如何根据切割律判别地层层序
① 进行地层的划分与对比有何意义，如何划分和对比地层
地层划分（stratigraphic subdivision）是指对一个地区的地层剖面中的岩层进行划分，建立地层层序的工作。一般对一个地区的地层剖面，首先根据岩性、岩相特征进行岩石地层划分，然后根据系统采集的化石进行生物地层划分，进而建立年代地层顺序。在划分一个地区的地层时，必须充分参考邻区已经建立的地层划分方案，便于地层对比。研究地球、岩石、岩性的基础,也是研究岩石、岩性的结果吧.只有把当地的不同岩层（石）分类搞清楚了,才能了解当地、当时（历史）的地质作用过程,并指导相应的地质找矿工作和社会经济建设.
地层对比是指决定地层造成的先后顺序可以按照火成岩侵入的关系，风化侵蚀和不整合、断层的切割、地层的上下顺序位置，或其它的地质关系来确定。是研究不同区域、连接对比研究不同地区类似年代地质作用过程的必须的工作.
地层划分与对比的主要方法有地层层序律法、岩石地层学方法、化石层序律法、构造学方法、同位素地质年龄法等。 比较化石是否相同，是地层对比最初利用也是最可靠的方法之一，含有相同化石的地层其时代也大致相同。化石是以前生物的遗骸，可以是一个生物壳体，可以是硅化的木头，也可以是石化的鱼类骨骼，或者是生物在砂岩上留下的脚印等。由于生物不断演化，在不同的地质时代的生物都略有不同，特别是那些生存期限很短而分布极广而多的生物，更是地层对比的重要化石。
② 地理中如何判断地质层的硬度
硬度（莫氏硬度）的判断一般是用待测物质在标准物质表面划痕来测定的，比如一种岩层可以再硬度为9的刚玉上划痕而在10的金刚石不可以划，那该岩层硬度在9-10之间。
③ 地层层序律的说明
地层层序律是确定同一地区地层相对地质年代的基本方法。当地层因为构造运动版发生倾斜但未倒转时权，地层层序律仍然适用，这时倾斜面以上的地层新，倾斜面以下的地层老。当地层经剧烈的构造运动，层序发生倒转时，上下关系正好颠倒。
地层层序律是对沉积物单纯纵向堆积作用而言。但实际上还存在侧向堆积作用，而绝大部分沉积岩层是侧向进积和纵向加积两种作用的结果。因此，地层层序律对局部或单个地层剖面是适宜的，而对较大范围的区域就不一定适宜了。
④ 用什么方法来确定地质年代
1、相对年代的确定方法
（1）地层学方法（地层层序律：1669年,出生于哥本哈根的斯特诺(Nicolaus Steno,1638-1686)总结出在岩层之间,存在着如下的规律：岩层在形成后,如未受到强烈的地壳运动的影响而颠倒原来的位置,应该是先沉积的在下,后沉积的在上,一层压一层,保持近于水平的状态,延展到远处才渐渐尖灭.地层形成时是水平或近于水平的,先形成的位于下部,后形成的位于其上部.注意：原始产出的上新下老,并非现在野外见到的地层都是上新下老,其中又有后期地壳运的改造.对于后期地壳运动使地层变动（倾斜、倒转）的地层层序可用沉积构造中的层面构造（波痕、泥裂、有痕等）作为“示底构造”恢复顶底后,判断先后顺序.
（2）古生物学方法（化石层序律）：生物演化是由简单到复杂,由低级到高级,生物种属由少到多,而且这种演化和发展是不可逆的.因而,各地质时期所具有的生物种属、类别是不相同的.时代越老,所具有的生物类别越少,生物越低级,构造越简单；时代越新,所具有的生物类别越多,生物越高级,构造越复杂.因此,在时代较老的岩石中保存的生物化石相对较低级,构造较简单；而在时代较新的岩石中保存的生物化石相对较高级,构造较复杂.
（3）构造地质学方法（切割律）：上述两条准则主要适用于确定沉积岩或层状岩石的相对新老关系,但对于呈块状产出的岩浆岩或变质岩则难以运用,因为它们不成层,也不含化石.但是,这些块状岩石常常与层状岩石之间以及它们相互之间存在着相互穿插、切割的关系,这时,它们之间的新老关系依地质体之间的切割律来判定,即较新的地质体总是切割或穿插较老的地质,或者说切割者新、被切割者老.
2、同位素年龄（绝对年龄）的测定
（1）铷-锶法、铀（钍）-铅法：主要用于测定较古老岩石的年龄；
（2）钾-氩法：有效范围大,几乎可以适用于绝大部分地质时间,而且钾是常见元素,许多矿物中都富含钾,因而使钾-氩法的测定难度降低、精确度提高,所以钾-氩法应用最为广泛；
（3）14C法：由于其同位素半衰期短,它一般只适用于5万年以来的年龄测定；
（4）钐-钕法、40Ar-39Ar法：精度高,分辨率强.
