地质实习报告
北京西山门头沟、白石山地质公园、地质之角参观考察
王识
清华大学水利水电工程系|水工13| 2011010284
同组成员：成一凡、李曲丰、罗长江、徐敏婵、刘一瑶
实习时间：2013年8月12日至8月22日
目录
一、概述 (3)
二、北京西山门头沟区地质考察 (5)
1.上苇甸——下苇甸地质考察 (6)
1)花岗闪长岩岩体及其侵入的岩脉 (6)
2)岩脉、岩墙中的断层 (8)
3)地质罗盘的使用方法 (9)
4)下马岭组页岩 (11)
5)冲积物与坡积物 (13)
6)页岩中的褶皱 (14)
7)长龙山组砂岩 (15)
2.下苇甸——担礼地质考察 (16)
1)景儿峪组白云岩、板岩及根劈现象 (16)
2)顺坡白云岩的溃曲变形 (18)
3)震旦亚代和寒武系间的平行不整合面及风化壳 (18)
4)寒武系石灰岩、泥质岩 (19)
5)寒武系和奥陶系的分界面 (22)
3.灰峪－军庄－三家店地质考察 (22)
1)奥陶系石灰岩和石炭系砂岩、页岩及之间发育的向斜和背斜 (22)
2)二叠三叠系砾岩、砂岩和页岩及其中的小断层 (25)
3)侏罗系玄武岩、砾岩和凝灰质砂岩及断裂破碎带 (29)
4)古滑坡与“双沟同源”现象 (31)
5)板岩与板状劈理 (31)
4.野溪－斜河涧－龙泉务地质考察 (32)
1)古阶地第四系冲积物和坡积物 (32)
2)奥陶系石灰岩中的褶皱和大型断裂破碎带 (34)
3)隧洞的地质条件及破碎岩体隧洞的支护方法 (36)
4)漫水桥倒转向斜和箱型背斜及石灰岩岩溶现象 (39)
5)黄土的特征和性质 (41)
6)古滑坡的“双沟同源”现象 (41)
5.军庄垭口节理测量与统计 (42)
6.每日路线总结 (43)
1)上苇甸——下苇甸——担礼地质考察路线总结 (44)
2)灰峪村——野溪——三家店地质考察路线总结 (45)
3)野溪——斜河涧——龙泉务地质考察路线总结 (45)
三、清华大学地质之角参观 (46)
1.岩浆岩——柱状玄武岩 (46)
2.沉积岩——燧石砾岩 (47)
3.变质岩——板岩 (48)
4.地质现象——小褶皱 (48)
四、白石山国家地质公园参观 (52)
1.波状叠层石 (52)
2.白云岩的刀砍纹 (53)
3.大理岩峰林 (54)
五、地质实习总结与思考、收获与建议 (57)
六、附件及要求 (60)
1.节理统计玫瑰花图、极点密度图及统计资料 (60)
1)节理统计数据 (60)
2)节理统计玫瑰花图 (60)
3)节理统计极点密度图 (61)
4)节理统计节理散点图 (62)
2.灰峪——三家店线路地质坡面图 (63)
3.军庄火车站第一垭口地质剖面图 (64)
4.作业1：黄土的地质灾害问题 (65)
5.作业2：赤平坐标投影的稳定性分析 (67)
6.作业3：hoek法分析岩石边坡稳定性 (68)
1)概述 (68)
2)使用方法 (69)
3)程序详情 (70)
4)作业题 (70)
一、概述
本次地质实习从8月12日至8月22日，共历时11天。其中，前4天在校内进行理论学习，后7天为野外地质考察。
在校内进行的理论学习主要是通过使用Matlab、AutoCAD等软件，来进行工程地质上的数值分析，包括赤平坐标投影法和极限平衡法对岩质边坡稳定性的分析，节理的玫瑰图统计及极点密度图，以及用AutoCAD画出岩质边坡模型等。
