一、碳酸盐岩地层
区内地层除缺失志留-泥盆系及下石炭统外，其余各时代地层均有出露（表1-1）。其中中新元古界、寒武系、奥陶系、石炭系以及六盘山前下白垩统为碳酸盐岩。
表1-1 中国北方地层简表
续表
从岩溶地质学角度看，这里侧重概述可溶岩地层主要特征及其分布的某些规律。区内从可溶岩化学成分可分为碳酸盐岩、石膏、岩盐三类。碳酸盐岩是区内分布最广泛的可溶岩类，主要沉积于中新元古代、早古生代，全区碳酸盐总分布面积68.5万km2。石膏、岩盐主要产于鄂尔多斯盆地东缘一带的中奥陶统中，近年来相继在陕北米脂、绥德、府谷等地勘探发现，此外在部分陆相盆地中也有分布（如山东大汶口盆地），多呈夹层或薄层状存在。
1.中新元古界碳酸盐岩
中新元古界。包括长城系，蓟县系、青白口系和震旦系。碳酸盐岩主要产出于长城系的中上部团山子组和高于庄组，蓟县系的中下部雾迷山组、杨庄组和上部的铁岭组、青白口系上部的井儿峪组以及复州湾区震旦系甘井子组、南芬组。以燕山、太行山北段及中条山区和鄂尔多斯盆地西南缘最为发育，鲁、皖、苏接界地区和旅大亦有分布（图1-2），为一套巨厚的白云岩为主的碳酸盐岩地层，总厚度505～9621m。其中以中元古界长城系高于庄组白云岩、灰岩和蓟县系雾迷山组燧石白云岩最为稳定，一般厚度在千米以上，最厚可达3400余米。部分地区可能由于后期剥蚀溶蚀关系，厚度小于500m，甚至缺失。其他各组虽然基本上也以白云岩、灰岩为主，但稳定性稍差，并夹有较多的碎屑岩，沉积厚度也较小，一般为100～400m，很少超过500m。在北京，高于庄组厚度1005m，雾迷山组超过2200m。蓟县系往南逐渐变薄至缺失，长城系也为碎屑岩所代替。本区中部的长城系与蓟县系为硅质条带灰岩，厚度达1230m。鄂尔多斯盆地西南缘陕西岐山、景福山、甘肃平凉和宁夏青龙山出露，岐山厚度大于2000m，千阳、陇县一带500～700m，在青龙山一带厚708m。
新元古界青白口系的碳酸盐岩出露面积不大，厚度亦小，且多为砂页岩及不纯碳酸盐岩。山东苍山及沂沐断裂西侧的沂水、沂南，以及冀西北的涿鹿等地有零星分布。
震旦系主要分布于燕山、徐淮、胶辽及豫西等地区，其中大连复州湾、徐州地区碳酸盐岩厚度较大，辽东万隆组、八道江组泥质灰岩、礁灰岩总厚度大于250m。安徽宿县至泗县以北和淮南-凤阳山区出露的震旦系岩层，以含硅钙镁碳酸盐沉积为主。淮南、淮北两地区岩相基本相同，岩性略有差异。豫西宜阳至平顶山一带的震旦系，中下部为砾岩、砂页岩及泥质白云岩，上部为冰碛砂砾岩，厚544m。鲁西震旦系土门组，分布于沂沐断裂带内及其西侧，不整合于泰山群之上。
2.下古生界碳酸盐岩
早古生代，华北地台被鄂尔多斯古隆起隔为东、西两部，东部以碳酸盐岩沉积为主；西部因毗邻秦岭和祁连海槽，故以台地边缘相和盆地相过渡的连续沉积碳酸盐岩、角砾岩和碎屑沉积为主。而在鄂尔多斯盆地北部一直是处于沉积间断的伊盟古陆。
下古生界的寒武系和奥陶系主要由碳酸盐岩组成。奥陶纪时，海侵进一步扩大，碳酸盐岩分布范围更加广泛，由于奥陶系与寒武系为连续沉积，岩相古地理具有继承性。其中山西和鲁中南是寒武-奥陶系集中出露分布区。
