4.3.1 地层岩性
实习区内地层发育较全，露头良好。由老到新有太古界界河口群、元古界长城系、古生界的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界的三叠系，新生界的第四系。界河口群、长城系、寒武系和奥陶系主要分布在本区西部高山地带，以榆林沟、陈台沟一线以西发育较好；石炭系、二叠系、三叠系分布在西冶川河两侧，以寺沟露头发育最好；第四系分布在西冶川河两侧的山梁上和沟谷中。地层在狐偃山主峰至水峪贯一带地层走向近东西分布。本区地层主要特征如下。
1.太古界界河口群（Arj）
出露于西野川河西部，为一套变质片岩、片麻岩、变粒岩及大理岩。其总体特征如下。
（1）云母片岩较发育，并与变粒岩呈韵律交替出现。
（2）大理岩层数较多，常富含石墨。
（3）变质程度较高，属角闪岩相至麻粒岩相，并普遍受到强烈的混合岩化作用。
（4）构造复杂，常见小型肠状褶皱和柔性流动。
榆林沟一带常见黑云母斜长片麻岩、混合花岗片麻岩、石榴石长英变粒岩、黑云片岩、角闪岩及大理岩等，并有伟晶岩、细晶岩及辉绿岩脉侵入，见图4.7。
地貌和植被特征：地貌常形成开阔的山谷多不具陡壁的山峰。植被发育，常有松、柏、柞树等针、阔叶树种（图4.8）。
图4.7 太古界界河口群变质岩
2.中元古界长城系（Z1h）
位于西冶川河西部，不整合覆盖在界河口群之上，是一套紫红色、粉红色厚层细粒石英岩状砂岩，石英多重结晶，交错层理及波痕发育，有的地段见一层20cm的含砾石英岩状砂岩，并夹数层紫红色页岩，总厚30m左右（图4.9）。
图4.8 太古界界河口群地貌与植被
地貌与植被特征：在倾向一侧山坡较缓，在相反的方向上形成近垂直地面的陡壁；缓坡上植被发育。时代：寒武系沉积的边缘相。
3.古生界寒武系（∈2）
区内缺失下寒武统，只有中寒武统徐庄组、张夏组，上寒武统崮山组、长山组及凤山组，分布于本区西部，与霍山砂岩呈平行不整合接触，榆林沟Arj—Z1h—∈2剖面示意图见图4.10；岩性主要为紫红色砂质页岩、鲕状灰岩、白云岩及竹叶状灰岩，总厚可达180m。
（1）中寒武统徐庄组（∈2x）。本组厚度45m，最下部为暗紫红色底砾岩，向上为紫红色页岩和薄层状细砂岩互层，上部为灰色鲕状灰岩和白云质泥质灰岩，薄层灰岩。地貌和植被上表现为洼地，且植被发育，见图4.11。
图4.9 中元古界长城系
（2）中寒武统张夏组（∈2z）。本组厚55m，下部为灰色薄层状含白云质泥质灰岩与钙质页岩互层，中部为灰色薄层状含白云质泥质灰岩，夹中厚层状鲕状灰岩及钙质页岩，上部为深灰色巨厚层状鲕状灰岩，夹四层薄层灰岩；含三叶虫化石。地貌特征：形成沟内最大的陡壁。鲕状灰岩见图4.12。
图4.10 榆林沟Arj-Z1h-∈2剖面示意图
图4.11 中寒武统徐庄组
图4.12 鲕状灰岩
（3）上寒武统崮山组（∈3g）。本组地层厚度26m，底部为灰紫色钙质页岩夹透镜状灰岩，中上部为灰白色钙质页岩和薄层状灰岩互层，最上部为深灰色薄层状灰岩夹四层竹叶状灰岩。“竹叶”具氧化圈，薄层状灰岩夹四层竹叶状灰岩见图4.13。
（4）上寒武统长山组（∈3c）。本组地层厚度仅7m，为竹叶状灰岩夹薄层二淡灰色泥质自云岩，“竹叶”具氧化圈。在地貌特征上与崮山组一起形成缓坡，三山组剖面图见图4.14，三山组见图4.15。
（5）上寒武统风山组（∈3f）。本组地层厚度38m，下部为灰白色薄层状细晶质砂糖状自云岩，上部为灰白色巨厚层状中至细粒结晶质白云岩，不含化石；地貌特征为陡壁。
图4.13 薄层状灰岩夹四层竹叶状灰岩
图4.14 三山组剖面图
图4.15 三山组
4.奥陶系
实习区的奥陶系主要分布在西部，与下伏寒武系整合接触，为浅海环境的沉积地层。地层划分为三组八段，总厚度为467m；本区缺失上奥陶统。
