嵩山地质实习报告

华北水利水电大学 嵩山实习报告 嵩 山 实 习 报告华北水利水电大学院系：资源与环境学院专业：岩土工程姓名：月星相依学号：2012006992目录第一章 引言 3一 、嵩山概况 3二 、实习线路 5第二章 地层 5一 、太古宙 6二 、元古宙 6三 、古生代 6四 、中生代 6五 、现代 7第三章 岩石 7一 、岩浆岩 71 花岗岩 82 辉绿岩 9二 、沉积岩 101 砂砾岩 112 粗、中细砂岩 11三 、变质岩 111 石英岩 122 纤枚岩 123第四章 构造 13一 、褶皱 13二 、断裂 141 断层 142 罗盘的使用 15第五章 地质发展史 15第六章 其他现象 16一 、构造地貌 16二 、流水地貌 171 河床和河漫滩 172 夷平面 17第七章 后记 184第一章引言一、嵩山概况登封地处中原，位于郑州、洛阳、平顶山之间。市境东西长 56公里，南北长 35.5 公里，总面积 1220 平方公里，辖 6 乡 6 县 1 个工业园区。嵩山耸立于中原地区的中部、河南省登封市境内，地理坐标为东 1124411301北纬 34273433，位于秦岭造山带中部东段。嵩山北临黄河，南靠箕山，其地形以山地为主，地势中部低，四周高。该地区土层较薄，土壤贫瘠。该地区属于处于亚热带与暖温带过度地带，夏季凉爽，冬季温暖，四季如春，降水集中在七八九月份，一二月主份气温最低，春秋季节多风沙。农作物主要有小麦、玉米、豆类等，经济作物主要有烟叶，但工业部5发达，主要有加工业、副业、工矿业等。但依托丰富的旅游资源，以服务业为主的第三产发展较为完善。嵩山在大地构造上，位于华北板块的南缘，连续并且完整出露有 30多亿年的历史，经历了太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五个时期，形成了岩浆岩、沉积岩、变质岩地层。嵩山地层厚度清晰，地势典型，被地质学家称为“五代同堂” 、 “地质百科全书” 、“中国的自然地理博物馆” 。正是由于这些原因，嵩山历来是中外地质学家所瞩目的场所。我国地质学家马杏垣在五佛山群一带进行考察，写出了嵩山构造形变 ；西北地质大学教授张伯声在嵩山进行地质调查、勘探、专题研究，成果颇多。另外，在 50 年代以后，前往嵩山进行实习的地质院校也很多，主要有中国地质大学、陕西师大的地理系、河南省所有的地质地理专业的师生等，而我校是众学校中较早来嵩山实习的一个。可见，嵩山对我们这些学地质的人来说的确是块宝地。6二、实习线路5 月 6 日 县城北庄龙山大塔沟寺5 月 7 日 县城井湾蛤蟆嘴登巩公路县界处5 月 8 日 县城少林寺西山初祖庵达摩洞5 月 9 日 马窑稻田沟磴槽煤矿砂锅窑王堂水库安庙大金店5 月 10 日 县城告城大石淙小石淙中岳庙后沟皇盖亭5 月 11 日 县城登汝公路长石矿坑石称花岗岩采石场玉皇庙砂锅河村第二章地层地层即地壳上部成带状分布的层状岩石或堆积物，是地壳演化历史的物质记录。从时代上讲，地层有老与新，具有时间的概念。而嵩山这座地质公园居今已有 30 多亿年的历史。在嵩山不到 400 平方公里的范围内连续系统、良好地出露着全球绝无仅有的太古宙、元古宙、古生代、中生代和新生代五个地质历史时期的变质岩和沉积岩地层序列，地学界称之为“五代同堂” 。一、太古宙在距今 3625 亿年的太古宙时期，由海底基性岩浆喷发作用和酸性岩浆侵入作用共同构成登封群的花岗绿岩建造，铸就了嵩山的结晶基底。7二、元古宙在距今 255.43 亿年间的元古宙，沉积了滨一浅海相的碎屑岩、粘土岩和碳盐岩，即古元古界嵩山群、中元古界马鞍山群和新元古界五佛山群。三、古生代在距今 5.432.5 亿年间的古生代，发育着寒武系和奥陶系的滨海相的碳酸岩（底部碎屑岩） ，以及石炭系、二叠系的海陆交替沉积的灰岩、碎屑岩、粘土岩。其中广泛贮存着煤、铁、铝、建材等沉积矿产。