敦煌地區晚震旦世-早寒武世沉積地層的發現及其大地構造意義*

康磊 李天虎 王杰 計文化 王濤 陳奮寧 劉學均 張超

1.大陸動力學國家重點實驗室，西北大學地質學系，西安 710069 2.自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點實驗室，中國地質調查局造山帶地質研究中心，中國地質調查局西安地質調查中心，西安 710054 3.西安地質礦產勘察開發院，西安 710054 4.中國地質科學院地質研究所，北京 100037

敦煌地區處于阿爾金主斷裂西北側，位于中亞造山帶、塔里木克拉通、特提斯構造域和華北克拉通的結合部位，其大地構造屬性的研究對于認識中國西部大地構造格架與演化具有重要意義。

傳統觀點認為，敦煌地區是具有前寒武紀基底的穩定地塊，稱之為“敦煌地塊”(任紀舜等，1980；梅華林等，1998；Luetal.，2008；Liuetal.，2011)。目前，在前寒武變質基底研究方面取得了系列重要成果認識，普遍認為敦煌地塊經歷了3.4～2.7Ga地殼生長(梅華林等，1998；Zhangetal.，2013；趙燕等，2013)、2.7～2.5Ga(Zhangetal.，2013；Zongetal.，2013)和1.81～1.85Ga地殼改造作用(趙燕等，2013)。近年來，隨著礦物原位測試分析手段不斷提高，越來越多的學者發現敦煌地塊高級變質巖普遍存在具順時針P-T-t演化軌跡特征的早泥盆世-志留紀(480～390Ma)變質作用(孟繁聰等，2011；Zongetal.，2012；Heetal.，2014；Zhaoetal.，2016，2017；Wangetal.，2017)和大量與俯沖增生造山有關的中奧陶世-二疊紀(461.7～275Ma)巖漿巖(張志誠等，2009；朱濤等，2014；Zhaoetal.，2016，2017；王楠等，2016；Baoetal.，2017；趙燕，2017；Shietal.，2019；Fengetal.，2020)，由此揭示出敦煌地區經歷了強烈的古生代造山作用，認為該地區并不存在大規模的前寒武紀陸塊(Zhaoetal.，2016)，應屬于“增生造山帶”或“構造帶”，為中亞造山帶的一部分(Zhaoetal.，2016，2017；Wangetal.，2017；石夢巖等，2017；趙燕，2017；范文壽等，2018；趙燕和孫勇，2018；Shietal.，2019；Fengetal.，2020)。由此引發了對“敦煌地塊”的質疑，并受到地質學界的廣泛關注。引起這一分歧的核心問題是：敦煌地區是否存在大規模前寒武基底？但因為目前的研究僅是基于對高級變質巖和巖漿巖的鋯石U-Pb定年、Hf同位素和巖石地球化學分析的推斷，還缺乏指示敦煌地區前寒武基底大規模存在的有力證據。

近年來，筆者等在敦煌地區東北緣進行1:5萬地質填圖過程中，新發現了一套大規模以變砂巖和變砂質泥巖為主的沉積地層，通過巖石組合、鋯石U-Pb測年、重礦物和巖石地球化學分析，對其形成時代、物源特征和沉積相沉積環境進行了系統研究，認為其可能形成于晚震旦世-早寒武世大陸邊緣濱海環境，其物源應來自敦煌地塊甚至塔里木板塊的前寒武變質基底，從而為敦煌地區新元古代-寒武紀存在大規模前寒武紀基底提供了重要信息，并為敦煌地塊北部古邊界位置的確定提供了新的依據。

1 區域地質背景

敦煌地區位于塔里木克拉通東端，東臨阿拉善地塊，北接北山造山帶，南以阿爾金斷裂帶與祁連造山帶相隔(圖1a)，整體呈北東東-南西西向帶狀展布(圖1b)。該地區基巖露頭較為簡單，由變質基底(敦煌雜巖)和顯生宙巖漿巖組成(Zhangetal.，2013；Zhaoetal.，2016，2017；Wangetal.，2017)。在地層方面，廣泛發育第三系和第四系，少量侏羅系(芨芨溝組)和白堊系(下部赤金堡組和上部新民堡群)，無其它時代的地層出露(甘肅省地質礦產局，1989，1997；趙燕，2017)，一直沒有發現新元古代-古生代沉積地層。

