册田水库钓点读音

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第二部分 大同地区地貌实习
第二部分 大同地区地貌实习
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    第二部分 大同地区地貌实习
    大同盆地位于山西省北部,东经113°15※—114°,北纬39°30※-40°30※,其范围包括山西省大同市及雁北地区的阳高县、天镇县、大同县、浑源县、怀仁县、应县、山阴县和朔县的一部分(彩图1)。
    区内一级地貌单元为山地和平原,次一级的有夷平面、坡积裾、冲洪积扇、阶地、河流、地堑、地垒、火山、熔岩流垅岗等。既有构造地貌类型,又有气候地貌现象(图2.1)。
    新生代沉积则有残积、坡积、冲积、洪积、湖积、风积、火山堆积、重力堆积等。
    图2.1大同-阳原盆地地貌略图
    该区域范围不大,地貌类型较多,地质现象清楚,结构特征典型,容易辨认掌握,很适合进行本科低年级学生的教学实习。
    一、大同地区概况
    1.地理位置
    实习区位于大同盆地东北部,大部分地区海拔高程米,主要为大同县所辖。县城(西坪)南侧有大(同)-秦(皇岛)线铁路及主干公路通过,往东距北京384km(车程4.5小时);往西距大同市21km(车程0.《无》《错》小说 m.quledu.com5小时);往南距恒山80km(车程1.5小时)。从西坪到各主要实习点,车程平均1小时左右,交通十分方便(图2.2)。
    图2.2大同实习区交通位置图
    2.山川形势
    山西地区分布有一系列ne向或近ne向构造隆起和盆地,由南往北,依次分布有大同盆地、恒山断块山地、忻定盆地、阳曲拱起、太原盆地、灵石高地、临汾盆地、峨嵋地垒和运城盆地,故称山西地堑系(图2.3)。
    图2.3山西地堑系分布图
    大同盆地三面环山,属新生代断陷盆地。北面有ne走向的采凉山(2145m)、丰稔山(1483m)和熊耳山(2035m);西面有nne走向的口泉山(1714m)、洪涛山(1947m)和管涔山(2603m);南面有近ew走向的恒山(2017m)和小五台山(2882m)。在山地与盆地之间有断层相隔。盆地东面敞开,与河北省的阳原盆地相连。
    桑干河发源于盆地西南侧的管涔山,由西向东贯穿整个大同盆地(图2.4)。
    图2.4大同盆地卫星影象图
    3.地质背景
    大同盆地是山西地堑系中最北端的一个断陷盆地,构造上属于祁吕贺山字型构造前弧东翼的反射弧部位(图2.5-2.7)。
    图2.5祁吕贺山字型构造素描图
    图2.6祁吕贺山字型构造形迹图
    图2.7祁吕贺山字型构造受力模拟图
    中生代,本区受燕山运动的影响,在nw-se方向的主压应力作用下,形成轴向为nesw走向的背斜山脉和向斜盆地,大同盆地所处位置正是其中的背斜部位。进入新生代,华北地区应力场发生了转变,大同盆地地区的主压应力变为ne-sw方向。随着应力方向的转变,发生大面积的断陷,形成由正断层围限的断陷盆地。
    本地区出露最老的地层当属太古界桑干群花岗片麻岩,一般变质较深,主要是黑云母片麻岩、角闪石片麻岩和辉石片麻岩,它们被大片肉红色伟晶岩贯穿,局部有石英岩脉、辉绿岩墙x入。片麻岩组成了小北山的主体,在南山山地仅见于大王庄以西和团堡、南徐庄等地。震旦系地层大部分分布在南山石门峪一带,以不整合关系覆于桑干片麻岩之上,底部为1米多厚的石英砂岩,上部为浅灰色或粉红色厚层灰岩。
    古生界寒武系地层主要是砂岩、灰岩和页岩。主要分布在南部山地的中心部位。奥陶系、石炭系和二迭系陆相地层出露在本区以西,有页岩、砂岩、泥灰岩和砾岩,并且含有大量煤系。本区中生界地层缺失,反映了本区古生代以海相沉积为主,后期抬升,中生代以剥蚀为主的演化过程。
    新生代受喜马拉雅运动影响,本区断裂下陷,大同盆地形成,并接受了厚逾千米的新生代沉积。根据物探资料揭示,盆地沉降中心在六棱山前,盆地内新生界地层的最大厚度可达3500米(图2.8-2.9)。
    图2.8大同-阳原盆地发育图示
    图2.9大同实习区地层综合剖面图
    4.自然地理概况
    本区属半干旱季风气候区,冬季受蒙古高压控制,气候寒冷干燥,1月份平均温度10°c左右,夏季受海洋气团影响,气候温暖湿润,7月份平均温度24°c左右,年降水450mm左右,多集中于七八月份,年蒸发量强烈,可达800-1000mm。
    本区植被属温带干草原,地带性土壤为淡栗钙土,表层有机质积累明显,含量1.5-2,30cm深度可见明显的碳酸钙淀积层,在盆地中低洼的地方出现明显的土壤碱化现象并形成苏打盐土。
    5.历史沿革
    大同是我国古文明发祥地之一。早在10万年前的旧石器时代,人类祖先就在这里繁衍生息,留下了青磁窑、许家窑等文化遗址。在很长一段历史时期里,大同一直是我国北方政治、军事、经济和文化的中心(表2.1)。
    表2.1大同历史沿革
    朝代
    沿革
    古迹
    明
    大同府,为九边之一“宣(化)大(同)镇”
    建九龙壁
    金
    西京路大同府
    辽
    重熙十三年(1044年)改为西京,升大同府
    建华严寺(清宁八年,1062年)
    后唐
    清泰三年(936年)割入契丹
    唐
    称云州,后改为云州郡
    北魏
    天兴元年(398年)迁都平城(今大同市)
    和平初年开凿云冈石窟
    秦汉
    大部分属雁门郡,少部分属代郡
    保留有大批的城址、墓葬和遗迹
    战国
    属赵国雁门郡所辖,始设行政管理
    公元前300年建城
    春秋
    林胡、楼烦游牧部落居住
    二、大同地区主要实习路线
    大同盆地东西长约150km,南北宽约60km,地貌单元多以东西方向呈条带状分布。如果选择南北方向布线,距离最短,工作量最小,遇到的地貌单元也最齐全,可以达到事半功倍的理想目的。为此,我们设计了以下8条观察路线。每条路线的实习需时一天。
    路线1:许堡——肖家窑头山——肖家窑头村——西水地——大跌水
    重点:剖析火山、了解区域地貌概况
    路线2:许堡东大沟水库土坝——东大沟沟口
    重点:了解实习区北部平原物质组构和演化史
    路线3:瓜园——沙板梁微波站——红泥沟
    重点:了解地垒结构、相关沉积和构造三者之间的关系
    路线4:小北庄——黑山东南沟——山自皂
    重点:对比黑山与肖家窑头山,了解盆地北部平原结构及陆源堆积特征
    路线5:小站——云冈
    重点:了解古湖、十里河与人类活动的关系
    路线6:贵仁——桑干河河曲段——册田水库
    重点:了解平原区流水地貌特征与结构
    路线7:秋林沟——沟口跌水——破屋——半坡火山
    重点:了解南山山前地貌结构与物质组构
    路线8:西浮头——东疙瘩铺——恒山
    重点:大路线调查训练,对比2个盆地
    三、大同地区主要实习内容
    路线1:许堡-肖家窑头山-肖家窑头村-西水地-大跌水
    目的:肖家窑头山位于西坪东约10km,在平原之上一山突起,系实习区中部一制高点,是俯览四周掌握全区地貌格局的一个良好位置。该路线露头清晰,层位关系明确,作一东西向剖面,可以剖析肖家窑头火山的组成结构,了解它的喷发过程和环境演变。
    观察点1:许堡村东200米,公路北侧
    1)定点。
    学习野外利用地形图和地物标志定点的基本方法(注意地形图的出版年代、比例尺和经纬网坐标方位)。学习罗盘的使用方法,特别是平面方位角和立面坡度角(倾角)的测量。教师可适当介绍大地测量的基本概念,例如:前方交汇、后方交汇、三角坐标系等。由于供教学使用的罗盘、地形图的磁偏角误差和野外测量条件所限,测量不必要求精确,主要是方法学习和训练(参见附录3、附录4)。
    2)作综合剖面图。
    肖家窑头山是一座中心喷发型基性玄武岩火山,山坡西缓东陡。西坡下段坡度3-4°,坡长800m,主要由致密块状的黑色熔岩流组成;中段较陡,坡度7-8°,坡长300m,主要由岩浆胶结后破碎的红褐色火山集块岩组成;上段稍缓,坡度5-6°,坡长200m,主要由火山喷发碎屑物组成。东坡坡度7°左右,坡长600m,组成物质主要是火山弹、火山砾、火山渣、火山砂和火山灰。显然,山坡的形态与堆积物的天然坡止角有关。