野外地质考察前四天的主要考察范围是北京市西山门头沟区下苇甸-三家店一带的地层岩性和地质构造。所涉及的地层年代由老到新主要有：震旦系的页岩、砂岩、白云岩，寒武系石灰岩，奥陶系石灰岩，石炭系砂岩和页岩，二叠三叠系砂岩，侏罗系玄武岩，第三系第四系黄土以及震旦纪和寒武纪的平行不整合接触面，寒武纪和奥陶纪的平行不整合接触面等。观察到的地质现象有侵入岩脉、岩墙和岩床，以及地质构造如皱、断层、断层破碎带、裂隙等，还有风化作用对不同岩性岩体作用后的表现如差异风化和根劈现象，同时也观察了板状白云岩在重力作用下的蠕变现象，观察并描绘了一些冲积物和坡积物。并且在野外第一次见到“双沟同源”现象。我们还学习了地质罗盘的使用方法，测量了不同岩层的走向、倾向和倾角。利用了节理测量统计和节理走向玫瑰花图的绘制，完成对车站垭口地形的统计；以及简单地质剖面的测量和绘制。让我们对一些工程地质问题有了感性而深刻的认识。
本次野外地质考察的路线为：
8月16日上午：上苇甸村——下苇甸村地质考察；
8月16日下午：下苇甸村——担礼地质考察；
8月17日上午：灰峪村——军庄——三家店地质考察；
8月18日上午：野溪——斜河涧——龙泉务地质考察；
8月19日上午：军庄垭口节理的测量和统计。
另外，野外实习后两天(21日、22日)分别在清华大学地质之角和白石山地质公园进行了观察。在地质之角我们主要观察一些比较经典而特殊的岩石标本，包括硅化木、水冲砂岩、气孔状玄武岩等，以及解了它们的成分、形成条件、形成时间等。在白石山我们主要参观了高海拔的花岗岩和白云岩以及因岩浆侵入而变质形成的大理岩所形成的地质奇观。
本次地质实习，不仅是《工程地质》课程的延续，也是“理论与实践”结合的学习，更是我们真正的运用在课上所学的工程地质知识去逐渐认识无限而复杂的现实世界的过程。从这次实习中，我们学习到了一些实际的工程地质问题的解决，体会到了地质勘察的艰辛与危险，更重要的是获得了一次美好的人生经历。
二、北京西山门头沟区地质考察
北京西山是北京西部一带山脉的总称，属太行山脉。北以南口附近的关沟为界，南抵房山区拒马河谷，西至市界，东临北京小平原。门头沟区三家店地区位于北京西北郊，最高峰为三家店西南的高程为九龙山，高程八百多米1。
门头沟区位于北京城区正西偏南，其东部与海淀区、石景山区为邻，南部与房山区、丰台区相连，西部与河北省涿鹿县、涞水县交界，北部与昌平区、河北省怀来县接壤，属太行山余脉。门头沟区地处华北平原向蒙古高原过渡地带，地势西北高，东南低；地层主要由震旦亚界的蓟县系和青白口系，下古生界的寒武系、石炭系、二叠系，上古生界的侏罗系和第四纪的马栏组、百花山冰期堆积所构成。地形骨架形成于中生代的燕山运动。境内总面积的98.5％为山地，平原面积仅占1.5％，其中海拔高度大于800米的中山占山地面积的一半。河谷台地主要分布于永定河及其支流清水河河谷两侧，但不连续。永定河冲积平原面积很小，分布于该区东南三家店至卧龙岗一带。经过漫长的地质变迁，境内形成了多种类型的矿床，现已探明的有：煤歼、石灰岩、玄武岩、辉绿岩、陶粒页岩、耐水粘土、大理石、花岗石、紫砚石、白云岩、硅石、白花玉、紫页岩、石棉、冰洲石、天然石板、煤歼石等等。
永定河为北京地区最大河流，海河五大支流之一，海河水系的西北支。上源一为桑干河，一为洋河，分别源出山西省宁武县管涔山区和内蒙古高原南缘。全长650公里，流域面积约5.08万平方公里。流经山西、河北两省和北京、天津二市入海河，注入渤海。
