第一节 地层及地质发展简史
本县全境属我国华北地层区，以黄堆—巩村为界，县境山区、平原分置于它的不同分区与小区，前者处于陕甘宁盆地边缘地层分区，平凉—永寿地层小区之东南段；后者居汾渭地层分区，渭河地层小区之北侧。县区最老的地层是10亿年前蓟县纪的杜关组（或冯家湾组），当时本区处于滨海—浅海或开阔海湾的潮间地带，留下的沉积岩为灰—深灰色，中厚—厚层状普遍含燧石结核及条带的粉晶白云岩，夹少量砂岩及绢云板岩，但它们在本县境内出露不多，仅在北山的南部边缘零星见到。扬子运动使本区抬升为陆，在距今10～5.7亿年间的青白垩纪、震旦纪经受剥蚀作用，其中7.2亿年前后，气候严寒，在本县及邻区局部留下少量冰川产物——罗川组冰碛砾岩。
距今5.7～4.6亿年间的早古生代时期，本区又随着华北地块全面下沉，成为华北广阔浅海南缘地区，留下滨—浅海特征的沉积物及丰富的古代生物遗骸，北山地区大部分岩石就是由这—时期的沉积物所形成。寒武纪初，本区气候干燥，经历晚元古界漫长的剥蚀夷平作用后，本区已达准平原化，海水从西漫入，沉积形成滨海特征的有明显生物记载的辛集组，这是下寒武统最底部地层，为浅灰紫色略带浅粉红色，中—薄层含磷砂岩及薄层磷块岩、灰岩，普遍含三叶虫及腕足类化石，此为本区最早的显形动物形态，但地层总厚仅3～5米。随着海侵范围的扩大，在下寒武世中期形成昌平组，为灰至深灰色厚层白云质灰岩，鲕状灰岩及砾状灰岩，厚10米左右。晚期形成的地层通称馒头组，为浅灰紫、土黄、浅粉红色薄层泥灰岩与紫灰色页岩互层，夹灰岩、石英砂岩，厚40米左右。距今5.4～5.15亿年的中寒武世，海水进一步加深，本区由滨海逐渐向浅海环境演变，成为三叶虫及腕足类喜居的场地，早期沉积形成紫红、暗紫红色页岩夹粉砂质页岩、深灰色灰岩、鲕状灰岩、泥灰岩及石英砂岩，厚40米左右的毛庄组；中期沉积形成徐庄组，其下部为粉砂质页岩夹结晶灰岩、粉砂岩及灰岩，上部为暗紫、紫红色粉砂质页岩夹薄层泥灰岩、鲕状灰岩，总厚达100米左右；晚期沉积形成张夏组，为灰、深灰色厚层结晶灰岩，鲕状灰岩，夹沥青质臭灰岩及黄绿、灰绿色千枚状页岩，厚70～170米。5.15～5亿年前间的晚寒武世时期，本区处于浅海环境，以崮山组为代表，为紫灰、浅棕红、灰黄色薄层泥灰岩夹深灰色结晶灰岩和薄层灰岩，厚90～170米。
距今5～4.6亿年间的早中奥陶世时期，本区继承了寒武纪时的稳定浅海环境。生物除三叶虫、腕足类外，尚有头足类、腹足类、珊瑚及笔石，下统为水泉岭组，由灰白、褐灰色厚层—块状灰岩，灰褐色白云质灰岩夹浅灰、灰黄色泥灰岩及细—粉砂岩组成，厚60～170米。中统的下部为3道沟组，由较纯的深灰色厚层块状致密灰岩组成，局部含泥质具豹皮状结构；上部为平凉组，由轻变质的灰绿色页岩、含砾页岩夹硅质灰岩及粉砂岩组成，由于构造影响，地表出露厚达1000余米。4.6亿年前后的晚奥陶世初，本县全面上升隆起经受剥蚀，只在局部低洼地带堆积了形态、成分各异的砾岩、角砾岩，俗称“唐王陵砾岩”，在本县瓦罐岭一带断续出露。
此后，在志留、泥盆、石炭三纪及早二叠世的2.2亿年时期内，本区又经历漫长的夷平作用，至今2.4亿年左右的晚二叠纪初，始由东而西逐渐下降，成为陕北盆地的南缘地区。当时地势南高北低，古秦岭是低山，本县为山前平原，县境北为广阔的河流及淡水湖泊，气候由温暖潮湿趋向干燥炎热，但植物仍较繁茂，只因后期抬升剥蚀，县境内未能保存当时的沉积物，仅在县境以北的麟游县境才大面积出现。
