在教员提示下标定出马家沟组与本溪组的分界点，其余观察点由学生定出。

（2）按路线地质要求勾绘地质界线。仍先由教员指导勾绘马家沟组与本溪组之间的地质界线，余者由学生完成，注意地形效应及“V”字形法则的正确运用。所勾绘的地质界线于地质点两测沿地层走向延长0．5cm即可。

（3）若选择该路线为地层实测剖面区段，则具体要求及安排同黄院路线。黄院东山梁剖面与此剖面相比各有所长，前者植被少，露头好，但距基地较远，工作时间受到交通工具的限制；后者距基地较近，步行往返且工作时间机动，但植被发育和长期踩踏，使某些岩性段有所覆盖，给分层和测量岩层产状等带来一定难度，但沿走向观察仍能达到要求，亦可使学生对“穿越法”“追索法”有所了解。

五、地层剖面介绍

本剖面与太平山北坡大砾岩山、小砾岩山地层剖面分别位于太平山向斜的南北两翼，均为实习区观察研究上古生界地层发育状况的有利区段。由于岩相变化和构造影响使三者存在一定差异。现以本剖面为例自下而上逐层简介，余者则以此为基础进行对比（图3-4-2、图3-4-3）。

图3-4-2 太平山南坡石炭系—二叠系实测地层剖面图（据谭应佳等，1987；赵温霞等，2003）

图3-4-3 升平山南坡二叠系实测剖面图（据谭应佳等，1987；赵温霞等，2003）

①砾状白云质灰岩；②硬绿泥石角岩及红柱石角岩；③杂色粉砂岩、砂质板岩；④透镜体状泥质灰岩；⑤含黄铁矿黑色板岩（压力影板岩）；⑥变质杂砂岩夹红柱石角岩；⑦杂色板岩夹碳质板岩、煤层（煤线）；⑧变质中—粗粒杂砂岩；⑨黑色板岩夹煤层（煤线）；⑩变质砂岩、粉砂岩夹少许黑色板岩；⑪黑色板岩夹煤线；⑫灰色砂质板岩；⑬变质杂砂岩；⑭砂质板岩；⑮灰色厚层状变质复成分角砾岩、变质含砾杂砂岩；⑯黑色板岩；⑰变质中—粗粒砂岩夹黑色板岩；⑱碳质板岩；⑲浅红灰色变质含砾长石石英砂岩夹同色粉砂质板岩；⑳灰色砂质板岩；褐红色—灰黄色变质含砾长石石英砂岩夹同色板岩；灰色—褐灰色砂质板岩与细砂岩互层

（视频讲解二维码：No．3-4-1）

马家沟组（O1m）：角砾状白云质灰岩夹纹带灰岩、豹皮状灰岩，白云质灰岩与纹带灰岩互层。顶部发育风化壳。

本溪组（C2b）：

（1）灰绿色厚层状硬绿泥石角岩，厚2～3m。

（2）灰色红柱石角岩，厚4．5m。

（3）杂色（灰色—深灰色、黄色—灰黄色、褐色、粉红色等）粉砂质板岩，厚18m。(www.xing528.com)

（4）灰色生物碎屑灰岩，厚0．8～1m。含海百合、刺毛虫类化石或其碎屑。

（5）灰色、浅灰色板岩，厚15m。含植物碎片等化石。该层中黄铁矿假晶具良好的压力影构造而被称为“压力影板岩”。

（6）灰色、灰黑色红柱石角岩，厚15m。

该组与下伏马家沟组为平行不整合接触关系，但在本路线其标志不大明显，可在煤炭沟口补充观察（图3-4-4）。

图3-4-4 本溪组地层中的典型地质现象照片

太原组（P1t）：

（7）灰白色中厚层中细粒变石英砂岩。上部泥质胶结物渐多，粒度变细而为红柱石石英砂岩，厚13m。为便于沉积旋回划分，一般将该层称为“I砂”。样品测试砂岩孔隙度为6．5%～17．6%，渗透率为（0．003～2．49）×10-3μm2（图3-4-5）。

图3-4-5 太原组—石盒子组地层中的典型地质现象照片

（8）灰黑色板岩，厚1m。

（9）含红柱石细粒石英砂岩，厚2～3m。

（10）黑色板岩夹碳质板岩（含煤层位，又称为煤线），见有植物化石碎片，厚30m。该层称为“I板”及“I煤”。

（11）灰黄色薄层状粉砂质板岩及变质粉砂岩，厚12m。

山西组（P1s）：

（12）褐灰色中厚层中粗粒变质岩屑砂岩，底部偶含角砾，发育单向交错层理，厚9m。

该层称为“Ⅱ砂”。样品测试砂岩孔隙度为8．7%～29．87%，渗透率为（0．001～3．24）×10-3μm2。

（13）黑色碳质板岩夹煤层，厚14m。含植物化石及其碎片。该层称为“Ⅱ板”及“Ⅱ煤”。

（14）深灰色中厚层状中细粒变质岩屑砂岩，厚8m。该层称为“Ⅲ砂”。样品测试砂岩孔隙度为11．05%～12．95%，渗透率为（0．019～0．166）×10-3μm2。

（15）黑色碳质板岩、粉砂质板岩夹煤层，含植物化石及其碎片，厚13m。该层称为“Ⅲ板”及“Ⅲ煤”。

石盒子组（杨家屯组）（P2sh／P2y）：

（16）浅灰色厚层状变质复成分角砾岩，俗称“豆腐块砾岩”，厚70～120m。

六、问题思考和讨论

（1）各时代地层的主要岩性组成特征是什么？有哪些主要的原生沉积构造？是什么沉积环境形成的？

（2）本溪组与马家沟组是什么接触关系？主要依据是什么？

（3）各时代地层发育哪些典型的构造现象？

（4）能否与北戴河实习区所发育的同时代地层进行区域对比？

（5）角岩、板岩、片岩的主要特点是什么？红柱石角岩、硬绿泥石角岩、压力影板岩的基本特点是什么？

（6）矿物“红柱石”的主要特征是什么？

（7）煤系地层形成的古气候条件和沉积环境主要特征是什么？

（8）探讨华北地台早古生代的古地理环境。