1摘自《百度百科》https://www.doczj.com/doc/3d16433159.html,/view/1648982.htm
本次门头沟三家店一带的地质考察历时四天，主要考察内容是该区域内各个地质年代地层的性质及形成情况、不同岩石的岩性与形成条件、一些比较常见的地质现象等。
1.上苇甸——下苇甸地质考察
时间：2013年8月16日上午10:00-12:30天气：阴
上午8点，我们从清华出发。早晨天气为阴，微有阵雨，空气湿度大，较为闷热。我们沿着上苇甸村到下苇甸村的公路，观察道路两旁暴露出的岩石，分析其岩性。
上苇甸——下苇甸线路主要为震旦系到寒武系的岩石，包括花岗闪长岩、页岩、砂岩、白云岩和石灰岩等，主要为沉积岩。通过这一天的学习，能认识并绘制一些简单的地质构造（如褶皱、断层）；能观察并识别一些特征岩石，如寒武纪特有的竹叶状和鲕状石灰岩；对历史上华北地区岩石沉积有一个初步的认识（地层的缺失），加深对地层接触（侵入接触和不整合接触）的理解。
1)花岗闪长岩岩体及其侵入的岩脉
首先下车看到的是花岗闪长岩岩体，岩性及风化程度如下：
颜色：整体为灰色，岩脉部分颜色较深，有的呈绿色，基性。
成分：主要成分是花岗闪长岩（闪长石、斜长石），岩脉为绿帘石。
形态结构：花岗闪长岩，颗粒较大较为破碎，裂隙较多，大部分为剪节理（平直，延伸较远），有少部分张节理（弯曲）。节理为高维压所造成的。用手可直接剥落，用铁锤敲击声音较闷，说明裂隙较密。而岩脉颗粒较细，裂隙较疏，岩体较完整，用锤敲击声音清脆。
风化程度：花岗闪长岩由于较多裂隙，水
容易侵入，故风化程度较高，已成土状，但还
不完全是残积土，为全风化。相比较而言，岩
脉部分岩体较为完整，为微风化、未风化。
形成：该处地形为四周坡陡山尖，中心山
低且缓。形成原因为岩层在中生代时期受到岩
浆岩（震旦系花岗闪长岩）侵入，形成一个特
殊背斜，其长短轴之比小于3:1。背斜转折端
（核部）由于张力较大，形成张裂缝，易受到
风化侵蚀。背斜转折端（核部）
的沉积岩在风化作用等外动力作用下被侵蚀，露出更易风化的岩浆岩，最后形成目前我们所看到的低缓地形。这也使得该处构造与地貌不一致。
特殊：岩体的风化程度受岩体的结构和气候影响。对于此处的花岗闪长岩来说，由于密集裂隙的产生，地下水及地表水都易通过，所以增大了风化速度，所以花岗闪长岩的风化程度较高。并且离裂隙越远的岩石，风化程度越低（如图1）。另外，对于侵入岩脉，深成岩脉不如浅成岩脉抗风化能力强，这里有2个原因：深成岩中矿物的结晶温度都偏高，因此在地表条件下，偏于不稳定；另外深成岩颗粒较大，在风化作用下颗粒间易形成微裂隙，从而使化学风化速度加快。北京在历史上曾经是一片荒漠，现在还残留有大量蘑菇石，后来地下水发育的也很多，现在京郊还有云水石花银狐溶洞供游人参观，而地下水会大大加重风化的程度。
图1花岗闪长岩岩体
2) 岩脉、岩墙中的断层
沿着公路继续往南走，一直是下坡路，会在花岗闪长岩岩体侵入的岩脉和岩墙上发现一些错断：
① 岩脉中的断层
此处所看见的岩脉和绿帘石的薄岩层被断层所错段。岩脉为侵入的闪长岩，风化程度较周围花岗闪长岩较弱，岩石较为完整。
岩脉左边为被很多“X”字型的剪节理所切割的岩体，从这里可以看出越远离剪节理的地方，风化程度越弱，岩体越完整，如图2。
② 岩墙中的断层
