1∶25万玉门镇幅区调修测主要进展及成果

梁明宏，霍勤知，李海林

(1.甘肃省地质调查院，甘肃 兰州 730000； 2.甘肃省地质矿产局，甘肃 兰州 730000)

0 引 言

甘肃1∶25万玉门镇幅(K47C004001)区调(修测)是中国地质调查局审批同意的2002年国土资源大调查项目，隶属于西北地区重要成矿带地质背景调查及数据更新计划项目。区内以前寒武系和中酸性侵入岩的大量出露为特点，昌马洪积扇位于图区正中。研究思路围绕着敦煌岩群的物质组成及变形变质、侵入岩时空分布和解体、昌马洪积扇与青藏高原隆升关系等展开。提交成果除地质报告[1]和1∶25万地质图外，还完成了“敦煌地块前寒武纪变质基底物质组成及构造演化”[2]、“青藏高原北外缘第四纪沉积特征、环境演化及与高原隆升耦合关系——以玉门镇地区昌马扇为研究核心”[3]两个专题成果。

该项目的完成，更新了该图幅基础地质数据。对敦煌岩群进行了广泛的区域地层对比，认为总体为一套孔兹岩系组合，时代厘定为古元古代；从前人所划敦煌岩群中新解体出了一套浅变质火山岩组合和浅变质细碎屑岩及碳酸盐岩组合，获得了大量微古化石，分别厘定为长城纪铅炉子沟群和蓟县纪平头山组、野马街组；从敦煌岩群中首次确定了矽线石-白云母带的存在，提出了小西弓—帐房山退变质带的识别标志。查明了区内侵入岩的时空分布和演化序列，将侵入岩划分为同源、异源、构造混杂、变质混杂4种类型。采获了一大批锆石U-Pb同位素年龄值，使测区侵入岩的年代学研究有了长足的进展。对区内韧性剪切带进行了详细剖析，创新了有限应变测量的技术方法，识别出了敦煌岩群的5次变形事件。通过对昌马洪积扇不同沉积物粒度的统计分析，识别出7次粒度变粗事件，结合大量ESR测年数据，揭示了沉积物粒度突变事件与高原隆升期的必然联系。对测区生态环境进行了评价，建立了测区的环境评价指标体系，进行了1∶25万区域生态环境评价，为地方经济可持续发展提供了科学依据。

1 主要进展和成果

1.1 有限应变测量与敦煌岩群5次变形事件的识别

测区固态流变相构造形迹及叠加在其上的韧性剪切带极为发育，我们利用“长短轴法”在两个相互垂直或近似垂直的露头上，对变形砾石、杏仁体、包体及变形长石颗粒进行了实验性测量，认为变形岩体内的长石颗粒是较好和有限应变测量对象，大于30～100个颗粒的量测，可忽略长石颗粒初始形态非等轴状的误差，是野外简单、方便、快捷的定性定量研究韧性剪切带性质的不二对象[4,5]。通过大量构造形迹素材的收集，结合有限应变测量及同位素测年资料，我们在图区识别出了5次韧性变形事件(表1)。

表1 测区韧性变形带特征一览表

早期变形是在伸展体制下的折叠层构造[6]，可能与区域性片理的形成相一致，以大量发育固态流变相构造群落为特点，包括顺层韧性剪切带、顺层掩卧褶皱、顺层面理和拉伸线理、粘滞性石香肠构造和构造透镜体、同构造分泌结晶脉等基本构造要素，偶见大型窗棱构造(图1)和鞘褶皱(图2)，经水平分层剪切流变机制，以彼此的几何学和运动学相关性共同反映了褶叠层的构造变形场和变形机制。变形时代为晋宁旋回早期。

第二期变形以小西弓压性韧性变形带为代表，构造形迹见有糜棱面理、变砾岩砾石压扁变形、长石碎斑系、石英拔丝构造、S-C组构、片理流褶皱、大理岩S-P构造岩、同构造分泌方解石英脉(图3)等。以薄饼状变形、线理不明显为特点。属于以压为主的韧性变形。该期变形与区域性片理极为一致，糜棱面理有随片理褶皱而褶皱的现象。变形时代暂置于晋宁旋回晚期。