距今2.3～0.7亿年中生代时期，本县基本上继承晚二叠世时期的地貌景观，是陕北盆地与秦岭山区间的过渡地带，该时期的沉积物在县区境也同二叠系一样被剥蚀罄尽，从邻区地层推知，在早三叠世初曾有过一次由东而西的海浸，本县处于滨岸地带，县北经川、麟游一带有海陆交互的沉积，随后海退，在中晚三叠世成为内陆盆地的河、湖环境，气候由半潮湿转温暖潮湿至半干旱，1.95亿年前后的印支运动使本县全面上升，早侏罗世处于剥蚀时期，形成起伏不平的丘陵，气候半干旱。中侏罗世转向温暖潮湿，县境以北又相对下降成为河流—滨湖环境，植物繁茂形成煤层，中侏罗世末的燕山运动，使本县和秦岭全面抬升成为剥蚀区，气候转向炎热干旱。1.35亿年前后的白垩纪初，又随着整个渭北盆地而下沉，成为河漫滩、河、湖岸滨环境，而南侧秦岭仍在隆起，南北升降差异趋向显著。至早白垩世末，县境及渭北盆地连同秦岭才整体上升，遂结束了南高北低的山前平原景观及渭北盆地洼陷历史。
距今7千万年的第三纪初，晚期燕山运动，使本县面貌大为改观，往日连在一起的秦岭、渭北盆地开始解体，萌生现代地貌景观的雏形，中间出现渭河洼陷，南北呈现两山对峙局面，此时，县境被黄堆—巩村断裂分解为升降回异的两个小区。随着喜山运动的发展，其北侧缓慢上升经受剥蚀，形成北部低山山地，古生界露出地表；其南卷入渭河沉陷带，接受沉积成为平原、河、湖。隔河相望的秦岭逐年上升，迅速成为巍峨大山；渭河洼地在不断深陷、填平，致今日累计堆积厚数千米的新生代沉积物，使县境内这一地段的第三系及古老地层均被深埋地下。它的最上部，被第四系不整合覆盖的地层是上第三系上新统早期的灞河组，在黄土台塬区埋深为180～270米，顶面高程为579～408米，在洪积扇区埋深为252～282米，顶面高程为578～402米，水文钻孔现已揭露的灞河组厚在154米以上，为浅棕红、浅棕黄色粘土、亚粘土、夹棕黄、褐黄色薄砂层，粘土致密坚硬，含砂砾和红色粘土块及钙质结核，并夹灰绿色条纹。上新世中期的构造变动，使本县抬升经受剥蚀，晚上新世在局部低洼处沉积棕红色粘土，厚仅14米。称蓝田组。深埋的其它新老第三系在东西两侧的关中邻区都有出露，其下第三系由底部固结成岩较好的砂、砾岩及中部红河组，上部白鹿原组构成，后二者以灰绿色砂岩夹棕红色粘土岩为主。据动植物化石记载，当时植物以柳杉、杉、杨梅等亚热带木本为主，动物有两栖犀、猴、兔等，沉积物反映出当时处于亚热带、热带气候，雨量充沛，可能属于潮湿气候带中的冲积平原。且显示由河流逐渐向湖泊转变。上第三系由冷水沟组、寇家村组、灞河组、蓝田组构成，主要为一系列黄棕色砂砾岩，棕红色泥岩互层，富含哺乳类、软体动物化石，是在干燥和潮湿季节交替下的河湖沉积，气候有由湿润变干燥趋势，具半干旱而温和的大陆性特点，植物多为近代化温带地区类型，种类繁多，下部木本植物多，上部草本植物多。反映向草原方向发展，有三棱齿象、柄杯鹿、利齿猪、古长颈鹿以及三趾马等栖息游荡。水体中有鱼、龟、蚌类活动，同时富含轮藻。最近200万年来的第四纪时期，总体上继承了第三纪时的地质作用，本县北部山区仍以剥蚀作用为主，南部平原继续接受堆积，渭河漫滩地区最大堆积厚度可达600米，由下而上可分为四个统：
