蓟州区西井峪村岩石组成数据分析、地层及其地质意义研究

摘要: 本文对中国天津市蓟州区西井峪村的岩石组成进行了深入分析，特别关注了该地区丰富的沉积岩类型及其地质意义。通过对蓟州区的地质背景、岩石学特征、地层划分和古环境的综合研究，文章揭示了西井峪村沉积岩的多样性和复杂性，反映了该地区在地质历史上所经历的多种沉积环境。文章详细描述了砾岩、砂岩、粉砂岩、黏土岩和碎屑岩等岩石类型，并分析了它们在西井峪村的占比及其地质学意义。此外，文章还探讨了蓟州区的地理位置、区域地质背景、地层特征和沉积环境，为理解沉积岩的形成提供了地质背景。研究结果表明，蓟州区的地质结构主要由中新元古代地层组成，这些地层保存状况良好，为研究地球早期生命演化和环境变化提供了宝贵的地质记录。文章最后强调了沉积岩层理分析在重建古沉积环境和解释沉积作用中的重要性，并指出了未来研究的方向。

1  引言

1.1 研究背景

西井峪村，这个位于天津市蓟州区中上元古界国家地质公园最南端的小村落，蕴含着丰富的地质历史。1934年，我国地质学家高振西先生首次对这一地区进行了系统的研究，并命名了井儿峪。随后，1985年，西井峪村被正式纳入青白口纪井儿峪组，这是地质学研究中的一个重要时期。

在西井峪村的地质结构中，我们可以看到一种厚度达到203米的特殊岩石层。这一层岩石的下部主要由碎屑岩组成，这种岩石是由其他岩石破碎后形成的碎屑经过长时间的风化、侵蚀、搬运和沉积形成的。而上部则相对简单，主要由含泥微晶灰岩和略含白云质的灰岩组成，这种岩石的形成过程与生物作用密切相关，是一种生物化学沉积岩。

图1-1 西井峪村村庄岩石面墙

在这些岩石中，我们可以看到砖红色、紫红色与灰白色互层的微晶灰岩，这些色彩斑斓的岩石层不仅为西井峪村增添了一道独特的风景，同时也为地质学家们提供了丰富的地质信息。据地质学家们的研究和测定，这些岩石的形成年代约为8.5亿年左右，属于我国地质历史上一个非常重要的时期。这一时期，地球上的生命形式正在从单细胞向多细胞过渡，生物的多样性也在逐渐增加。

西井峪村是一个充满地质奇观的地方，在这里的这些岩石层不仅记录了地质历史，也记录了生物进化的历程，这里的每一块石头都蕴含着丰富的地质信息，为我们了解地球的历史提供了宝贵的线索。

图1-2 西井峪村村庄布局规划图

注：摘自搜狐网——CBC设计改变乡村｜案例丨西井峪故事 : 三年种下一颗种子

1.2 研究目的与内容概述

西井峪村是蓟州区久负盛名的村落，先后获得多项国家级殊荣，2010年被国家住建部、国家文物局命名为“中国历史文化名村”，2012年被国家住建部、文化部、国家文物局、财政部列入首批“中国传统村落”，2017年被农业部评为“中国美丽休闲乡村”，2019年被文化和旅游部评为“全国乡村重点旅游村”，2020年被文化和旅游部列为全国文化和旅游公共服务机构功能融合试点建设单位。

　该村综合文化服务中心突出“文化+”的思路模式，积极探索创新服务理念、举措和载体，在满足新时代农民群众精神文化生活、促进当地文旅融合和经济社会发展方面进行尝试，取得了成效。为打造乡村“文化+”阵地，拓展文化旅游新空间，积极推出一系列创建活动，即：创建一家乡村图书馆（“井峪书馆”）；创建一个乡村文化活动室；创建一家乡村精神文明实践站（文化志愿服务站）；建设一个乡村百姓大舞台；打造一个影视村。

西井峪村充分利用本村历史文化遗存，对村庄进行保护性开发，整合村内自然、人文、历史等资源，深入挖掘石院石屋、石桌石凳、石碾石磨和“穿云晚眺”“福山寿水”等自然景观，打造出“五景十坊三十院”，其独特的石砌风貌和古朴典雅的民风民俗，吸引了众多摄影爱好者采风创作和影视机构选景拍摄，冯骥才先生曾亲题“西井峪民俗摄影村”。

图1-3  西井峪村秩序+局部应对的集合

注：摘自搜狐网——CBC设计改变乡村｜案例丨西井峪故事 : 三年种下一颗种子

2 蓟州区地质概况

2.1 地理位置与区域地质背景

蓟州区，隶属天津市，位于天津市最北部，东临遵化市、玉田县，西接河北省三河市，南依天津市宝坻区，北邻河北省兴隆县、北京市平谷区。介于北纬39°45'~40°15'，东经117°05'~117°47'之间，东西宽56千米，南北长55千米，总面积1590.22平方千米。截至2020年，蓟州区常住人口79.55万人。截至2023年6月，蓟州区下辖1个街道、25个镇、1个乡。