圖1 敦煌地區晚震旦世-早寒武世沉積地層的大地構造位置圖(a、b, 分別據Lu et al.，2008; Zhao et al.，2016修改)和地質簡圖(c, 據康磊等，2019(1)康磊, 李天虎, 計文化等.2019.甘肅安西1:5萬K47E022001幅區域地質圖.西安：中國地質調查局西安地質調查中心)

敦煌雜巖主要由TTG片麻巖和表殼巖組成，其中表殼巖的主要巖石類型為各類片麻巖，以及云母石英片巖、石英巖, 大理巖、斜長角閃巖等。自下向上可劃分為四個巖組(甘肅省地質礦產局，1989)：第一巖組主要由條痕狀-眼球狀混合巖、角閃黑云斜長片麻巖和石榴黑云片巖、石英巖及少量透輝石巖、大理巖透鏡體組成；第二巖組主要為不同成分的大理巖夾少量石榴黑云石英片巖；第三巖組主要為含榴二云母石英片巖、白云母石英片巖和黑云斜長片麻巖，局部含石榴黑云斜長角閃巖；第四巖組為黑云石英片巖、黑云母變粒巖、黑云斜長片麻巖等，局部具有混合巖化現象。從李志琛(1994)在敦煌群中深變質巖系中獲得六組Sm-Nd等時線年齡值(2935Ma、2949Ma、2946Ma、2956Ma、3237Ma和3487Ma)而首次確認敦煌雜巖形于前寒武紀以來，該套地層中相繼發現了太古代(～2.5Ga，2.6～2.7Ga，～3.01Ga)的TTG質片麻巖(Zhangetal.，2013；Zongetal.，2013；趙燕等，2013；趙燕，2017)和古元古代末期(～1.8Ga)的基性變質巖(Zhangetal.，2012，2013)。此外，這套地層后期還經歷了古元古代晚期-中元古代早期(1.81～1.85Ga，Heetal.，2013；Zhangetal.，2013；趙燕等，2013)及早古生代(0.48～0.39Ga，孟繁聰等，2011；Zongetal.，2012；Heetal.，2014；Wangetal.，2017)的變質作用。

敦煌地區顯生宙巖漿巖較為發育，以中酸性侵入巖為主，少量中酸性火山巖和中生代基性巖墻(張志誠等，2009；馮志碩等，2010；朱濤等，2014；趙燕等，2015)。其中，早古生代巖漿巖主要分布于敦煌地區中北部，時代為382～461.7Ma，形成于俯沖碰撞環境(Zhaoetal.，2016，2017；趙燕，2017；Shietal.，2019)。晚古生代侵入巖主要發育于敦煌地區中南部，時代為275～382Ma(朱濤等，2014；Zhaoetal.，2016；Baoetal.，2017；Fengetal.，2020)。其中，趙燕等(2015)認為黨河水庫地區發育的晚泥盆世英云閃長巖(ca.365～363Ma)可能是古亞洲洋南緣弧后盆地擴張，形成于多樣的構造環境；朱濤等(2014)和Baoetal.(2017)認為賽馬溝地區晚泥盆世-早石炭世埃達克巖(ca.330～382Ma)可能是敦煌地塊與阿爾金地塊碰撞造山導致地殼加厚的產物；Zhaoetal.(2016)和趙燕(2017)認為蘑菇臺被、榆林河水庫、旱峽、火焰山和紅柳峽黃花崗巖體(ca.340～315Ma)形成于碰撞后擠壓-伸展背景；Fengetal.(2020)認為東巴兔-青山地區花崗巖體(ca.284～275Ma)形成于洋殼俯沖島弧環境。此外，在敦煌地塊普遍發育中生代基性巖墻，筆者等在敦煌地塊東北緣測得其鋯石U-Pb年齡為164Ma(另文介紹)。

