嵩山地质实习.docx

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No text of specified style in document.第一章 绪论第一节 嵩山地质概况登封市位于河南省中西部，中岳嵩山南麓。市境东西长56千米，南北宽35.5千米，总面积1220平方千米。207国道与217、316省道贯通全境，郑少洛、禹登高速公路纵横交错，登封铁路与京广、陇海、焦枝铁路干线相连，形成了四通八达、方便快捷的交通网络，是“国家园林城市”、“国家卫生城市”、“全国绿化模范县（市）”、“中国优秀旅游城市”、“中国特色魅力城市”、“中国县域旅游品牌百强县（市）”。登封已成为中州大地上一座人居环境优美、生态景致怡人的现代旅游名城。图 11地理概况：嵩山世界地质公园位于河南省登封市，总面积450平方公里，东依省会郑州，西临古都洛阳，北临黄河，南靠颍水。由太室山和少室山组成，最高峰（峻极峰）1491.7米。东西绵延约60余千米。古名为外方、嵩高、崇高。五代后称中岳嵩山，与泰山、华山、恒山、衡山共称五岳。这里山峦起伏，峻峰奇异。历史上根据山峰坐落方位，形状外貌和名人遗迹等，分成太阳、少阳、明月、玉柱、万岁、凤凰、悬练、卧龙、玉镜、青童、黄盖、狮子、鸡鸣、松涛、石幔、太白、罗汉、白鹿等72峰。嵩山顶又名峻极峰，是嵩山的最高峰，古有“峻极于天”之说。嵩山属伏牛山系，是中国五岳之一，通称为中岳。它东西横卧，雄峙中原，海拔最低为350米，最高处为1512米，环山地跨新密、登封、巩义、偃师、伊川等市县 嵩山先后经历了“嵩阳运动”、“中岳运动”、“少林运动”等几次大的地壳运动，逐渐形成了山脉。嵩山古老的岩石系形成于23亿年前，此前，嵩山是一望无际的大海，据中外地质学家考察，嵩山岩石发育完整，在地球发展历史上，历太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五代，习称为“五世同堂”。嵩山地区的岩浆岩、沉积岩、变质岩的出露，构成了中国最古老的岩系，登封群的“登封朵岩”。据中国地质界测定，这里是世界上稀有的自然地质宝库。据地质学家考察，经过23亿年的“ 嵩阳运动”，8亿年前的“中岳运动”，5、6亿年前“少林运动”，才结束了地质史上的元古代，进入了古生代的寒武纪和奥陶纪。又经过约两亿年，此处地壳上升至海平面以上，因其受风化和剥蚀作用，形成了嵩山地区的含煤地层。两亿三千年前后，中国的版土上，又发生了一次延续很长时间的地壳运动，南北广大地区的“燕山运动”，嵩山地区受到南北方向的推挤，形成了今天的山势地貌。 嵩山古生物化石十分丰富，在嵩山既有海象生物化石，也有陆象生物化石，还有古脊椎动物化石。这些古生物化石是地质和古生物演化的宝贵资料，嵩山奇特的地质构造，使它蕴藏了丰富的煤、铝、铁、麦饭石等矿产资源。 登封市行政区划登封市位于河南省中西部，中岳嵩山南麓。市境东西长56千米，南北宽35.5千米，总面积1220平方千米。总人口69万人（2009年）。辖3个街道、9个镇、4个乡：嵩阳街道、少林街道、中岳街道、大金店镇、颖阳镇、卢店镇、告成镇、阳城区镇（阳城工业区）、大冶镇、宣化镇、徐庄镇、东华镇、白坪乡、君召乡、石道乡、唐庄乡，以及送表矿区。市政府驻嵩阳街道。地处山区，地形以山地丘陵为主，北有中岳嵩山，南有箕山和熊山，中为嵩箕盆地。主要河流颖河。属温带大陆性气候，年均气温14.3，年降水量524.4毫米。主要矿藏有煤炭、铝矾土等。朝（阳沟）兰（考）地方铁路、207国道和S85郑少洛高速、S32永登高速公路穿境。景点有少林寺及塔林、中岳庙，嵩阳书院，汉柏、唐碑，元代观星台，北魏嵩岳寺塔和唐代净藏禅师塔，汉代太室阙、少室阙和启母阙，中岳36峰，嵩门待月、卢崖瀑布、御寨落日、箕阴避暑等自然景观。道路交通:嵩山及邻近地区已经形成密集的高速公路网络，郑少高速（郑州少林寺）、少洛高速（少林寺洛阳）、永登高速（永城登封）已全部建成通车，只需半小时车程即可向东到达郑州，向西到达洛阳。京广、京九、焦枝、陇海、新菏等铁路干线纵横交织于嵩山邻近城市，这种优越的地理位置和方便的交通条件十分适合全国各地的学生到嵩山地区开展地质图 12自然经济及工农业状况：嵩山地区是我国矿产资源比较丰富的地区之一，目前为止先后发现和探明的矿种有40余种：黑色金属铁，有色金属铝，铜，铅，锡，稀有金属稼，锂，铌,贵金属金矿和银矿；特种非金属水晶，云母，石棉种：冶金辅助材料溶剂用白云岩 石灰岩 硅石 萤石，叶腊石，耐火绝热石棉，蛭石，耐火粘土，建材水泥原料用大理石，花岗岩，灰岩，粘土，工艺美术材料玉石，陶瓷玻璃原料石英，长石，能源燃料烟煤，无烟煤，药用矿石麦饭石（黑云母斑状石英二长岩），嵩山药石，矿泉水等。