蓟州区地势为燕山山脉与华北平原的过渡地带，北高南低，北起长城，南至蓟运河，逐渐下降，呈阶梯分布。北缘最高点为九山顶，海拔1078.5米，南部最低处在马槽洼，海拔1.8米。南北高差1076.7米。山区面积840.5平方公里，平原面积504.72平方公里，洼地面积245.2平方公里。

2.2 蓟州区地层特征

蓟州北部山区位于中国天津市蓟州区，这里的地貌特征主要是山地和丘陵，地势较为崎岖。在这片约750平方公里（相当于750km²）的区域内，，这些地层的出露情况相对较好，一系列不同地质年代的地层层序较为清晰。

山区内主要出露的地层属于中新元古代，包括长城纪和青白口纪的地层。这些地层厚度可达近万米，由于构造活动相对简单，地层保存较为完整，没有经历过于剧烈的变质和褶皱作用，因此地层序列得以较为完好地保存下来。

其中蓟县层型剖面就位于这个区域。层型剖面是地质学上用于定义和描述特定地质时期地层的标准参考剖面，它对于全球地质年代的对比和地质历史的重建具有重要意义。蓟县层型剖面因其保存完好的中新元古代地层和丰富的生物化石而闻名，这些地层的岩石类型多样，包括砂岩、页岩、石灰岩等，成为研究地球早期生命演化、环境变化和沉积历史的重要场所。

3 沉积岩类型及其特征

3.1 沉积岩的分类

3.1.1 砾岩

砾岩是粗碎屑含量大于30% 的岩石。绝大部分砾岩由粒度相差悬殊的岩屑组成，砾石或角砾大者可达1米以上，填隙物颗粒也相对比较粗。具有大型斜层理和递变层理构造。

3.1.2 砂岩

砂岩在沉积岩中分布仅次于黏土岩。它是由粒度在2～0.1毫米范围内的碎屑物质组成的岩石。在砂岩中，砂含量通常大于50%，其余是基质和胶结物。碎屑成分以石英、长石为主，其次为各种岩屑以及云母、绿泥石等矿物碎屑。

3.1.3 粉砂岩

粉砂岩中，0.1～0.01mm粒级的碎屑颗粒超过50%，以石英为主，常含较多的白云母，钾长石和酸性斜长石含量较少，岩屑极少见到。黏土基质含量较高。

3.1.4 黏土岩

黏土岩是沉积岩中分布最广的一类岩石。其中，黏土矿物的含量通常大于50%，粒度在0.005～0.0039mm范围以下。主要由高岭石族、多水高岭石族、蒙脱石族、水云母族和绿泥石族矿物组成。

3.1.5 碳酸盐岩

常见的岩石类型是石灰岩和白云岩，是由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的。碳酸盐中也有颗粒，陆源碎屑称为外颗粒；在沉积环境以内形成并具有碳酸盐成分的碎屑称为内碎屑。在中国北方寒武系和奥陶系的石灰岩中广泛分布着一种竹叶状的砾屑，这些竹叶状灰岩反映了浅水海洋动荡的沉积环境，是由未固结的碳酸盐经强大的水流、潮汐或风暴作用，破碎、磨蚀、搬运和堆积而成的。在鲕状灰岩中常见到具有核心或同心层结构的球状颗粒，很象鱼子，得名“鲕粒”。鲕粒的核心可以是外颗粒，也可以是内颗粒，还可以是化石。同心层主要由泥级（小于0.005mm）方解石晶体组成。

图3-1   碳酸盐沉积岩

3.1.6 碎屑岩

碎屑岩也称火山碎屑岩，是火山碎屑物质的含量占90%以上的岩石，火山碎屑物质主要有岩屑、晶屑和玻屑，因为火山碎屑没有经过长距离搬运，基本上是就地堆积，因此，颗粒分选和磨圆度都很差。

碎屑沉积岩

是从其他岩石的碎屑沉积形成的，包括有长石，闪石，火山喷出物，黏土，以及变质岩的碎屑，碎屑的大小不同形成的岩石也不同，形成页岩的碎屑小于0.004 mm，形成砂岩的碎屑在0.004 ～ 0.06 mm 之间，形成砾岩的碎屑则有2 ～ 256 mm。

沉积岩的分类不仅根据其形成颗粒的大小，还要考虑到组成颗粒的化学成分，形成的条件等因素。颗粒形成的条件，是被冰、水、温度变化将岩石碎裂，也有是由于化学作用，如淋融再析出等。在搬运过程中，颗粒体积进一步变小，最终在一个新地点沉积成岩。