古生代是生命大爆发的时代，地层中保存着丰富的动、植物化石，这些古生物化石成为地层年代和沉积环境的见证。四、中生代在距今 2.50.65 亿年间的中生代，发育着三叠系湖相碎屑岩、粘土岩夹煤线。在陆相盆地河流环境沉积的中生代红色泥岩碎屑地层，其中含有丰富的陆生动、植物化石。五、现代在距今 0.65 亿年现代，沉积了新生界古近系的砾岩、砂岩和泥岩，以及第四系的松散沉积层。园内缺失志留系、泥盆系、侏罗系、白垩系和新近系，其中含丰富的古生物化石及古人类、古文化遗址。8第三章 岩石岩石是在各种地质作用下，按一定方式结合而成的矿物集合体，它是够成地壳及地幔的主要物质。岩石不仅是地质作用的产物，而且是地质作用的对象，根据成因，岩石可以分为三大类：火成岩、沉积岩和变质岩。一、岩浆岩岩浆岩是由岩浆冷凝结晶形成的岩石，约占地壳总体积的 65%，而火成岩中也以岩浆岩为主。从我们在嵩山实习的实际情况来说，我们实习的关于火成岩的主要内容就是岩浆岩。嵩山岩浆岩的形成主要有四个时期：第一个时期是约 27 亿年前的太古代早期，这个时期的岩浆岩以基性和中基性为主，但现在大多都已变质，代表性的岩浆岩主要有角闪片岩、黑云角闪片岩；第二个时期是大约 26-25 亿年前的新太古代晚期，这个时期的岩石占整个新太古代岩石的 90%，以酸性岩为主，尤其以花岗岩为主；以形成侵入岩为主的 23-21 亿年前的元古代早期为第三个时期，这个时期形成的侵入岩主要有辉绿伟晶岩和钾长花岗岩，但现在大多都以变质；最后一个时期是 18-16 亿年前的中元古代早期，形成的主要是碱性花岗岩，同时也是登封地区最为典型的花岗岩。在这次实习中，我们所学习的及采集到的岩浆岩有花岗岩和辉绿岩。91 花岗岩花岗岩是分布最广的深成岩类，是酸性岩的典型代表。我们这次在嵩山学习的有两种花岗岩：一种是出露地表的花岗岩，另一种是侵入花岗岩。1.1 出露地表的花岗岩实习的过程中我们来到了登封市的日军侵华机场，这里的花岗岩的颜色有肉红色，灰白色等。在这里我们观察到了花岗岩和花岗片麻岩。花岗岩的主要矿物都一正长石、斜长石、石英，次要矿物为角闪石、黑云母，全晶质等粒粗粒结构，快状构造。为肉红色或为淡黄色，因为它们的主要矿物正长石的含量较多，而正长石为肉红色或淡黄色；为灰白色的花岗岩，因为它的斜长石含量较多，而斜长石为富钠的酸性斜长石，一般呈白色、灰白色。这三种花岗岩还可以用作建筑材料，不过在装修是应用颗粒大的，利于观赏，而在作地板是时，则要用颗粒小的，耐磨。花岗片麻岩是一种变质岩，这是由于形成较早的花岗岩会手到新的花岗岩的侵入，这时原来花岗岩的成分就会发生变化，形成花岗片麻岩。花岗片麻岩颜色为黑色，主要成分和花岗岩的基本一致，其10中云母含量多，矿物成分成定向排列，呈片状构造，有层理。1.2 侵入花岗岩侵入花岗岩是指岩浆侵入形成的花岗岩。我们在玉皇庙附近学习了岩浆侵入与围岩接触。此处的侵入体就是花岗岩，由于花岗岩里面含有长石，在自然界中容易风化，变成高龄石，这种侵入花岗岩的主要矿物是石英、云母、正长石、斜长石。而作为围岩的是石英岩，棱角分明，属变质岩，硬度 7，不容易风化，化学性质稳定。此处的侵入岩（侵入花岗岩）与围岩（石英岩）接触处的特点主要有岩石为褐色、破碎的厉害、接触间线呈锯齿状或港湾状、岩浆与围岩接触的地方有俘虏体。2 辉绿岩辉绿岩为基性浅成岩，近于黑色、或灰绿、黑灰色，一般为细粒到中粒结构，多呈岩床、岩墙产出。在登封逍遥沟处我们看到了辉绿岩墙此地的岩墙上部较窄，大约有7 米，下部较宽，有 10 米左右，高 36 米，能明显看到岩墙与两侧围岩的间线分明，左侧较直，右侧上部呈锯齿状，岩石破碎、节理发育。辉绿岩呈灰绿色、暗灰色，有少量橄榄石和角闪石，含11铁量高，节理发育。二、沉积岩暴露在地壳表部的岩石，在地球发展过程中，不可避免地要遭受到各种外力作用的剥蚀破坏，经过破坏而形成的碎屑物质在原地或经搬运沉积下来，再经过复杂的成岩作用而形成岩石，这些由外力作用形成的岩石就是沉积岩，约占地壳的 5%。