该区所有矿产主要为沉积或变质矿产，其中以煤,铝土矿为主，其次为石灰岩，白云岩，粘土矿，硅石矿，铁矿等，内生矿床少。嵩山大力发挥旅游和矿产资源丰富两大优势，2008年前5个月，嵩山旅游收入近亿元，登封接待游客已经突破260万人次。自从俄罗斯总统普京造访少林寺，少林寺景区的国外游客明显增多，而国际奥委会主席罗格的到来，更增加了少林寺对于游客的吸引力。到2008年5月底，登封市共接待游客2631820人次，旅游收入近亿元。嵩山充分发挥煤资源和矿产资源优势，成为全国15个地方煤矿重点开发矿区之一，煤炭以发热量高，灰分低，质量好，蜚声大江南北。第二节 实习要求和内容时间： 实习时间：2013.5.082013.5.27我们30人，5人一组，共分为6租我组成员：邵振臣、李瑞蒙、杜向阳、田潘潘、杨梦林本班指导老师：郑德顺老师、吴伟老师、刘伟庆老师野外实习阶段：7天认识实习、7天测剖面、7天填图实习 路线：1.大石淙小石淙 ：石淙河断层、断层谷、喀斯特地貌(化学风化)2.中岳庙、黄盖亭：少顶山背斜、节理、交错层理、飞来峰3.飞机场：岩浆岩、球形风化、风化壳4.嵩顶：太古宙、尖山斜长石、片麻岩构造、底砾岩、裂隙水5龙山辉绿岩墙、嵩阳运动、泉水目的：1.巩固和掌握普通地质学课程所学的基本概念和基本理论； 2.基本掌握野外观察、认识、记录地质现象的方法，熟练掌握地质罗盘的使用； 3.初步了解分析地质问题的一般方法。内容：1.认识和鉴定实习区的三大类岩石及矿物。学会区分三大类岩石，初步掌握常见矿物和岩石的特征及鉴定标志和方法。2.认识实习区常见的地质构造，学会判识褶曲、断层、节理的方法。3.认识实习区各地质时代的地层，了解和掌握从太古代到新生代地层的名称、岩性特征和古生物化石特征。4.了解实习区各种矿产的特征、成因和用途，为应用地质理论寻找矿产资源打下基础。5. 了解实习区水文地质特征和工程地质条件，为后续专业教学及实践打好基础。6. 了解实习区地质地貌及第四纪地质特征，掌握对地形、地貌成因的分析方法。图13第二章 地层本区地层发育比较齐全，太古界、元古界、古生界、中生界和新生界皆有出露。现由老到新分述如下：第一节 太古界 出露于登封市君召以北等地，为本区最古老的地层，自下而上分为三个岩层。1.石牌河组：主要为灰绿、灰黄色黑云斜长变粒岩、黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩夹斜长角闪岩，厚度大于256米，岩石遭受强烈混合岩化。有多期基性-中酸性岩浆侵入。其中变闪长岩年龄值为29.86-30.6亿年。本组原岩为基性火山岩夹中酸性火山岩及少量沉积岩。2.郭家窑组：主要为黄褐、暗绿色角闪片岩、斜长角闪片岩夹斜长角闪片麻岩、变粒岩和磁铁石英岩薄层或透镜体。上部夹少量云英片岩。厚857米，本组原岩为基性火山岩和少量中酸性火山岩及沉积岩。3.老羊沟组：底部为一层不稳定的长石石英岩，下部为云英片岩、云母片岩夹斜长角闪片岩及少量磁铁石英岩。上部为绢云石英片岩、绿泥石英片岩夹变质砾岩及含砾绢云绿泥石英片岩。厚630米，本组岩层以片岩为主。无片麻岩，未见混合岩化现象，具斜层理及各种片岩构成的韵律层，含大量云母等粘土质变质矿物。原岩为浅海碎屑岩。第二节 元古界 1下元古界嵩山群 分布于玉寨山、嵩山、五指岭一带，自下而上分为罗汉洞组、五指岭组、庙坡山组和花峪组。 （1）罗汉洞组：与下伏太古界登封群呈角度不整合接触。下段为灰白色巨厚含砾粗粒石英岩、含长石石英岩和底砾岩。厚155米。中段为白色厚巨厚层中细粒石英岩，不对称波痕发育。厚391米。本组石英岩普遍含磁铁矿。上段为灰色厚层粗粒石英夹薄层绢云石英片岩，波痕及交错层理十分发育，203米。（2）五指岭组：含一、二、三段。一段为灰白、浅黄色绢云石英片岩、石英岩与千枚岩互层。二段为青灰、灰白色千枚岩、石英绢云片岩夹石英岩。三段为紫杂色绿泥绢云片岩、绢英片岩夹赤铁石英岩。（3）庙坡山组:厚395米，下部为灰白色厚层状粗粒石英岩夹致密石英岩（天然油石层），底部岩层发育称波痕及泥裂。中部为灰白色夹紫红色条带状石英岩。上部为中厚层状粗粒石英岩夹紫红色赤铁石英岩及千枚状绢英片岩。（4）花峪组：厚194米，底部为紫红色铁质千枚岩和角砾状千枚岩，靠上有一层含磷千枚岩。下部为灰黄色厚层状白云岩和泥质白云岩。上部为灰白色中层状石英岩。图212.中元古界五佛山群:不整合覆于嵩山群或登封群之上，自下而上由马鞍山组、葡萄峪组。骆驼畔组和何家寨组组成，本区缺少底部兵马沟组。马鞍山组为紫红色底砾岩和灰紫色含砾石英砂岩、肉红色石英砂岩夹层间砾岩痕、泥裂和交错层理发育。3.上元古界震旦系罗圈组:主要分布在邻区临汝罗圈、偃师上徐马等地。实习区南部送表马窑一带有零星出露。与下伏五指山群石英砂岩呈不整合接触。第三节 古生界 本区古生界地层有寒武、奥陶、石炭及二叠系。1.