生物沉积岩

是由生物体的堆积造成的，如花粉、孢子、贝壳、珊瑚等大量堆积，经过成岩作用形成的

一般认为，地球大气中的含碳量之所以相对其他行星如金星要低，就是因为被石灰岩等沉积岩固定。形成石灰岩的碳和钙都能在生物系统中循环。

3.2 沉积岩的岩石学特性

3.2.1 特性概述

沉积岩是指成层堆积的松散沉积物固结而成的岩石。曾称水成岩。是组成地壳的三大岩类 (火成岩、沉积岩和变质岩)之一。沉积物指陆地或水盆地中的松散碎屑物，如砾石、砂、粘土、灰泥和生物残骸等。主要是母岩风化的产物，其次是火山喷发物、有机物和宇宙物质等。沉积岩分布在地壳的表层。在陆地上出露的面积约占75%，火成岩和变质岩只有25%。但是在地壳中沉积岩的体积只占5%左右，其余两类岩石约占95%。沉积岩种类很多，其中最常见的是页岩、砂岩和石灰岩，它们占沉积岩总数的95%。这三种岩石的分配比例随沉积区的地质构造和古地理位置不同而异。总的说，页岩最多，其次是砂岩，石灰岩数量最少。沉积岩地层中蕴藏着绝大部分矿产，如能源、非金属、金属和稀有元素矿产，其次还有化石群。

3.2.2 化学成分

随沉积岩中的主要造岩矿物含量差异而不同。例如，泥质岩以粘土矿物为主要造岩矿物，而粘土矿物是铝-硅酸盐类矿物，因此泥质岩中SiO2及Al2O3的总含量常达70%以上。砂岩中石英、长石是主要的，一般以石英居多，因此SiO2及Al2O3含量可高达80%以上，其中SiO2可达60～95%。石灰岩、白云岩等碳酸盐岩，以方解石和白云石为造岩矿物，CaO或CaO+MgO含量大，SiO2,Al2O3等含量一般不足10%。表1是根据岩样的化学分析资料综合的泥质岩、砂岩和石灰岩的化学成分含量范围值。

4 西井峪村岩石组成分析

4.1 白云质石灰岩

白云石含量达25%~50%时,称为白云质灰岩。颜色常为黄色、白色或褐色。块状结合体，玻璃光泽至珍珠光泽，含少量粉砂，且不均匀，局部富集呈斑块，偶见黄铁矿晶粒。黄铁矿呈凝块状。硬，白云质分布较均，岩屑呈片状、团块状。

图4-1 西井峪村白云质石灰岩外墙

4.2 中粗粒花岗岩

浅肉红色，粗粒结构，块状构造，主要矿物：石英25%，碱性长石58%，斜长石15%和黑云母及少量榍石组成。

图4-2 西井峪村花岗岩外墙

4.3 页岩

由黏土脱水胶结而成的岩石。以黏土类矿物（高岭石、水云母等）为主，具有明显的薄层理构造。含有机质的呈灰黑、黑色。含铁的呈褐红、棕红等色，还有黄色、绿色等多种颜色。

图4-3 西井峪村页岩外墙

4.4 泥质石灰岩

灰黑色，微晶结构，薄-微层状构造。岩石由方解石、高岭石、绢云母、石英等不均匀分布。大部分薄层由方解石、石英等矿物组成，微层由高岭石和绢云母和少量的方解石等组成，局部硅质条带冲填。

图4-4 西井峪村泥质石灰岩外墙

5 西井峪村岩石组成数据分析

5.1 三大岩类分析

  西井峪村的主要岩石种类为沉积岩，在调查过程中，统计发现的共1000块岩石中，存在793块岩石为沉积岩，其余岩石中，138块岩石为岩浆岩，69块为变质岩。

西井峪村庄中，岩浆岩主要为中粗粒花岗岩，广泛分布于村中建筑的地基、外墙以及部分民宿的内墙建设。而变质岩则十分稀少，难以在村庄外部进行区分和鉴定。我们通过深入调查，进去西井峪村后的山区以及原西井峪村遗址进行调查，发现了少量的变质岩存在。

而西井峪村随处可见的就是沉积岩，主要表现为景儿峪组岩石。这是一种在西井峪村特有的岩石种类，除此之外，便是各式各样的沉积岩，几乎囊括了世界上所发现的所有沉积岩类型。

图5-1 西井峪村三大岩类占比

5.2 西井峪村沉积岩组成分析

深入调查西井峪村沉积岩的各个类型及其占比。沉积岩是地壳中最常见的岩石类型之一，它们由沉积物经过压实、固结而成。西井峪村的沉积岩类型包括砾岩、砂岩、粉砂岩、黏土岩和碎屑岩。