2 沉積地層的宏觀特征及巖石特征

本次工作新發現的沉積地層出露于甘肅瓜州縣城小宛南山-雙塔水庫一帶，分為南北兩段，均呈長條狀東西向展布(圖1c)。北段出露寬約7.6km，東西延伸約19.8km；南段出露寬約2.1km，東西延伸約28.2km。此外，在雙危山斷裂北側也有少量發育。該套沉積地層主要巖性為變砂巖、變泥質砂巖夾變砂質泥巖，偶夾變砂礫巖和變硅質巖(圖2Ⅰ、Ⅱ)。普遍發生綠片巖相變質，局部達低角閃巖相，但巖石原始沉積層理仍較為清晰(圖2a-c, f, i, j、圖3a, e)。巖層中發育變余粒序層理構造(圖3b)、變余泥質沙狀結構(圖3c)、變余沙狀泥質結構(圖3d)和變余紋層理構造(圖3f)。砂巖主要碎屑組分為石英(64%～82%)，少量長石(3%～18%)，磨圓、分選性均較好(圖3b-d, f)。

圖2 晚震旦世-早寒武世沉積地層的實測柱狀圖、宏觀露頭特征及巖石組合特征

圖3 晚震旦世-早寒武世沉積地層中宏觀巖層及顯微特征

南北兩段巖石組合相似，巖石層序及巖層厚度分布較為穩定，均呈單斜巖層，北段整體向南傾斜，南段向北傾斜，同時兩者之上均被灰綠色安山巖夾英安巖和玄武安山巖等火山巖組合覆蓋，兩側具有明顯的對稱性，整體為一大型向斜褶皺。此外，其中發育寒武紀第二世(ca.517.3Ma)、早奧陶世、晚奧陶世和早志留世(ca.441.9Ma)等多個侵入巖體(圖1c)。

野外測制了該套地層的沉積剖面(圖2)。不考慮變質作用對巖層厚度的影響，南段沉積巖厚度約806.3m，整體上從底到頂，其巖石組合分別為(圖2Ⅰ)：淺灰色中厚層變砂巖(圖2a)→淺灰色中厚層變砂巖偶夾灰色薄層變泥質砂巖→灰白色中薄層變砂巖與淺灰色中薄層變泥質砂巖互層(圖2b)→深灰色中厚層變砂巖、雜色中層變砂礫巖夾變泥質砂巖(圖2c)→淺灰色中厚層變砂巖→灰色中厚層變砂巖與深灰色中厚層變泥質砂巖互層(圖2d)→深灰色中薄層變砂質泥巖偶夾灰色薄層變砂巖→深灰色薄層變砂質泥巖(圖2e)夾青灰色薄層狀變硅質巖(2i)。北段沉積巖厚度約1696.9m，從底到頂其巖石組合分別為(圖2Ⅱ)：淺灰色中厚層變砂巖(圖2f)→灰色中厚層變砂巖夾深灰色中厚層變泥質砂巖(圖2g)→灰色中薄層變砂巖與深灰色中薄層變泥質砂巖互層(圖2h)→深灰色中薄層變泥質砂巖夾灰色中薄層變砂巖→深灰色中薄層變泥質砂巖夾深灰色砂質泥巖(2i)→深灰色中薄層變砂質泥巖夾青灰色薄層條帶狀變硅質巖(2j)。

3 樣品采集及分析方法

為了研究該套沉積地層的形成時代、沉積巖的物源特征及其構造環境，本次工作采集沉積巖的鋯石U-Pb同位素測年樣3件(具體位置見圖1c和圖2)，重礦物挑選分析樣4件(具體位置見圖2)和巖石地球化學分析樣5件。

鋯石挑選在西安瑞石地質科技有限公司，鋯石陰極發光(CL)圖像、微區元素和同位素分析在自然資源部巖漿巖與成礦重點實驗室完成。鋯石CL圖像分析在裝有英國Gatan公司生產的Mono CL3+陰極發光裝置系統的電子顯微掃描電鏡上完成；鋯石微量元素分析和U-Pb年齡測定是在連接Geolas2005紫外激光剝蝕系統(193nm深紫外ArF激光器)的Agilient7500a型ICP-MS上進行的，激光剝蝕斑束直徑為30μm，采樣為單點剝蝕方式，以He作為剝蝕物質的載氣，ICP-MS數據采集選用跳峰方式，樣品同位素比值及元素含量計算采用Glitter(Ver.4.0，Macanarie University)程序，年齡計算以標準鋯石91500為外標進行同位素比值分餾校正樣品的諧和圖和加權平均年齡計算及繪制均采用Isoplot(Ver.2.49)(Ludwig，2003)，詳細分析步驟和數據處理方法詳見Yuanetal.(2008)。