寒武系 （1）寒武系下统:自下而上依次为关口组、朱砂洞组和馒头组。 A.关口组:厚23134米，由南向北变薄，与下伏元古界地层呈起覆不整合接触。本区北部为底部砾岩，南部相变为含磷砂岩。其上为波痕、泥裂发育的石英砂岩。B.朱砂洞组：厚6597米，下部由紫红色埿砂质灰岩、泥灰岩组成：上部为青灰、深灰色厚层状泥质灰岩、豹皮状灰岩、白云质灰岩组成。顶部白云质灰岩含灰色澻石结核。C.馒头组：岩石组合以紫红色页岩为特征，夹有灰岩、白云岩、云泥岩及砂岩。下部夹较多的黄灰色、砖红色泥质灰岩、泥质白云岩、云泥岩，中部夹较多的暗紫色石英粉砂岩、泥质鲕粒灰岩，少量薄层海绿石石英砂岩及灰岩透镜体，上部以黄绿色页岩为主，夹泥质条带鲕粒灰岩，泥质条带砂屑灰岩。厚276.86m。该组底以朱砂洞组连续的灰岩或白云岩结束、杂色页岩或泥灰岩、云泥岩出现划界，与朱砂洞组为整合关系；顶以杂色页岩或砂岩结束、连续的鲕粒灰岩出现划界，与张夏组为整合关系。馒头组划分为三段：一段厚66.3m，为褐黄色、紫红色薄层泥灰岩、泥晶灰岩、泥晶白云岩夹紫色页岩；二段厚115.4m，以暗紫色含云母页岩、粉砂岩为主，夹灰岩及薄层砂岩；三段厚95.16m，以灰色鲕状灰岩、粉砂岩、砂岩为主，夹灰黄色、黄绿色、紫色页岩。馒头组在关口出露较好。剖面描述如下：上覆地层：张夏组（2zh） 深灰色薄板状含泥质条带微晶灰岩整 合馒头组（1+2m） 总厚度276.86m三段（1+2m3） 厚66.30m28黄绿色页岩夹中层泥质条带泥晶鲕粒灰岩，产三叶虫： 25.60m27灰色厚层含泥质条带泥晶鲕粒灰岩，产三叶虫： 8.14m26黄绿色页岩，夹薄层泥晶灰岩 8.88m25灰色厚层含泥质条带亮晶细砂屑灰岩，产三叶虫 15.54m24灰色薄层含泥质条带亮晶砂屑灰岩，产三叶虫 8.14m二段（1+2m2） 115.40 m23灰色薄层泥晶灰岩夹黄绿色页岩，产三叶虫： 6.44 m22黄绿色页岩，夹黄色石英及砾屑灰岩透镜体，砂岩中含少量海绿 12.88 m21暗紫色页岩，夹薄层海绿石石英砂岩及灰岩透镜体，顶部产三叶虫：9.66m20暗紫色页岩及石英粉砂岩，夹紫红色及黄色页岩，产三叶虫化石： 71.84m19 暗紫色页岩及石英粉砂岩，顶部夹二层鲕粒灰岩，产三叶虫化石： 12.18m18.紫红色页岩 一段（1+2m1） 69.18m17.底部80cm灰色叠层石泥晶灰岩，向上为紫色页岩 2.40m16紫红色页岩与泥质互层，夹少量黄色页岩 24.60m15灰黄色条纹状泥晶灰岩 10.26m14黄色泥质微晶白云岩与紫色页岩互层 25.98m13灰黄色条纹状含粉砂质泥晶灰岩，底部产三叶虫化石： 2.16m12黄及暗灰色泥质微晶白云岩，夹少量紫色页岩 9.60m11黄色薄层白云岩，夹紫红色含铁泥质灰岩： 11.85m10紫红色页岩 4.11m9黄色含铁泥质微晶白云岩，底部夹薄层灰岩 4.20m整 合下伏地层：朱砂洞组（1zh）以灰岩、白云质灰岩为特征。主要岩性为深灰色白云质灰岩、青灰色厚层含燧石团块白云岩，底部为黄白色泥灰岩、泥质条带或泥质斑块状白云质灰岩（俗称豹皮状灰岩），在关口厚97.1m。朱砂洞组底以连续出现碳酸盐岩划界，与辛集组整合接触，或与前寒武纪变质岩不整合接触；顶以大套碳酸盐岩组合结束、杂色页岩或云泥岩出现划界，与馒头组整合接触。登封市关口朱砂洞组剖面比较典型，描述如下：上覆地层： 馒头组（1+2m）紫红色薄层泥灰岩整 合朱砂洞组（1zh） 总厚度97.1m4.深灰色白云质灰岩，含三叶虫化石Redlichia（莱地利基虫） 54.4m3.青灰色厚层含燧石团块白云岩 32.5m2.黄白色泥灰岩 3.2m1.紫红色含泥质砂质灰岩 7.0m 整 合下伏地层：下寒武统辛集组（1x）紫红色含泥质、砂质灰岩朱砂洞组上部具Cu、Pb、Zn矿化，下部含石膏矿，在鲁山县辛集已构成大型工业矿床。朱砂洞组创名及划分沿革 朱砂洞组以前资料曾称扳倒井灰岩、景儿峪灰岩，1952年冯景兰、张伯声在平顶山市西南的朱砂洞村创建“朱砂洞石灰岩系”，河南区测队1964年废弃该组，将其并入辛集组，上世纪末地层清理时恢复朱砂洞组。（2）寒武系中统：自下而上依次为毛庄组、徐庄组及张夏组。A.毛庄组：厚92150米。以紫红色砂质页岩为主，夹薄层层面含白云母碎片的粉砂岩，顶部夹泥质灰岩。B.徐庄组：厚54144米。底部为海绿石细砂岩；下、中部为深灰色中厚层状具泥质条带的白云质灰岩与黄绿色砂质页岩呈夹层或互层；上部为中薄层状泥质条带灰岩及状灰岩。C.张夏组：该组在关口窖粮坑一带出露较好，主要为灰深灰色厚巨厚层鲕状灰岩夹厚层鲕状白云质灰岩、泥质条带鲕粒灰岩、豆状、竹叶状灰岩，以具有鲕状、豆状结构为其特征。厚110208m。张夏组下部以馒头组页岩夹灰岩结束，厚层鲕状灰岩出现为该组之底，标志明显；其顶部以见到深灰色厚层白云岩与崮山组分开，二者岩石风化外表较易识别。