（1）下奥陶统（O1）（未分组，相当于冶里组和亮甲山组）。厚度近60m，下部为灰黄、灰绿色薄层状白云岩夹少量燧石条带，中部为灰色、灰黄色薄层白云岩和厚层白云岩互层，夹白云质页岩、假竹叶状灰岩；上部为灰色、灰黄色白云质灰岩夹燧石条带和结核，下奥陶统见图4.16。
图4.16 下奥陶统
图4.17 中奥陶统下马家沟组
（2）中奥陶统下马家沟组（O2x）。本组厚度为120m。下段（O2x1）厚度64m，主要为白云质角砾白云岩和白云质灰岩，底部为白云岩。中段（O2x2）厚度为26m，主要为白云岩和灰岩，向上部白云质减少，泥质增多。上段（O2x3）厚度29m，下部为白云质灰岩、白云岩互层，中、上部为厚层致密状灰岩，向顶部变薄，泥质增多，具蠕虫状构造。中奥陶统下马家沟组见图4.17。
（3）上马家沟组（O2s）。本组厚度为290m。下段（O2s1）厚度47m，主要为灰白色角砾状白云岩。中段（O2s2）厚度100m，为灰色豹皮灰岩，夹厚层或薄层灰岩。上段（O2s3）厚度74m，为灰白色薄层角砾状白云岩与灰色中薄层灰岩互层，向上层理变厚，泥质增多，呈豹皮状构造，中奥陶统上马家沟组见图4.18。
图4.18 中奥陶统上马家沟组
（4）峰峰组（O2f）。本组发育不全，厚度为67m。下段（O2f1）厚度37m，为黄色、灰白色角砾状灰质白云岩，白色、灰白色文石层，上部为灰色薄层状泥灰岩类中厚层状灰岩，中奥陶统峰峰组下段见图4.19。
图4.19 中奥陶统峰峰组下段
上段（O2f2）厚度为30m，为深灰色厚层状灰岩，具蠕虫状混质条带，顶都有少量泥质、白云质灰岩，中奥陶统峰峰组上段见图4.20。
图4.20 中奥陶统峰峰组上段
5.石炭系
石炭系与下伏地层峰蜂组为平行不整合接触。
（1）中统本溪组（C2b）。本组分为两段，总厚度15m。下段（铁铝岩段C2b1）厚度为4.7m，下部为红褐色铁质泥岩（即山西式铁矿），表面风化为黄褐色松散的褐铁矿；向上为灰色铝土岩，灰白色铝质泥岩，石炭系中统本溪组下段见图4.21。
图4.21 石炭系中统本溪组下段
上段（畔沟段C2b2）厚度为11m，下部为砂质泥岩，向上为灰白色泥岩，含少量植物根、茎化石碎片，灰白色铝质泥岩，含少量植物化石碎片，灰色生物碎屑泥晶灰岩；顶部为黑色铝质泥岩，含植物化石碎片，石炭系中统本溪组上段见图4.22。
（2）上统太原组（C3t）。本组地层分三段，总厚度92m，与本溪组整合接触。
晋祠段（C3t1）底部为晋祠砂岩（图4.23），向上为灰黑色泥质粉砂岩、灰色生物碎屑泥晶灰岩（吴家峪灰岩，见图4.24），含蜓类及腕足类动物化石。顶部为黑色铝质泥岩，含大量植物根、茎化石碎片。
图4.22 石炭系中统本溪组上段
图4.23 晋祠砂岩
毛儿沟段（C3t2）：底部为灰色中一细粒长石石英砂岩（西铭砂岩，见图4.25），向上为粉砂质泥岩，夹页岩、菱铁矿结核和砂岩透镜体，富含植物化石（菊花石化石见图4.26）。8号煤层，黑色泥岩、含菱铁矿结核（图4.27），夹一层根土岩和砂岩透镜体，含生物潜穴，毛儿沟灰岩，含蜒、腕足、珊瑚、海百合茎等化石（植物茎化石见图4.28）；煤线、斜道灰岩（图4.29），向上为海相泥岩多含动物化石，7号煤。
图4.24 吴家峪灰岩
图4.25 西铭砂岩
图4.26 菊花石化石
图4.27 黑色泥岩、含菱铁矿结核
图4.28 植物茎化石
图4.29 斜道灰岩
东大窑段（C3t3）：下部为七里沟砂岩（图4.30），向上为灰黑色泥质粉砂岩，6号煤，顶部为东大窑灰岩（图4.31）。
图4.30 七里沟砂岩
图4.31 东大窑灰岩
6.二叠系
本组地层划分为4个组。
（1）下统山西组（P1s）。本组地层与下伏地层整合接触，总厚度60m。下部以黑色、黑灰色的泥岩为主，夹薄层状中厚层状砂岩，并夹1～3号煤层，泥岩中常含大量植物化石。中上部以砂岩为主，夹泥岩、砂质泥岩和2～3层煤线。