图1 长山子早期变形大型窗棱构造

图2 桥湾车站北早期变形斜长角闪岩鞘褶皱

图3 长山子大理岩中方解石石英分泌脉

第三期变形叠加在区域性片理和早期压性韧性变形之上，以黄尖丘等左行压扭性韧性剪切带为代表，普遍发育透入性糜棱面理、眼球状构造、旋转碎斑系(图4)、拔丝构造、岩脉的顺“层”侵入、石香肠化、缩颈和串珠状构造(图5)及褶皱(图6)，局部发育同构造分泌石英脉和方解石英脉、分泌脉褶皱、顺层尖棱紧闭褶皱等。左行压扭性韧性变形。变形侵入岩同位素年龄387 Ma、 409.5 Ma(锆石U-Pb)，变形时代定为加里东晚期—华力西早期。

图4 豁路口山东SC组构和旋转碎斑

图5 蛇跃区伟晶岩脉石香肠构造

图6 蛇跃区伟晶岩脉剪切褶皱

第四期变形为叠加右行走滑韧性剪切变形，以旧井右行走滑韧剪带为代表，见有透入性糜棱面理，长石的眼球化、细粒化、旋转碎斑系(图7)，石英的拔丝构造，云母的定向，岩脉石香肠化、褶皱，局部见分泌石英脉，分泌脉不协调流褶皱、无根褶皱、顶厚褶皱等。变形侵入岩同位素年龄225～281 Ma(锆石U-Pb)，变形时代华力西晚期。

图7 旧井伟晶岩中指示右旋的斜长石旋斑

第五期变形为右行压扭性韧性剪切变形，以赤金峡右行压扭性韧剪带为代表，构造形迹见有透入性糜棱面理；拉伸线理；劈理化、S-C组构；包体的拉长与定向；长石斑晶的旋转、定向拉长、透镜化和细粒化；石英的拔丝组构；暗色矿物的定向排列；长英质脉体和花岗岩脉的剪切褶皱(图8)、构造透镜体及糜棱面理的顶厚褶皱、豆荚状褶皱等。变形具强弱域式排列特征。变形侵入岩同位素年龄(238.4±2.6) Ma、(264.2±3.6) Ma(锆石U-Pb)，变形时代华力西晚期—印支早期。

图8 赤金峡指示右旋的长英质脉体褶皱

1.2 敦煌岩群的解体、岩组划分与构造岩石组合及地质年代的确定

1.2.1 敦煌岩群的解体

原1∶20万区调将测区大面积变质地层笼统划为奥陶—志留系，20世纪80年代末到90年代区内开展的1∶5万区调，将这套古老变质岩确定为前长城系，本次调研通过野外实测、专题研究和区域对比，认为主体可和敦煌地区的敦煌岩群对比，为一套经受强烈变形变质作用改造的、总体无序、内部无序的非史密斯地层，并根据变质程度、岩石组合和化石采集，从中新解体出了一套浅变质火山岩组合和碳酸盐岩组合及浅变质细碎屑岩组合，在碳酸盐岩中获得了以Baltisphaeridushirsutoides为代表，其次为Baltisphaeriduspodboroviscense、Trachyhystrichosphaeraaimika和Trachysphaeridium的微古化石，分别厘定为长城纪铅炉子沟群和蓟县纪平头山组、青白口纪野马街组。