张夏组富含三叶虫化石，化石集中在中下部，所采化石有光滑太子虫、大型太子虫、双疣太子虫、标准小满洲虫、磨坡斯氏盾壳虫、宽河南虫、满瘤小裂头虫、小平凡虫、矢部原附节虫、小脊状虫、宜阳小井上虫、大野营虫、辽东大野营虫、登封大野营虫、太子沟颊形虫、康家沟小无肩虫、北山虫等。在登封市关口窖粮坑张夏组出露较好，描述如下：上覆地层：崮山组（2g） 厚层白云岩下伏地层：馒头组三段（1+2m3） 黄绿色页岩与青灰色中厚层泥质鲕状灰岩互层（3）寒武系上统：自下而上依次为崮山组、长山组及凤山组。A.崮山组：厚36277米，为灰、深灰色厚层巨厚层状白云岩、状白云岩及白云质灰岩。顶部为黄色薄层泥层灰岩或泥质白云岩。B.长山组：厚46120米，为灰、深灰色厚层状白云质灰岩、白云岩及含硅质团块或条带的白云岩、白云质灰岩。2.奥陶系:缺失下统及上统。中统马家沟组：分布于北部与偃师、巩县交界的边邻地区及东部告城至密县、禹县一带，唐庄附近也有零星出露。南部无沉积，与下伏寒武系呈平行不整合接触。下部以灰黄色页岩、泥灰岩为主，底部有砂砾岩。厚30米（旧称贾旺组）。中、上部为深灰色致密状灰岩、豹皮状及角砾状灰岩。厚93米，产丰富的牙形石。3.石炭系:仅发育中统本溪组及上统太原组。4.二叠系：与下伏石炭系整合接触（1）二叠系下统：下部为山西组，上部为下石盒子组。（2）二叠系上统：自下而上依次为上石盒子组、平顶山组及土门组。第四节 中生界 本区仅有三叠系，与下伏二叠系整合接触。 1.三叠系下统圈门群:由红灰、紫红色长石石英砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩组成。厚550米。2.三叠系中统二马营群：灰黄、灰绿色厚层状长石石英砂岩珉紫红色钙质粉砂岩、砂质泥岩互层，厚320米。3.三叠系上统延长群：下部为土黄色中细粒长石石英砂岩夹紫红色砂质泥岩；上部为土黄、灰绿色粉砂质与紫红、黄绿色砂质泥岩互层，厚大于300米。第五节 新生界 下第三系、上第三系及第四系与下伏地层均呈角度不整合接触。 1.下第三系陈宅沟组：由褐红、砾石色砂岩、泥岩夹透镜状泥灰岩组成，泥岩层面偶有薄膜状石膏，底部为砂砾岩，砾石磨圆度及分选性极差，钙质胶结，含泥质杂基，本组厚185-436米。2.上第三系洛阳组：为褐黄、褐红、灰白等色泥岩与泥灰岩互层，夹砂砾岩透镜体，砂砾岩呈半固结状态,厚12-83米。 3.第四系：为褐红色亚粘土、黄土、亚砂土、砾卵石等冲积、洪积、坡积及残积物，厚1255米。第三章 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、辉绿岩和石称花岗岩。（一）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。 图311出露地表的花岗岩：实习的过程中我们来到了登封市的一个采石场，这里的花岗岩的颜色有肉红色，灰白色等。我们在这里采集到了钾长花岗岩（编号lx8-1）和花岗片麻岩（编号lx8-2）。编号lx8-1的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。该标本为肉红色，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；而编号lx8-2的标本花岗岩为灰白色，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。2侵入花岗岩：侵入花岗岩是指岩浆侵入形成的花岗岩。我们在书院河及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。图32（二）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。编号为2的辉绿岩呈灰绿色、暗灰色，有少量橄榄石和角闪石，含铁量高，节理发育。图33(三)石秤花岗岩（花云母钾长花岗岩） 岩石呈肉红色，风化后呈灰白、灰黄色，中心相主要矿物成分有钾长石（5055%）、石英（3540%），次要矿物有更长石，黑云母（28%）、花岗 结构，块状结构。定名为黑云母、钾长花岗岩，有中心向边缘相过度，岩石颜色有淡红变为灰白，矿物成分上黑云母、钾长石、石英减少，角闪石、斜长石增多。岩 石结构由中粗粒变为中粒，具似板状结构、块状或斑点状构造。第四章 构造嵩山在大地构造上位于华北板块的边缘，据中外地质学家考察，嵩山岩石发育完整，连续并且完整出露有30多亿年的历史。在这漫长的时期内，嵩山先后经历了太古代、元古代、古生代、中生代、新生代五个时期，被地质学家称为“五代同堂”。该地更经历了被称为“嵩阳运动”、“中越运动”和“少林运动”的三大构造运动。