    勾绘肖家窑头山地形轮廓,开始作肖家窑头山东西向剖面图。注意沿途随时添加剖面内容。
    观察点2:许堡村东支沟中上游段,玄武岩出**
    1)观察沟谷形态。
    支沟中部玄武岩流出露,形成地方侵蚀基准。由于支沟规模较小,视野遍及,便于现场讲解河流发育,例如:平衡剖面、朔源侵蚀、裂点后退、河槽摆动、凹蚀凸淤、横向环流、交错层理等。
    讨论支沟发育与玄武岩流的关系。
    2)作该点地层剖面图。
    沟壁出露中更新世湖相灰黄灰绿色砂粘土、粉砂土,有一定的分选,具水平层理,含少量水生环境的平卷螺化石,未见底。局部地段下部夹有灰黑色玄武岩层,呈透镜体状。上覆晚更新世的黄褐色棕褐色灰褐色土状堆积。
    由于细颗粒沉积物的粒径比较小,野外仅靠肉眼难以准确分级,但是,定性描述还是可以做得到的(表2.2)。
    注意剖面图表达方法。要有图名、方向、比例尺。
    3)观察玄武岩岩性特征。
    玄武岩新鲜断面颜色灰黑,质地坚硬,块状,多气孔,柱状节理发育。整体可分三部分:上部气孔密集,孔洞较大,有流动拉伸现象,前圆后尖,指示流动方向,充填后为杏仁构造;中部气孔稀疏;下部气孔小而多。玄武岩与下伏湖相层接触部位有大量渣状构造、烘烤现象。由于湖相层粘土相对阻水,地下水溢出。
    表2.2粘性土野外鉴别方法
    鉴别方法
    粘土
    亚粘土
    亚砂土
    干土性状
    天然块状
    坚硬,可画出明亮的细条痕
    易碎,可画出无光泽的粗条痕
    极易碎,画不出条痕
    手捻感觉
    滑腻,无颗粒感,染指明显
    有少量颗粒,染指现象轻微
    颗粒明显,不染指
    湿土性状
    黏着程度
    极粘,可搓成条,弯曲不断
    可搓成条,但弯曲易折
    不易成条且易断
    刀切表面
    平整,光滑
    少量颗粒,少量裂痕
    切面较粗糙
    观察点3:肖家窑头山顶
    1)观察大同盆地基本地貌格局。
    山顶相对高程约130m,上有一座土筑烽火台,它是明代边关与京城之间无数个中继站点之一。
    gps定位:n40°02′01.0″;e113°46′13.9″;h1119m。
    东望:地势宽平的洪冲积平原,与阳原盆地相通,有凤凰山、滩头火山等火山零星分布其上。平原面上南北向冲沟发育,反映了地壳的整体抬升和下切。最靠近的一条大冲沟称东大沟,在东大沟两侧的平原面上保留有数个汉代墓穴。
    南望:由花岗片麻岩、灰岩和白云岩组成的断块掀斜南山——六棱山(2375m),山体高大,山前断层沿线有较大规模的洪冲积扇群分布。桑干河由西往东流经盆地中南部,1958年拦河筑修建册田水库。
    西望:盆地中散布着金山、黑山、狼窝山等火山,山体大小不一,形态各异。它们的喷发时间和西坪附近的地垒一样,大都属于中晚更新世,可以想见当初此地新构造运动之活跃。
    北望:由花岗片麻岩组成的褶皱断块小北山——丰稔山(1483米),山势圆浑低平,山前坡积裾发育。实际上,此山只是大同盆地中部一条近东西向的隆起带,盆地真正的边界还要往北,在黑山一带可以看见。
    2)作地貌素描图。
    同学自由选择一个视野范围进行照相与素描,要求突出表现各种地貌单元(例如:断块山地、褶皱山地、冲洪积扇、坡积裾、坡积锥、平原、冲沟、火山、玄武岩垅岗、积水洼地等)的基本特征。
    照相的优点是简便、快速,并可全面记录影象特征(参见附录5)。
    野外照相使用135型相机比较适宜(数码相机也是不错的选择)。如有可能,应配备广角镜头和变焦镜头。在大多数情况下,标准镜头已能满足野外地貌调查的需要。野外照相一般使用自然光,胶片选用21d或感光速度更快些的胶片比较适宜。感光慢的胶片有时效果不好。拍摄照片时,要掌握好速度、光圈和焦距。光圈的大小与景深有关,野外拍摄地貌现象大多距离较远,使用光圈要尽量小些,以获得清晰的照片。(建议:一般使用光圈11;速度1/125秒)。拍照时的焦距一定要调准确,否则照片模糊不清,而且无法矫正。拍摄近距离地貌现象时,要放一个实物做比例尺。在高原地区拍摄照片要加防紫外线镜片,海滨地区要加黄色滤色镜,拍摄云彩和兰色天空也要用黄色滤色镜。
    每拍一张照片,都要及时记录编号、时间、光圈、速度及拍摄对象。拍完一卷胶片后要及时冲洗,以免放置时间过久造成冲洗后的照片颜色明显失真。
    地貌素描也是记录野外调查资料的一种重要手段,即使在照相技术、计算机制图技术已经十分成熟的今天,仍然有其独特的表现力(参见附录6)。
    一幅成功的素描图,不仅仅是地质现象的真实记录,而且是制图者加工提炼后的艺术再现。它是利用或者说是借助人们的视差感觉,表现立体空间相互关系的一种记录手法。它具有重点突出(不像照片不加选择,“全盘通吃”)、视角灵活(制图者可“上天”、“入地”,对同一对象从不同角度作出“俯视”、“仰视”、“侧视”、“透视”,以满足制图者不同的表现需要)、没有时限(可展现不同时期、不同阶段的地质环境)、去芜存菁(略去无谓的干扰部分,突出强调内部结构和有选择性的表现内容)等特点。
    绘制素描图的基本要点是把握住“视平线”和“消失点”。要注意物体远小近大,线条远疏近密,色调远淡近浓,景物远虚近实,形态远略近详的一般规律。素描的步骤是先勾出素描对象的大体轮廓,以控制各部位的比例和角度,不致严重失真。然后再进行细致加工。地貌素描是为了表现地貌现象,以简洁为佳,不必用大量线条修饰,这样也可以节省时间。初学者可以从线条简单、立体感强的对象入手,加以时日练习,掌握素描基本表现方法并不象想象的那么困难。
    素描完成后,要写好图名,注明日期、地点、方向等。
    素描是地貌调查中的重要补充手段。照相虽然能够全面记录地貌形态,但也会把不需要的景物拍摄进去。另外,一些重要的地貌现象、层位界线、接触关系等在照片上表现可能不清楚。素描可以有所取舍,并且有意识地强调某些地貌现象,达到照片所无法表现的效果。出版过程中,照片的制版、印刷都比素描复杂,所以素描仍是地貌调查中常用的方法(图2.10)。
    图2.10鸟瞰肖家窑头山及东大沟
    观察点4:肖家窑头山东支沟
    1)沟头,观察火山喷发堆积剖面。
    该剖面颜色褐红锈红暗红,由火山砾、火山砂、火山渣等岩浆喷发碎屑物组成,粗细互层,形成多个正韵律旋回。
    火山喷发物质的堆积范围、层序、层厚、粒级与颜色,反映了该火山的喷发时间、环境、性质、频率、强度与规模。剖面观察与周边地貌调查的重要性,由此可见一斑。
    2)沿沟而下,观察火山弹(图2.11)、火山灰、火山熔岩(图2.12)和河湖相砂砾石层之特点以及它们之间的叠置关系。
    沿途注意观察和了解肖家窑头火山最后阶段的喷发环境,学习恢复古环境的工作方法与思路。
    图2.11火山弹
    图2.12火山熔岩(镜下)
    观察点5:肖家窑头村西,火山东支沟沟口
    1)观察肖家窑头村的地质地貌条件。
    了解居民点的选址与玄武岩、地下水、交通等的关系。人类定居首先要解决吃水问题,然后才能放牧、种植。有了居所,才有可能发展成为村庄、城镇,然后才有交通、公路甚至铁路。显然,水、土、气候三要素是农业经济的发展基础。
    2)观察肖家窑头村民间古建筑。
    由于独特的地理区位,当地自古就是兵家必争之地,许多地名与之有关。例如:据新华字典介绍,“铺”有3层意思;①商店、店铺、杂货店;②床、床铺、通铺、搭铺、卧铺;③旧时驿站。“堡”有3个读音:①音保,如:堡垒;②音补,指有城墙的村镇,多用于地名,如:神泉堡;③音铺,地名用字,如:十里堡。“灶”:用砖土垒砌的生火做饭设备。在当地,堡,多为明代驻军之地;皂(造、灶),为骑兵炊饮之所;山西等地常见的所谓“土围子”,也和当时的政治、经济、军事、文化背景有关。
    3)完成肖家窑头山地层剖面图。
    观察点6:大秦铁路南侧150米,西水地
    1)观察古代文化遗址。