1.2.2 敦煌岩群岩组划分、构造岩石组合及地质年代的确定

区内敦煌岩群进一步划分为5个非正式岩组：长山子斜长角闪片麻岩岩组、潘家井变粒岩岩组、小西弓黑云石英片岩岩组、黄尖丘斜长角闪片岩岩组和华窑山蓝晶二云片岩岩组。①长山子斜长角闪片麻岩岩组：为斜长角闪片麻岩构造组合，以斜长角闪片麻岩为主，夹黑云斜长角闪片麻岩、黑云斜长片麻岩、绿泥石英片岩、片状石英岩和少量大理岩，原岩可能为基性火山岩夹碎屑岩、碳酸盐岩建造。②潘家井变粒岩岩组：为变粒岩构造组合，主要为石榴二长浅粒岩、二长变粒岩、斜长变粒岩、黑云二长变粒岩及变英安岩、变流纹岩、英安质糜棱岩等，原岩为粗碎屑岩建造和酸性火山岩建造。③小西弓黑云石英片岩岩组：为黑云石英片岩构造组合，主要为黑云石英片岩、二云石英片岩、变粒岩、浅粒岩夹透辉石大理岩、石墨大理岩及斜长角闪片岩等，原岩为富硅泥质碎屑岩夹少量粗碎屑岩建造及中基性火山岩建造、碳酸盐岩建造。④黄尖丘斜长角闪片岩岩组：为斜长角闪片岩构造组合，以斜长角闪岩、斜长角闪片岩为主，夹斜长变粒岩、黑云石英片岩、二长浅粒岩和大理岩等，原岩为基性火山岩夹少量碎屑岩建造。⑤华窑山蓝晶二云片岩岩组：为大理岩-蓝晶二云片岩构造组合，主要为白云质、硅质条带大理岩、石英大理岩、二云石英片岩、片状石英岩、绢云千枚岩、含石榴二云石英片岩、十字蓝晶石榴二云石英片岩、绢云石英片岩等，原岩为碳酸盐岩建造和碎屑岩建造。

关于该群的时代，不同方法、不同地点、不同作者所获得的数据差异很大。在斜长角闪岩中获全岩Sm-Nd等时线年龄可大致分为3组。第一组为2 936～3 488 Ma，第二组为1 990～2 203 Ma，第三组为1 256～1 990 Ma。年龄数据很分散，跨度很大，自中元古代—中太古代均有。本次工作在长山子敦煌岩群长山子斜长角闪片麻岩岩组斜长角闪片麻岩中采得一组Sm-Nd等时线年龄样，其中有6个样品线性分布明显(图9)，等时线年龄值为(1 471±42) Ma。综合对比认为敦煌岩群的形成时代归为古元古代较为合适，其中长山子斜长角闪片麻岩岩组时代归属可能要更老，归为新太古代—古元古代更妥。

1.3 中更新世以来粒度变粗事件与高原隆升耦合关系

昌马洪积扇总面积约4 500 km2(图10,11)，南高北低，总体坡度0.6°，东西长80多千米，南北宽55 km。按沉积物、地貌、成因及形成时代等特征，整个洪积扇解体为扇缘台地(1、2、3级)、扇体(内、中、外扇)、扇水道沉积、扇细土带、扇缘干淤泥带(按盐渍化细分为5类)、扇缘多丘沙地、扇缘活动沙丘等填图单位。

图9 敦煌岩群长山子斜长角闪片麻岩Sm-Nd等时线年龄图解

图10 昌马洪积扇结构模式图

图11 昌马洪积扇遥感影像图

昌马扇的形成缘于青藏高原的隆升作用。沉积物粒度的变化可反映出高原隆升速率。我们选择了沉积层序较完整的不同区段，在人工开挖的深渠中通过垂直剖面测量和粒度统计分析，结合电测深、钻孔、ESR测年资料及区域填图，将青藏高原北缘自4.96 Ma以来的构造运动分为11个明显的活动时段(表2)，其中中更新世以来昌马洪积扇的沉积有7次明显的粒度变粗事件，0.93～0.84 Ma.BP为第1次；0.35 Ma.BP为第2次；0.25～0.24 Ma.BP为第3次；0.14 Ma.BP为第4次；0.08 Ma.BP为第5次；0.04～0.03 Ma.BP为第6次；0.01 Ma.BP为第7次。这7次粒度变粗的过程反映了高原的7次隆升[7]。