重礦物分選及鑒定分析由廊坊市尚藝巖礦檢測技術服務有限公司完成。先對樣品進行破碎，除油，酸化處理，隨后水洗、烘干，采用重液將重礦物分離，提取出0.063～0.25mm的混合粒級的重礦物，最后在巖相偏光顯微鏡下進行鑒定和統計。

主量、微量和稀土元素的測試在自然資源部巖漿巖與成礦重點實驗室完成。主量元素含量用射線熒光光譜儀(XRF)測試，其過程大致如下：首先稱取0.7g樣品，然后加入適量硼酸高溫熔融成玻璃片，最后在XRF(儀器型號為PANalytical AXIOS)上用外標法測定氧化物含量，氧化物總量分析誤差為1%～3%，其中FeO含量通過濕化學方法測定，分析精度和準確度優于1%。微量元素和稀土元素含量采用電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)完成，其過程大致如下：首先稱取50mg樣品，用酸溶樣制成溶液，然后在ICP-MS(儀器型號為ELANDRC-e)上用內標法進行測定，分析精度優于10%，分析精度和準確度一般也優于5%。

4 分析結果

4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年

本次工作對3件樣品進行了鋯石U-Pb測年，分別為變砂礫巖(PM70101TW)、變泥質砂巖(PM71101TW)和變砂巖(PM93001TW)。

(1)變砂礫巖(PM70101TW)

該樣品采自南段沉積地層的中部，巖石中鋯石呈次圓狀-長柱狀，長寬比為1:1.2～1:2.6，晶粒長度為68～167μm，寬度為54～136μm。鋯石陰極發光圖像顯示(圖4)，根據鋯石形態和內部結構，可分為三類：第一類鋯石具明顯的振蕩環帶(如@4、@13、@16、@23和@24)，多呈自形柱狀，顯示巖漿成因鋯石特征；第二類具有核邊結構(如@1、@7、@9、@10、@15、@17和@18)，多呈不規則柱狀，指示鋯石經歷過強烈的變質作用；第三類呈面狀結構(如@3、@6、@8、@21和@22)，無明顯環帶結構，呈不規則狀或半自形柱狀，顯示變質鋯石的特征。

圖4 晚震旦世-早寒武世地層中變砂礫巖(PM70101TW)代表性鋯石的陰極發光CL圖像及其206Pb/238U年齡值

本次共獲得24個有效數據點(表1)，均落在諧和線附近，206Pb/238U年齡變化較大，為645～3364Ma，可分為：645～847Ma、995～1298Ma和1414～3364Ma等3個峰值階段。最小鋯石年齡為645±15.5Ma(@22)，鋯石不發育環帶結構，呈渾圓狀形態，具搬運磨圓特征，應屬于碎屑鋯石，表明該變砂礫巖的形成時代應小于645Ma(圖5)。

表1 晚震旦世-早寒武世地層中變砂礫巖(PM70101TW)LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結果

圖5 晚震旦世-早寒武世地層中變砂礫巖(PM70101TW)鋯石U-Pb年齡諧和圖及其年齡頻譜圖

(2)變泥質砂巖(PM71101TW)

該樣品采自南段沉積地層的北部，巖石中鋯石多呈柱狀-短柱狀，部分呈渾圓狀(@6、@29、@38、@41)，長寬比為1:1～1:2.3，晶粒長度為70～180μm，寬度為40～160μm。根據鋯石形態及其內部結構(圖6)，可分為四類：第一類鋯石具有振蕩環帶(@3、@32、@51和@56)，呈自形柱狀，具有巖漿成因鋯石的特征；第二類呈面狀結構(@22、@29、@31和@41)，不發育生長環帶，結構較為簡單，多呈橢圓狀或渾圓狀，自形程度較低，具有變質成因鋯石的特征；第三類鋯石具明顯的核邊結構(@1、@33、@49、@53和@59)，邊部呈白色亮化邊或黑色暗化邊，不發育生長環帶，顯示變質增生邊的特征；第四類鋯石發育典型的核幔邊結構(@46、@50和@57)，指示鋯石經歷了多期變質事件。