    残垣与俯手可拾的碎瓦(图2.13)证明,此处是一古代文化遗址。据史料(县志、汉墓、瓦片绳纹构造)记载,此乃汉代(公元前206年-公元220年)平邑县所在。
    2)根据当地环境(火山、冲沟、湿地等),讨论遗址建立与废弃的原因。
    图2.13汉瓦上的绳纹构造
    观察点7:西水地东北300m,大跌水
    1)作跌水剖面图
    跌水位于一宽浅河道中,由穿插在湖相粘土粉砂层中的玄武岩流组成。与下伏湖相层接触带有烘烤层(tl断代,距今15万年)和泉水溢出。
    讨论跌水成因。观察周边潜水溢出带、溯源侵蚀、玄武岩柱状节理、玄武岩中的气孔拉伸现象,讨论岩浆的流向、时代和环境。
    2)观察砂楔结构及其分布层位。
    砂楔(图2.14)是由地表冻胀裂隙填充砂体之后形成的一种冰缘地貌,它的出现代表了大区域范围内,曾出现过明显的低温气候环境。湖相层顶部曾发现有十数条砂楔,楔体上宽下窄,宽约6-8cm,长(深)约1-1.5m,在地表组成规则的正六边形,直径2.4m,楔体填满中、细砂,时代距今2.6±0.2万年(tl断代)。楔体明显经受过冻胀挤压,四周水平的湖相层被挤压且变形翘起,表明在2.6万年之后,当地气候曾有一度明显转冷期。
    区域对比研究表明,本区晚更新世晚期(距今《2.7万年)至少有过3次寒冷期(冰缘期)。第一个寒冷期(大型冰卷泥和大型砂楔形成时期)相当于华北晚更新世第二寒冷期里的第一亚冰缘期(距今2.51.2万年),第二寒冷期(小型砂楔形成时期)相当于华北晚更新世第二寒冷期里的第二亚冰缘期(距今1.00.8万年),第三寒冷期(冰核丘形成时期)则相当于华北全新世小冰缘期(距今年)。
    图2.14砂楔剖面与平面示意图
    思考题:
    1.肖家窑头山的岩性组构对山地形态的影响。
    2.肖家窑头火山活动的特点和环境。
    3.火山活动与人居环境的关系。
    4.玄武岩流的成因及其与安山岩的差异。
    5.从山地到河谷,地貌格局有何变化规律。
    路线2:许堡东大沟水库土坝-东大沟沟口
    目的:东大沟位于许堡村东(距西坪约10km),是一条较大的南北向冲沟,第四纪沉积物沿两侧沟壁广泛出露,有湖泊沉积、河流沉积、入湖三角洲沉积和黄土堆积等。据此,可以了解地层与时代的关系、了解平原地貌的形成过程与发展。
    观察点1:许堡东大沟土坝,距沟口公路桥涵约3km
    1)定位。
    在土坝上借助肖家窑头山等地物用交汇法在地形图上进行定点训练。
    gps定位:n40°02′47.7″;e113°46′28.7″;h1078m。
    2)观察小北山。
    小北山位于桑干河背斜轴部,由花岗片麻岩和上覆的灰岩组成,属新生代褶皱断块山地,山顶保留有唐县期甚至更老的夷平面,证明盆地形成之初(n2时期),本地区广泛接受剥蚀堆积,经历了大范围的准夷平过程。山前坡积裾、黄土堆积和冲洪积平原则是盆地形成之后的地貌景观。注意它们的分布规律和相互关系。
    3)观察土坝周边地貌形态。
    土坝北侧沟谷中出露的地层主要由次生黄土和洪积砂砾石组成,属山前洪积扇的前缘。
    在地形图上根据等高线圈定山前洪积扇的范围。了解山前洪积扇前缘的沉积结构。
    土坝为当地农民当年兴修水利而建。讨论土坝淤地作用及蓄水失败原因。
    观察点2:沿东大沟下行,土坝南约100m
    1)观察和描述沟谷东壁的地层剖面。
    该剖面上部为砂砾石层,属河流沉积,具二元结构。剖面上可见三个粗细变化的河流沉积旋回。
    剖面中部见白色粘土层夹灰色团块,属化学沉积。根据x衍射分析、差热分析、红外光谱分析、透射电镜分析、化学分析及碳氧同位素分析等多种方法的测试证明,白色主要由水菱镁矿【mg5(co3)4oh·4h2o】组成,mgo占37.12%,cao仅占8.02%;灰色团块主要是文石,它的mgo占13.48%,cao占20.94%,而且sio2、al2o3都大大高于水菱镁矿。据分析,文石团块是被裹挟进去的早期沉积物。一般认为,当湖水的mg/ca值为3-4,ph值近8.4时,文石开始析出;当mg/ca值上升到20-30,ph值接近9.1时,水菱镁矿开始析出。湖泊中出现水菱镁矿沉积,表明湖水趋于咸化。微量元素和氧同位素分析也证明水菱镁矿形成于咸水环境(表2.3)。
    在现代的湖滨地带发现,此类矿物的出现与干燥气候条件下的强烈蒸发作用有关。因此可以推测,当地水菱镁矿沉积时期(14c断代,距今2.3-2.6万年),当时的气候状况与现今内蒙古吉兰泰湖地区相同,属半荒漠-荒漠气候,年均温8℃,年降水量150250mm。这种情况与现今大同盆地相比,年均温比现在要低些,年降水量比现在要少约150250mm左右。
    剖面下部为粉细砂层,属入湖三角洲或冲积扇沉积。三角洲是河流入海或湖的泥沙堆积体,其形成与河流的径流量、输沙量、泥沙粒级、咸淡水相对密度、蓄水盆地的营造动力性质及水下地形有关。
    2)观察和描述水菱镁矿的扰曲现象。
    前人的研究和分析认为,扰曲的原因是未成岩的水菱镁矿在冰缘气候条件下由于冻融作用发生挤压揉皱的结果。同类冰缘地貌现象在东面的虎头梁、红崖、许家堡等地也均有发现。根据区域对比,当时是全球性气候最冷期(玉木早冰期距今4万年,玉木主冰期距今1.51.1万年,2次冰期之间是间冰期)。
    3)根据剖面分析环境演化的过程。
    4)根据观察点1和观察点2的对比,确定古湖泊岸线位置。
    表2.3水菱镁矿微量元素和氧同位素分析
    地球化学指标
    判别值
    测试值
    淡水型
    咸水型
    文石
    水菱镁矿
    mg/ca
    低
    高
    0.54
    3.91
    sr/ba
    《1
    》1
    3.74
    6.54
    sr100/ca
    》1
    《1
    1.03
    0.84
    v/zr
    0.12-0.4
    0.25-4
    0.73
    1.68
    b/ca
    低
    高
    0.99
    4.22
    《120
    》120
    131
    136.5
    观察点3:观察点2南约300m,东大沟西侧一采石坑
    1)观察和描述沟谷西壁的地层剖面(由下往上,从老到新。表2.4)
    2)根据岩性组合、结构构造、化石等特征,讨论沉积物的成因和物质来源。
    3)利用观察点2和观察点3两个地层剖面,学习利用标志层进行剖面对比和连接。
    表2.4东大沟上游段西壁剖面描述
    层位
    岩性
    厚度
    岩性符号
    成分
    结构构造
    化石
    成因类型
    黄土及其底部砾石层
    灰白色粘土层
    紫灰色砂砾石层
    棕黄色粉砂质细砂层
    紫红色砂砾石层
    观察点4:观察点3南约100m,东大沟西壁
    1)对比观察点南北两侧沉积物的差别,观察水平相变的过程,分析变化的原因。注意寻找(螺)化石、锰结核(表2.5)。
    2)归纳河流入湖三角洲或冲积扇沉积物的识别标志。
    3)利用观察点1到观察点4之间地形高度和地层岩性的变化,学习做信手剖面。
    表2.5东大沟中游段西壁剖面描述
    沉积物特征
    观察点北侧
    观察点南侧
    岩性
    粒度
    层理类型
    沉积类型
    观察点5:观察点4东南约200m,东大沟东壁
    1)观察和描述湖泊沉积物的层理特征。注意钙板层的印和模。
    2)归纳浅湖相沉积物的识别标志。
    层理是沉积物的主要特征之一,是研究搬运介质、移动方向和恢复沉积环境的重要依据。例如:水平层理,形成于介质平静的湖心相或深海相的沉积环境中,反映了周期性的构造、物源、气候、搬运营力等振荡变化;波状层理,常见于大型的河漫滩、湖滨、海滨等浅水区粉砂层和细砂层中,波形大小与搬运营力强度有关;斜层理,多见于砂漠或河流沉积中,是砂丘或滨河床浅滩上砂波前移的结果;交错层理,系搬运介质流动方向频繁交替的产物,常见于风沙沉积、海滨沉积、湖泊沉积和三角洲沉积层中(图2.15)。