一、下更新统（Q1）：分布广，但多被覆盖，仅在沟谷边缘零星出露，不整合覆于基岩或第三系之上，可分上下两层，上部为风积（），由橙黄、黄褐色黄土状土，夹4～6层密集的古土壤组成，每层古土壤底部有大量钙质结核或钙板，厚15～30米。下部自北山前至南部渭河岸依次为洪积（），冲、洪积（）、冲、湖积（）层，洪积物为浅黄、褐黄、棕黄灰色沙砾、卵石，含漂石、亚粘土、亚沙土，厚80～120米，冲、洪积层为褐黄、浅棕黄、棕红、褐灰、灰绿和黄绿色亚粘土、亚沙土与沙砾卵石互层，含钙质结核或钙板，粒度由西向东变细，厚70～276米，埋深105～123米，顶面高程506～673米。冲、湖积层为灰、灰绿色沙、粘土、亚粘土、亚沙土互层，埋深140米，厚155～360米，顶面高程390～468米。关中一带已发现的这一时期（距今115万～200万年）的哺乳动物化石多达26个种属，其中以丽牛、三门马、四不像鹿最繁盛，并残存有第三纪末期的三趾马、长鼻三趾马、大型真鹿。植物方面以云杉、冷杉、松、榆、朴占优势，经历了针阔叶混交林→阔叶林→针阔叶混交林→针叶林4个发展阶段，气候也经由温凉→温暖湿润→温和潮湿→寒冷阴湿的变化过程。
二、中更新统（Q2）：分布广，亦仅在沟谷底部出露，可分下、中、上三个亚统：
1.下中更新统：上部为风积层（），由褐黄或黄褐色黄土状土夹19层古土壤组成，厚30～43米。下部自北而南为洪积层（），冲、湖积层（），前者为棕黄、灰黄、黄和棕红色亚粘土及含泥的沙砾、卵石夹漂石，厚12～150米。后者为棕黄、褐黄及浅棕色亚粘土、亚粘土与沙砾卵石，厚32～56米。
2.中中更新统：上部为风积层（），浅黄、褐黄或黄褐色黄土状土，夹三层古土壤，厚10～17米。下部北侧为棕黄、浅黄及棕红色沙砾、卵石、含漂石、夹亚粘土的洪积层（），厚3～45米，埋深45～110米，南侧为7米厚的浅黄、灰黄色沙砾卵石与亚粘土冲积层（）。
3.上中更新统：上部为黄褐或灰色风积黄土状黄土，夹4层古土壤（），厚20～35米，下部北侧棕黄色沙砾、卵石、含漂石、夹亚粘土洪积层（），厚3～55米，埋深33～55米，南侧为棕黄色沙、砾、卵石和亚粘土冲积层（），厚13米，分布于渭河三级阶地。
中更新世时（距今20～115万年），关中地区开始出现会使用和加工简单石器的人类，如著名的“蓝田猿人”即是，已发现的哺乳动物达62个种属之多，如犀、鹿、狼、獾、豺、虎、猪等动物群，已明显接近现代种、属。植物以桦、朴阔叶树种占优势，草本植物也相当繁茂。气候波动较大，具半干旱而温暖特征。
三、上更新统；上部为灰黄、淡黄色风积黄土层一层古土壤（），厚10～13米，漫覆于本县绝大部分地表者即是；下部为灰黄、褐黄色含泥沙砾卵石、漂石、夹亚粘土透镜体的洪积层（）组成二级洪积扇，厚1～35米，埋深9～23米，冲积层组成水河、漆水河二级阶地。此时（距今6～20万年），漆水河、水河水系已具初貌，除现在已经灭绝的披毛犀、河套大角鹿等，还有虎、狼、野马、野驴、斑鹿等现生种。人类进化成新人，但从发掘出的石器考证，加工还很粗糙。平原上还一度出现云杉—冷杉林，可知当时年平均气温较现今低8℃，似存在冰期，其后逐渐演变为温暖期，气候由温冷变干温，平原重新发展成草原。
四、全新统：洪积层（）组成一级洪积扇，厚2～11米。上部冲积层（）分布于河漫滩，厚7～20米。下部冲积层（）分布于一级阶地，厚12～36米。
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