（2）下统下石盒子组（P1x）。本组与下伏地层整合接触，总厚度60m，是一套砂岩为主的地层，主要是底部为灰黄色中粒长石石英砂岩（骆驼脖子砂岩，见图4.32），向上为砂岩和深灰色、黑灰色泥岩及页岩互层，夹有10余层煤线。上部为巨厚层状黄色长石石英砂岩，夹少量薄层状泥岩、页岩，页岩中含大量的植物叶、种子等化石。
图4.32 骆驼脖子砂岩
（3）上统上石盒子组（P2s）。本组与下伏地层整合接触，总厚270m，分为3段。
1）下段（P2s1）：厚121m，底部为巨厚层状紫斑泥岩（桃花泥岩，由于构造原因未见底），夹1～2层锰铁矿层（图4.33）。向上为紫色，灰绿色、蓝灰色泥岩、砂质泥岩夹砂岩，顶部为灰黑色砂岩及杂色砂质泥岩互层，含有大量的化石。
图4.33 桃花泥岩与锰铁矿层
2）中段：（P2s2）：厚47m，底部为巨厚层状灰白色含砾粗砂岩（狮脑峰砂岩，见图4.34）；向上为杂色砂质泥岩与砂岩互层，形成独特的“三道门”，见图4.35。
3）上段（P2s3）：厚105m，底部为巨厚层状灰白色含砾粗砂岩，向上为紫色砂质泥岩；中部为砂岩与杂色泥岩互层，上部为砂岩、杂色泥岩互层，上石盒子组上段见图4.36。
（4）石千峰组（P2sh）。本组与下伏地层整合接触，总厚度110m；是一套灰红色巨厚层状长石石英杂砂岩与深紫色砂质泥岩的互层（图4.37），下部夹1～2层紫红色含砾硅质胶结砂岩（图4.38），上部至顶部的砂质泥岩中钙质结核呈透镜状、似层状分布，有6～9层，是本组与上覆地层区别的标志。
图4.34 狮脑峰砂岩
图4.35 杂色砂质泥岩与砂岩互层“三道门”
图4.36 上石盒子组上段
图4.37 杂砂岩与砂质泥岩互层
7.三叠系
本系在实习区出露有下统刘家沟组和尚沟组，中统二马营组。
（1）下统刘家沟组（T1l）。本组与下伏地层整合接触，总厚450m。本组地层下部为巨厚层状粉红色长石砂岩（图4.39）、夹薄层状紫红色泥、页岩，中部为巨厚-厚层状粉红色长石石英砂岩夹中到薄层状泥岩、页岩，上部为厚层状砂岩夹中厚层状泥岩、页岩。砂岩具大型板状交错层理、单向斜层理（图4.40）、变形层理、平行层理等，顶部含“同生砾岩”（图4.41）或“砂球”；层面构造发育，如大型泥裂（图4.42）、波痕（图4.43）。泥岩的层数自下而上增多增厚，含孢粉化石。
图4.38 紫红色含砾硅质胶结砂岩
（2）下统和尚沟组（T1h）。与下伏地层整合接触，总厚112m。本组地层以紫红色泥岩为主，下部以一层含泥砾、砂球的紫红色细砂岩与下伏地层分界；砂岩的层数和厚度自下而上变少、变厚，泥岩的层厚与数量自下而上由少变多，含孢粉化石。下统和尚沟组见图4.44。
（3）中统二马营组（T2er）。本组厚度不详，在实习区内未见顶，与下伏地层和尚沟组整合接触（图4.45和图4.46）。下部以灰绿色长石杂砂岩为主，夹有紫红、黄绿、灰紫色泥岩和砂质泥岩，含有较丰富的孢粉化石。向上泥岩成分增多，砂岩中常见生物钻孔。
图4.39 巨厚层状长石砂岩
图4.40 斜层理
图4.41 同生砾岩
图4.42 泥裂
图4.43 波痕
8.第四系
实习区内主要是Q3的马兰黄土和Q2的离石黄土，以及沟谷中和谷坡地带Q4的冲洪积物。Q3的分布较广，Q2分布在1300m高程线以上。
图4.44 下统和尚沟组
（1）上更新统（Qdl+pl）。主要出露于河流两侧山坡及沟谷内。岩性以灰黄色亚砂土、粉细砂为主，夹青灰色淤泥质黏土，局部夹有薄层砂砾岩透镜体，厚度一般为20～30m，局部达60～70m，由北向南厚度变薄。山区为风积粉砂质黄土，形成黄土梁峁地貌。
（2）全新统（Qal）。分布于河流两侧及山前地带，是组成河流一级阶地及山前洪积倾斜地形的主要地层。冲积层分布于河流两侧，组成河流一级阶地和河漫滩，沉积物具明显二元结构，上部为亚砂土，下部为砾石层，第四系全新统见图4.47。
图4.45 寺沟向斜核部和尚沟组与二马营组整合接触
图4.46 小水沟向和尚沟组与二马营组整合接触
图4.47 第四系全新统