    沉积韵律也是沉积物的主要特征之一。由于地壳升降或气候交替等原因,沉积剖面在垂直方向上,可出现沉积颗粒的粒级、成分等的周期性重复现象。例如:正韵律——沉积剖面由下往上,沉积颗粒逐步由粗变细,证明当时该剖面出露地点一带的沉积环境水域加深或扩大。亦称水进韵律;反韵律——沉积颗粒在剖面上表现为,由下往上,由细变粗,说明该地点当时水退过程,沉积部位由湖心变为湖滨;连续韵律——由正、反两个部分组成的完整韵律,粒度变化由下往上是逐渐变细,再逐渐变粗。凡是沉降速度大于或等于堆积速度的地区,都会产生连续韵律,特别是在连续下陷的盆地中央,早期的沉积物不致因出露水面而受到侵蚀,从而连续接受沉积并保留下连续韵律。
    典型的河流沉积之沉积韵律属于正韵律,由河床相较粗的砾、砂,逐步变为漫滩相较细的粉砂、粘土;隔过一个侵蚀面,周而复始,形成新的旋迴。反韵律则常见于三角洲沉积中。
    图2.15砂波图
    观察点6:观察点5西南约100m,东大沟西壁
    1)利用皮尺进行地层剖面的实测练习(表2.6)。
    2)根据实测结果进行剖面的沉积韵律分析,了解当时湖泊环境的变化。
    表2.6实测剖面数据表
    皮尺数
    皮尺长度/m
    距离/m
    层位
    特征描述
    观察点7:观察点6东南约300m,东大沟东壁
    1)寻找断层的证据:地层延伸的不连续性、断层的断裂面等。
    2)观测断层的产状:主断裂面、派生断裂面等。
    3)判断断层的性质:断层的产状、地层的对比、断层擦痕等。
    4)推断断层的断距:标志地层的断距。
    5)确定断层活动的时代:断层与地层之间的关系。
    6)联系对比肖家窑冲沟近沟口处的断层。
    7)作断层剖面图。
    观察点8:观察点7东南约300m,东大沟东壁
    东大沟是北部平原一条比较大的冲沟,比较完整地揭示了盆地晚期的发育过程。冲沟的地表有现代地貌过程,可以清楚看到边滩、心滩、主槽、分叉等河型变化,适合“将今论古”,分析古湖的沉积环境;冲沟两壁地层出露清晰,可以看到河流、三角洲、湖滨等沉积相的变化,又可“以古证今”,讨论冲沟的发展规律与趋势。
    所谓“相”的概念,目前还没有统一的定义,但是,“它是某种沉积环境多因素的总体概括”已是共识。相,是个区域概念,要讲环境,讲分布,讲变化,讲规律,不宜仅凭单个剖面进行讨论。沉积相是指在一定构造背景下,某种特点自然环境的整体沉积类型与组合,它通过沉积结构、构造、岩性、粒度、颜色、矿物、化石和微量元素等要素,反映或指示古环境的沉积特征和演化,是根据现代沉积环境、室内模拟实验以及目前已知的沉积规律,对古代某一具体沉积环境所作的分析和解释。例如:从盆地边缘到中心,可依次出现山麓冲积相、河流相、三角洲相、湖滨相、浅湖相、深湖相。
    河流相的判别标志有:a.砂体在平面上呈宽窄不同的条带,剖面上呈透镜体状-带状;b.剖面具有2元结构,河床相的粗屑沉积与漫滩相的细屑沉积之间往往具有一个明显的冲刷面;c.沉积中常含有淡水生物化石,而无海相化石;d.常有****于气下形成的泥裂等层面构造和钙质结核;e.层理类型多,最具特征的是反映强水动力条件和单向水流的大型槽状交错层理、大型板状交错层理、平行层理、逆行砂波层理。
    三角洲相的判别标志有:a.沉积厚度大,常表现为一个海退相序,剖面由下往上,沉积颗粒由细变粗;b.平面上位于海(湖)岸地带,扇型砂体重迭;c.生物化石可有咸水、半咸水、淡水分子共生。
    湖泊相的判别标志有:a.深湖、浅湖、滨湖,平面分布有序;b.沉积颗粒以细屑为主;c.剖面上具旋迴性,常见细-粉砂、粘土互层,甚至有生物、化学沉积;d.每个旋迴厚度不大,与气候变化相应的水位变动所引起的湖水进退有关;e.沉积中含有特殊的淡水生物化石(如某些淡水鱼类、瓣鳃类、介形虫、藻类)。其它的特殊岩性(如生物灰岩、油页岩、碳质页岩等)、特殊矿物(某些粘土矿物)和地球化学指标(如sr/ba、b/ca比值)等,亦可作为判别湖泊沉积的辅助标志。
    完成东大沟信手剖面图(图2.16)。
    图2.16东大沟地质剖面图
    思考题:
    1.东大沟一带山前倾斜平原的特征和物质结构。
    2.河流入湖三角洲(或冲积扇)和浅湖沉积物的特征。
    3.依据什么判别当地古湖泊出现、发育、消亡前后的环境、时代和原因。
    路线3:瓜园-沙板梁微波站-红泥沟
    目的:沙板梁紧邻县城东边,为一北东向延伸的梁状丘陵,构造上为一地垒,梁顶出露基岩,两坡有晚新生代沉积分布。跨梁作一剖面,不仅可以清楚了解这一构造地貌,而且可以了解和认识夷平面及三趾马红土。
    观察点1:瓜园村西,大同-阳原公路北,沙板梁东南坡麓
    1)观察采沙坑陡壁上出露的沙板梁东南坡第四纪地层。
    2)观察沙板梁东坡外断层。
    l地形标志
    瓜园村一带,地形平坦,为冲积平原,瓜园村往西至本观察点,地形高起,为向东南倾斜的斜坡,即沙板梁东南坡,平地与斜坡之间的地形转折线大致呈北东向延伸,推测应有北东向断层通过。
    l构造形迹
    a.取水大井揭露的近东西向的第四纪地层剖面上可见两条相互平行、间距约2m的断层(断层产状140°※72°,图2.17)。
    b.断层面(线)两盘地层不连续,地层被明显错断。
    c.地层有拖曳变形现象。
    d.西坡上可见地层向西北掀斜的现象。
    3)根据地层剖面特征判断该断层的性质、规模和时代。
    4)开始作横切沙板梁的地貌第四纪剖面图。
    图2.17大井断层
    观察点2:沙板梁东南坡中部
    1)观察断层。
    a.地层标志:断层下盘上升,为太古代桑干片麻岩;上盘下降,为更新世晚期黄土和砂砾石层。
    b.构造标志:断层面和断层破碎带内岩石糜棱岩化。
    c.水文标志:地下水出露。
    2)测量断层产状。
    3)分析本断层与大井断层的关系。
    观察点3:沙板梁顶微波中转台旁
    gps定位:n40°02′15.4″;e113°37′42.5″;h1187m。
    1)观察大同火山群。
    由砂板梁向西北远望,盆地中分布着昊天寺山、牌楼山、金山、狼窝山、黑山、马蹄山等十余座火山,它们形成于中更新世晚期至晚更新世初期,是大同火山群的主体(图2.18)。
    2)观察沙板梁地垒。
    沙板梁由大沙板梁和小沙板梁组成。大沙板梁地势较高,由309国道路堑向东北直到马蹄山,大体呈北东向展布;小沙板梁地势较低,由309国道路堑向西直到陈庄,大体呈东西向延展。两者在309国道路堑处附近明显转折。
    3)素描火山。
    图2.18北望大同火山群
    观察点4:沙板梁西北坡上部
    1)观察沙板梁地垒西坡太古代片麻岩与上新世红土间的内断层。注意断层面上保留有大量突出的砾石,未被剪断。介绍断层压、张、扭的力学性质。
    为了说明构造应力的空间分布规律,通常采用“应变椭球体”来作几何图形的形象解释。
    根据固体力学研究和室内模拟实验发现,刚性岩体受到挤压时将产生3组破裂面。它们可能同时产生,但是往往只有一组表现最为发育。这种软弱结构面一经形成,岩体应力将急剧释放。在野外自然界的不同条件下,岩体可能沿着最为薄弱的破裂面产生移动,形成一条或一组断层。
    在垂直于主要挤压应力的方向上,会产生一组压性结构面,岩体沿此结构面产生破裂和移动时,主要形成压性断裂面ab,断裂面往往为舒缓波状,断裂带中破碎物质受到挤压,出现片理、压扁、透镜体等挤压定向排列现象,断层两侧由于挤压破碎,裂隙发育,为地下水运移和蓄积提供了有利的条件,不过由于结构面本身的挤压密实,断层带往往为封闭的阻水层;
    在与主要挤压应力方向呈450夹角的方向上,常形成两组剪切结构面ef和gh,亦称“x”形共轭节理面,在围压大体均等的情况小,岩体抗剪强度最小,最容易沿此两个结构面中更薄弱的一个面形成破裂,破裂面平直光滑,可以有很好的镜面、擦痕和阶步,有时也有碾压成细粉的糜棱岩化作用和糜棱岩出现,有时可以见到受压受热形成的重结晶应变矿物云母、滑石、绿泥石、绿帘石等;
    而在平行于主要挤压应力的方向上,会产生一组张性结构面cd,断裂面往往沿着两组共轭节理发育为锯齿状,保留有突出的砾石岩块,断裂带忽宽忽窄,填充有断层角砾,未胶结前是地下水的良好通道,胶结后常有岩脉充填(图2.19)。