⑤ 学习任务地层的基本概念、 基本理论和方法
【任务描述】 ①掌握地层的相关概念；②了解地层的形成作用；③了解与地层有关的各种理论；④理解地层的沉积旋回和沉积韵律。
一、地层基本概念
（一）地层
地层是具有某种共同特征或属性的岩石体，是在一定地质时期形成的所有岩层或岩体的总称，能以明显界面或经研究后推论的某种解释性界面与相邻的岩层和岩石体相区分。地层在纵向上和横向上岩性是变化的，对于地层的研究须从多方面属性去综合认识，才能得出准确的结果。
（二）地层划分
地层划分是指根据岩层具有的不同特征或属性把岩层组织成不同的单位。
岩石本身客观存在着许多不同的特征和据此引申出不同的属性，依据任何一种特征或属性都可以对岩石进行分类和划分。由于岩石的特征和属性在地层分布的时空范围内并非一致，依据不同特征或属性所划分的地层单位往往不相吻合。因此，仅用一种类型地层单位不可能表示岩石所有不同的特征，需要根据岩石不同特征和属性分别建立不同类型的地层单位。
（三）地层对比
地层对比是指证明不同地区地层单位间的特征或属性一致和（或）地层位置相当。
地层单位或地层界线从层型向外延伸是通过对比实现的。由于所依据的特征或属性不同，对比也是多种的。论证地层单位的岩石特征一致和岩石地层位置相当是岩石地层对比；论证地层单位的化石内容一致和生物地层位置相当是生物地层对比；论证地层单位的时间相同和年代地层位置相当是年代地层对比。
（四）层型
指一个已命名的成层地层单位或地层界线的原始或后来被指定作为对比标准的地层剖面或界线。在特定的岩层序列内，层型代表一个特定的间隔，或一个特定的点，它构成了定义和识别该地层单位或所确定的地层界线的标准。这个特定的间隔就是地层单位的单位层型；特定的点就是界线层型，如图5-1所示。
图5-1 单位层型和界线层型图
层型分为：正层型、副层型、选层型、新层型和次层型五种。岩石地层单位一般使用单位层型，年代地层单位一般使用界线层型，生物地层单位除组合带外，一般不指定层型。
（五）标准剖面
标准剖面是根据层型在其他地区选定的，可作为某一地区地层划分对比标准的典型剖面。实际上，标准剖面是层型剖面的延伸，它应具备层序相对正常齐全、化石较丰富、研究详细、地质构造简单等特点（力求排除由于褶皱、断裂等构造变动造成的地层重复、缺失、倒转的影响）。标准剖面应该选在适当的位置，有一定的代表性，以便对研究区有一定的控制作用。在大范围内，标准剖面往往是几个剖面综合而成的。例如，我国寒武系的标准剖面由滇东和山东张夏等剖面综合而成。
（六）地层层序
地层层序即地层形成的先后顺序。构造运动常常导致岩层倾斜、直立、断裂甚至倒转，从而改变原有的地层层序。地质工作者必须根据层序性标志确定研究区正常的地层层序，否则，地质构造、沉积环境、矿产分布规律等研究工作就无法进行。实际上，任何地区的地层研究，都要选择露头好、地层发育相对齐全的剖面系统观察、研究各岩层的岩性、化石、接触关系及其地质年龄，将地层由老到新排序。
二、地层的形成作用
沉积地层主要的形成作用方式有：
（一）纵向堆积作用
纵向堆积作用是指沉积物在水体中自上而下降落，依次沉积在沉积盆地底部的沉积作用。水体中呈悬浮状的沉积物像“雨滴”一样自由降落，沉积物纵向堆积形成“千层糕式”的地层模型。纵向堆积作用形成的地层具以下特征：沉积地层的时间界面一般是水平或近于水平的，它与岩性界面是平行或基本平行的。
（二）横向堆积作用
横向堆积作用是沉积地层形成的主要作用方式。横向堆积作用指沉积物的颗粒在介质搬运过程中沿水平方向位移，当介质能量衰减时沉积下来。横向堆积作用可以形象地称之为“推土机式”的沉积作用。比较典型的如曲流河河道侧向迁移形成的侧向加积作用，河流作用为主的三角洲与海滩、障壁砂坝的进积作用以及滨岸沉积的退积作用等。如图5-2a所示，代表了海进横向堆积作用，形成地层超覆现象；如图5-2b所示，代表了海退横向堆积作用，形成地层的退覆现象。