在这里可以看见一个岩墙，岩墙表面大部分是黄褐色和黑色，它们的成分分别是Fe 2O 3和MnO 2，颜色相对周围（灰色）较为明显。其厚度大约为1.5米，方向为斜向坡底，倾角大约45°。其中有一部分为灰白色，可能由于剥落较晚，是比较新的表面，可以看出岩墙内部主要成分是闪长玢岩。
岩墙表面存在着较多闭合、平直、光滑的剪节理，使岩墙裂隙较多，较为破图2 岩脉中的错断
碎，为中风化。岩墙与花岗闪长岩接触带较为破碎，风化程度较高。
岩墙上部分由于有断层，出现了错断。断层倾向坡顶，倾角大约为5°，较
平缓。上盘向下走，下盘向上走，是正断层，如图3和图4：
3) 地质罗盘的使用方法
图3 断层将岩墙错断
图4 断层岩墙错断（素描图）
在考察过程中，我们还学习了地质罗盘的使用。
地质罗盘是地质勘探考察中使用的传统工具。运用地质罗盘可以测量岩石的产状、倾向和倾角。地质罗盘的使用是我们在地质实习中必须掌握的一项基本技能。下面简述地质罗盘的使用方法和注意事项2。
利用地质罗盘测量岩层走向时，将罗盘的长边(与罗盘上标有N—S相平行的边)的一条棱与层面紧贴，然后缓慢转动罗盘(注意：在转动过程中，罗盘紧靠层面的那条棱的任何一点都不能离开层面)，使圆水准器的气泡居中，磁针停止摆动，这时读出磁针所指的读数即为岩层的走向。读磁北针或磁南针都可以，因为岩层走向是朝两个方向延伸的，相差180°。
利用地质罗盘测量岩层倾向时，用罗盘的北端指着层面的倾斜方向，使罗盘的短边（即S边）与层面贴紧，放平，并转动罗盘，转动方法及原则同上，北针所指的读数即为所求的倾向。倾向仅有一个指向，只能用一个数值表示。
假若在岩层顶面还是哪个进行测量有困难，也可以在岩层底面上测量，仍用长测望标指向岩层倾斜方向，罗盘北端紧靠底面，读指北针即可。假若测量底面时读北针受障碍，则用罗盘南端紧靠岩层底面，读指S针亦可。
利用地质罗盘测量岩层倾角时，将罗盘竖起，以其长边贴紧层面，并与走向线相垂直，用中指拨动罗盘，使测斜器上的水准器(长水准器)气泡居中，这时测斜器上的游标所指半圆刻度盘的读数即为倾角。倾角的变化界于0-90°之间。
使用地质罗盘时的注意事项主要有：罗盘中缠铜丝的是南针，走向南北针均可读，读倾向时若倾向与罗盘大黑针同向则读北针，反之读南针；走向和倾向差角90°，只测量倾向便可得到其走向，但老师强调初学者既要测量倾向也要测量
2摘自《土木工程网》地质罗盘的使用方法。https://www.doczj.com/doc/3d16433159.html,/cehui/chlw/1323657574158728_2.html
图5 花岗闪长岩和页岩的接触带
走向，以保证数据的准确性；要注意调整角度，从而使使水准气泡居中，否则会导致数据不准确，影响测量结果；读数要准确，以减小随机误差，按下固定指针的按钮后再读数可以防止指针晃动产生的读数误差。
此外，在野外测定产状要素时，往往需要测量岩层和一切构造面的倾向和倾角，并记录下来。记录的格式为：岩层的产状为150°∠35°，前者表示倾向，后者表示岩层的倾角。由于走向和倾向相差90°，倾向加或减90°即为走向，上述岩层的走向是60°或240°两个数值。这也是为什么一般不记录走向的原因。只有当岩层倾角近于直立时才记录走向。野外测量岩层产状时，若被测量的岩层表面凹凸不平，可把记录本平放在岩层面上当作层面，以便提高测量的准确性和代表性。如果岩层出露很不完整时，这时要找岩层的断面，找到属于同一层面的三个点(一般在两个相交的断面易找到)，再用记录本把这三个点连成一平面(相当于岩层面)，这时测量记录本的平面即可。