    2)测量断层产状。
    3)素描断层。
    图2.19构造应力场的空间分布规律图示
    观察点5:沙板粱西北坡中部冲沟两岸
    1)观察沙板梁地垒西坡上新世红土与更新世黄土间的外断层。
    红土多分布在盆地边缘,成因类型不一。有些为洪冲积物,有些为湖相沉积经过氧化作用而成,山麓基岩出露的地方则发育了残积的红土风化壳,多为第三纪产物。在我国北方地区,这类红土中含有典型的三趾马动物群,故而统称三趾马红土。三趾马动物群代表了温暖的森林草原环境,而当地的三趾马红土则以深红色或红色砂质粘土为主,上部为钙质条带红土,厚10米;中部为棕红色、暗红色粉砂质红土,厚2米;下部为红白色钙质粘红土,比较致密坚硬,含有大量白色钙质结核,偶见铁锰结核,可见厚度3米。反映它是在强烈氧化环境中,由于高价铁的高度聚积而成,密集的钙质结核则反映了明显的季节性干燥气候。
    2)测量断层产状。
    3)素描断层。
    4)完成横切沙板梁的地貌第四纪剖面图。
    5)分析沙板梁的形成和演化历史。
    观察点6:马蹄山
    1)观察马蹄山地貌形态。
    马蹄山位于沙板梁东北端,火山锥恰好座落在沙板梁东侧的断层上。马蹄山属破火山口,火山口向东南开口,呈马蹄形。
    马蹄山附近的砂板梁顶出露有灰岩砾石层(厚5~6米)和硅化木。
    2)观察火山碎屑特征。
    山坡上散布各种形态的火山弹。火山弹多呈褐红色,浮石和火山砂多呈黑色。
    观察点7:马蹄山南沟
    1)观察马蹄山南沟沟头第四纪地层。
    剖面描述(由新到老):
    a)马兰黄土,中上部夹两薄层火山灰和火山碎屑层,底部有薄层底砾,厚约4米。
    b)离石黄土夹一层玄武岩层。玄武岩底部有一层砾石,玄武岩之上有一层火山灰层,中上部夹一层火山碎屑层。厚约10米。
    c)基岩。可能为灰色中性安山岩,其中有杏仁构造,出露厚度约2米。
    2)分析马蹄山喷发历史。
    据地层剖面(图2.20)分析,马蹄山的主要喷发时期为中更新世中晚期,其中以距今20万年左右的一次喷发规模最大,中更新世末期的一次喷发次之,晚更新世初期还有小规模活动。
    图2.20马蹄山南沟剖面图
    思考题:
    1.沙板梁地垒的构造形式。
    2.沙板梁地垒的地貌演化历史。
    3.马蹄山的成因与喷发历史。
    4.如何在野外判断新构造的性质。
    路线4:小北庄-黑山东南沟-山自皂
    目的:黑山相对高度大约120m,位于西坪西北约12km。山自皂(造)村位于大同盆地小北山的西端山麓,距西坪约11km。本路线可见到黄土地貌、古风化壳及晚更新世玄武岩流,观察内容包括两部分,其一为黑山结构及大同盆地北部的物质组成,其二为小北山的夷平面。
    观察点1:小北庄村西黄土沟壑
    1)远观黑山。
    黑山海拔高度1422m,是大同火山群西北部的一座火山,喷发环境为陆,火山堆积与黄土相接。
    2)观察玄武岩流与黄土的关系。
    冲沟中可以见到晚更新世的玄武岩流夹在马兰黄土中。
    3)观察黄土地貌。
    介绍黄土塬、梁、峁、台、坪,黄土披盖,黄土垂直节理,围椅状沟头,黄土湿陷性(图2.21)。根据地貌景观,分析黄土的潜蚀作用和工程危害。
    图2.21黑山黄土潜蚀与冲沟
    观察点2:黑山东南沟沟头
    1)观察黑山南沟沟头剖面。
    分析喷出物的层序,讨论火山碎屑与黄土的关系。
    2)对比肖家窑头火山:颜色、层厚、粒级、层理、磨圆、分选、形态和接触关系,讨论两地火山:喷发性质、环境、强度、频率、时代等区别。
    3)素描沟头地层剖面(参见附件6)。
    剖面描述(由老到新):
    ④灰黑色含火山砂粉砂,远离火山口处颜色变浅,为灰黄色粉砂,空隙多,松散,厚度2米。
    ③黑色火山碎屑,在剖面上向东南方向尖灭。最大厚度4米。根据颗粒大小,可以划分出多个由粗到细的沉积韵律。
    ②砂砾石层,具有水成层理。砾石成分多为片麻岩,偶见玄武岩砾石。砾石磨圆差,分选不好。厚20cm。
    ①微褐色粉砂,块状,厚度2m,未见底。
    观察点3:沿沟下行,距观察点2南约200m的沟谷底部
    1)观察地堑北边的断层。
    a)沟谷底部的片麻岩突然没入地下,出现厚层的黄土堆积。
    b)该地点片麻岩非常破碎,并强烈遭受风化。
    c)黄土坡上有串珠状的小冲沟发育。推测此地有一正断层通过,造成了北盘抬升,南盘下降。
    2)观察地堑南边的断层。
    沿沟下行100m,沟谷中再次出现片麻岩,厚层的黄土堆积与片麻岩直接接触。黄土与片麻岩接触处发育宽约5cm的断层泥,其中劈理密集,劈理倾向上游。在黄土中则发育倾向沟谷下游的张性节理。在断层通过处,沟谷阶地面略有升高。
    根据上述2条断层判断,此地为一地堑。
    观察点4:沿沟下行,距观察点3约200m的沟谷底部
    1)观察片麻岩上发育的风化壳。
    2)总结风化壳的剖面特征。
    3)根据风化壳的颜色比上覆的黄土层更红,与秦岭以南的红棕壤类似,分析它形成时的气候环境。
    4)根据区域对比,推测该古老风化壳的形成时代可能为上新世,时代与东边小北山1500米高程的夷平面相当。两地数百米的高差反映了当地新构造的活跃。
    5)讨论黄土堆积前的古地貌面。
    黄土是我国北方地区广泛分布、以黄颜色为主的土状堆积物的习用名称,它包括晚更新世的马兰黄土(亦称新黄土)、中更新世的离石黄土和早更新世的午城黄土(亦称红色土,老黄土)。黄土的下伏地层可以是上新世的三趾马红土或其它岩层。从严格意义上讲,原生堆积的黄土方称黄土,主要由风力作用形成,质地均一,以粉砂为主,孔隙发育,易崩塌,具有独特的湿陷性,对工程建设危害较大;而被流水等后期改造过的土状堆积则称次生黄土或黄土状堆积。
    当黄土堆积速度减缓甚至停歇时,成土机会大增,形成黄土剖面上常见到的条带状古土壤层。古土壤层的顶面就是当时的地面。黄土是干冷气候条件下的产物,次生碳酸盐化作用明显;而古土壤层代表了温湿气候条件的高级成土阶段。古土壤往往具有固定的发生特征,即顶部为腐殖层和质地粘重的粘化层,中部为富含碳酸盐新生体的钙积层,底部为黄土母质层,它们之间只是发生层次而非沉积层次。黄土和古土壤在地层剖面中的反复交替,不仅反映了气候的干湿冷暖变化,也反映了沉积速度和环境的改变。
    粉尘在地面上堆积之后,受气候及其它自然因素影响,往往发生后生变化。后生变化以生物化学变化作用为特征。在生物化学作用下,粉尘堆积经历了弱成土、中等成土、强烈成土和土壤化等演变阶段,逐渐从粉尘转变为黄土,再转变为古土壤。这一演变过程又被称为“黄土化”。黄土和古土壤的交替,形成了具有研究意义的黄土-古土壤序列。
    马兰黄土(0.1×106~0.01×106ab.p.)命名地点在北京斋堂马兰村。其实马兰村阶地上的马兰黄土并不典型,主要是黄土状土。但是,距其不远的斋堂村北的山坡上有明显的黄土覆盖。马兰黄土颜色灰黄,含1~2层灰黑色古土壤层,钙结核少见,仅见钙质假菌丝体。产方氏鼢鼠和鸵鸟蛋片化石。化石石化程度一般不高。
    离石黄土(0.73×106~0.1×106ab.p.)标准地点在山西离石县陈家崖。离石黄土分上、下两部分。上离石黄土颜色较浅,呈棕黄色,含5~6条褐红色古土壤层;下离石黄土颜色较红,呈棕红黄色,含十几层红褐色古土壤层及钙结核。产丁氏鼢鼠和肿骨鹿化石。
    午城黄土(2.48×106~0.73×106ab.p.)标准地点在山西隰县午城镇。午城黄土颜色较红,呈棕红色,含4层红褐色古土壤层,钙结核稀少,成形不好。产长鼻三趾马、三门马及丁氏鼢鼠等化石。
    观察点5:东南沟沟口
    1)观察大跌水剖面,讨论大跌水的成因。
    2)根据剖面熔岩流上覆黄土中的古土壤层,推断熔岩溢出的大致时间和方向。
    3)根据玄武岩烘烤层年龄为(1.67±0.08)※105年,进一步修正熔岩溢出的时间(表2.7)。
    4)素描大跌水剖面(参见附件5)。
    5)完成黑山南沟综合地貌剖面图。
    表2.7大同盆地东部烘烤层样品热释光(tl)断代数据
    地点
    距今年龄(百万年)
    黄北洼北冲沟
