地质发展史

本区位于中朝准地台燕山台褶带的东段。在古太古代（3000Ma前），中朝准地台西起内蒙古大青山，向东经山西阳高、河北怀安、遵化、迁安，经本区再向东进入辽宁新金一带，最先出现了海底火山喷发，形成了以火山岩建造为主的迁西群堆积，其中已测得了3500M a左右的Sm-Nd法同位素年龄。在古太古代晚期，中朝准地台出现了初始陆核，并开始了陆壳和洋壳的分异。在距今3000Ma左右，包括本区在内的华北地区发生了一次重大的构造－变质热事件，造成了迁西群的强烈变质和混合岩化作用，局部可见混合花岗岩。这次构造－变质热事件产生的构造形迹主要是短轴褶皱——穹窿。新太古代末期，秦皇岛及其周边地区发生了大规模的酸性岩浆侵入。本区所在的山海关台拱区主要就是由新太古代花岗岩组成的，整体为一个花岗岩穹窿。
本区缺失古－中元古界，其原因与台拱区西界的青龙－滦县大断裂密切相关。该断裂形成于新太古代晚期，导致了当时沿断裂的海底中基性熔岩喷发，从古元古代初期至新元古代早期，断裂两侧呈明显的差异升降活动，西盘持续下降，堆积了厚达数万米的碎屑岩系和火山岩系；东盘即台拱区则不断隆起，沉积间断，遭受剥蚀并为西盘提供了沉积物源。在新元古代中期，华北地区地壳整体下降，海侵范围急剧扩大，向东越过了青龙－滦县大断裂，直达山海关一带，在本区形成了浅海相的青白口系长龙山组。
在新元古代晚期，即800～570Ma的震旦纪，整个中朝准地台上升成陆，没有接受沉积。在本区表现为下寒武统府君山组假整合于青白口系长龙山组之上。
从寒武纪至中奥陶世末期，中朝准地台总体处于海侵环境，地壳运动主要发生在海盆内部。在早寒武世出现沉积间断，即馒头组与下伏府君山组假整合接触；而其余时期虽有短期上升，但沉积是连续的，地层之间为整合接触关系
从晚奥陶世开始，整个中朝准地台再次全面上升成陆，直到晚石炭世才重新下降，接受沉积。因此，本区和中朝准地台其他地区一样，缺失这一时期的沉积。
进入晚石炭世，中朝准地台又开始缓慢沉降。晚石炭世沉积的主体为一套海陆交互相的含煤碎屑岩。由于遭受了晚奥陶世—早石炭世的长期风化剥蚀，在古风化面上富集了大量的铁铝质矿物；当海水再次入侵时，富含铁铝质矿物的碎屑岩最先沉积在凹凸不平的风化面上，结果在本溪组底部形成了以残积型为主的山西式铁矿和铝土矿，根据古风化壳中含有较多铝土矿可知，在晚奥陶世—早石炭世，中朝准地台位于低纬度（N10°～20°）地区，以后发生了大规模的水平运动才到达现今的位置。
晚石炭世末期地壳上升，致使中朝准地台的主体到早二叠世基本脱离海洋环境；至晚二叠世海水全部退出华北地区，转变为陆地环境。早二叠世沉积为一套以河湖相、沼泽相为主的含煤碎屑建造，晚二叠世沉积为一套不含煤的河湖相碎屑建造。
早—中三叠世本区处于上升阶段，缺失沉积。中三叠世末的印支运动在东邻辽宁省境内比较强烈，往西进入本区明显减弱。在本区，印支运动造成了下侏罗统下花园组与下伏古生界之间呈角度不整合接触关系。
在侏罗纪发生了对我国东部地区影响极为强烈的燕山运动，早侏罗世末的燕山运动Ⅰ幕较弱，在本区表现为由局部掀动而造成的中、下侏罗统之间的弱角度不整合接触关系。中侏罗世以来，地壳活动进一步发展，基底断裂继承性活动，发生了裂隙式火山喷发，并有岩浆侵入，在本区形成了中侏罗统髫髻山组中性火山岩 中侏罗世末的燕山运动Ⅱ幕比较强烈.在北西－南东向挤压应力作用下，广泛发育轴向以北东向为主的褶皱，基底断裂复活并产生新断裂。本区最重要的地质构造——柳江向斜的初始形态就是由燕山运动Ⅱ幕造成的，可能当时的轴向是北东向或北北东向，两翼倾角都是比较平缓并且接近相等的。
晚侏罗世为地壳剧烈活动时期，火山活动有中性和酸性岩浆喷发，在本区形成上侏罗统张家口组火山岩。晚侏罗世末的燕山运动主幕——第Ⅲ幕造成了强烈的区域逆冲构造变形和规模不大的中性中深成岩浆侵入活动。燕山运动Ⅱ、Ⅲ幕形成了区域主体构造格局，在本区形成了柳江向斜和一些新断裂，并且使老断裂重新活动。
在早白垩世，本区及邻区进入了重要的伸展构造活动时期，区域构造应力场转换成大致为北西－南东向伸展的应力状态，发生了强烈的伸展构造作用和大规模的岩浆活动 在邻区形成了构造带主要呈北东向的伸展断裂系统与伴生断陷盆地，产生了强烈的中酸性火山喷发活动。在本区发生了大规模的中性、酸性深成侵入活动，形成了燕塞湖石英正长岩岩株、后石湖山花岗岩岩株（118Ma）和响山花岗岩岩基（110Ma），它们侵入于张家口组及更老的地层中 位于柳江向斜南端西侧的响山花岗岩岩基侵入时对周围产生侧向挤压，导致柳江向斜进一步变形。向斜南端西侧受到由西向东的挤压力，造成褶皱轴向由近北东向或北北东向变为近南北向，向斜西翼地层产状变陡，发育南北向逆断层，局部地层直立、倒转或缺失；而东翼地层受影响很小，倾角较缓，南北向逆断层不发育（见图2-1，图2-3）。
从白垩纪开始，区域构造运动强度总体上逐渐减弱。直到现在，华北地区构造运动呈减弱趋势，全区总体上升遭受剥蚀，局部地区出现裂谷系和断陷盆地。在本区地壳上升运动明显，并且西北部抬升幅度大于东南部，全区缺失白垩纪－新近纪的沉积，在古近纪－第四纪早期发育了海拔高度大约为600m、450m、300m的三级夷平面，在第四纪形成了多级河流阶地、海蚀阶地和其他古海蚀地貌。
由此可见，侏罗纪燕山运动，特别是晚侏罗世末的燕山运动Ⅲ幕，对本区的地质演化过程起到至关重要的作用。这次运动奠定了本区现今构造格局的基本轮廓，以后的地质作用只是在此基础上进行改造而已。