在嵩山此区域内，褶皱、断层、节理等地质构造运动遗迹历来为中外地质学家所瞩目。第一节 三大运动1951年，张伯声对嵩山进行地质调查，确立了“嵩阳运动”；1954年张尔道在嵩山地区进行地质调查，确立了“中岳运动”；19581959年，王日伦等对嵩山地区进行路线地质研究，论述了“少林运动”的存在。一. 嵩阳运动在距今25亿年前，嵩山地区发生了剧烈的地壳运动，被地质学家称为“嵩阳运动”。嵩阳运动是全球构造三大运动之一，也是形成嵩山的一个重要阶段。嵩阳运动的地质遗迹界面是划分太古与远古的界限，界面之下是太古宙沉积地层登峰群；界面之上是元古代沉积地层嵩山群。界面清晰地反映了太古宙末发生的一次广泛而剧烈的地壳运动。其运动的后果是使海底沉寂的花岗绿岩系受到近南北的应力作用、温压效应而产生褶皱隆起，逐渐露出海面，从而形成山脉。但后来，由于长期的外力侵蚀及地壳下降，嵩山再次被海水淹没，形成了滨海和浅海环境。此后，该区域不断接受了被称作嵩山群的碎屑物质、泥沙及钙、镁等物质的沉积，为嵩山的再次峥嵘奠定了基础。嵩阳运动地质遗迹是研究地球演化历史的重要场所，国内独有，世界罕见，不可再生，损而皆无。图41二. 中岳运动再继嵩阳运动之后，距今18亿年前后，嵩山地区再次发生了一场大的地壳运动，被地质学家称作“中岳运动”。在此期间，来自东西方向上的应力作用和温压效应促使海底的碎屑岩碳酸岩地层慢慢上升，隆起成山，露出海面，使整个嵩山群（罗汉洞组、五指岭组等）协调一致地产生紧密的走向近南北，轴面向西倾斜，向东倒转的复式背斜和复式向斜，嵩山再次耸立于中原大地之上。但是，时间可以摧毁一切。在中岳运动后，嵩山再次被慢慢风化、剥蚀、夷平及下降，直至再次被海水所淹没，形成滨海、浅海、山间盆地和罗圈冰碛层的地层层序。三. 少林运动在经历了两次大的地壳运动之后，到了距今约7亿年前，嵩山地区又一次发生了被称作“少林运动”的构造运动。其表现为寒武系下统辛集组底部砾岩呈角度不整合覆于新元古界五佛山群何家砦组和马鞍山组之上。此运动仅在少林寺地区见角度不整合，其他地区均表现为平行不整合或逐渐过渡关系。这次运动以后，本区全面沉降，广泛接受海相沉积。第二节 断裂构造地壳中岩石再受力情况下容易产生断裂和错动，总称断裂构造。它和褶皱构造一样，是地壳中普遍发育的基本构造形式之一。通常我们根据断裂岩块相对位移的程度，把断裂构造分为节理和断层两大类。一 节理岩石中有规律性的，纵横交错的裂隙叫做节理，也即断裂两侧的岩块沿破裂面没有发生或没有明显发生位移的断裂构造。沿着节理劈开的面称节理面，其产状与岩层产状一样用走向、倾向和倾角表示。节理按不同的标准可分为不同的类型：1 . 节理按成因可分为非构造节理和构造节理两大类：（1）非构造节理：在非构造节理中还包括岩石在成岩过程中所形成的节理，即所谓的原生节理，但原生节理在不同的岩体中又可分为不同的节理种类。如火成岩中常见的有横节理（Q节理）、纵节理（S节理）、层节理（L节理）、斜节理。玄武岩中常见的节理有六方柱状节理或其它柱状节理。（2）构造节理：是指在构造运动作用下形成于岩石中的节理。常常成组、成群有规律的出现。2 .节理按力学成因分类可分为张节理和剪节理。 类型形成条件特征张节理是岩石在张应力作用下产生的节理产状不甚稳定，在岩石中延伸不深不远；节理面不平；节理绕过砾石；多具张开的裂口，节理面粗糙不平；节理间距较大；常平行出现，成雁阵式。剪节理（剪切节理）是岩石在剪切应力（扭应力）作用下所产生的节理产状比较稳定，延伸较远；常具紧密裂口；节理面平直而光滑；常切开较大的碎屑颗粒或砾石；节理间距较小；常平行排列、雁行排列，成群出现，或成共轭节理。我们在野外（中岳庙后沟）实习时所观测到的岩石为石英岩，岩块巨大，节理明显，成X型，同时我们也对其测量了产状。图42二 断层岩块沿着破裂面有明显位移的断裂构造称为断层。其规模有大有小，波及的深度有深有浅。断层所具有的几何意义的要素有：断层面、断层线、断盘（上盘和下盘、上升盘和下降盘）、位移。许多断层以一定的组合形式可以组合成不同的类型，如阶梯状断层、叠瓦状断层、地堑、地垒等。登封大断层 近东西向的断裂，该断层也称玉皇庙断层或君召太后庙断层。该断层东起君召，沿经太后庙、玉皇庙、箕山东延长到石占山一带，大体与登封大背斜轴相平行，东西延伸约50km。断面南倾，上盘各段地层不一，由寒武系至二叠系组成，变化不定；下盘为登封群片麻岩、嵩山群石英岩和石秤花岗岩。断裂面光滑平直，表面常有铁质薄膜，断裂带附近岩层有强烈硅化现象，沿破碎带发育巨大角砾，部分角砾被磨圆成小球粒，为一具剪性的张性正断层。登封大断层证据有以下几点：1.地层缺失。地面看到的是罗汉洞组与石河子组接触，缺失五指岭组到山西组。2.断层破碎带。带中有断层角砾岩等，两盘地层产状紊乱，碎裂岩化。3.主干断裂面突出地表，面上有明显摩擦镜面并覆有氧化铁薄膜。