    0.098±0.002
    下深井东水头
    0.120±0.001
    许堡西水地
    0.150±0.001
    黑山
    0.170±0.001
    下深井东水头园沟
    0.190±0.002
    神泉堡路北
    0.190±0.002
    神泉堡路南
    0.220±0.002
    许堡余家寨
    0.290±0.002
    *引自地震局地质所
    观察点6:山自皂村边
    1)观察小北山山麓地貌和断层三角面(图2.22)。
    2)观察小北山山地夷平面。
    小北山由片麻岩组成,山顶舒缓波状起伏,海拔m,山顶上保留有夷平面。其中1300m的一级夷平面上局部保留有厚约2030cm的砾石层。砾石分选较好,粒径一般10cm左右,磨圆度多为3级,成分单一。统计表明,大部分砾石为片麻岩,伟晶花岗岩,部分为石英岩。
    图2.22山自皂断层素描
    思考题:
    1.黑山火山是气下喷发还是水下喷发。该地是否曾经有湖泊发育。
    2.火山活动与断层活动在时间上有无联系。
    3.黄土的成因。
    4.小北山山顶的磨圆砾石说明了什么。
    路线5:小站-云冈
    目的:小站位于西坪西北约30km,十里河出山口东北岸。这里保留有古湖口遗迹,河流阶地发育良好,并有大量石器,是了解地貌与人居环境、古湖发育、经济区位等较好地点。由小站沿十里河而上,可以到达青磁窑和云冈石窟。
    观察点1:小站十里河北岸基岩平台前缘
    gps定位:n40°05′56.4″;e113°12′37.6″;h1142m。
    1)观察十里河河谷地貌。十里河南北两岸发育有四级河流阶地(表2.8):
    2)总结阶地的判别标志。
    3)讨论人类对河流阶地的合理利用(例如t1农田;t2村庄、交通;高河漫滩果木、菜园等。负面作用:阻沟,减小过水断面)。
    表2.8十里河阶地观测数据:
    阶地级别
    相对高度/m
    阶地类型
    阶地沉积物
    人类利用情况
    t1
    t2
    t3
    t4
    观察点2:t2阶地面和阶地前缘斜坡上
    1)寻找古人类活动遗留的石制品。
    人类发展的一定历史时期,在一定分布范围内,有共同特征的人类物质遗存(如石器、骨器、陶器及村舍遗迹)谓之文化遗址。含有人类文化遗存的地层称为文化层。与一定文化层相应的时代称之为文化期。
    根据人类使用的主要工具,人类的文化期可以分为石器时代、铜器时代、铁器时代等。其中,石器时代又细分为以打击加工为主的旧石器时期、以压削精细加工(例如石叶加工装柄、穿孔打洞、骨角质鱼钩等)为主的中石器时期和以研磨加工为主的新石器时期。
    小站旧石器地点发现于1982年,1984年试掘,共采集石制品400余件,有石核、石片和石器(刮削器、尖状器、雕刻器)等,属旧石器时代晚期的文化遗址。
    原始人类的生存与发展完全受制于自然界的天然条件,只有适宜的环境与气候才会有丰沛的动植物资源,人类才能繁衍。受自然环境变化的影响,古人类需要不断地迁徙、追逐适宜的动植物群落,以维持最低生存需要,寻找合适的生息之地。大同盆地中,类似的古人类文化遗址还有很多,例如:许家窑、丁村、泥河湾、虎头梁、大峪口、青磁窑等。
    2)讨论古代人类对居住地环境的选择。
    3)根据十里河出山堆积成扇,上建大同市,对比北京市,讨论城镇的选址和发展。
    观察点3:t3阶地后缘的小沟边(废弃采石场)
    1)观察古湖口遗迹。
    a)描述该处的沉积物剖面(表2.9)。
    b)区别湖泊沉积和河流沉积。
    c)观察古湖口的地貌特征。
    2)讨论十里河与大同古湖的关系。
    湖水曾一度由古湖口进入十里河河谷,当地为河湖交替沉积(表2.9)。根据湖口所在位置与盆地周围的二级湖岸阶地相当,推断湖面扩大的时间大约在中更新世。
    表2.9小站北三极河流阶地上的古湖口沉积物剖面描述
    层序
    岩性
    厚度
    灰色黏土,具水平层理。含平卷螺化石。
    30cm
    棕红灰绿色细砂,具波状层理。
    100cm
    灰白色砾石。
    100cm
    棕黄色中细砂,具小型交错层理。
    30cm
    观察点4:云冈石窟
    1)观察石窟所在的地貌部位和岩石特征(二叠系砂岩)。
    2)了解石窟的风化情况。
    3)提出石窟的保护措施。
    [云冈石窟简介]
    云冈石窟:是我国著名三大石窟之一,开凿在大同西郊武周山北崖二叠纪厚层砂岩上,由于砂岩质地均匀,且未经强烈构造运动的破坏,裂隙少,易于雕刻,有较强的抗风化能力。东西绵延1公里,现存主要洞窟53个,大小造像5.1万余尊。开凿年代在北魏文成帝和平年间(公元460~465年)到孝文帝太和十八年(公元494年)之前,代表了北魏前期的风格。最初由高僧昙曜主持开凿5所石窟(现编号16~20)。洞窟中有不少仿木建构的雕饰,有的洞窟分前后两室,有明窗、塔柱,其建筑装饰的形势与数量之多,为其它石窟罕见。在云冈石窟第三窟东侧,早先发掘地层如下(自下而上):一、北魏开凿石窟留下的砾石层;二、北魏文化层;三、部分唐代文物,辽金和北魏之间过渡层;四、辽金时代文化层;五、表土层。由此可以大致看出历代对云冈石窟的建设。
    思考题:
    1.十里河与古大同湖的关系。
    2.古代人类如何选择自己的栖息地。
    3.地学知识在文物保护和旅游开发中的作用。
    路线6:贵仁-桑干河-册田水库
    目的:贵仁村位于西坪东南约30km,桑干河在此表现为平原深切曲流,是本区河流地貌比较理想的实习路线。
    观察点1:贵仁村北桑干河南岸扬水站
    1)在台地上观察河流地貌,素描桑干河曲流阶地。
    曲流阶地主要是河流侧方侵蚀、搬运和堆积所为,不具有上下游对比性,仅见于局部河段,与区域抬升无关。当地河曲可见“凸蚀凹淤”、侧蚀、迂回扇、滨河床沙坝、蚀余堆积等,摆动的原因可能与构造裂隙、北岸局部抬升有关。
    2)剖面地层描述(由顶到底):
    黄土……观察记录厚度、颜色、组成物质,分析成因。
    洪积扇沉积……观察记录颜色、厚度、组成物质、层理,特别是砾石层的特征、砾石的磨圆、分选、组构;分析砾石层和沙层反映的动力过程。
    玄武岩……观察记录颜色、厚度、构造,底部有烘烤层(tl断代,30万年bp)。注意它们与支沟谷底的关系,解释成因。
    湖相沉积……观察记录颜色、组成物质。注意泉水的出露高度,解释成因。
    3)绘制剖面图。
    了解冲洪积平原的组成结构。
    4)观察玄武岩流。
    河曲南岸冲沟底部出露玄武岩流,形成地方侵蚀基准,限制冲沟下切,临河段出现“悬谷”。岩浆多层,表面了多次喷发的特性。岩层表面有流动构造,系岩浆未冷凝之时,呈胶体状流动,核部与表皮不同速所致,指示了流动的方向。
    观察点2:鹅毛村附近
    1)观察桑干河曲流阶地(表2.10)。
    2)绘制阶地综合剖面图。
    3)观察平原峡谷段河谷及岸边的卸荷裂隙。总结特点,解释成因。
    4)社会调查。
    1995年、1998年和2000年,当地多次发生破坏性地震,造成严重破坏。调查地震发生的时间、震级、震中、中心烈度、损失情况,灾后恢复情况。分析地震发生的构造背景。
    本区不仅多次发生盆地断陷,而且区内火山频发、岩浆肆泄、断裂构造遍布、地震活动频繁。很明显,本区是第四纪新构造活跃区,非常值得注意。
    表2.10桑干河曲流阶地描述
    阶地的级数
    相对高度
    阶地类型
    组成物质
    切割关系
    t4
    t3
    t2
    t1
    观察点3:册田水库大坝
    gps定位:n39°56′06.8″;e113°55′47.5″;h1023m。
    1)对比上下游河谷两岸高度的不对称,讨论其成因。
    水库上游宽阔的河谷已被水面占据,余家寨附近河谷北岸约比水面高出40米,南岸却只高出10米。显然是北部上升,南部下降,与下游铁索桥处正好相反,如同大坝附近有一条近ns向的门轴控制,造成桑干河两岸反相扭动,故称枢扭断层(图2.23)。亦有人认为此乃沿河断层反扭,断层线两端受到控制,断层两侧的左右盘顶端挤压隆起,尾端拉伸下陷所致。