作为沉积地层主要的形成方式，横向堆积作用形成的地层具以下特征：沉积地层的时间界面一般是非水平的，地层的时间界面与岩性界面一般是不一致或斜交的。对横向堆积作用的认识导致了穿时普遍性原理的产生。穿时普遍性原理可以归纳为：在所有横向堆积作用过程中形成的岩石地层必然是穿时的。图5-2c代表了多次海进、海退沉积作用，地层呈指状交叉现象，岩石呈现穿时现象。
图5-2 海进 （a）和海退 （b）及其多次旋回形成的沉积物 （c）发育示意图
（转引自刘本培，1996，修改）
（三）生物的筑积作用
生物筑积作用是生物礁型的沉积地层形成的一种特殊方式。它是指造礁生物原地筑积形成地层的作用方式。由于原地生物首先形成生物格架，之后才充填填隙物，类似于现代建筑中的钢筋混凝土结构，因此可形象称之为“钢筋水泥式”堆积作用。生物筑积作用所形成的地层一般呈丘状隆起（又称为“生物丘”），岩层多具块状构造。在垂向加积的情况下，生物筑积作用所形成的地层基本上符合传统的地层学原理。而在侧向加积的情况下，所形成的地层则与传统地层学原理不相符合，而与地层的穿时性普遍存在原理相符。
三、地层的有关理论和方法
（一）地层层序律
在一定地质时期内所形成的层状岩石（泛称为岩层）的原始产状是水平的或近于水平的（地层原始水平律），先形成的地层位于下部，后形成的地层位于上部，即原始产出的地层具有下老上新的规律，这就是地层层序律或称地层叠覆律。它是确定地层相对年代的基本方法。如果地层因构造运动而倾斜，则顺倾斜方向的地层新，反倾斜方向的地层老。有时，因发生构造运动，地层层序倒转，即上下关系颠倒。此时必须利用沉积岩的沉积构造泥裂、波痕、雨痕、交错层理等，来判断岩层的顶面和底面，恢复其原始层序，以确定其相对的新老关系（图5-3）。
图5-3 地层相对年代的确定 （地层层序倒转时）
（引自郭宝炎，2007）
1～4为地层序号
（二）生物层序律
生物的演变是从简单到复杂、从低级到高级不断发展的。一方面，年代越老的地层中所含生物越原始、越简单、越低级，年代越新的地层中所含生物越进步、越复杂、越高级；另一方面，不同时期的地层中含有不同类型的化石及其组合，而在相同时期且在相同地理环境下所形成的地层，只要原先的海洋或陆地相通，都含有相同的化石及其组合，这就是生物层序律。是由生物进化的进步性和不可逆性决定的。
（三）切割律或穿插关系法
确定地层先后形成顺序，就侵入岩与围岩的关系说来，总是侵入者年代新，被侵入者年代老，这就是切割律。这一原理还可以用来确定有交切关系或包裹关系的任何两地质体或地质界面的新老关系（图5-4）。即切割者新，被切割者老；包裹者新，被包裹者老。如侵入岩中捕虏体的形成年代比侵入体老；砾岩中砾石形成的年代比砾岩的年代老。
图5-4 运用切割律确定各种岩石形成顺序
（引自郭宝炎，2007）
1.石灰岩，形成最早；2.花岗岩，形成晚于石灰岩；3.矽卡岩，形成时代同花岗岩；4.闪长岩，形成晚于花岗岩；5.辉绿岩，形成晚于闪长岩；6.砾岩，形成最晚
（四）同位素年龄法
其原理是基于放射性元素都具有固定的衰变常数，根据矿物中放射性同位素衰变后剩下的母体同位素含量与衰变而成的子体同位素含量可以计算出该放射性同位素的年龄。即为包含该放射性元素的矿物的形成年龄，称为矿物的同位素年龄，它相当于包含该矿物并和该矿物同时形成的岩石的绝对年龄。
四、沉积旋回与沉积韵律
沉积旋回和沉积韵律是指成因上有联系地层的岩性（颜色、结构、构造、成分等）或岩石组合等特征按一定的生成顺序在剖面上有规律叠覆的现象（图5-5）。沉积旋回和沉积韵律是现代地层学工作的重要内容。在一些文献中韵律和旋回常常作为同义词，实际上它们在成因、规模及应用范围等方面有所不同。一般来说沉积旋回可由地壳升降、气候冷暖变化或海平面升、降（水体进、退）等造成，其厚度及分布范围较大。例如，水进导致浅水相变为深水相的水进序列即水进旋回，一般称正旋回（图5-5中旋回1、旋回2的下部、旋回3和旋回4）；水退导致深水相变为浅水相的水退序列即水退旋回，一般称反旋回（图5-5中旋回2的上部）。水进旋回紧接一个水退旋回，构成一个完整沉积旋回（图5-5中旋回2）。如果地壳震荡等原因不足以把先期沉积剥蚀掉而继续沉积，就会形成完整旋回。从沉积盆地的某一点来看，在纵向上完整沉积旋回由近岸沉积变为远岸沉积，再由远岸沉积变为近岸沉积。