石淙河断层 位于登封告成，近东西向展布。石淙河沿断层破碎带追踪发育而形成断层谷，地貌特征明显，由于两侧岩性不同南侧谷破陡峭、北侧相对较缓。上盘为石炭系、二叠系，下盘为上寒武统崮山组，上盘倾岩层向西北，下盘岩层倾向西南。破碎带内有构造角砾岩，其成分为白云岩和白云质灰岩。该断层为正断层。图43第三节 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。较大的背斜有大塔寺背斜、五指岭复向斜、御寨山复向斜、摩天寨石门沟复式向斜等。在这里只描述我们重点观察的较典型的少顶山背斜。少顶山背斜，集中观察和讲课地点在少顶山南面的山脊上，向北可以清楚地看到少顶山背斜的横剖面特征。少顶山背斜岩层由罗汉洞组石英岩组成，宽约120m,高约60m。东翼较陡；西翼较缓。少顶山背斜两翼倾向相反、倾角不等，轴面向西倾斜，其枢纽向北倾伏。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。图44第五章 矿产资源概况嵩山地区地壳活动频繁，岩浆岩活动较强烈，地质构造复杂，在漫长的地质发展过程中，形成了丰富的矿产资源。该区矿产资源有明显的层控性，如煤、铝、黏土矿和山西式铁矿赋存于石炭、二叠系，寒武系中有重晶石、方铅矿，登封式铁矿则主要赋存在五指岭组。嵩山是我国少有的几块古陆之一，也是矿产资源比较丰富的地区之一，经过地质工作者的努力，嵩山矿藏面貌已经基本清楚，成为嵩山地区经济发展的坚强支柱。登封还有交通方便、水源丰富及电力充沛等条件，为矿产资源的开发利用提供了有利条件。第一节 概述嵩山地区采矿冶炼历史悠久，建国前区内只有少数以煤为主的矿产调查，没有系统的地质资料，建国后随着工农业发展和国民经济建设的需要，才开始对区内开展大规模的地质工作，填制了不少大比例尺地质图，并进行了航磁测量和航空放射性测量，自20世纪60年代以来有不少的地质院校和科研单位相继到本区进行调查研究，区测队进行区调，为本区积累了丰富的地质资料，并发现了不少矿产资源，近五十年来地调、冶金、煤田等地质队，对本区的铝、煤、铁等矿进行普查、勘探。70年代是以磷矿为主作了地质工作，并全面对矿产进行调查，登封煤田经过全面会战，于1983年提交了煤田地质报告，并通过了验收。对大冶、王村、费庄、平陌、岳爻等处铝土矿进行了详查或勘探，并提交了地质报告和图件，后期至90年代初期对蒋庄、新新、郑庄等铝土矿进行了详细勘查，90年代对王堂苗庄铝土进行了详查外，铝土矿基本全部详查、勘探结束。耐火黏土、镓、锂和部分水泥灰岩，也随之做过地质工作，黄铁矿、重晶石、铜矿和部分灰岩仅作了矿点检查或普查。其余大部分的非金属矿产仅少部分作过普查和地质工作，如水泥灰岩、白云岩、钾长石矿、花岗石、硅石、蛇纹石、高岭土等矿产的地质工作显得迟滞。区内沉积地层分布广泛，与其相关的沉积矿产资源丰富，所有矿产几乎全是沉积或变质矿产，其中以煤、铝土矿为主，其次为石灰岩、白云岩、黏土矿、硅石矿、铁矿、磷矿、玉石、建筑石料等，内生矿床少，有铜、铅、水晶、花岗岩和医用麦饭石、药石等。到目前为止，先后发现和探明的矿种有40余种，包括铝、铁、金、银、铅、锡、铌、镓、钽、煤、磷、灰岩、硅石、重晶石、钾长石、水晶、白云岩、花岗岩、玉石、油石、莹石、云母、石棉、耐火黏土、瓷土、黏土、麦饭石、药石、焦宝石、石料、黄铁矿、大理石、板料、石英、蛇纹石、滑石、蛭石、叶蜡石等。其中金属矿产10种：黑色金属铁，有色金属铝、铜、铅、锡四种，稀有金属镓、锂、铌三种，贵金属有金和银两种；非金属矿产27种：包括特种非金属水晶、云母、石棉三种；冶金辅助材料熔剂用白云岩、石灰岩、硅石、萤石四种，叶蜡石等七种，耐火绝热石棉、蛭石、耐火黏土三种，建材水泥原料有大理石、花岗岩、灰岩、黏土四种，工艺美术材料玉石一种，陶瓷玻璃原料石英、长石两种，能源燃料烟煤、无烟煤两种，药用矿石麦饭石、嵩山药石两种，矿泉水一种。 第二节 优势矿产一、煤煤是登封县的优势矿产之一。嵩山周围是一片煤的海洋，东有新密煤田，南有登封煤田，西有偃龙煤田，北有荥巩煤田，都是全省屈指可数的大型煤田（图5-1）。市区内含煤地层呈带状展布于县城东部及南西部600700m的低山区，东西长约50km，南北宽约715km，含煤地层有600km2，约占登封总面积1219km2的一半，其中-100m水平线以上基本可靠的预测储量约26亿t。嵩山煤炭资源丰富，煤种齐全，煤质优良，煤矿开发历史悠久，巩义铁生沟西汉采冶遗址中发现炼铁的燃料是木炭、白煤和煤饼，可见嵩山煤炭开采历史至少已有两千多年。图5-1登封煤田属石炭系、二叠系含煤地层，箕山以西连续出露较好，而告城和芦店多被三叠系和古近系、新近系掩覆，仅见零星分布为半掩盖型煤田。