    图2.23册田水库枢扭断层平面示意图
    2)观察库区地貌景观。
    水库的功能不外乎防洪、发电、浇灌、养殖、航运、旅游,册田水库现在则主要是保证北京市和大同市的工业用水。问题是,拦河筑坝等于人为提高了上游流域的地方侵蚀基准面,改变了河流的纵比降,必然产生一系列的连锁反应,例如:上游回水淤沙,停止下切,侧蚀增强,河道摆动、展宽,可能要重新考虑边坡稳定、防洪标准、厂矿基础、道路交通、桥涵通讯、人居环境等生产问题;地下水位升降,可能影响农作物生长、种属分布,可能造成新的盐碱化问题;蓄水改变小气候,改变水位落差,可能引发库区地震、滑坡、崩塌;下游河水变清,水流夹沙能力加大,侵蚀搬运能力必然加强;水库大坝阻断了鱼类回游路线,可能造成生物链的改变;大量水体截流,可能造成潮区界上移,河口区海水倒灌,类似种种问题在大型水利枢纽工程中表现更为明显。
    因此,人类对自然界的改造和利用,必须仔细权衡经济、生态、社会三大环境效益,防范于未然。地貌学的知识应该在人与环境的相互关系中得到充分的应用。
    思考题:
    1.结合实习区地貌与第四纪地层,讨论桑干河的形成时代。
    2.桑干河为什么在不同地段出现不同的河型。
    3.大坝在选址上所存在的问题。
    路线7:秋林沟-沟口跌水-破屋-半坡火山
    目的:秋林村位于西坪东南约45km,山前断层、洪积扇清晰,系了解南山山前地貌较好的线路之一。
    观察点1:秋林沟村东南80米,洪积扇顶部
    1)观察南山山前断层三角面。
    2)远望洪积扇、冲沟和火山锥。
    南山为恒山余脉,主峰为六棱山。山前曾有过强烈的近东西向深大断裂活动,造成山地与平原截然过渡,山前留下大量完整、高大的断层三角面。根据钻孔资料和地表露头分析,此断裂是大同盆地南侧的主控构造,它由ne、nee走向的一系列断层所组成,并有3组旁侧构造。新第三纪晚期到第四纪中期(n2q2)是它的新构造活跃期,不仅有强烈的差异抬升,造就了大同盆地的基本框架,而且有大量岩浆溢出,形成火山和熔岩流。
    秋林沟一带,是山体抬升的强烈区。冲沟切割强烈,发育有3级阶地。往西山地抬升减弱,到石门峪一带,阶地级数减至1级。南山山前洪冲积扇成片分布,规模较大,坡度亦是往西逐渐减小。究其原因,除了岩性和粒径不同之外,也反映了构造抬升的差异。桑干河由西往东流,也反映了山前平原西高东低的事实。另外,秋林沟沟口、沟中和山前的火山,以及大量玄武岩流的溢出,也是构造强烈的证据之一。
    洪积扇主要分布于干旱半干旱区山前地带,强烈的物理风化作用提供了大量碎屑物质,降水少而集中易形成槽洪和漫洪,构造强烈更加大了扇体的规模和坡度。扇顶带,河流出山迅速堆积,沉积颗粒粗大,透气性好,地表水下渗,居民点多;扇腰带,沉积颗粒中等,坡度较陡,地下水较深,土壤贫瘠,多为果园、荒地;扇缘带,沉积颗粒变细,地下水溢出,地势平缓,交通便利,多为农田、村镇。
    观察点2:秋林沟口洪积扇冲沟中
    1)观察冲沟北壁的熔岩流堆积。
    2)观察冲沟南壁的沟谷洪积物和阶地组构。
    3)观察秋林沟水流出山之后流向的变化,解释成因,讨论它们的切割关系。注意,早期的洪积扇(q2甚至更早)已经被玄武岩流覆盖,后有冲沟堆积和切割。现此扇(q3)被再次抬升和切割,并且堆积出新洪积扇(图2.24)。
    4)作山前南北向地貌剖面示意图(图2.25)。
    5)在地形图上勾画山前地貌的平面分布,包括山地、冲沟、火山、洪积扇和平原等。
    图2.24秋林沟出山口地貌分布平面图
    图2.25秋林沟山前地貌剖面示意图
    观察点3:秋林沟口大跌水
    1)观察花岗岩山地和嶂谷。
    秋林沟在此处沿nw向构造薄弱带强烈下切,沟深谷窄,沟壁平直。沟两侧花岗岩侵入体由于3组解理发育,形成球型风化。巨石滚落,遍布在青山之上。
    2)观察跌水。
    秋林沟中由于熔岩流堵塞,形成数级跌水,靠近沟口处跌水落差达百米以上。
    3)解释附近出现夏日冰洞的原因。
    观察点4:秋林沟沟口。半坡,进山小路旁
    1)观察熔岩流堵沟现象。
    此处相对高程约400m,熔岩流堵沟,形成秋林沟口大跌水。
    与许堡一带玄武岩垅岗不同,此处的熔岩流层薄而密,一层玄武岩,一层火山渣,层层叠叠,顺坡而下,厚处可达上百层,层间疏松,形成一些空洞。局部地段的流动、挤压、扭曲、烘烤现象栩栩如生,保留着当年岩浆肆意奔泻、喧嚣尘上的热烈与壮观。
    2)分析熔岩流活动与秋林沟演化之间的关系。
    观察点5:破屋。沿小路进山,行进约200m
    1)观察秋林沟中游沟谷地貌。
    a)河流阶地
    秋林沟有3级阶地,高差较大,阶地纵剖面上不连续,横剖面上不对称,组成物质粗大,分选、磨圆都不好。在第3级阶地的沉积物中,夹有黄绿色灰绿色的静水沉积,可能与当时沟口堵塞,此地蓄水成湖有关。
    b)寒冻风化
    犬牙交错的花岗岩山脊是寒冻风化的产物,特别是花岗岩的三组垂直节理发育,更形成了独特的球状风化地貌景观。
    c)似冰川地貌
    沟上游东侧可见与冰川地貌十分相似的“角峰”、“冰斗”、“刃脊”和“u型谷”。
    没有机会亲身领略冰川地貌那无可言比的魅力的话,也可以借此感受和想象一下大自然的鬼斧神工,天地造化。可惜的是,这里没有雪线,更没有相应的冰川沉积物,到底不是真正的冰川地貌。
    试分析其成因。
    2)观察山地植被的垂直分带。
    南山山坡上(人工)林带上限在2200米附近,林带与草地一线两分。
    3)作秋林沟东西向和南北向剖面示意图。
    学会用多种手法方式(例如:平面分布图、阶地相位图、剖面图、素描图等),表达不同的对象和内容。
    观察点6:半坡火山。半坡,通往秋林村的山路旁
    gps定位:n39°55′19.8″;e113°56′12.2″;h1384m。
    1)观察裂隙式火山喷发。
    火山熔岩沿山前断层溢出,南侧为花岗岩山地,北侧为向山外倾斜的层状熔岩流,形成半壁火山。南山山前,特别是秋林沟一带,构造活跃,岩浆在多个地点、不同时期、呈多次溢出。火山物质呈固态、液态或气态喷出(表2.11)。
    2)与肖家窑头火山进行对比。
    表2.11大同地区部分火山岩的化学成分表
    地点
    标本
    sio2
    tio2
    al2o3
    fe2o3
    feo
    mno
    mgo
    cao
    bao
    na2o
    k2o
    p2o5
    金山
    熔岩
    47.56
    2.38
    13.56
    5.41
    7.60
    0.21
    7.05
    6.50
    0.07
    3.50
    1.65
    0.25
    火山碎屑
    46.76
    2.45
    13.83
    5.77
    8.35
    0.23
    6.03
    6.36
    0.01
    4.05
    2.36
    0.27
    浮石
    47.83
    2.48
    14.47
    3.34
    9.63
    0.12
    5.69
    6.58
    0.07
    4.00
    2.36
    0.48
    熔岩
    45.06
    3.00
    14.38
    7.02
    6.29
    0.16
    6.25
    8.03
    0.06
    3.75
    3.71
    0.58
    火山弹
    45.43
    2.35
    15.99
    3.35
    8.91
    0.46
    7.93
    7.60
    0.06
    4.05
    2.18
    0.72
    狼窝山
    熔岩
    45.03
    3.25
    14.37
    3.19