沉积韵律一般是指局部地区小规模的岩性按一定生成顺序规律叠覆的现象，如岩石的粒度由粗变细或由细变粗、岩石的颜色由深变浅或由浅变深等。潮汐变化、河道迁移、沉积方式改变、季节变化等都可造成沉积特征的规律性叠覆，形成沉积韵律。如曲流河发展过程中产生的滞留沉积-边滩沉积-泛滥平原沉积、浊流沉积的鲍玛序列等，都是几种岩性规律叠覆形成的沉积韵律。
图5-5 沉积旋回、 沉积韵律示意图
（据冯增昭，1993，有改动）
1.厚层状水平层理；2.薄层状水平层理；3.水平波状层理；4.单向斜层理；5.交错层理；6.植物化石；7.植物化石碎片；8.动物化石；9.鱼鳞化石；10.介形虫化石；11.波痕；12.团粒构造；13.泥球；14.侵蚀切割；15.黄铁矿
旋回和韵律是由于地质环境规律变化所导致的成因上有联系的地层岩性或岩石组合等特征按一定顺序在剖面上有规律的叠覆现象，而不是重复。旋回和韵律是沉积环境和构造环境分析乃至成矿条件分析的重要依据，是划分对比地层的重要标志。
⑥ 地层层序的概念
年代较老的地层在下，年代较新的地层叠覆在上。这就是著名的地层层序率，又称地层叠覆率回。答
地层层序律是确定同一地区地层相对地质年代的基本方法。当地层因为构造运动发生倾斜但未倒转时，地层层序律仍然适用，这时倾斜面以上的地层新，倾斜面以下的地层老。当地层经剧烈的构造运动，层序发生倒转时，上下关系正好颠倒。
地层层序律是对沉积物单纯纵向堆积作用而言。但实际上还存在侧向堆积作用，而绝大部分沉积岩层是侧向进积和纵向加积两种作用的结果。因此，地层层序律对局部或单个地层剖面是适宜的，而对较大范围的区域就不一定适宜了。
⑦ 哪些构造现象可以判断地层的层序
最典型的是“抄地层不整合”，袭是重要的地层层序界面，地层序列中两套地层之间的一种不谐调的地层接触关系。它意味着不整合面下的地层形成之后和不整合面之上的地层沉积开始时所经历的沉积中断，下盘发生褶皱、断裂、变质、上升、遭受剥蚀和下盘重新下沉或海侵接受沉积等。不整合表明地层记录的重要间断或缺失。地层剖面中的岩层是现存的地层部分，而不整合则包含缺失的地层部分。
⑧ 如何根据地震剖面划分地震层序
地震层序是沉积层序在地震剖面图上的反映。在地震剖面图上找出两个相邻的回反映地层不整合接触答的界面，则两个界面之间的地层叫做一个地震层序。但因为受不整合面影响，其间的地层即地震层序是不完整的，沿不整合面追踪到地层变成整合的之后，这个地震层序才是完整的。
⑨ 研究区域整体地层层序
由于地下岩土体空间分布的不连续性、不均匀性和不确定性，以及实际地层沉积的复杂性，地层面与地层面之间会发生交切关系。地层面之间的交线称为层间交线，层间交线导致地层形态趋于复杂。地层与地层之间的相交情况主要有三种类型(宫法明，2002；杨东来等，2007)：尖灭、侵入和透镜体(图3.11)。尖灭是指某一地层与另一地层相交，并且在相交处不再延展，该地层好像被另一地层切割掉的情形；侵入是指某个地层的一部分穿过另外一个地层；透镜体是指相交的两个地层相互切割，在相交处都出现缺失。因此，如何合理地按照一定的规则划分地层就成为一个关键问题。
这里提出“研究区域整体地层层序”的概念，来解决相对复杂地层的连接问题。研究区域整体地层层序反映了该区域宏观上地层出现的先后分布规律，根据地层的属性特征，认为无论是完整性较好还是存在不连续特征的地质构造，均可以根据其时序特征和沉积顺序确定其地层分布规律。如图3.12所示，按照地层形成的地质时代进行划分，对于复杂的地层分布，同时结合沉积先后顺序，确定地层交切关系；在层间交线处对地层进行虚拟延展，使其“完整”分布于研究区域。研究区域整体地层层序可以通过全局地层描述表(表3.1)来表达。