本区属华北型聚煤区，缺失早石炭世沉积，含煤地层有二叠系太原组、山西组、石盒子组，总厚度为661.23m，含煤56层，分属九个煤组（表4-l）。煤层总厚度为11.5m，含煤系数为1.74%，二1煤层是本区的主要可采煤层，五3煤层为大面积可采煤层，一1、一3、一5、二1、二2、四3、六2、七2煤层属局部可采，其他煤层均为不可采煤层，可采煤层的总厚度为8.08m，可采含煤系数为1.22%。开采技术条件上看，本区主要可采煤层二1煤直接顶板在西部以砂质泥岩为主，中部以砂岩为主，东部以断层破碎带为主，因此告城及芦店区二1煤层直接顶板岩性混杂、松软易碎，属于极易冒落的顶板，其他区属于中等冒落顶板；底板为岩性致密的泥岩及砂质泥岩，少部分为砂岩和炭质泥岩，除个别鼓底现象外，一般很少冒顶。五3煤顶板常为泥岩、砂质泥岩及细砂岩，底板为泥岩及粉中细砂岩，开采技术条件有利，顶、底板易于管理。一煤组顶底板多为灰岩，部分为细砂岩、砂质泥岩和泥岩，均不存在复杂的开采技术问题。瓦斯含量一般为一级，矿井瓦斯属高沼气，等级为二级，西半区较高，为超级。新新煤矿据1972年鉴定资料：相对瓦斯涌出量为4.44m3/t，开采标高为+324.60m；1979年开采水平延伸至+350m，相对瓦斯涌出量增至12.15m3/t。可以看出瓦斯相对涌出量随开采深度增加，其递变速度较快。历史上开采二1煤曾发生过多次瓦斯爆炸，故开采时应采取必要的防范措施。煤尘具有爆炸性危险，要引起注意。尚未发现地热异常，区内水文地质条件简单中等，直接充水岩层为层间裂隙岩溶水，东部水文地质条件比西部复杂，对未开发的二1煤层影响较大的地下水为太原组灰岩裂隙溶洞水及老窑积水。二1煤底板突水位特点往往具压力大，来势猛，水量大，破坏力强的水动力特点。石盒子组局部可采煤层顶底板均为坚硬砂岩裂隙水，水量很小，主要充水威胁来自老窑积水。二、铝土矿嵩山地区铝矿层的分布范围与中石炭系本溪组的分布一致。嵩山位居河南有名的郑州三门峡平顶山煤、铝、金三角地区之中心，四周皆有铝土矿分布，而以北坡较佳。嵩山铝土矿是在浅海泻湖中沉积的层状铝土矿矿床。矿层往往产于海进层序底部的奥陶系马家沟灰岩的侵蚀面上。区内铝土矿总体上分为上、下两个铝土矿层，上矿层主要赋存于含矿岩系的中上部，呈似层状、透镜状，厚度变化较大，一般厚35m，局部厚达15.09m，矿体结构简单，多属单矿层，单矿体多为小矿体，是区内的主要铝土矿层。上矿层多处在地表氧化带内，氧化矿石较多，下矿层主要赋存于含铝岩系的中下部，矿体多呈透镜状或漏斗状，厚度不稳定，夹层较多，一般厚47m，常处氧化带以下，以原生矿石为主。矿体产状与围岩产状基本一致，矿体产状和规模多受岩溶地形和溶坑大小的影响。常由四周向中心倾斜，溶坑边缘倾角大，中心倾角小或呈水平。 矿体形态为（似）层状、漏斗状、扁豆状，多为透镜状，大小不一，长轴最大可达18890m，短轴最大可达740m，厚度最大可达18.24m（大冶矿区），厚度由矿体中部向四周尖灭，铝土矿的品位与它本身的厚度呈正相关系。矿石类型按照矿石的结构、构造特征，可以分为豆（鲕）状、碎屑状、致密块状、砾状、土状、蜂巢状、和薄层状七种，以前三种矿石类型为主，后四种次之。但其中三种属富铝土矿石（即砾状铝土矿、蜂巢状铝土矿、土状铝土矿）质量甚佳。薄层铝土矿是矿与非矿之间的过渡类型矿石。铝土矿的主要化学成分为A12O3，有害杂质为Fe2O3、SiO2等，伴生有益元素有TiO2、CaO、Li2O等，微量成分有CaO、MgO、K2O、Na2O和S等，各种化学成分之间存在着一定关系，A12O3含量与SiO2、Fe2O3含量呈负相关，与TiO2含量呈正相关。第三节 其他矿产一、灰岩1水泥灰岩 用作制造水泥熟料的石灰岩叫做水泥灰岩。对水泥灰岩的工业要求是：CaO48，MgO3，K2O+Na2O0.6，SO31，SiO24，Cl-10.015。嵩山产出水泥灰岩的层位较多，其中以中寒武统张夏组、中奥陶统上、下马家沟组最多，且质量好，规模大。其他如下寒武统辛集组、中寒武统馒头组三段、上寒武统崮山组、炒米店组和二叠系太原组等层位的灰岩，都可能成为水泥原料。上述地层在嵩山地区分布广泛，因此嵩山地区水泥灰岩的蕴藏量十分丰富。经预测嵩山地区水泥灰岩资源量有数亿吨。2熔剂灰岩冶炼生铁、钢和有色金属时作为熔剂的石灰岩，称作熔剂灰岩，也叫冶金灰岩。它能使矿石中各种杂质和燃料中的灰分变成炉渣，并有脱磷脱硫的能力。CaO是起熔剂作用的主要化学成分，工业要求含量在50以上。工业指标为CaO48%，MgO3%，SiO24%，S0.15%，P0.04%。此种石灰岩主要赋存于寒武系、奥陶系、石炭系中，其中以寒武系和奥陶系为主要含矿层位。嵩山可能成为熔剂灰岩矿床的层位有：下寒武统辛集组豹皮状灰岩；中奥陶统马家沟组厚层灰岩、条带状灰岩、斑块状灰岩；下二叠统太原组底部灰岩或生物碎屑灰岩。