寒武系区内分布广泛（图1-3）。下统以紫红色页岩和砂岩为主，夹泥质白云岩，属不纯碳酸盐岩，向上碳酸盐纯度增大，碳酸盐岩沉积的连续性较好；中寒武统下部以砂质页岩及砂岩为主，夹灰岩（如北京昌平组，厚度可达50m，山东朱砂洞组，厚度约5m）；中统张夏组以厚层鲕状灰岩为主，在工作区西北桌子山一带泥质成分显著增多，成为泥质灰岩或钙质泥页岩；上寒武统崮山组、常山组以泥质条带灰岩、竹叶状灰岩为主，凤山组以中粗晶白云岩为主，总厚度104～1891m。
图1-2 中国北方中、新元古代地层出露分布图
图1-3 中国北方寒武纪地层出露分布图
下奥陶统包括冶里、亮甲山组，以中厚层微晶白云岩为主，含燧石结核与条带。中奥陶统除豫西南和鄂尔多斯盆地北部的伊盟古陆缺失外，在全区广泛沉积分布（图1-4），其中下马家沟组、上马家沟组和峰峰组为一套碳酸盐岩与硫酸盐岩混合建造，有三个明显的沉积旋回，各组从含石膏夹层的泥晶白云岩向豹皮灰岩和泥晶灰岩过渡，总厚度420～1002m。铜川―保德―石家庄―德州一线以南，河津―新乡以北地区出现白云岩、泥质白云岩及石膏沉积。大致在鄂尔多斯盆地西南缘华北地台与秦祁地槽接壤的条形地带，包括三道沟组及桌子山区的桌子山组和三道坎组，其岩性底部具含泥质白云岩的云坪相沉积，向上为一套岩性相对单一的中薄层白云岩或灰岩，缺少了二、三个旋回和石膏层。与此同时，这一带三道沟组之上还沉积了平凉组（包括陇县的段家峡组、桌子山区的克里摩里组、乌拉里力组）和奥陶系上统背锅山组（唐王岭组、拉什仲组），其岩性依次为页岩及少量碳酸盐岩夹凝灰岩、燧石白云岩和斜坡垮塌相砾岩。
3.中上石炭统碳酸盐岩
中上石炭统为海陆交互相含煤沉积。中统以泥页岩、铝土岩为主，上统为泥页岩夹砂岩和灰岩，含可采煤层。中上石炭统含煤碎屑岩建造中，所含碳酸盐岩夹层较薄，层数各地不等，如徐州一带有15层，而在阳泉一带有6层。中上石炭统总厚度一般40～350m。在鄂尔多斯盆地西南缘与秦祁地槽结合带厚度变化较大，在渭北岐山一带沉积缺失，而在乌达地区仅中统厚度就可达400～1205m。
4.下白垩统碳酸盐岩
鄂尔多斯盆地西南受中生代燕山构造运动影响，六盘山前及渭北西部在白垩系底部零星分布一套山麓相石灰质砾岩，其石灰质成分在一些地区可达80%以上，直接超覆于中奥陶统之上，最大厚度可达200m以上。
5.古近纪碳酸盐岩
主要分布在山东泰莱盆地、大汶口盆地以及新泰、蒙阴、平邑一带的官庄组（E3）二三段，为钙质胶结的石灰质砾岩、泥灰岩并夹有石膏透镜体，总厚度在1000m以上，为一套山麓相和湖相沉积。在泰安大汶口盆地夏张一带钻孔揭露灰质砾岩300～400m，日出水量可达到1000m3以上，上泉庄泉的形成与该含水层有密切关系。
此外，在北京洼里―中国地质大学一带，分布一套砾岩，砾岩岩性为灰白、深灰、土黄、紫红等杂色砾岩，呈砾状碎屑结构，砾石成分主要为白云岩、燧石、硅质条带白云岩，约占80%～90%。其次为石英岩、大理岩、泥质灰岩，偶见千枚岩、鲕状灰岩及火山岩类。砾岩被第四系覆盖，分布长约8km，宽约2km，面积约16km2。该层被认为属侏罗系。
