岩石由各种矿物组成,是组成地壳的主要物质。岩石中的矿物含量达到一定程度(工业品位),可用于工业开采,即为矿产,是蕴藏于地下的各种矿物的总称。它们有着共生的关系。
河北大地除去缺失上元古界的震旦系、古生界的奥陶系上统至石炭纪下统和新生界古近纪的古新统岩石之外,其余各系、各统的岩石都有分布。其中,上元古界、古生界地层岩性在柳江盆地最为典型,新生界地层岩性在阳原盆地保存最好,分别被列为国家级自然保护区。
河北的岩石主要由不同时代的岩浆岩、沉积岩和变质岩组成,其岩石的结构、构造性质、形成环境与过程与地质构造有密切关系。分布在坝上高原和西、北部山地。盆地、河谷及平原地区主要由第四纪松散物质组成(图1-11)。
图1-11 河北省及其周边地区岩性分布图
1.岩浆岩
岩浆岩又称火成岩,是由岩浆喷出地表或侵入地壳冷却凝固形成、有明显矿物晶体颗粒或气孔状构造的岩石。可分为未喷出地表、只侵入到地层中的侵入岩和已喷出地表的喷出岩(火山岩)两种,多生成于构造运动早期的地壳活跃期。
河北大地,早元古代以前的太古代,作为原岩的岩浆岩分布较多,表明地壳构造活动比较活跃。古生代岩浆岩、火山岩分布较少,表明地壳构造活动比较稳定。中生代岩浆岩密集上涌,火山岩频繁喷出,期次多,面积大,表明了大地构造的强烈活化。在新生代地层中,有分布面积较广的始新世繁峙火山岩,多次连续喷发、厚达400~500米的中新世汉诺坝玄武岩和第四纪面积较小、厚度较薄的火山岩,分别代表了喜马拉雅造山运动已走过的3个幕,并可看出古近纪构造活动的始动期、新近纪构造活动的激化期和第四纪以来的衰退期。
河北的岩浆岩,太古代、晚古生代、中生代和新生代都比较发育,出露面积约4.3万平方公里,占基岩总面积的34.04%。其中以中生代最为发育,侵入岩和火山岩的出露面积分别占其总面积的56.07%和81.14%。
(1)中生代岩浆岩期次多,面积大。其中:
火山岩出露面积达2万平方公里左右,火山沉积盆地达70余个,为多期次火山喷发的玄武岩、安山岩、粗安岩、英安岩、流纹岩和石英粗面岩,以及相应成分的火山碎屑岩。其中,早侏罗纪火山岩仅以小面积分布在承德、怀来和北京西山地区,中侏罗纪火山岩呈大面积分布在平泉、承德、丰宁、张家口、阳原一线以南和青龙、兴隆、北京、蔚县一线以北地区,晚侏罗纪火山岩的分布面积进一步扩大,向北直至省界,向南至遵化、昌平、阜平一线,早白垩纪火山岩的分布范围大为向北收缩,主要在河北省东北部的兴隆、承德、平泉一线以北和兴隆、丰宁、沽源一线以东地区。
岩浆岩
侵入岩主要为花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、石英二长岩、二长花岗岩,次为闪长岩类,还有少量石英正长岩、辉长岩等。其中,早侏罗世侵入岩大体沿燕山轴部隆起部位的兴隆—青龙一带分布。中侏罗世侵入岩,见于张家口、承德、平泉一线以南的赤城、怀柔、青龙一线,太行山的易县附近有少量分布。晚侏罗世是燕山旋回中岩浆侵入活动的高潮期,遍布全区各地质构造单元,平泉、兴隆、隆化、围场、丰宁、赤城、昌平、涿鹿、蔚县、涞源、阜平均有分布,南部的涉县和东部的秦皇岛、昌黎也有少量分布。早白垩纪侵入岩在北部崇礼、沽源和东北部的丰宁、承德、平泉、围场普遍分布。