圖6 晚震旦世-早寒武世地層中變泥質砂巖(PM71101TW)代表性鋯石的陰極發光CL圖像及其206Pb/238U年齡值

本次共獲得57個有效數據點(表2)，均落在諧和線附近。206Pb/238U年齡變化較大，為765～2661Ma，大致可分為973～1311Ma、1708～1757Ma和2492～2552Ma 等3個年齡峰期(圖7)。具有最小206Pb/238U年齡(765Ma±8.5)的鋯石(@31)屬于第二類，應為變質成因鋯石。因為變泥質砂巖僅經歷了綠片巖相變質，指示該鋯石應來自于沉積物源的碎屑鋯石，因此變泥質砂巖的形成時代應小于765Ma±8.5Ma。

表2 晚震旦世-早寒武世地層中變泥質砂巖(PM71101TW)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結果表

圖7 晚震旦世-早寒武世地層中變泥質砂巖(PM71101TW)中鋯石U-Pb年齡諧和圖及其年齡頻譜圖

(3)變砂巖(PM93001TW)

該樣品采自北段沉積地層的中部，巖石中鋯石多呈短柱狀，長寬比為1:1～1:2.2，晶粒長度為30～140μm，寬度為25～120μm。部分顆粒磨圓好(@3、@11、@45、@49和@57)，呈渾圓狀，個別顆粒呈他形不規則狀(@19和@21)。根據鋯石形態及其內部結構(圖8)，可分為四類：第一類鋯石發育典型的生長震蕩環帶(@2、@7、@10、@38和@54)，呈柱狀-短柱狀，自形程度較高，具巖漿鋯石成因特征；第二類呈面狀無分帶結構，自形程度較低，呈不規則或渾圓狀，具變質成因鋯石的特征；第三類鋯石具明顯的核邊結構(@1、@14、@32、@40和@55)，核部發育生長震蕩環帶或呈面狀均勻結構，邊部均呈無環帶結構的變質增生邊特征；第四類具典型的核幔邊結構(@11和@45)，指示多期變質作用的產物。

圖8 晚震旦世-早寒武世地層中變砂巖(PM93001TW)中代表性鋯石的陰極發光CL圖像及其206Pb/238U年齡值

本次共獲得60個有效數據點(表3)，均落在諧和線附近。206Pb/238U年齡變化較大，為574～3261Ma，大體可分為953～1041Ma、1531～1751Ma和2438～2507Ma等3個年齡段(圖9)。最小206Pb/238U年齡(574Ma±7.2)的鋯石(@32)屬于第三類碎屑鋯石，測點位于核部，表明沉積巖的年齡應小于574±7.2Ma。

表3 晚震旦世-早寒武世地層中變質砂巖(PM93001TW)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結果表

圖9 晚震旦世-早寒武世地層中變砂巖(PM93001TW)鋯石U-Pb年齡諧和圖及其年齡頻譜圖

4.2 重礦物特征

本次在南段沉積地層的不同層位采集了4件重礦物樣品，分別為PM11201(變砂巖)、PM11101(變砂巖)、PM71601(變砂巖)、PM11102(含礫砂巖)(圖2)。通過對這4件樣品進行重礦物特征分析顯示，樣品中重礦物均較為豐富，重礦物組合相似(圖10)。樣品中所含的重礦物類型如表4，以超穩定-中等穩定性礦物為主，主要有鋯石(51.97%～63.06%)、鈦鐵礦(10.21%～17.00%)、磷灰石(4.47%～6.65%)、石榴石(2.41%～12.26%)、赤褐鐵礦(1.2%～6.12%)和電氣石(0.76%～3.56%)，另有少量銳鈦礦、尖晶石、黃鐵礦、金紅石、方鉛礦、綠簾石，個別發育角閃石、輝石、雄黃、孔雀石和獨居石等。鋯石多呈次圓狀-次棱角、半自形柱狀，磨圓特征明顯，個別甚至呈渾圓狀；磷灰石呈次渾圓粒狀；電氣石呈次滾圓柱狀；鈦鐵礦、赤褐鐵、石榴石礦、尖晶石、金紅石、方鉛礦、綠簾石均呈次棱角狀-次滾圓狀。總體上，重礦物磨圓特征明顯，多呈次滾圓狀、渾圓狀和次棱角粒狀，顯示了長距離搬運特征。此外，重礦物穩定系數為穩定的重礦物與不穩定的重礦物相對含量之比(吳朝東等，2005；周建文等，2002)，通過計算，該套沉積巖的重礦物穩定系數普遍較高，從底到頂的重礦物穩定系數分別為10.48、12.20、12.90和7.75，也反映沉積物搬運距離較遠。