4) 下马岭组页岩
① 页岩与花岗闪长岩接触带
沿公路继续走周围一直是花
岗闪长岩岩体，直到花岗闪长岩
和页岩的接触带。越靠近接触带，
裂隙越多越密集，岩体越破碎，
风化程度越高。
黑色的页岩和黄白色的花岗
闪长岩的接触带不太明显，影响
带宽至几十米，而在十几米的范围内，岩石受到的影响较大，比较破碎。黄白色的花岗闪长岩的岩块粒径约为20~30cm，强风化。
如图5，上部黑色部分为下马岭组页岩，其岩性及风化程度如下：震旦纪页岩，黑灰色，泥质结构，层状构造。具黑白相间薄层理，力学强度较低，遇水后易软化；岩体风化严重，由于挤压和风化已经呈泥状，裂隙间距<10cm，岩体呈破碎状态。这里的页岩是19亿至8亿年前形成的，因此还不具有化石。
②页岩中的断层
下马岭组页岩一带，有大量的断层出现，说明此时期该地区地质变化较大。
图6页岩断层1（素描图）图7页岩断层产生的牵引现象
图10河流古阶地（冲积物）
其中一个比较有代表性的断层如图6，断层将页岩和花岗闪长岩的岩床交错的岩层切断，错断距离达到1米左右。断口较为平整，页岩发生拖页现象，断层破碎带附近有牵引现象，该断层为逆断层。实际上，页岩的力学性质较差，容易发生变形，该断层上的拖页和牵引现象就是这种性质的表现。
5) 冲积物与坡积物
① 河流古阶地（冲积物）
在506厂东200米左右，植
物比较繁茂，可以发现一个河流
古阶地，如图10。
这个坡面上可以看出其上部
为一些冲积物，其特征如下：砾
石磨圆度高，分选性差，最大直
径为0.5m 左右，成分较为复杂，
泥质占30%，可能是由泥石流所
形成的。
冲积物下面是页岩基座，说明此阶地为基座阶地。页岩基座层理清晰，岩体较破碎，页岩与冲积物的分界线很明显。
根据以往所学不难分析出，这种第四纪古阶地的工程地质性质非常鲜明，承载力较差，并且含水量丰富，透水、蓄水能力好，不适宜选为坝址。
② 坡积物
图11坡积物 图12页岩中的褶皱
图13页岩中的褶皱（素描图）
在下苇甸村北口，可以很容易地观察到坡积物。
坡积物总体呈黄色，说明泥质较多（50%以上），砾石呈灰白色，棱角分
明，有一定分选性，上层
较小，下层较大，其大小
大致在在5cm 至10cm 内，
最大30cm 左右，成分均
为白云岩，是比较典型的
坡积物，如图11。
坡积物的空隙较多，密度小于冲积
物，这也造成了它的结构比较松散，工程性质较差。整体上土石皆有，安全性能差，而坡体很有可能为临界角度。
6) 页岩中的褶皱
接下来看到的是页岩产生的小褶皱，如图12、图13。由于页岩层较薄，
质软，在外力的作用下容易产生变形，形成很多小褶皱。可以看出，这里的
图15砂岩表面的阶步和擦痕
图14长龙山组砂岩 页岩比较破碎，但岩块规则，大小在3cm 到10cm 范围内。
页岩层在左边形成一个较大的向斜，右边形成一个背斜，而这个背斜的顶部和核部又形成了多个小的背斜和向斜，这些小褶皱都体现出页岩在力学性质上较弱，不宜作为坝址。
7) 长龙山组砂岩
到了下苇甸村北口，可以观察到震旦亚代、青白口系、长龙山组砂岩，如图14。砂岩整体为灰黑色，砂状结构，块状构造，其砂颗粒为石英（透明，1~2mm ）和燧石（黑色2~3mm ），胶结方式是孔隙式，胶结物质为硅质。岩石比较坚硬，用铁锤敲击发出清脆声。风化程度较低，为微风化。实际上这样的砂岩抗风化能力相对于沉积岩来说最强，工程地质性质最好。