沉积岩是在地壳发展过程中，在外力作用支配下，形成于地表附近的自然历史产物。同时，它也是重塑地球历史和恢复古地理环境的重要依据。我们此次嵩山实习采集到了沉积岩中的砂砾岩和粗、中细粒砂岩，这两种岩石都属于沉积碎屑岩亚类。1 砂砾岩当砾岩中大于 2mm 的砾石含量占一半以上，而其中一小半中含有砂，则称为砂砾岩。 。2 粗、中细砂岩由 2-0.005mm 的碎屑（含量大于 50%）胶结而成的岩石统称砂岩，12砂岩的矿物成分通常以石英颗粒为主，其次为长石、白云母、黏土矿物以及各种岩屑物质。根据粒级的大小把砂岩分为：粗粒砂岩（2-0.5mm） 、中粒砂岩（ 0.5-0.25mm）细粒砂岩（小于 0.25mm） 。我们于 5 月 9 日在砂锅窑村东 300 米冲沟内采集到了粗粒砂岩和中细粒砂岩。粗粒砂岩又叫“大战砂岩” ，青灰色、灰白色，能明显看到颗粒粗大，碎屑结构；中细粒砂岩又叫“平顶山砂岩” 学名为长石石英砂岩，也是青灰色、灰色，只是它的颗粒比较细小，也属碎屑结构。三、变质岩变质岩就是唷变质作用形成的岩石。变质岩分两种，由火成岩形成的变质岩称正变质岩；由沉积作用形成的变质岩称副变质岩。引起变质作用的主要因素有温度、压力和化学因素。变质岩主要的特征有两点：一是岩石重结晶明显，二是岩石具有特定的结构和构造。在司老师的指导下，我们认识并采集了石英岩和千枚岩。1 石英岩石英岩的变质途径有两种，即区域变质和接触变质，它的原岩是沉13积岩中的石英砂岩，呈灰白色、烟灰色，块状构造，等粒变晶结构，有马尾状黑色条纹，其中的黑色成分是磁铁矿，风化后会变为褐铁色。石英岩中之所以会有黑色条纹是因为石英砂岩是在浅海环境中形成的，由于波浪的来回振荡，而使矿物进行了分选。如果石英岩的颗粒细小可用作磨刀石，又叫油石；又纯又细，加上淡淡的绿色叫石英岩质玉，其中质量好的叫泌玉，质量差的叫嵩山玉。采集的石英岩的新鲜面为灰白色、青灰色，风化后为浅褐色，硬度 7，主要矿物为石英，至少占 95%以上，次要矿物为长石、云母、磁铁矿，变晶等粒结构，块状构造，原岩中有层理，呈马尾状，其中的矿物是磁铁矿。2 纤枚岩在井湾公路旁，我们采集到了千枚岩，这里的千枚岩是典型的千枚构造，原岩成分基本上已全部重结晶，主要由细小绢云母、绿松石、石英、钾长石等新生矿物组成，具鳞片变晶结构，片理面上有明显的丝绢光泽，颜色为灰白，浅黑色相间。第四章 构造内力引起的地壳乃至岩石圈变形、变位的作用，叫做构造运动。一般来说，构造运动和地壳运动的含义大致相同，嵩山这块地质宝藏的地壳运动非常显著，主要有距今 25 亿年的嵩阳运动、18 亿年14的中岳运动和 5.43 亿年的少林运动。一、褶皱岩层的弯曲现象称为褶皱，它是岩层塑性变形的结果，是地壳中广泛发育的地质构造的基本形态之一。褶皱构造通常指一系列弯曲的岩层，把其中一个弯曲称为褶曲。褶曲的形态是多种多样的，但基本形式只有背斜和向斜两种。嵩山中岳庙后沟处有一个褶曲此褶曲的两翼倾角不等，左翼岩层是石英岩，厚度大、属中元古代、地层为中元古界，也就是中元古界嵩山群石英岩。根据轴面产状，并结合两翼特点，我们不难判断此褶曲为倾斜褶曲，是一个背斜，叫少顶山背斜。二、断裂地壳中岩石、特别是脆性较大和靠近地表的岩石，在受力的情况下容易产生断裂和错动，总称为断裂构造，它也是地壳中普遍发育的基本构造之一，通常把断裂分为节理（如右图） 、劈理和断层。我们这次嵩山实习，主要学习了断层，而且在学习断层时，老师又教会15了我们怎样使用罗盘测定断层产状。1 断层根据断层两盘相对位移的关系可将断层分为正断层、逆断层、平推断层和枢纽断层。在嵩山玉皇庙附近有一个断层，此断层上盘的地层新、下盘地层老；有断层面，并且从上向下摸起来很光滑；而且下盘的断层节理非常发育，两组交叉形成交角；最后，在司老师的解说中，我们还了解到了上盘的页岩中有小褶皱：由此，我们判断出了此断层的性质为正断层。