嵩山地区已探明熔剂灰岩资源储量约为1.3亿t，其中基础储量0.67亿t。3化工灰岩用于化学工业的石灰岩称作化工灰岩，一般是制碱、电石、碳酸钾和氮肥等的原料。制碱灰岩要求矿石含CaCO3越高越好，需90以上。电石灰岩的CaO含量一般要求是53%54%。嵩山地区石灰岩非常发育，但作为化工灰岩的勘查工作很少，主要化工灰岩含矿层位是中、上奥陶统上、下马家沟组。20世纪50年代，在铝土矿勘探中，同时圈定了一部分资源量，计有巩义市茶店、水头、钟岭、小关南岭等4处，层位是下二叠统太原组灰岩，即铝土矿的顶板灰岩，共计算远景储量1957.2万t，均是小型矿床。4饰面用灰岩 本区饰面用石灰岩总储量约有500万m3，种类较多，有兽纹石（豹皮状灰岩）、核形石（豆状灰岩、核形石灰岩）、条纹石（条带状灰岩）、竹叶青（竹叶状灰岩）、石花石（生物岩石）、墨玉（深灰色灰岩）等。矿体分别赋存于古生界寒武系，下元古界嵩山界群五指岭组和奥陶系下马家沟组，其赋存状态为层状。豹皮状灰岩产于朱砂洞组上部，平均厚24.50m，分布广，层位稳定，岩石呈微晶结构，块状构造。主要矿物成分为：方解石 60%左右，白云石35%。另有少量深灰黑色层状灰岩裸露地表，易于开采，硬度小，易于加工，矿层厚度大，呈层状分布，比较稳定，节理一般来说不发育，取材率和成材率较高，可以作为装饰板材开采，虽颜色仅有灰黑一种，但磨光面成均匀黑色，庄严大方，故称之为“墨玉”。二、白云岩以白云石为主要组分的碳酸盐岩叫白云岩。冶金工业中白云岩用作耐火材料和熔剂，白云岩还可制作含镁水泥，化学工业中用以制造硫酸和含水碳酸镁，橡胶、制药、玻璃、陶瓷、化肥等工业中也有应用，其工业要求随用途不同而异。区内白云岩矿产资源比较丰富。白云岩主要赋存于下元古界嵩山群五指岭组和花峪组，寒武系张夏组上段，崮山组和三山子组等层位中。 下元古界嵩山群五指岭组中的白云岩矿层多呈透镜状、似层状夹于绢云石英片岩中，为灰白色中厚层状白云岩，细晶结构，块状构造，主要矿物为白云石，含量97%以上，另有白云母、石英、方解石、磁铁矿等。下元古界嵩山群花峪组中的白云岩，呈层状或似层状分布，灰白色中厚层状，具粒状变晶结构，致密块状，主要矿物成分白云石含量95%以上，另有方解石、石英、磁铁矿等。寒武系张夏组上段白云岩矿层，呈层状分布，灰白色中厚层状，风化后呈暗灰色，糖粒状（灰色状），具细晶结构，致密块状构造，主要矿物成分为白云石，含量达97%以上，有时可达99%，另有少量的方解石、磁铁矿、黄铁矿等，此区的主要白云岩矿层厚度大，层位稳定，矿层结构简单，矿石质量好。寒武系崮山组、三山子组白云岩，为灰白色中厚层含燧石团块或条带白云岩，呈层状分布，具细晶结构，块状构造，主要矿物为白云石，另有硅质（石英）、方解石、磁铁矿等，硅质分布不均。此层中的重要特征是含不均匀的燧石团块或条带较多，即含硅质较高。区内以寒武系中统张夏组上段白云岩最好，矿床规模大，层位稳定，矿石质量好，储量在2亿t以上，具有较大的工业价值，现以送表乡安庄白云岩为例说明。安庄白云岩：位于登封城南21km处，含矿层位为寒武系中统张夏组上段白云质灰岩、鲕状白云质灰岩、深灰色白云岩。矿体东西向展布，地表出露长约2200m，厚6080m，层位稳定，构造简单，可供露天开采。经河南省地矿局岩矿测试样中心分析，MgO含量21.08%，矿石质量好，有害元素Fe2O3、A12O3、SiO2等均较低，经河南轻金属研究所有关专家论证，属优质白云岩，在全国也是少见的，具有很高的工业价值。三 药用矿石药用矿石简称“药石”，是有一定医疗作用的岩石（岩石是多种矿物的集合体），嵩山药石（麦饭石）主要治痛疽发背，有保肚健胃，利尿化石，防病制癌作用；有促进血液循环，消除疲劳，舒心催眠的作用；有净化除臭保鲜的作用；有润肤美容养发护肤健美的作用；对生物有催生助长的作用。嵩山麦饭石主要产出来源有二：一种是花岗质片麻岩，岩体有新太古代北沟二长花岗片麻岩、会善寺二长花岗片麻岩以及吴家片麻状二长花岗岩；另一种是新太古代老羊沟变辉长闪长岩。有些资料中将新太古代二长花岗质片麻岩称作麦饭石，而将新太古代变辉长闪长岩称作嵩山药石。目前嵩山药石正在开采利用。嵩山麦饭石净化水质、除臭保鲜作用的大小与岩石风化程度有关，风化、半风化的岩石效果较好。第六章 地质发展史第一节 太古代本区为华北海槽南缘豫皖海槽区的一部分。石牌河时期，由于火山运动剧烈，使中酸性火山灰堆积，故石牌河组的原岩为基性火山岩夹中酸性火山岩及少量沉积岩，上部与郭家窑岩组整合接触；郭家窑期，沉积作用与火山作用相互交替，形成泥砂岩和中、基性熔岩及火山凝灰岩，且该层上部与老羊沟岩组整合接触。老羊沟期，本地区过渡为地槽型陆源碎屑沉积或正常浅海碎屑沉积。本区太古时期除了发生广泛的海底火山喷发，还存在基性及中酸性的岩浆侵入活动，形成多种岩浆岩。太古代末，嵩阳运动使登封群地层发生近东西向的