圖10 晚震旦世-早寒武世沉積地層中碎屑重礦物組合特征

表4 晚震旦世-早寒武世沉積地層中常見碎屑重礦物穩定性

4.3 地球化學特征

本次工作對3件變砂巖和2件泥質砂巖樣品進行了主微量元素測試，分析結果見表5。主量元素分析結果表明，該套碎屑巖具有較高的SiO2含量(79.1%～90.8%)，指示具有相對富石英的源區，K2O/Al2O3比值較小(0.12～0.41)，指示源區巖石中堿性長石較少。變砂巖Al2O3含量較低(4.47%～4.82%)，變泥質砂巖Al2O3含量略高(9.15%～9.45%)，與后者更富粘土質組分特征一致。

表5 晚震旦世-早寒武世沉積地層的主量元素(wt%)、稀土元素和微量元素(×10-6)組成

碎屑巖中稀土元素含量變化較大，但總體較低(ΣREE為71.55×10-6～175.9×10-6)，輕稀土元素相對富集(LREE/HREE為8.32～8.94)。在球粒隕石標準化稀土元素配分圖(圖11a)上，碎屑巖樣品的稀土元素模式圖均為右傾型，其((La/Yb)N為8.99～11.02)，重稀土元素相對平坦((Gd/Yb)N為1.05～1.20)，具中等的負銪異常(Eu/Eu*=0.59～0.71)。在晚太古代澳大利亞頁巖標準化稀土元素配分圖(圖11b)上，稀土元素配分曲線呈平坦型，無明顯的異常，與上地殼特征一致(Taylor and McLennan，1985)。

圖11 晚震旦世-早寒武世沉積地層的球粒隕石標準化(a，標準化值據Sun and McDonough, 1989)和晚太古代澳大利亞頁巖(PAAS)標準化(b，標準化值據Bhatia,1985)稀土元素配分圖

5 討論

5.1 沉積地層形成時代

通過對該套沉積地層中變砂礫巖(PM70101TW)、變泥質砂巖(PM71101TW)和變砂巖(PM93001TW)的碎屑鋯石U-Pb同位素測年，其中最年輕碎屑鋯石年齡分別為644.6±15.5Ma、764.8±8.45Ma和574.4±7.20Ma，可限定沉積年齡的下限，因此該套沉積巖應形成于574.4±7.20Ma之后。此外，本次野外調查工作發現該套地層中發育花崗巖巖體，兩者呈明顯的侵入接觸關系(圖12a)，接觸部位沉積巖普遍發生熱接觸變質(角巖化)，而且巖體中發育地層捕擄體(圖12b)。經研究，該套花崗巖體鋯石U-Pb同位素年齡為517.3±2.9Ma(MSWD=0.56)(圖1，另文介紹)。綜上所述，該套沉積地層應形成于517.3～574.4Ma，應屬于晚震旦世-早寒武世，這也表明敦煌地塊存在新元古代-古生代沉積地層。

圖12 晚震旦世-早寒武世地層與寒武紀花崗巖體的侵入接觸關系(a)及后者中發育前者捕擄體(b)

5.2 沉積巖物源分析

該套沉積地層中砂粒以石英為主，僅少量斜長石，同時主量元素具有較高的SiO2含量，指示具有相對富石英的源區特征。在稀土和微量元素方面，沉積巖樣品的稀土元素特征與晚太古代澳大利亞頁巖相似(圖11b)；同時沉積巖的Th/U比值(6.65～8.50)明顯高于上地殼平均值(3.8)，指示源區物質應來自于地殼(McLennan and Taylor，1980)，這與其礦物組成及其形態分析結果一致。Roser and Korsch(1988)利用碎屑沉積巖主量元素分析結果，建立了區分沉積巖源區的判別方程，并提出了相應的判別圖解。在F1-F2和F3-F4判別圖解中(圖13)，該套沉積巖樣品基本落入成熟大陸石英質源區。

圖13 晚震旦世-早寒武世地層中碎屑沉積巖源區判別圖(據Roser and Korsch，1988)