图3.11 地层与地层之间的交切关系
a.尖灭；b.侵入；c.透镜体
图3.12 研究区域整体地层层序建立原理
a.原始地层分布；b.地层分拆结果
表3.1 全局地层描述表
采用整体地层层序的概念，在建模之前先对钻孔数据进行重新编码，使所有钻孔均对照全局地层描述表，如图3.13所示，研究区域整体地层为5层，即地层1～5。假设钻孔C揭穿研究区域全部5个地层，则构成一个标准钻孔。其他钻孔则参照标准钻孔，如钻孔A在孔口处缺失地层1，表明地层1在钻孔A处(或者在AC之间某处)尖灭，则在顶层处添加一个零厚度的地层，标记1，地层2、3、4则为完全揭穿，均标记为0，钻孔终端为地层5，没有揭穿则标记为2；钻孔B缺失地层3，则在第二层和第四层之间添加0厚度层，钻孔B打入地层4，但没揭穿，为钻孔终端地层，标记为2，又因其下面还有地层5，因此，在地层4之后加入零厚度虚拟地层，标记为3。这样，钻孔A、B、C均包含完整的地层，都构成标准钻孔。共有四种标记，其意义分别如下：
0：正常地层，非零厚度，即钻孔完全打穿该地层；
1：尖灭地层，零厚度，地层在已知高程处消失，夹在上下两个地层之间；
2：地层终端，非零厚度，钻孔所揭露的终端地层；
3：虚拟地层，零厚度，钻孔没有穿入的地层，高程位置不确定。
图3.13 钻孔标准化与虚拟钻孔
⑩ 地层层序及特征
地层是地球历史发展过程中形成的成层岩石的总称。主要由外动力地质作用中的沉积和成岩作用形成，是构成地球外壳(地壳)的基本单位之一。
本区地层分区属华北—东北南部区、燕山分区的山海关小区，地层特征属华北型。除较普遍缺失上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、三叠系、白垩系及古近系—新近系外，就华北地层而言，该区地层出露较全，化石丰富，各单位地层划分标志清楚，地层特征具有一定的代表性(图2-1)。全区范围内出露的地层主要有新元古界的青白口系，下古生界的寒武系、奥陶系，上古生界石炭系、二叠系，中生界侏罗系，以及新生界的第四系。地层顺序及其接触关系如图2-1、表2-1所示。
一、新元古界(Pt3)青白口系(Qb)
1.长龙山组(Qbc)
该组是本区最老的沉积地层，以沉积不整合覆于新太古界绥中花岗岩之上，主要分布在盆地的东部张岩子至东部落和南部鸡冠山等地，以张岩子村西剖面最好，厚度91m。本组由两套砂岩—页岩韵律构成。下韵律底部为灰白色含砾粗粒长石石英净砂岩，向上过渡为紫色、黄绿色杂色页岩。上韵律底部砂岩稳定成分增加，顶部出现蛋青色泥灰岩。砂岩中多见斜层理、交错层理、波痕及海绿石矿物，属典型滨浅海相沉积。
2.景儿峪组(Qbj)
景儿峪组的分布与长龙山组基本一致，在李庄村北出露较全，厚度38m，与长龙山组整合接触，分界标志层是其底部黄褐色或带铁锈色的中细粒铁质(含海绿石)石英净砂岩。下部为紫红色、黄绿色薄层状泥岩夹钙质泥岩，水平层理发育。上部为蛋清色中-薄层泥灰岩夹薄层紫红色泥岩。由碎屑岩、黏土岩过渡到碳酸盐岩沉积，具海侵沉积特点。
二、古生界(Pz)
本区古生界地层发育良好，与华北其他广大地区极为相似，主要分布在柳江向斜盆地的东西两翼。由于向斜东翼产状较西翼平缓，其出露宽度约为西翼的5倍，南北两端由于向斜轴的翘起，也有古生界地层出露。
(一)寒武系(Є)
1.府君山组(Є1f)
本组主要分布在东部落至沙河寨，西部上平山一带也有出露，东部落剖面出露较全，可作为本区标准剖面，厚度146m。
图2-1 柳江盆地石门寨地区地质图(据长春地质学院(1981)及河北省北京市天津市区域地质志图(1989)修编)
表2-1 柳江盆地地层简表
(据柳成志等，2006，略有修改)
