Structural characteristics of the Saozishan Formation in the Hongshishan area of the Gansu Beishan and its dynamic background
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摘要:
甘肃北山地区扫子山组形成于早石炭世，是红石山蛇绿构造混杂岩的重要组成部分，记录并保存了红石山古洋盆形成及演化的地质信息，是讨论红石山地区晚古生代古地理环境及洋盆构造属性的重要窗口。详细的野外地质调查发现，该套地层构造变形强烈，原始层理难以辨识，为研究该套地层的沉积环境增添了难度。基于此，在查明扫子山组物质组成的基础上，通过详细的构造解析，厘定其构造序列，并通过剥离后期构造改造，恢复原始沉积层理。结果表明，扫子山组经历了3期构造变形，第1期为北北西—南南东向逆冲兼左行走滑，可能为洋壳向北俯冲的产物；第2期为北北东—南南西向挤压兼右行走滑脆−韧性变形，可能为碰撞阶段的产物；第3期构造变形以北东—南西向左行走滑为主，为次一级的晚期构造变形。变形样式及变质程度表明，扫子山组以中浅层次构造变形为主，地层未发生明显的倒转和缺失，该套地层物质成分及空间分布具有明显的规律性，显示裂谷型盆地向南趋于成熟的火山-沉积特征。 结合红石山−蓬勃山断裂以北发育石炭纪—二叠纪弧岩浆岩，揭示了红石山古洋盆向北俯冲的动力学过程，为进一步研究中亚造山带南缘构造演化过程提供地质依据。
Abstract:The Saozishan Formation is developed in the Gansu Beishan area, formed in the Early Carboniferous, as an important part of the Hongshishan ophiolitic mélange, which records and preserves the important information about the formation and evolution of the Hongshishan ocean, also an important window to recover the Late Paleozoic paleogeographic environment and property of the ocean basin. According to the field geological investigation, the strata were strongly deformed, and it is very difficult to recognize the primary sedimentary sequence and also to study on the original depositional environment. Therefore, based on the identification of the material composition of the Saozishan Formation, this study determines its deformation sequences through detailed structural analysis, and restores its original sedimentary bedding by excluding later structural modifications. It is shown that the Saozishan Formation has undergone three periods of deformation, in which the first period of deformation is characterized by top-to SSE thrusting with left-lateral strike-slip motion, possibly as the products of the northward subduction of the oceanic crust in the early period; the second period of deformation is characterized by NNE−SSW compression with right-lateral strike-slip motion, possibly as the products of the collision stage; the third period of deformation shows NE−SW trending left-lateral strike-slip motion. Combined with the deformation and metamorphic characteristics, the Saozishan Formation shows characteristics of middle-shallow level deformation, the composition of the Saozishan Formation shows an obvious regularity in the north-south spatial distribution, indicating that the volcanic-sedimentary characteristics gradually matured towards the south of the rift basin. Together with the Carboniferous to Permian arc igneous rocks on the north side of the Hongshishan-Pengboshan fault, the dynamic characteristics of the northward subduction of the Hongshishan ancient ocean basin are revealed, which also provides geological evidence for further study of the tectonic evolution of the southern margin of the Central Asian Orogenic Belt.
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图 1 甘蒙北山地区蛇绿岩带及火山岩分布图（据王国强等，2018修改）
1—奥陶纪火山岩；2—志留纪火山岩；3—泥盆纪火山岩；4—石炭纪火山岩；5—二叠纪火山岩；6—蛇绿岩带及编号；7—断裂及编号；8—研究区；A—红石山−百合山−蓬勃山蛇绿岩带；B—芨芨台子山−小黄山蛇绿岩带；C—红柳河−牛圈子−洗肠井蛇绿岩带；D—辉铜山−帐房山蛇绿岩带；Ⅰ—大南山−公婆泉−黑石山断裂；Ⅱ—卓尔−骆驼泉−西涧泉断裂
Figure 1. Sketch map showing the distribution of ophiolit belts and the vocanic rocks in Beishan
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图 2 红石山地区扫子山组分布特征（a）及其物质组成（b）
Figure 2. Distribution(a) and composition features(b) of the Saozishan Formation in the Hongshishan area
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图 3 红石山地区扫子山组构造剖面
C1s1—扫子山组1段；C1s2—扫子山组2段；C1s3—扫子山组3段；C1s4—扫子山组4段；γ C-P—石炭纪-二叠纪花岗岩类
Figure 3. Structural sections of the Saozishan Formation in the Hongshishan area
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图 4 深灰色泥质粉砂岩中的直立褶皱
a—泥质粉砂岩中发育断层、褶皱，褶皱核部及两翼发育扇形劈理；b—泥质粉砂岩中褶皱两翼发育扇形劈理；c—泥质粉砂岩中发育不对称褶皱；d—泥质粉砂岩中劈理折射现象
Figure 4. Upright fold in the dark gray pelitic siltstone
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图 5 深灰色泥质粉砂岩中的窗棂构造
a—泥质粉砂岩中发育窗棂构造；b—泥质粉砂岩中发育褶皱，核部为窗棂构造；c, d—泥质粉砂岩中发育窗棂构造，延伸（线理）方向与褶皱枢纽平行
Figure 5. Mullion structure in the dark gray pelitic siltstone
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图 6 深灰色泥质粉砂岩中的褶皱包络面及其窗棂构造
a, b—泥质粉砂岩中发育褶皱，相间褶皱脊线形成包络面，褶皱脊线延伸方向与褶皱枢纽平行； c, d—泥质粉砂岩中发育圆柱形窗棂构造
Figure 6. Enveloping surface of the fold and mullion structure in the dark gray pelitic siltstone
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图 7 泥质粉砂岩、辉长岩中的早期左行剪切变形和石英岩透镜体中的线理构造
a—泥质粉砂岩顺层剪切作用形成小褶皱，伴生轴面劈理；b—辉长岩中左行塑性变形的长石斑晶；c, d—硅化石英岩中透镜体及硅质成分被定向拉长
Figure 7. Left-lateral shear deformation in the dark gray pelitic siltstone and gabbro and the lineation in the quartzite lens
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图 8 扫子山组中的石香肠构造
a—粉砂质板岩中发育石英脉透镜体；b—伟晶岩脉体石香肠构造，具有左行剪切特征；c—伟晶岩脉体石香肠构造；d—斜长角闪片岩中发育长英质脉透镜体
Figure 8. Boudinage structure in the Saozishan formation
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图 9 扫子山组中的劈理及沉积纹层
a—顺层挤压形成褶皱、劈理，劈理未切穿岩层；b—褶皱核部原始沉积纹层；c～d—岩层劈理化特征；e—劈理施密特网上投影
Figure 9. Cleavage and sedimentary bedding in the Saozishan formation
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图 10 绢云绿泥石英片岩和石英岩变形特征
a—绢云绿泥石英片岩中发育“W”形褶皱；b—绢云绿泥石英片岩中发育“N”形褶皱；c—石英岩透镜体，平行于轴面劈理；d—石英岩透镜体，局部皱褶变形；e—硅化石英岩发育平行面理的顺层剪切褶皱
Figure 10. Deformation features of the chlorite-sericite quartz schist and quartzite
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