1.4 岩浆混合作用野外识别证据和侵入岩填图方法

1.4.1 岩浆混合作用野外证据新发现

暗色镁铁质包体、微细粒长英质包体、矿物斑晶的熔蚀及不平衡现象被许多学者证实为岩浆混合作用的有力证据。本项目①在桥湾北—大口子山一带中细粒石英二长闪长岩中，见包体成带出现(图12)，包体大小1 cm×1 cm～3 cm×10 cm，形态纺锤形、条状、圆化的不规则状等，带内含量20%～50%，定向，产状25°∠20°，包体带宽20～50 cm，包体与寄主岩体突变，无冷凝及烘烤现象，包体带与主岩体渐变，岩性、颜色一致，包体岩性细粒—微细粒石英闪长岩、石英闪长岩。这种包体群的出现是基性岩浆墙的注入和差异性流动所致：偏基性的岩浆以岩墙的方式注入主岩浆房中，热分层和密度分层引起双扩散和对流的产生，使得镁铁质岩浆支解并与主岩浆发生混合，差异性流动是镁铁质岩浆碎块拉成长条状的主要原因，包体的细粒—微细粒结构是淬冷作用的结果，部分包体的不规则状外形与早期的淬冷有关。②在桥湾北—大口子山一带中细粒石英二长闪长岩中，包体大量出现，包体大小1 cm至几百米，形态圆化的透镜状、近圆形、水滴形等，岩性以细粒闪长岩、细粒石英闪长岩为主，有少量细粒石英二长岩，包体与寄主岩体多突变关系，无冷凝烘烤现象，个别包体见突变接触与渐变接触共存的现象(图13)，有力地说明了包体与寄主岩体曾共处液-液相的环境。③在桥湾北大口子山浆混组合中，见一小的近圆形中粗粒英云闪长岩体，其与一脉状细粒闪长岩体呈浆混接触(图14)。闪长岩呈岩枝状插入英云闪长岩中，两者突变接触，无冷凝烘烤，在插入英云闪长岩的一端，闪长岩分裂成多个碎块。突变关系、无冷凝烘烤、偏基性岩的细粒结构，说明有液-液相接触的可能，闪长岩体的岩枝状形态说明了基性岩浆的注入，前端分裂成多个碎块是淬冷炸裂和流动的结果。④大口子山浆混组合的岩浆演化特征从岩石类型、常量元素、微量元素上，都具明显的两段式，基性端元从闪长岩演化到石英二长闪长岩，酸性端元从英云闪长岩演化到二长花岗岩。

表2 测区第四纪构造活动时段一览表

图12 黄尖丘南石英二长岩中暗色微细粒镁铁质包体呈带出现

图13 黄尖丘南石英二长岩中暗色微细粒镁铁质包体突变与渐变关系共存

图14 白山塘闪长岩呈岩枝状插入英云闪长岩体的TM遥感影像

1.4.2 测区侵入岩类型及其特征对比

区内侵入岩受多成因、多来源、多阶段、多种岩浆作用和构造变化的共同作用而显的复杂多样。野外调研中常见多种类型复式侵入岩体：第一类具有规则、清晰的边界，包裹关系、侵位序次或演化关系清楚，内部为涌动、脉动和超动接触，属同源岩浆演化序列；第二类除见大量同源、不同源包体外，局部几种岩石类型混杂产出，浆混接触，演化关系和序次关系混乱，属异源岩浆演化序列；第三类岩体为各种分划性构造界面限定，岩体形态及分布受构造控制，岩体内发育透入性韧性变形组构，岩体间为构造-侵入接触关系，属构造混杂侵入岩；第四类岩体与围岩边界模糊，渐变过渡或混杂产出，强烈的变形变质已部分或完全改变了原岩的面貌，属变质混杂侵入岩(见表3)。

表3 不同类型侵入岩地质特征对比表

1.4.3 地质填图单位建立的理论基础和填图单位的选择

1.4.3.1 岩浆分异作用与同源岩浆的演化

岩浆的同源性和岩浆分异演化理论的提出，指出了中酸性侵入岩体之间可能存在的同源性及谱系关系，从而使单元—超单元谱系单位的建立有了可靠的理论基础。对那些演化关系较为明确的侵入岩体，单元—超单元填图方法依然适用。为简化和统一起见单元—超单元不再进行命名，图面采用岩性加时代的方法表达，如ηγD。

1.4.3.2 岩浆混合作用与开放的岩浆体系

建立在封闭体系基础上的同源岩浆演化理论在实际应用中有一定局限性，野外调查证实，同源或不同源岩浆在不同构造层次的混合，在造山带中极为常见，岩浆混合作用广泛存在于岩浆源区、岩浆房，特别是浅位岩浆房中。