二、大地构造概貌
华北地台北侧为内蒙古地轴，南侧的南西部为秦祁地槽，东南侧受郯庐断裂东南侧向北推移影响，石炭系与来自南部的扬子地台对接。在晚古生代前为长期以独立地台形式存在，大致于晚古生代末和中生代早期与西伯利亚地台和扬子地台联合。
图1-4 中国北方奥陶纪地层出露分布图
图1-5 华北地台二级构造单元分区略图
晚三叠世的印支运动开始，华北地台再次进入活化阶段，并经历了燕山运动和喜马拉雅运动。特别是喜马拉雅运动以来，受到印度板块的多次强烈碰撞和太平洋板块俯冲的长期挤压，使得华北地台产生剧烈构造变形。现今构造和地貌格局主要受控于燕山和喜马拉雅运动。华北地台作为一级构造单元，根据构造的差异性，本区分为8个二级构造单元（图1-5）。分别是：贺兰-六盘台褶带、鄂尔多斯台坳、山西断隆、燕山台褶带、辽东台隆、华北断坳、鲁西断隆和豫淮台褶带。
1.贺兰-六盘台褶带
从地质力学的观点，贺兰-六盘台褶带为祁-吕-贺兰山字形构造的脊柱，南部与陇西旋卷构造复合。西界为分割华北地台与秦祁地槽的北六盘山前的青铜峡-固原断裂，东界为与鄂尔多斯盆地分界的车道-阿色郎断裂，呈南北条带状展布，东西宽50～100km，南北长在600km以上。除六盘山、贺兰山外，还有构成南北古脊梁带的桌子山、青龙山、云雾山、陇山等。该构造带东侧是最具稳定性的鄂尔多斯地块，燕山期在由西向东强烈的推力作用下，沿早期南北走向背斜剖面X节理（东侧）发育成断裂构造，使得西侧轴部老地层推覆于东侧新地层之上并常常使东翼缺失（图1-6）。
图1-6 桌子山―巴音敖包构造剖面图
贺兰-六盘台褶带是由数条近南北向延伸的主干断裂，包括青龙山-党家爪断裂、青铜峡-固原断裂、车道-阿色郎断裂以及-系列次级断裂和相伴生的褶皱构造组成（北部桌子山背斜、卡布其向斜、岗德尔山背斜，中部青龙山背斜、韦州向斜、九连山背斜，南部太统山-电洼背斜、大台子背斜、峡门向斜、河川-新集向斜、云雾山-张家山向斜等），这些大型断褶构造组成向东逆冲的推覆体。另外还有两条北北东向的正断层，后者是新生代时追踪早期逆冲断层形成的，构成了银川地堑的边界断裂。
每一个主要逆冲断裂都相应形成一个推覆体，各个推覆体的峰端多为隆起背斜，出露老地层，构造变形强烈，尾端为凹陷和向斜，地层出露新，构造变形微弱。隆起的背斜峰端向该推覆体坳陷的尾端在地貌上表现为为平缓的斜坡，构造上为缓倾三维向斜或单斜，二者间无明显的界线（图1-6）。
该构造带在南北方向上总体呈北翘南倾，北东广泛出露太古宇地层，向南逐渐倾伏，多数地区被中、新生界所覆盖。但由于一些主要逆冲断层常分段向南断距逐渐变小而消失，同时出现一个新断层，所以本区在南北方向上出现四个北仰南倾的斜阶构造。
该区碳酸盐岩主要分布在南北龙岗状背斜西翼。
2.鄂尔多斯台坳
鄂尔多斯台坳为以天环向斜为中心的一个东西不对称巨型构造盆地，是由晚古生代以前的大华北盆地逐渐缩小而成。东侧为吕梁山复背斜西翼，地层向西缓倾；西界与贺兰-六盘台褶带以高角度断层接触（图1-7）。