各类型占比分析

砾岩：占比达到7%。砾岩是一种由较大的岩石碎片（通常直径大于2毫米）组成的沉积岩，通常形成于河流、海滩等环境中。占比数据可能表明西井峪村地区在地质历史上可能经历了强烈的水流搬运作用。

砂岩：占比为5%，砂岩由砂粒大小的颗粒组成，通常形成于河流、湖泊或海岸线等环境。

粉砂岩：占比为16%，由更细小的颗粒组成，介于砂岩和黏土岩之间。粉砂岩的形成环境多样，可能包括河流、湖泊或海洋。

黏土岩：占比为52%，是细颗粒沉积物经过压实形成的岩石。黏土岩的形成通常与静水环境或缓慢沉积速率有关。

碎屑岩：占比为8%。碎屑岩是一个泛称，包括了由碎屑物质组成的各种岩石类型，如砾岩、砂岩等。

西井峪村的沉积岩类型及其占比表明，该地区在地质历史上可能经历了多种沉积环境。砾岩和砂岩的高占比可能指示了强烈的水流作用和河流、湖泊等环境的存在。粉砂岩和黏土岩的存在则可能表明了更缓慢的沉积过程和静水环境。

西井峪村的沉积岩类型多样，反映了复杂的地质历史和多样的沉积环境。砾岩和砂岩的高占比是该地区沉积岩的显著特征，可能与河流、湖泊等快速沉积环境有关。粉砂岩和黏土岩的存在则提供了关于沉积速率和环境条件的额外信息。这些数据对于理解该地区的地质历史和沉积过程具有重要意义。

图5-1 西井峪村沉积岩各类占比

6 总结

本文深入探讨了天津市蓟州区西井峪村的岩石组成及其地质意义，尤其是沉积岩的特征、形成环境和对理解地球早期生命演化、环境变化及地质历史的重要性。通过对蓟州区的地质概况、岩石学特征、地层划分以及古环境分析的综合研究，我们揭示了该地区丰富的地质信息和独特的地质价值。

蓟州区位于天津市北部，其地势北高南低，是燕山山脉与华北平原的过渡地带。该区域的地质结构主要由中新元古代地层组成，包括长城系、蓟县系和青白口系，这些地层的保存状况良好，为研究地球早期生命演化和环境变化提供了宝贵的地质记录。

西井峪村的岩石组成以沉积岩为主，其中砾岩、砂岩、粉砂岩、黏土岩和碎屑岩等类型丰富多样，反映了该地区在地质历史上可能经历了多种沉积环境。特别是黏土岩的高占比，表明了静水环境或缓慢沉积速率的存在。此外，岩浆岩和变质岩虽在村庄中分布较少，但它们的发现为理解该地区的地质演变提供了重要线索。

沉积岩作为西井峪村的重要地质特征，其形态多样，结构复杂，是研究古环境和地层划分的关键。沉积岩的形成与蓟县纪时期的特定环境条件密切相关，包括滨海泻湖相、潮间带和浅海陆棚的环境变化，以及适宜的气候条件和水体中的高碳酸盐饱和度。这些条件为菌藻类生物的生长和繁殖提供了理想环境，进而形成了丰富的藻类化石和沉积岩等生物地质遗迹。

通过对沉积岩层理的分析，我们可以推断古水流的方向和强度，为重建古沉积环境和解释沉积作用提供了重要依据。同时，叠层石层理的方向也有助于识别地层序列中的不同层位，进一步丰富了我们对该地区地质历史的理解。

综上所述，西井峪村的地质研究不仅丰富了我们对蓟州区地质结构和岩石组成的认知，而且为探索地球早期环境和生命演化提供了宝贵的信息。未来的研究应继续关注该地区的地质特征，以期获得更多关于地球早期历史的深刻见解。

参考文献( References):

[1]王振飞,王鹿鸣,李宏宇,等.西井峪村改造[Z].城市环境设计,2023(3):442-447. 

[2]王亚鑫,冯刚,高昊.石材在乡村民宿中的新乡土表达--以蓟县西井峪为例[Z].城市环境设计,2023(1):347-355. 

[3]郝卫国,杨云歌,于坤,等.天津市西井峪村传统院落景观活态更新策略[Z].古建园林技术,2023(2):7-11.

[4]刘书杰,魏安超,王成龙,等.沉积岩中黏土矿物产状与鉴别特征[Z].钻采工艺,2024,47(1):121-131. 

[5]罗平，王石等．微生物碳酸盐岩油气储层研究现状与展望.沉积学报，2013，(第 5 期).

[6]祝禧艳,仇一凡,庞岚尹,等.华北南缘中元古界高山河群碎屑沉积岩物质源区多元性及其对区域地层对比和构造演化的指示[J].岩石学报,2019,35(8):2487-2502. 

[7]汪新文等著．地球科学概论(第二版).北京：地质出版社，2013.3.