(2)晚古生代岩浆岩仅发育在河北北部。其中:
火山岩出露于北部的康保、围场一线,近东西向延伸,主要为凝灰质板岩、凝灰质粉砂岩。
侵入岩包括基性、超基性岩组合——透辉岩、角闪石岩和少量蛇纹岩、蛇纹石化纯橄岩、辉长岩、正长岩等和花岗质岩石组合——闪长岩或石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩和石英正长岩等,集中分布在张家口、承德一线以北的广大地区。
(3)新生代火山岩亦较发育,均属玄武岩类。其中:
大面积出露的中新世汉诺坝玄武岩主要分布在张家口、围场一线以北,岩层厚近400米,面积达4000平方公里,不整合的覆盖在晚白垩系及前白垩纪地层之上,构成了坝上高原的主体。
另外,还有早、中、晚更新世火山岩,大面积埋藏在平原地层中,只少部分出露在地表。
2.沉积岩
沉积岩是由河流、湖泊、海洋和风力等外营力侵蚀、搬运、堆积形成,具有层理、富含化石的岩石。其中分选、磨圆差的粗碎屑物质堆积多生成于构造运动早期的地壳活跃期,代表着陆相沉积环境。其中的磨拉斯建造,更是地壳激烈活动的产物;而分选、磨圆好的细碎屑物质堆积多生成于构造运动晚期的地壳稳定期,代表着海洋—湖沼相沉积环境。河北平原新生代地层中的古近纪、新近纪地层,均是下部以河流相粗碎屑物质堆积为主,上部以河湖相细碎屑物质堆积为主(二元沉积结构),构成了两组大的沉积旋回,分别与喜马拉雅构造旋回中的第一、二幕对应。第四纪地层中有4个二元沉积结构,表明喜马拉雅构造旋回中的第三幕已走过了4个亚幕。
沉积岩
沉积物的沉积结构(包括粒度成分、颗粒形态与排列等),沉积构造(包括层面构造、层理等)、矿物与颜色特征、生物特征、物理—化学特征等,都与构造环境、沉积环境有关。
沉积岩主要由中元古界以来的各地质时期形成,包括各种未变质的砾岩、砂岩等碎屑岩、黏土岩、灰岩,以及轻微变质的石英砂岩、白云岩、白云质灰岩、泥灰岩、板岩、页岩等。主要为河流相、湖泊相、沼泽相、海洋相,在河北大地普遍分布。
(1)中、上元古界的长城系、蓟县系、青白口系、震旦系,多为未变质或轻微变质的滨海—浅海相富镁碳酸盐岩及碎屑岩、黏土岩,组成了华北地台沉积盖层的底部,位于太行大背斜和燕山大背斜的两翼。因岩石比较坚硬,多构成太行山、燕山的主脊,如太行山中段北起自鹿泉,向南经苍岩山、嶂石岩、浆水、列江,向东经庙上,向东北经水磨头、至张安北消失,再向北自临城西出露,经赞皇向西北至鹿泉,围绕赞皇大背斜外圈分布;太行山北段起自曲阳,向西北经歇马、岭西、狼牙山、易县,直达拒马河两岸。燕山背斜南翼西起自密云,向东经蓟县、玉田、火石营,再向东过滦河后的冷口、三岔口、杨杖子一带;北翼西起自密云,向东经墙子路、兴隆、半壁山,向东北经棒锤崖、宽城、郭杖子。在北京的军都山地区也有大面积分布。
太行山沉积岩