府君山组岩性特征明显，下部为暗灰色厚层状结晶灰岩，含较多的莱德利基虫，上部为暗灰色豹皮状白云质灰岩夹暗灰色薄层灰岩，含核形石。与下伏景儿峪组为平行不整合接触，分界标志是下部暗灰色厚层状结晶灰岩，底部薄层灰岩中局部含有角砾或砾岩。本组属浅海相沉积。
2.馒头组(Є1m)
本组分布与府君山组一致，但由于抗风化能力弱而零星出露，东部落村北剖面较好，厚度71m。
本组岩性以砖红色泥岩为主，向上过渡为粉砂质页岩夹白云质灰岩透镜体。泥岩底部具角砾或砾岩，粉砂质页岩中含石盐假晶。与下伏府君山组呈平行不整合接触，分界标志是其底部角砾状薄层灰岩。本组属干旱条件下滨海相或潟湖相沉积。
3.毛庄组(Є1mz)
毛庄组分布与馒头组基本一致，出露较好的地方是沙河寨西山，化石较丰富，可作为本区标准剖面，厚度112m。
本组岩性以紫红色粉砂岩、页岩为主，页岩中含少量白云母片，其颜色要比馒头组暗一些，俗称为猪肝色。底部以出现黄绿色钙质页岩与馒头组分界。中部和上部夹两层白云质灰岩透镜体。灰岩透镜体中产辽西虫、幕府山虫等。顶部为页岩夹含核形石(葛万藻)的灰岩透镜体。与下伏馒头组整合接触，属滨海相潮上带沉积，其中白云质灰岩为潟湖相沉积。
4.徐庄组(Є2x)
徐庄组分布较毛庄组分布更为广泛，在向斜两翼均可见到，出露较全的地方是东翼的东部落、揣庄、上花野和下花野等地，西翼的吴庄至秋子峪、上平山一线也有出露，厚度101m。
本组岩性以黄绿色含云母片粉砂岩、页岩及暗紫色粉砂岩夹少量鲕状灰岩透镜体或扁豆体为主。产丰富的三叶虫化石(毕雷氏虫、辽阳虫、原附栉虫、孙氏盾壳虫)及腕足动物化石。与下伏毛庄组呈整合接触，其分界标志层是其底部出现黄绿色页岩与紫色页岩互层，而毛庄组顶部则是比较单一的紫红色页岩。本组属浅海相沉积。
5.张夏组(Є2z)
张夏组受到破坏和覆盖较少，是寒武系地层在区内分布最广的地层之一，柳江盆地周围几乎都有分布，主要分布在东部落、288高地、揣庄、张庄、赵家峪、上平山及吴庄等地。以288高地东山脊发育较好、较全，可作为本区标准剖面，厚度120～130m。
本组岩性以底部厚层鲕状灰岩与下伏徐庄组整合接触。岩性明显分为三段:下部为鲕状灰岩夹黄绿色页岩;中部为叠层石灰岩及白云质灰岩和薄层鲕状灰岩互层，夹泥质条带灰岩和生物碎屑灰岩;上部为泥质条带灰岩、页岩。灰岩中含大量三叶虫化石:徳氏虫、双耳虫、叉尾虫、沟颊虫等。本组属浅海相沉积。
6.崮山组(Є3g)
崮山组分布与张夏组一致，以王家峪南山牛圈至288高地出露最全，厚度102m。
岩性特征十分明显，以紫色色调为主。下部紫色页岩、粉砂岩夹砾屑灰岩;中部灰色灰岩(藻灰岩、鲕状灰岩、泥质条带灰岩);上部紫色砾屑灰岩与紫色粉砂岩互层，顶部为灰色厚层藻灰岩。含三叶虫化石:蝴蝶虫、蝙蝠虫、光壳虫、圆劳伦斯虫等。底部以紫色砾屑灰岩与下伏张夏组泥质条带灰岩整合接触，似有水下冲刷面存在。本组属滨海相至浅海相沉积。
7.长山组(Є3c)
本组分布与崮山组相似，出露最好的地方是288高地东山脊上，厚度18m。
本组岩性底部以生物碎屑灰岩为主，含海绿石。向上为粉砂岩，砾屑灰岩和页岩互层，夹藻灰岩，顶部为厚层藻灰岩。产三叶虫化石:长山虫、庄氏虫、蒿里山虫以及原始的腕足动物化石。本组与崮山组整合接触，属浅海相沉积。
8.凤山组(Є3f)
凤山组分布除与崮山组、长山组一致外，在实习区北侧、西侧均有出露。288高地东侧出露较好，厚度92m。
下部为薄层泥质条带灰岩，往上为生物碎屑灰岩、钙质页岩、鲕状灰岩互层。底部以青灰色砾屑灰岩直接与长山组岩层接触，长山组顶部的紫色粉砂岩紧伏于其下。含三叶虫化石:褶盾虫、济南虫、方头虫、杂索克氏虫。本组与下伏长山组呈整合接触，属浅海相沉积。
(二)奥陶系(O)
1.冶里组(O1y)
冶里组分布与凤山组一致，分布在288高地至小王山及石门寨北亮甲山。288高地可作为本区标准剖面，厚度126m。