图1-7 鄂尔多斯台坳东西地质剖面略图
区内碳酸盐岩在北部伊盟古陆缺失，其余地区均有分布但被晚古生代以后地层埋藏，埋藏厚度东浅西厚，在天环向斜轴部埋藏深度在4000m以上，碳酸盐岩地层仅在东缘离石大断裂西侧出露。
3.山西断隆
山西断隆西界离石大断裂，东界为太行山前断裂，是在中生代时期的印支、燕山运动受挤压隆起并在喜马拉雅期剪扭作用下的差异升降运动形成。其地形特征可概括为北北东走向的“两山一谷”，区域地质构造方面则主要是受控于西北侧吕梁山复背斜山、东南侧沁水向斜山、中部汾河地堑（图1-8）。
图1-8 山西断隆东西地质剖面示意图
西部吕梁山复背斜，太古宇、元古宇及下古生界地层沿背斜轴及两翼出露，西侧为鄂尔多斯台坳的伊陕斜坡过渡带，其间多数地段没有明显界线。
发育在中部的汾河地堑（汾渭地堑）由一系列北北东向斜的断陷盆地组成，包括大同、忻定、太原、临汾、运城及关中等盆地。汾渭地堑主要是在喜马拉雅期张扭力作用下继承早期东西向压性断裂逐步扩展陷落而成。盆地边缘断裂构造受控于现代地应力作用和前期地质结构，往往呈阶梯状或地堑、地垒相间的构造格局，这些断裂现今仍然处于积极活动阶段。汾渭地堑的总体形态以及其中一些盆地的局部形态，往往有总体上为北东走向，但在南侧具东西走向的特点。如最南部的关中盆地、太原盆地南侧的汾阳市一带、大同盆地南侧的朔县盆地都表现为东西走向，控制这种形态的是近东西向的具有压性性质的断裂，例如，渭河盆地北侧张性的口镇-关山断层虽然是关中盆地北缘的典型断裂，但在嵯峨山一带紧邻其北侧，现在仍保留了寒武纪地层逆冲于奥陶纪地层之上的压性断层面，同时在北东向张家山断层西缘部分为压性老龙山断层。汾阳市北侧控制了马刨神泉、峡口泉出流的山底-黄采坡逆断层，以及朔县盆地北侧的耿庄断层都近东西走向。这种形态表明汾渭地堑是在早期东西向压性结构基础上经后期北西―南东拉张作用下发展起来的。
山西断隆东部的太行山隆起区由沁水向斜、阜平隆起（背斜）、赞皇隆起（背斜）等三级构造组成。沁水向斜核部主要为三叠系碎屑岩；其他两个背斜轴部均出露太古宇古老变质岩系。
本区是我国北方早古生代碳酸盐岩最集中出露的地区，主要沿褶皱两翼分布。在沁水向斜轴部和多数地堑盆地内碳酸盐岩埋藏深度可达上千米到数千米之深。
4.燕山台褶带
燕山台褶带包括近东西的燕山和北东向辽西两个区，大地构造处于华北地台北缘，北接内蒙古地轴、南邻华北断坳。本区在晚古生代末期与西伯利亚板块缝合后的印支、燕山构造运动中留下了大量的构造形迹，特别是燕山运动对本区的地质结构影响最深刻。表现为：本区沉积了厚达35km以上的中生界，并大量分布中生代火成岩；走向北东东向的断褶带地层变形较大，地层产状较陡；印支期东西向压性断裂构造到燕山期后均改变为张性断裂。