(2)下古生界的寒武—奥陶系为海相碳酸盐系堆积,主要由各种未变质的灰岩和浅变质的白云岩、白云质灰岩、泥灰岩等组成,覆盖在中、上元古界之上,主要分布在北京、阳原一线以南地区。如太行山中段南端的涉县、武安、峰峰间和北端的鹿泉、平山、东西坪、测鱼之间,以及蔚县南部山地大面积出露。在六棱山也有小面积出露。在北京西山北东向的向斜两翼呈条带状分布。
(3)上古生界的石炭—二叠系主要为海陆交互相的碎屑岩、灰岩夹煤层,分布在向斜轴部或坳陷盆地内,河北省内出露地点较少,仅在北京西山向斜两翼、山麓地区和太行山地临城、武安、峰峰一带小面积分布。
(4)中生代三叠系是一套陆相沉积岩系,主要是河流相红色砂泥岩,仅在燕山北麓的承德县城至平泉间呈北东—南西向的条带状分布。在峰峰、临城、内丘、下花园等地仅有零星分布。
(5)中生代白垩系上统的南天门群为一套以巨厚层砂砾岩为主的河流相红色岩系,主要分布在张家口、万全一带,在阳原、蔚县地区亦有零星出露。
(6)新生界古近纪始—渐新统厚达数百米的河湖相砾岩、砂岩、黏土岩为主夹数层褐煤及生物灰岩、泥灰岩薄层,分布在太行山山前地区(如北京长辛店)和断陷盆地(如涞源盆地、灵山盆地、曲阳盆地)内,同期异相的九龙口组——砾岩、砂岩、黏土岩在岳城、九龙口等地有零星分布。始—渐新统下部的白色砂砾岩和上部的白色泥灰岩与棕红色黏土岩互层的河湖相物质在阳原熊耳山山间盆地(将军庙盆地)内仍有保存,是新生代有剖面出露的最老的湖相层。该湖相层在坝上的张北地区厚达近200米,埋于地下数米之下,仅个别冲沟内有局部出露。
(7)新生界新近纪中、上新统红色黏土——“三趾马红土”由下部深红色含角砾、钙核的黏土层和上部夹砂砾石透镜体的红色黏土层组成,分布在坝上高原的尚义、康保、张北和围场北部,怀来、阳原、蔚县盆地内,以及北京周口店地区。燕山南麓也有零星分布。
(8)第四系主要为砂砾石、中细砂、粉砂、亚砂土、亚黏土、黏土和亚砂土、亚黏土互层沉积、风成沙地与黄土,统称为松散物质堆积。
砂砾石、中细砂主要分布在山区小河流的出山口地区和河流谷地内第四、三、二、一级阶地的下半部,以及山前洪积扇的下半部,如以迁安为顶点的滦河洪积扇、以石景山为顶点的永定河洪积扇、以黄壁庄为顶点的滹沱河洪积扇、以岳城为顶点的漳河洪积扇。个别的平原河谷内,如山海关的大石河以及山区河谷底部的河床内和低河漫滩上也有分布。
中细砂、粉砂主要分布在平原河流冲积扇的下半部,如以滦县为顶点的滦河冲积扇—三角洲、以大兴为顶点的永定河冲积扇、以藁城为顶点的滹沱河冲积扇、以丰乐为顶点的漳河冲积扇。
三趾马红土层,外表风化疏松,里层非常坚硬
粉砂、亚砂土主要分布在第四、三、二、一级阶地和冲积扇的上半部、泛滥平原的古河道高地上,以及滨海古三角洲上,如孟村黄河古三角洲。
黑色、黑灰色,块状结构的亚黏土、黏土主要分布在扇间洼地、扇缘洼地和泛滥平原的古河间洼地中,为湖相、沼泽相沉积,如扇间洼地的宁晋泊—大陆泽、文安洼—白洋淀,扇缘洼地的延芳淀、雍奴薮、五千淀、武强渊、广博池等,古河间洼地的李彪淀、泽薮、大狼淀、清渊等。滨海平原地区则是潟湖相亚黏土沉积,如七里海潟湖、南大港潟湖、盐山城关潟湖、卸楼潟湖、明泊洼潟湖等。