下部为质纯的泥晶灰岩夹砾屑灰岩及虫孔灰岩，在地形上，常形成陡砬子(音lá，山上耸立的大石);上部为灰色砾屑灰岩夹黄绿色页岩，与下伏地层整合接触，以灰色薄层砾屑灰岩与凤山组分界。灰岩中产三叶虫化石:小栉虫、田师府虫;页岩中产无羽笔石以及古介形虫，还有正形贝和腹足类化石———蛇卷螺。本组属浅海相较深水环境沉积。
2.亮甲山组(O1l)
亮甲山组命名地点就在本区石门寨北亮甲山，主要分布在亮甲山、小王山、潮水峪等地。亮甲山可作为本区标准剖面，厚度118m。
本组以中厚层豹皮状灰岩为主，下部夹少量砾屑灰岩和钙质页岩，是本区烧制石灰、水泥的主要原料;上部由少量白云质灰岩及含燧石结核、燧石条带灰岩。产头足动物满洲角石、腹足动物蛇卷螺及古杯海绵等化石。本组与冶里组整合接触，分界标志层是亮甲山组底部出现的中厚层豹皮状灰岩。本组属浅海相沉积。
3.马家沟组(O2m)
马家沟组分布同亮甲山组，以亮甲山及北部茶庄北山发育较好，在亮甲山剖面厚度为111m。
本组岩性主要为暗灰色白云质灰岩夹部分白云岩、含燧石结核豹皮状白云质灰岩，底部以具微层理、含角砾、燧石结核黄灰色白云质灰岩，与亮甲山组分界。白云岩具“刀砍纹”，有的具砾屑、燧石条带，顶部为含泥质灰岩，风化后呈黄色，俗称“黄皮子”灰岩，在华北其他地区多存在此岩层，标志明显。产头足动物化石:阿门角石、链角石、灰角石、多泡角石;腹足动物化石:马氏螺;三叶虫:古等称虫。本组与亮甲山组呈整合接触，属浅海相较深水沉积，晚期海退。
华北地区在奥陶纪晚期普遍上升为陆地，直到中石炭世才下降接受沉积，因而缺失了上奥陶统、志留系、泥盆系和下石炭统等地层。
(三)石炭系(C)
1.本溪组(C2b)
本溪组在本区东翼区半壁店191高地、小王山一带发育较好。小王山剖面可作为本区标准剖面，厚度为82m。石门寨西门至瓦家山剖面厚度为70.7m。
本组岩性下部为陆相铁质砂岩或褐铁矿(山西式铁矿)、黏土矿(G层耐火黏土)，平行不整合于马家沟组之上;上部为细砂岩、粉砂岩再到湖泊、沼泽相黏土岩，夹3～5层海相泥灰岩透镜体，含F层耐火黏土。
陆相粉砂岩中含植物化石:鳞木、科达、芦木、轮叶、脉羊齿。泥灰岩中含类:小纺锤;腕足动物:马丁贝、帅尔文贝;双壳类:古尼罗蛤、小花蛤、燕海扇等。本组属海陆交互相沉积。
2.太原组(C3t)
太原组在本区半壁店、小王山一带发育良好，厚度在小王山剖面为51m;石门寨西门至瓦家山剖面为47.5m。
本组有两个沉积韵律:下韵律底部为青灰色含铁质中细粒长石岩屑杂砂岩，风化后呈黄褐色，具大型球状风化，向上过渡为青灰色页岩夹D层黏土或泥质灰岩透镜体;上韵律底部为薄层细粒岩屑杂砂岩，具小型球状风化，往上为青灰色细粒砂岩夹泥灰岩透镜体及少量煤线。
本组产大量植物化石:脉羊齿、栉羊齿、楔叶、鳞木;动物化石腕足类:网格长身贝、戟贝;双壳类:古尼罗蛤、裂齿蛤。
本组与下伏本溪组整合接触。分界标志明显，标志层是底部的巨大球状风化青灰色含铁质中细粒长石岩屑杂砂岩，风化后具小孔，分布稳定，过去称云山砂岩，在辽宁太子河区则称黄旗砂岩或小孔砂岩。本组属海陆交互相沉积。
(四)二叠系(P)
1.山西组(P1s)
山西组主要分布在石门寨西门、小王山、黑山窑等地，以石门寨西门至瓦家山剖面最好，是本区重要的含煤、黏土矿层位，厚度为61.8m。
山西组岩性由灰色、灰黑色中细粒长石岩屑杂砂岩、粉砂岩、炭质页岩及黏土岩构成两个沉积韵律:下韵律底部含长石多、含砾，单层厚度大，顶部为黏土矿或煤层(可采煤层);上韵律顶部为B层黏土层。本组与下伏太原组整合接触，分层标志是其底部灰色、灰白色长石岩屑杂砂岩，但在横向上有时变为含砾中粗粒或中细粒长石岩屑杂砂岩，颜色由灰白色变为黄灰色，层位稳定。
本组含植物化石种属较多，如轮叶、楔叶、栉羊齿、芦木、带羊齿。
本组属大陆近海沼泽相沉积。
2.下石盒子组(P1x)
下石盒子组在本区黑山窑、石门寨西门、石岭等地较为发育，厚度115m。