砂岩表面可以看出有很多的交错层理，且层理较宽，有10~40cm ，反映沉积时水动力较强。砂岩表面还有一些阶步和擦痕，如图15。
砂岩之间有一些风化较为严重的夹层，也是一中砂岩，燧石含量较多，较为破碎，如图16。
图16砂岩中的夹层
2.下苇甸——担礼地质考察
时间：2013年8月16日下午14:00-15:30天气：阵雨
午后，我们从下苇甸村出发。空气较为潮湿，比较闷热。继续沿着下苇甸村到担礼的公路往东南方向走。
从下苇甸村到担礼的途中，主要观察到的是震旦纪到寒武纪和奥陶纪分界线的岩石，包括白云岩（景儿峪组）、板岩、页岩（寒武纪）、泥质岩、石灰岩（鲕状、条带状、竹叶状）等，主要观察的地质现象有植物根劈现象、顺坡白云岩的溃曲变形、震旦亚代与寒武系间的平行不整合面及风化壳、差异风化等。
1)景儿峪组白云岩、板岩及根劈现象
①景儿峪组白云岩
下苇甸村南口，可以观察到景儿峪组的白云岩。白云岩总体上呈现为灰白色，化学机构，层理构造，层理厚度约为0.5m。白云岩较硬，用铁锤敲击响声清脆。岩体较为破碎，略有风化。
②景儿峪组白云岩中发育的岩墙和断层
图17景儿峪组板岩及岩墙断层
图18景儿峪组板岩
图19板岩中的植物根劈作用
景儿峪组白云岩中有一处断层，断层中有岩墙侵入，但岩墙易风化，凹入岩体，形成一个风化壳，是断层的典型标志。白云岩上部有一个与断层垂直的岩床，呈黄色，如图17。从岩床的错断可以看出断层的运动方向，可判断出该断层为断层。
③ 景儿峪组板岩及根劈现象
板岩泥质结构，板状构造，总体上为暗土黄色。岩层较薄，厚度约为0.5~5cm ，容易发生破碎变形。可以看出板岩的层面几乎与坡面平行，抗滑能力较低，如图18
，所以往往要做一些护坡来进行保护。岩体表面风化比较强，部分发育有大
图20顺坡白云岩的溃曲变形
量的裂隙，总体的完整性一般。
板岩的夹层较为软弱，易风化，所以生长着很多植物。植物在板岩的夹层中会产生生物机械风化，对裂隙壁产生挤压，使岩石裂隙扩大，从而引起岩石破坏，这就是典型的根劈作用，如图19。
2) 顺坡白云岩的溃曲变形
沿着公路继续走，会观察到很多
层面和坡面几乎平行的白云岩，也即
顺坡白云岩，如图20。顺坡白云岩层
理较薄，大约2-3cm 。
白云岩中部长期受到压力作用，
使得中部岩层在面内弯曲，如图20。
同时受弯的部分抗风化能力有所减弱，
使得其岩块较为破碎。
3) 震旦亚代和寒武系间的平行不整合面及风化壳
继续往东南方向走，岩层越来越新，可以观察到震旦亚代和寒武系之间的平行不整合面，如图21，左下方是震旦亚代的白云岩，和之前一样，有层理构造，右上方是寒武纪的石灰岩。
白云岩是距今约为8亿年的时候形成的，寒武纪的石灰岩是距今5.4亿年形成的，其巨厚层状为快速沉积的结果。在整个华北，震旦亚代后的2亿年由于地壳的上升，沉积停止，后来到了寒武纪地壳又重新下降，沉积又继续，于是出现了约2~3亿年的岩层缺失，形成了现在的平行不整合面，此处不整合面的产状
图21震旦亚代和寒武系间的平行不整合面
为倾向ES132°倾角25°。
此处的古风化壳宽约5cm ，深约10cm ，是工程上的软弱带强度低。
4) 寒武系石灰岩、泥质岩
① 红色泥质岩及其中发育的断层
如图22为红色泥质岩，无层
理，其中土红色物质估计为赤铁矿
（Fe 2O 3），铁质一定程度上增强了
岩体的工程地质性质，但总体而言，
页岩强度较差，易软化、易泥化，
不宜作为坝基的选址。