亚砂土、亚黏主互层沉积为湖泊沉积。其中,黄色、绿色水平层理相间的湖相层主要分布在怀来、阳原、蔚县盆地内;灰色、黄灰色水平层理相间的湖相层主要分布在滦河及其支流——青龙河、伊逊河、蚁蚂吐河等河流的第二级阶地上。
风成沙地或沙丘主要分布在坝上高原沽源县、围场县的北部。在泛滥平原的决口扇和沙质古河道高地上也有分布,如大名县卫河以东的黄河三角店决口扇和古河道,广宗、平乡的漳河古河道,北京大兴的永定河古河道等。山地河流两侧第二、第三级阶地的迎风坡上,乃至第三级阶地面上均有少量分布,如洋河在宣化黄羊滩,妫水河在怀来盆地南侧的第三级湖积台地上,伊逊河在围场—棋盘山段谷地内。在滨海平原也有分布,其中最典型的是昌黎黄金海岸。
黄土有原生黄土和次生黄土之分。原生黄土为风成黄土,主要分布在第二级阶地的中部,第三、四级阶地的上部,唐县期夷平面上有较厚层分布。甸子梁期夷平面上有薄层分布。在山地西北的迎风坡上呈披覆式分布。次生黄土属河流搬运的黄土,分布在河流第二级阶地和山前洪和扇的上部,以及第一级阶地的上部。
3.变质岩
变质岩是构造运动激烈时,火山熔岩的热液作用使原岩发生变质形成。其中有富含丰富金属矿的片麻岩、大理岩等,为深变质岩。白云岩、石英砂岩等是只经过轻微变质的浅变质岩。它说明了火山—热液作用的激烈程度与强度。
变质岩种种:(左起片麻岩、白云岩、石英砂岩等)
太古界迁西群上亚群主要为斜长角闪岩夹斜长变粒岩、黑云斜长片麻岩夹斜长角闪岩、变粒岩和磁铁石英岩,其原岩为火山岩—凝灰质半黏土岩—含铁硅质岩建造,构成了一个完整的火山—沉积旋回。五台群的黑云变粒岩—片岩—斜长角闪岩—大理岩—磁铁石英岩建造,原岩应为中基性火山岩—中酸性火山碎屑岩—陆源碎屑岩—碳酸盐岩—含铁硅质岩,其沉积环境应是阜平群古陆核边缘的坳陷带,表明构造环境的活动性较大,可能具有裂谷性质。变质岩有深变质岩和浅变质岩之分。
(1)深变质岩。深变质岩有麻粒岩类、斜长角闪岩类、片麻岩类、变粒岩—浅粒岩类、磁铁石英岩类、大理岩类和片岩类,因为主要是太古界岩石变质形成,所以分布地点与太古界地点一致,如燕山大背斜的遵化、迁西、青龙、宽城、兴隆区域内和秦皇岛以北的庙沟、龙王庙地区,阜平大背斜的川里、平阳、口头、慈峪、岗南一线以西至省界的广大地区,赞皇大背斜的许亭、石家栏、浆水、水磨头、张安北、临城、赞皇区间。另外,在赤城—崇礼一线和丰宁—隆化一线以及承德市北部、平泉县西北部也有大面积分布。
迁西县太平寨麻粒岩——地球上最古老的岩石,已有36.7亿年。
麻粒岩是一种在高温和较高压力的情况下形成的区域变质岩石,常具粒状变晶结构和略具片麻状构造。中国最古老的岩石,是河北省东部、滦河流域迁西县太平寨的麻粒岩,年龄为36亿年左右。
(2)浅变质岩。浅变质岩主要为低绿片岩相的砾岩、砂岩、板岩、千枚岩和基性火山岩,基本上还保留着沉积岩的特点,为下元古界太行山区的甘陶河群、东焦群和冀东的朱杖子群的上部。主要分布在太行山中段的鹿泉、苍岩山、嶂石岩一带,在燕山东段的朱杖子和炸栏杖子也有少量分布。
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