本组岩性主要为灰色中粒长石岩屑杂砂岩、细粒岩屑杂砂岩、泥质粉砂岩、黏土质粉砂岩构成三个沉积韵律。第一韵律顶部为灰绿色含云母泥质粉砂岩，第二、三韵律顶部分别为A2和A1层黏土，颜色为紫色、紫灰色。
粉砂岩中产植物化石:带科达、中芦木、多脉带羊齿。
本组与下伏山西组分界清楚，山西组顶部为B层黏土矿，下石盒子组底部为黄褐色含砾粗粒岩屑长石杂砂岩(岩貌特殊，俗称小豆砂岩)，与山西组整合接触，属河流相、湖泊沼泽相沉积。
3.上石盒子组(P2s)
上石盒子组出露局限性较大，以盆地东翼石门寨西门欢喜岭至瓦家山一带较好，厚度72m。
本组岩性为灰白色中厚层状含砾粗粒长石砂岩夹紫色细粒砂岩及粉砂岩。由1～2个沉积韵律构成。第一韵律底部是在A1层铝土矿之上(另一个韵律的开始)的灰白色中厚层状含砾粗粒长石砂岩，具大型斜层理，与下石盒子组整合接触。此层厚度大，分布稳定，俗称南山砂岩。本组属河流相沉积。
4.石千峰组(P2sh)
石千峰组出露十分有限，仅在黑山窑、欢喜岭一带出露较好，厚度150m。
本组是一套河流相紫色岩石，底部为含砾砂岩和砾岩，往上为细粒砂岩、粉砂岩及部分黄绿色泥岩。本组与下伏上石盒子组整合接触，分界标志是上石盒子组顶部黄白色含砾岩屑长石砂岩，其上为石千峰组紫色含砾岩屑杂砂岩(结构松散)。
粉砂岩中产栉羊齿、轮叶、楔叶、丁氏蕨及腹足动物化石，多代表干旱条件下的陆相沉积。
三、中生界(Mz)侏罗系(J)
1.北票组(J1b)
在本区分布面积广，主要在中部地区。本组角度不整合于石千峰组之上，以本组底部的底砾岩同石千峰组分界，上、下岩层产状差别很大。
以黑山窑—大岭一带出露较好，分上、中、下三个岩性段。下段岩性以灰白色中、粗粒长石石英杂砂岩、黑色炭质页岩、粉砂岩及煤线为特征。其中含有大量的植物和少量昆虫及双壳类等化石，属湖泊相沉积环境，其中发育有湖相三角洲和湖泊滨岸沼泽，厚度为161.1m。中段岩性以砾岩及含砾粗砂岩为主，夹少量粉砂岩和页岩，厚278m，与北票组下段整合接触，属大陆湖泊、河流、沼泽相沉积。上段岩性由灰黄色大砾岩、含砾粗砂岩、粉砂岩、黑色炭质页岩组成，含煤线，厚215m，以底部大砾岩与中段分界。
北票组三个岩段岩性特征明显，分界清楚。但南北厚度变化大，在瓦家山、旁水崖、义院口等地，北票组覆盖在古生界不同时代层位上，并有超覆现象。在黑山窑北票组呈南北走向，覆盖在东西走向的石千峰组紫色粉砂岩之上，两组岩层走向近于直交。该组所夹煤系仅在义院口、夏家峪等处可以开采。
北票组含有丰富的植物化石，常见的有:长叶松形叶、华丽似刺葵及纤细拜拉银杏等;其次是双壳类和昆虫类等。
2.蓝旗组(J2l)
蓝旗组以一套火山岩系分布在盆地中部老君顶至大洼山一线(柳江盆地的核部)，在上庄坨、旁水崖一带出露较好，厚度在1000m以上。本组与北票组等老地层呈角度不整合接触。
根据岩性组合和喷发旋回，分为下、中、上三部分:下部为偏酸性的安山质火山角砾岩及集块岩，流纹质集块岩夹凝灰岩及火山熔岩，厚度在300m以上;中部以中性火山熔岩为主，灰绿色安山质、角闪安山质、粗安质火山熔岩夹集块岩、火山角砾岩，厚度400m左右;上部为中基性火山熔岩(黑绿色、紫红色、青灰色碱性玄武岩、玄武安山质、辉石安山质火山熔岩)和熔结集块岩、集块岩互层，夹少量火山角砾岩及凝灰岩，厚度在600m以上。
3.孙家梁组(J3s)
孙家梁组分布局限于实习区东南隅蟠桃峪一带，未见与其他地层的直接接触关系。从区域资料上看，本组与蓝旗组呈角度不整合接触，厚度在350m以上，是一套灰色酸性、中碱性火山熔岩和火山碎屑岩，包括流纹质、粗面质和粗安质火山熔岩、凝灰岩、火山角砾岩与集块岩。
四、新生界(Cz)
石门寨地区新生界仅有第四系零星分布，且主要为河流阶地松散堆积物，没有胶结成岩，主要为河流冲积、洪积物，其次为坡积物、残积物。见有少量洞穴堆积，分布在黄土营、山羊寨、李庄、茶庄等地石灰岩溶洞中，为砂砾、黏土堆积物，已开始固结变硬。洞穴中脊椎动物化石有狼、熊、鹿、野猪等，鉴定其形成时代为第四纪中更新世。