玉皇庙附近的这个断层有一个断层面，断层面因受高温烘烤，出现氧化薄膜，岩石破碎，司老师还告诉我们下盘是中元古界形成的地层，上盘为二叠系时的砂页岩，这两个地层直接接触，中间缺失了好几个地层。2 罗盘的使用罗盘是用来测量地质方位的，它分长边和短边。罗盘打开后，罗盘面上有一个小轴，压下去后指针就不会再动，它有两个作用；一是方便读数，二是对指针起保护作用。罗盘的盖上有一面镜子，为了方便读数。另外，罗盘既然是用来测量地质方位的，那么它自然是以东西为界线（地质方位） ，就是在 0-90、270-360 时把北放前边，如 45读作北东，小于 45时，读北北东，那么大于 300，读北北西；90-270就是把南放前边，如 135，读南东。16一般来说，我们使用罗盘是只测其倾向和倾角第五章 地质发展史根据嵩山地区内“五代同堂 ”的地层层序和构造运动遗迹的基本特征，按照地质科学的原理，可以追溯出嵩山形成的过程和发展、演化的景象。大约从 36 年亿年前开始，嵩山地区的海底发生了来自地幔的基性熔浆喷发和酸性岩浆侵入，共同堆积了以基性火山岩和酸性侵入岩为主的被称作登封群的花岗绿岩系。在距今 25 亿年前后，嵩山地区发生了剧烈的地壳运动，地质学家称它为“嵩阳运动 ”。嵩阳运动的结果，使海底沉积的花岗绿岩系受到近南北向的应力作用、温压效应而发生褶皱隆起，慢慢露出峥嵘。后来经过长期风化剥蚀，嵩山渐渐被夷平了，加上地壳不断下降，夷平的嵩山又被淹没在海水之下，形成海滨和浅海环境，于是接受了被称作嵩山群的碎屑物质、泥质及钙、镁等物质的沉积。到了距今 18 亿年前后，嵩山地区发生了被称为“中岳运动” 的全球性地壳运动，来自东西方向的应力作用和温、压效应使海底的碎屑岩碱酸盐地层慢慢隆起成山，露出海面，嵩山第二次屹立于中州大地。 “中岳运动 ”后，嵩山再次被慢慢的风化、剥蚀、夷平、下降，逐渐被海水吞噬，形成滨海、浅海、山间盆地等环境，先后沉积了被称作马鞍山群、五佛山群和罗圈冰碛层的地层层序。到了距今 5.43 亿年前后，嵩山地区又发生了被称为“少林运动” 的地17壳运动，使嵩山一带大范围地升出海面，形成嵩山山系，结束了地球生命大爆发前的元古宙演化历史。后来虽然发生了古生代广泛的海浸，但嵩山山系的主要山峰始终未被海水淹没。嵩山从此扬眉吐气。在距今 20.65 亿年的中生代晚期，强烈的“燕山运动” 使地区产生了巨大的剪应力，在应力作用下形成的唐窑中岳庙断裂和五指岭断裂带拦腰将嵩山山系截为一截，并使峻极峰及五指岭依次向北西方向推移了 3 公里和 7 公里。第六章 其他现象一、构造地貌由构造运动造成的地球表面的巨大起伏，从而形成了多种多样的外貌或形态，简称构造地貌。单面山和猪背岭是起典型的构造地貌。登封市大金店乡陈楼村附近有一个典型的构造地貌单面山。此地区的岩石出露地表后受到物理风化，风化后的岩石易破碎，然后山上的风化物在山坡处发生堆积。二、流水地貌地表流水包括坡面流水、沟谷流水和河流三类。流水具有的侵蚀、搬运和堆积三种作用，使大地上出现了关于流水作用的地貌类型，在登封，我们主要了解了河床和河漫滩、夷平面等流水地貌。181 河床和河漫滩河床是平水期被流水所占据的部分。河漫滩是平水期出露在水面以上，洪水期时被淹没，可以说是一个早期的河床。河床主要由砾石、粗砂构成，以砾石较多，尤其是河流的上中游，因受河流侵蚀，故砾石的磨圆度好。河漫滩具有二元结构，即从垂直角度上看，上下层合在一起。河漫滩的上部为黏土类（河漫滩相沉积） ，下部为砾石、粗砂（河床相沉积） 。在登封的书院河西岸，我们看到了河床的河漫滩，此河流自西向东流，河谷宽阔，地势平坦，而且在河流的一侧还分布有河流阶地。2 夷平面从广义上来说，地表只要在外力作用下被夷平了，就称为夷平面；从狭义上来说，准平原形成后，在地球内力作用