来自同一源区或不同源区岩浆体系的加入，对寄主岩浆原本可能的演化序列势必造成影响，外来岩浆体系加入比例的多少以及温度、成分的差异程度使这种影响有一个从量到质的变化，影响不大的不改变同源岩浆演化的趋势或改变很少，使形成的侵入岩体依然可以按单元—超单元谱系系统进行归并。影响大的或外来岩浆较大规模不均匀混合，则形成了一种新的岩浆演化类型——异源岩浆演化序列。建议采用侵入体-浆混单元-浆混组合三级填图单位。考虑到表达习惯依然采用岩性加时代的方法，仅在岩性前加大写的H,如HηγD。

1.4.3.3 变形变质侵入岩与构造岩石单位

造山带是一个复杂的混杂物质场，早期侵位的岩浆岩在其后的经历中，受构造环境和构造应力的制约，常发生程度不同的变形变质改造，使其时、空序次及内部接触关系或多或少发生改变，构造置换和构造混杂使原本均一的、有一定边界的侵入岩变为各向异性、与围岩关系模糊甚至呈渐变过渡关系，以假层状体或构造混杂岩形式展现在人们面前。

在高级变质和强变形的条件下，侵入岩系常被改造为变质片麻岩系，在强变形低级变质条件下常形成构造片麻岩系，中等变形和低级变质条件下则形成糜棱岩化岩系。这些变形变质了的侵入岩系，构造变形和原岩恢复已占据了重要的地位，内部接触关系模糊甚而无法辨识，已无法应用侵入岩填图方法予以圈绘，取而代之的应该是构造岩石单位系统。

经历过较高级区域变质的变质片麻岩系，可以采用片麻岩体-片麻岩单元-片麻岩套三级等级体制，图面表达建议采用岩性加片麻岩代号gn加时代的方法，如ηγgnD。那些只经过强—中等变形而仅具较低级的动力变质的构造片麻岩、糜棱岩系，肉眼或镜下尚可部分恢复侵入岩原貌，有一定程度的构造置换和构造混杂，有时可有多种岩石类型混杂在一起，但可确定占主导地位的岩类，内部接触关系已变为构造-侵入接触，填图中建议采用糜棱岩侵入体-糜棱岩单元-构造杂岩三级等级体制，图面表达建议采用岩性加糜棱岩代号ml加时代的方法,如ηγmlD。

参考文献：

[1] 梁明宏,霍勤知,王云斌,等.1∶25玉门镇幅区域地质调查报告[R].兰州:甘肃省地质调查院,2005.

[2] 霍勤知,梁明宏,刘土改,等.敦煌地块前寒武纪变质基底物质组成及构造演化[R].兰州:甘肃省地质调查院,2005.

[3] 李增,梁明宏,霍勤知,等.青藏高原北外缘第四纪沉积特征、环境演化及与高原隆升耦合关系——以玉门镇地区昌马扇为研究核心[R].兰州:甘肃省地质调查院,2005.

[4] 王云斌,梁明宏,霍勤知,等.利用变形花岗岩体中的长石矿物进行有限应变测量初探[J].西北地质,2004,37(2):19-24.

[5] 郑亚东,常志忠.岩石有限应变测量及韧性剪切带[M].北京: 地质出版社,1985.

[6] 单文琅,宋鸿林,傅昭仁,等.构造变形分析的理论方法和实践[M].武汉:中国地质大学出版社,1991.

[7] 李增,王云斌,梁明宏,等.粒度统计分析方法在青藏高原隆升研究中的运用及效果——以昌马洪积扇为例 [J].西北地质,2005,38(2):16-20.

[8] 宋春晖，方小敏，李吉均，等.青藏高原北缘酒西盆地13 Ma以来沉积演化与构造隆升[J].中国科学：D辑，2001，31(B12)：155-162.

[9] 于庆文.青藏高原东北缘新生代隆升沉积气候演化及其耦合：区域地质调查方法实践[M].武汉：中国地质大学出版社，2001.