如前文所述，該套沉積地層中大多碎屑鋯石(如：PM70101TW、PM71101TW和PM93001TW)具典型變質成因的核-邊、核-幔-邊或面狀無分帶結構，指示該套地層物源可能與變質巖關系密切。特別是，通過對該套沉積巖年齡頻譜特征與敦煌巖群變質巖、塔里木庫魯塔格古元古代變質巖和塔里木周緣前寒武紀巖石進行對比(圖14)，二者具有明顯的相似性：該套沉積巖主要發育3.26～3.36Ga、2.49～2.61Ga、1.56～1.91Ga和0.80～1.40Ga等4期年齡峰值階段；敦煌巖群變質巖發育3.09～3.60Ga、2.50～2.58Ga、1.52～1.83Ga、0.76～1.15Ga和0.41～0.48Ga等5期年齡峰值(項目未發表數據)；塔里木庫魯塔格古元古代變質巖主要發育3.11～3.17Ga、2.38～2.54Ga、1.49～2.01Ga和0.78～1.12Ga等4期年齡峰值(Shuetal.，2011)；塔里木周緣前寒武紀巖石整體發育3.21～3.58Ga、2.18～2.52Ga、1.38～1.94Ga和0.68～1.16Ga等4期鋯石年齡峰值(Rojas-Agramonteetal.，2011)。此外，該套沉積地層普遍存在>3.0Ga碎屑鋯石年齡信息，排除了來自北山造山帶和祁連造山帶的可能(Songetal.，2016；Heetal.，2018)，說明它們很可能來自敦煌巖群甚至塔里木前寒武紀變質巖。并且，從區域巖相古地理角度，震旦紀塔里木板塊東南部的民豐-且末-若羌地區(周肖貝等，2015；石開波等，2016，2018)、早寒武世塔里木板塊東部的羅西地區(嚴威等，2018)均處于隆起帶，可能為該套地層的形成提供了充足的物源。此外，同時期的敦煌地區整體缺失沉積，也不排除其處于隆起帶，為該套地層的形成提供了部分物源。

圖14 晚震旦世-早寒武世沉積地層、敦煌巖群變質巖和塔里木前寒武巖石的鋯石年齡頻譜對比圖

因此，綜合沉積巖的巖石組合、巖石地球化學特征、碎屑鋯石結構及其年齡和鄰區巖相古地理對比研究，該套沉積地層的物源應來自于敦煌地塊甚至塔里木板塊的前寒武基底巖石。

5.3 沉積相沉積環境

該套沉積巖的重礦物穩定系數普遍較高，而且總體上砂巖碎屑磨圓度和分選性較好，指示其沉積物普遍經過了較長距離的搬運。但同時局部層位砂質顆粒分選性較差，甚至存在變砂礫巖碎屑，說明存在部分近源物源。

該套沉積地層厚度較大(北段和南段分別約1696.9m和756.9m)(圖2Ⅰ、Ⅱ)，延伸較長(北段和南段分別約18.2km和27.2km)，巖性橫向展布穩定(圖2a, f)。同時，南北兩段巖石組合及變化特征相似，均以變砂巖、變泥質砂巖為主，夾少量砂質泥巖，內部不發育火山物質，指示其應該形成于穩定的大陸邊緣環境。同時，砂巖中多發育密集的泥巖紋層理(圖3e, f)和波狀交錯層理，指示水動力較為動蕩，可能為濱海環境。這與其整體物源區較遠、少部分距離較近的源區特征一致。綜上所述，該套沉積地層應形成于穩定的大陸邊緣濱海環境。