    16.18
    0.18
    8.07
    7.88
    0.03
    4.31
    2.31
    1.07
    火山弹
    47.54
    2.80
    14.67
    3.45
    9.29
    0.18
    6.37
    7.53
    0.03
    4.56
    1.81
    0.88
    熔岩
    44.80
    3.00
    14.02
    5.47
    8.01
    0.22
    8.09
    7.64
    4.45
    1.30
    黑山
    熔岩
    46.86
    2.70
    14.01
    3.54
    9.91
    0.51
    6.48
    8.08
    0.03
    3.69
    1.15
    0.96
    肖家窑山
    熔岩
    47.93
    2.75
    14.50
    4.03
    9.04
    0.06
    6.31
    6.06
    4.40
    1.10
    0.83
    余家寨
    熔岩
    51.53
    1.85
    13.75
    2.06
    9.61
    0.05
    8.46
    8.45
    3.25
    0.77
    0.20
    册田水库
    熔岩
    50.29
    1.93
    13.33
    1.52
    9.45
    0.01
    6.99
    9.44
    2.10
    0.57
    0.33
    熔岩
    52.94
    1.90
    13.45
    1.84
    9.83
    0.08
    7.27
    8.12
    3.10
    0.70
    0.30
    养老洼
    火山弹
    51.45
    1.80
    14.29
    2.06
    9.83
    0.10
    5.31
    9.24
    3.15
    0.52
    0.27
    龙堡
    熔岩
    48.62
    2.10
    11.67
    5.71
    5.98
    0.09
    8.31
    8.22
    3.15
    0.55
    0.67
    秋林火山
    熔岩
    51.83
    1.70
    14.37
    5.60
    5.95
    0.16
    6.05
    9.80
    3.35
    0.50
    0.24
    火山碎屑
    52.14
    1.73
    14.51
    11.64
    0.50
    0.17
    6.73
    7.92
    3.50
    0.86
    0.27
    火山碎屑
    51.94
    1.55
    14.45
    8.70
    3.40
    0.18
    7.16
    7.95
    3.30
    0.62
    0.31
    大峪口沟
    熔岩
    53.02
    1.59
    13.51
    4.86
    5.95
    0.15
    6.19
    9.65
    3.05
    0.55
    0.22
    *引自张世民(1985)
    思考题
    1.裂隙式火山喷发的特征。
    2.裂隙式喷发与中心式喷发的对比。
    3.火山活动对地貌发育的影响。
    路线8:西浮头-东疙瘩铺-恒山
    目的:恒山位于西坪西南约80km。大同盆地与浑源盆地之间曾有古河道沟通,跨过浑源盆地即可抵达北岳恒山。通过实习和参观,进行2个盆地的对比。要求了解南山山前的地貌结构和古湖滨阶地,分析南山的宽谷成因,对比南北两坡堆积特征、水系关系、农田植被等差异。该路线属于大路线调查,对于初次接触本专业的学生来说,难度较大,教师可根据车程情况,沿途适当介绍。
    观察点1:西浮头村
    1)观察南山山前湖滨阶地的形态和高度(海拔高度为m和1220m),寻找湖滨砾石并绘制湖滨阶地剖面图。注意联系小站、山自皂、郝家台等地高阶地上的磨圆砾石和分布。
    2)鸟瞰山前洪积扇和洪积台地,作剖面图。
    观察点2:东疙瘩铺道班
    1)沿公路向南行进,观察东疙瘩铺一带的宽谷地形。
    从大范围看,该处的基岩构成了一个贯穿南北的宽阔谷地,今日的河谷具有明显的谷中谷形态(图2.26)。往南前行将接近今日的分水岭。南坡本来往北流往大同盆地的河流,改为南流,流往浑源盆地,系山体后期抬升所致。
    2)观察东疙瘩铺河流堆积剖面。
    在谷地中堆积了上新世三趾马红土和黄土夹砾石层。根据黄土颜色(浅褐色)和古土壤条带,推测黄土夹砾石层属中更新世地层。
    3)根据地貌和相关沉积,分析该地的地貌演化历史。
    图2.26东疙瘩铺宽谷中的沉积剖面图
    细粒沉积物中往往保存有大量孢子花粉,因而可以根据孢子花粉的种属来确定当时的植被类型,进而恢复古环境。由于孢子和花粉具有数量多、易于在沉积物中保存并被发现的特点,所以孢粉分析方法在古植被和古气候研究中得到了广泛的应用。孢粉,特别是孢粉组合,反映了气候特征,借助当今不同纬度、海拔高程、海陆分布、气候带出现的同类孢粉或孢粉组合,可以了解古环境的演化规律。
    本区上新世地层中,孢粉较少,只有少量蒿、藜等草本植物和栎、木犀、柳等木本植物孢粉,反映当时是比较干旱的草原环境。早更新世孢粉也不多,早期以松、蒿、藜、禾本科为主,晚期以松、冷杉、云杉、铁杉占优,均未见ya热带分子,代表比较寒冷、干燥一些的温带-暖温带森林草原气候。
    到了中更新世,孢粉较为丰富,早期以针叶树花粉占绝对优势,含量高达95%。其中松占40-80%,云杉占18-45%,尚有少量冷杉、罗汉松、铁杉,约占3%,属暗针叶林植被,代表温凉湿润气候。这个低温期开始于早更新世晚期,在中更新世早期达到顶峰。从孢粉组合中还有ya热带高山针叶林来看,当时气温不一定要比现在低多少。中期孢粉谱表明以草本花粉占优,可达70%,其中最多的是蒿、藜和十字花科。阔叶树种比早期有所增加,有桦、栎、榆等,代表森林草原植被,比早期的气温有所增高,属温和的半干燥气候。晚期的孢粉组合与早期类同,所代表的气候状况也应大致相同。
    晚更新世乔木花粉占22.1-44.9%,灌木草本植物占55.1-77.9%。乔木中以松占优(69-94%),云杉次之(4-27%),灌木草本以麻黄、蒿属、藜属为主,代表比较干冷的森林草原-草原环境。
    总的来说,本区第四纪气候比上新世偏冷,而且有过多次冷暖交替。
    观察点3:悬空寺
    [悬空寺简介]
    悬空寺修建在锦屏山西侧的峭壁上,在陡崖上凿洞,x入悬梁,挑出崖外,再于悬梁上建筑殿阁楼台,其下有立柱支承。
    悬空寺始建于北魏时期,距今已有1400余年。建筑有道教的三官殿及三圣殿,既有道教也有佛教。
    观察点4:恒山
    [恒山简介]
    北岳恒山,《水经注》谓之元岳。相传舜巡幸见此山雄伟封为北岳。在中国古代名山大川崇拜中有五岳、四渎之说。汉宣帝神爵元年祀北岳常山于定州曲阳(今河北)。宋定州陷于辽,有从曲阳望祀之说。明定浑源之元岳为北岳恒山。古代恒山有十八景,为道教文化景观。
    恒山分东西两峰,东为天峰岭,西为翠屏山,**夹峙,浑水中流。恒山最高峰2017米。山体主要为寒武、奥陶纪碳酸岩类组成。峡谷为断层所在。
    恒山水库之坝当年为世界著名的双曲拱坝。
    思考题:
    1.如何确定古湖滨阶地的成因和年龄。
    2.如何利用湖滨阶地研究山地抬升幅度在空间上的差异。
    3.根据山地中的宽谷地形和相关沉积,分析地质时期水文网的变迁。
    4.古人为何要在悬崖上修建寺庙。
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