北京市的地质构造格局能够体现燕山台褶带构造运动概貌（图1-9）。北京市位于华北地台-燕山台褶带的西段。现今的主体构造格架由燕山运动奠定并经后期喜马拉雅运动改造。一系列北东至北北东向隆起与凹陷相间排列，并有一组与之近于垂直的张性断裂，构成了北京地区的构造轮廓，即京西隆起、北京凹陷、大兴隆起、大厂凹陷和延庆盆地。其中重要的断裂有北东向的沿河城-南口断裂带、八宝山断裂、南苑-通县断裂、黄庄-高丽营断裂及北西向的南口-孙河断裂和永定河断裂、二十里长山断裂带等等，主要的褶皱构造有：百花山-髫髻山向斜、九龙山-香峪大梁向斜、大石河背斜、北岭向斜、谷积山背斜、霞云岭-龙门台复向斜、下苇甸背斜等，北东向和与之配套的北西向构造形迹构成子主体构造格架。
区内碳酸盐岩有元古宇及寒武奥陶系，且多以不连续的条带状或断块状产出。
5.辽东台隆
辽东台隆位于辽河谷地以东到黄海的区域，为长白山南延部分。该区受左旋郯庐断裂作用控制，区内断裂构造北部为北东、北北东走向，南部为北北东走向，多为压性断裂。碳酸盐岩地层主要分布在中部东西走向的太子河凹陷复式向斜内（上古生界）和南部复州湾区（以前寒武系为主）。
图1-9 北京市构造纲要图
6.华北断坳
华北断坳北侧、西侧分别与燕山台褶带和山西断隆并以断层形式分界，东侧为鲁西断隆，南界以新乡-封丘-兰考-商丘-芒山北西向隐伏断裂为界。华北断坳印支运动后进入大陆边缘带活动发展阶段，特别在燕山期受强烈运动，使得褶皱断裂十分发育并伴有大规模火山喷发和岩浆侵入，最终形成一系列北北东向排列的隆起和坳陷相间的次级构造。其中如冀中坳陷、沧县隆起、黄骅坳陷、埕宁隆起、临清坳陷、内黄隆起、开封坳陷、徐彤隆起等。这些断裂褶皱控制着碳酸盐岩地层的分布埋藏。
华北断坳主要于早白垩世开始陷落，区内碳酸盐岩主要有新元古界（主要分布在沧州以北）和早古生界，均被埋藏于松散层之下，埋藏深度为500～3000m。
7.鲁西断隆
鲁西断隆西界可分为两部分，其一是北部鲁中穹隆构造，其二是南部徐淮弧形构造。鲁中穹隆构造由中部凸起的泰山、鲁山、蒙山和徂徕山向四周渐变为丘陵及冲洪积平原并间夹一些东西向泰莱盆地、陶枣盆地、肥城盆地、羊庄盆地和北西向的泗水-费县谷地、新泰-蒙阴谷地构成（图1-10）。地层从中部太古宇泰山群向四周早的古生界，晚古生界和中、新生界变化。徐淮弧形构造由一系列总体北北东走向并向西北凸出的复式褶皱及平行于褶皱轴的压性断裂组成，包括萧县背斜、三闸向斜、皇藏峪-老龙脊背斜及与其轴部平行的断裂构造。东侧郯庐断裂在古生代后呈持续性、东侧长距离的向北东走滑运动状态，在整个穹隆构造的形成、发展演化过程中具有重要影响并成为其内部近东西或北西盆谷地（西南侧地层新、东北侧地层老）的动力来源。
图1-10 鲁西断隆地质略图
8.豫淮台褶带
豫淮台褶带从北向南包括扇形展布的崤山、熊耳山、外方山、伏牛山及各山脉间的谷地，淮河平原及东南淮南八公山等地，为秦岭东延余脉及山前平原。构造地处华北地台与秦岭地槽的接壤部位。宏观上，区内主要由规模大、延伸长的北西向断裂（例如，中牟-通徐-太康断裂、济源-巩县-许昌断裂、新安-伊川-午阳-息县断裂）控制下的中生代凸起和凹陷和次级东西向、北东向构造形迹组成。这些构造相互复合迁就控制碳酸盐岩的出露分布。