5.4 對敦煌地區構造屬性和區域構造單元劃分的啟示

近幾年來，越來越多的學者對傳統的“敦煌地塊”產生了質疑，認為敦煌地區應為“增生造山帶”，其主要依據有：①在巖漿巖方面，Zhaoetal.(2016，2017)、趙燕(2017)、Shietal.(2019)和Fengetal.(2020)分別厘定出450～410Ma、370～360Ma、284～275Ma等多期鈣堿性 I 型中-酸性侵入巖，推斷它們屬于與洋殼俯沖相關的巖漿弧；②在變質巖方面，孟繁聰等(2011)、Zongetal.(2012)、Heetal.(2014)、Zhaoetal.(2016)、趙燕(2017)、Wangetal.(2017)和范文壽等(2018)分別識別出460～440 Ma、440～430 Ma、403～431Ma、440～400Ma、430～390 Ma和417～419Ma具順時針P-T-t演化軌跡的變質事件(高壓麻粒巖、角閃巖相變質巖等)，認為代表著區域俯沖-碰撞造山作用；③在構造變形方面，Fengetal.(2018)通過對清山剪切帶調查研究，認為敦煌地區經歷了406Ma北向逆沖剪切和241～249Ma右旋剪切的強烈構造作用，與北山造山帶和天山造山帶具有相似性。特別是，Zhaoetal.(2016)通過統計，認為敦煌地區志留紀-石炭紀變質巖和巖漿巖約占巖石露頭的70%。基于以上證據，許多學者(Zhaoetal.，2016，2017；Wangetal.，2017；石夢巖等，2017；趙燕，2017；范文壽等，2018；趙燕和孫勇，2018；Shietal.，2019；Fengetal.，2020)認為敦煌地區不存在大規模前寒武基底，應屬于中亞造山帶南緣古生代增生造山帶的組成部分。但是，以上認識缺乏作為增生造山帶中必不可少的增生雜巖(海溝復理石、大洋殼沉積物和洋殼殘片等)的關鍵證據(Moore and Sliver，1987；李繼亮，2004；肖文交等，2019)，而大規模顯生宙侵入巖、志留紀-石炭紀變質巖和構造作用可能是古亞洲洋碰撞造山作用在敦煌地區前寒武地塊的疊加，不能成為俯沖增生造山帶的直接證據，更不能否定大規模前寒武地塊的存在。

敦煌地區一直缺失新元古代-古生代地層(宋立勛和劉萬祥，1990；Zhangetal.，2013；Zhaoetal.，2016，2017；Wangetal.，2017)，本次工作在敦煌地區東北緣發現了晚震旦世-早寒武世沉積地層，研究揭示其物源應來自敦煌巖群甚至塔里木板塊前寒武基底巖石，同時總體上具有遠距離搬運特征，說明新元古代-寒武紀敦煌地區應該存在著大規模前寒武基底。同時，敦煌地區顯生宙巖漿巖中普遍存在前寒武紀捕擄鋯石(張志誠等，2009；Zhaoetal.，2016，2017；王楠等，2016；Baoetal.，2017；Fengetal.，2018，2020；Shietal.，2019)，也指示敦煌地區地殼深部仍存在著大量前寒武基底。因此，敦煌地區的構造屬性仍應屬于“前寒武地塊”，后期可能受到北側古生代古亞洲洋碰撞造山程作用的影響，發生了強烈的構造變質-熱事件。

此外，敦煌地塊北部與北山造山帶相接，兩者之間的界線一直存在嚴重分歧：一些學者認為敦煌地塊北部以星星峽斷裂為界，石板山地塊屬于敦煌地塊的一部分(葛肖虹和劉俊來，2000；Xiaoetal.，2010；Clevenetal.，2015；Zhaoetal.，2016；王楠等，2016)；其他學者卻認為石板山地塊與敦煌地塊存在明顯區別(Heetal.，2013；Zhangetal.，2013；Zongetal.，2013)，可能是一個獨立的微陸塊(姜洪穎等，2013)，敦煌地塊與北山造山帶應以疏勒河斷裂為界(李志琛，1994；賀振宇等，2014)。前人主要依據前寒武紀巖石和巖漿巖的對比研究，本次工作新發現了形成于大陸邊緣環境的晚震旦世-早寒武世沉積地層，代表了當時敦煌地塊北部的古邊界(圖1a)，應在疏勒河斷裂附近，為區域構造單位劃分提供了重要信息。

6 結論

(1)在敦煌地塊東北緣發現一套規模較大的沉積地層，其主要巖石組合為變砂巖、變泥質砂巖夾少量變砂質泥巖，偶夾變砂礫巖、變硅質巖。確定其形成時代為517.3～574.4Ma，屬于晚震旦世-早寒武世，從而證明敦煌地塊新元古代-古生代沉積地層的存在。

(2)通過巖石宏觀特征、重礦物組合、地球化學特征、碎屑鋯石年代學研究和重礦物分析，結合區域地質背景分析，推測該套沉積巖形成于大陸邊緣濱海環境，其物源來自敦煌地塊甚至塔里木板塊的前寒武變質基底。

(3)該套沉積地層的發現，指示了敦煌地區晚震旦世-早寒武世應存在著大規模前寒武基底，同時揭示敦煌地塊的北部古邊界應在疏勒河斷裂附近，為敦煌地區構造屬性的確定和區域構造單位劃分提供了關鍵信息。