敦煌地区处于塔里木盆地、祁连造山带和北山造山带之间的关键大地构造位置，其大地构造属性的研究对于认识中国西部大地构造格架与演化具有重要意义。近年来越发受到地质学家的关注，对其构造属性的争论颇多。

传统观点认为，敦煌地区是具有前寒武纪基底的地块，称之为“敦煌地块”^[1]。敦煌地区高级变质岩的年代学特征，显示出与塔里木克拉通基底相似的新太古代年龄 (2.6~2.9Ga)、但与华北克拉通不同的Hf同位素模式年龄谱图。因此，有人认为，敦煌地块是塔里木克拉通结晶基底的一部分^[2-4]。Zhang等^[5-6]将敦煌地区出露的不同类型岩石记录的构造-热事件信息，与华北克拉通和塔里木克拉通主要构造-热事件序列进行了对比，发现敦煌地块与华北克拉通西缘阿拉善地块都经历了1.85Ga的高级变质作用，二者具有相似性，并认为敦煌地块是被阿尔金断裂错开的阿拉善地块的西延部分。另一部分学者提出，敦煌地块2.7~2.8Ga、2.5~2.6Ga及1.80~1.91Ga的构造-热事件，分别与华北克拉通2.8~2.7Ga的陆壳增生、2.5Ga的陆壳增生、1.95~1.80Ga的古元古代造山运动等前寒武纪地质事件相对应，因此认为敦煌地块可能归属于华北克拉通^[7-8]。张振法等^[9]综合分析了敦煌地区的地球物理、古地磁等资料，认为敦煌-阿拉善地块是前寒武纪刚性地块，为华北克拉通的重要组成部分。

近年来，敦煌群中石榴黑云斜长片麻岩的锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素特征，揭示部分敦煌群并非塔里木盆地的前寒武纪变质基底，而是卷入早古生代造山过程且经历变质作用的新元古代沉积地层^[10]。敦煌地区高级变质岩 (如高压基性麻粒岩、石榴斜长角闪岩等) 的变质演化过程反演结果，普遍得到了顺时针P-T-t演化轨迹，且峰期变质年代集中于440~370Ma，因此有学者认为敦煌地区经历了古生代造山过程^[11-13]。Zhao等^[14]基于岩石学、年代学等资料，认为敦煌地区的主体为早志留世—晚石炭世 (440~310Ma) 造山运动相关的变质岩和岩浆岩，而前寒武纪杂岩分布十分有限，据此提出所谓的“敦煌地块”并不存在，敦煌地区实际上为古生代造山带，可能归属于中亚造山带等认识。

然而，尽管针对敦煌地区大地构造属性等方面开展了一些研究工作，并取得了长足进展，但有关岩石-构造组合及其构造环境方面的研究尚显薄弱，在一定程度上制约了对其大地构造格架与演化的认识。本文通过对敦煌地区三危山-红柳峡一带岩石-构造组合特征的研究，结合大地构造相分析方法，探讨敦煌地区大地构造环境和演化。

1.   地质背景

敦煌地区位于塔里木盆地东北缘，西以且末-星星峡断裂为界与塔里木盆地相邻，北接北山造山带，南以阿尔金断裂为界与祁连造山带相隔，东临阿拉善地块 (图 1-a)。该地区主要岩石组合为一套中-高级变质表壳岩 (敦煌群) 和TTG片麻岩，岩石露头沿NEE—SWW走向呈带状分布于三危山、东巴兔山—蘑菇台、红柳峡—石包城一带，以及西部的多坝沟和青石沟等地 (图 1-b)，其余地区被戈壁覆盖。敦煌群主要岩石类型包括片岩、片麻岩、大理岩、角闪岩、基性麻粒岩、石英岩和少量变质火山沉积岩^[15-17]。TTG片麻岩通常被认为是太古宙变质岩^{[2, 5, 7-8, 18]}，但是，党河水库地区TTG片麻岩原岩侵位时代为440Ma^[19]，表明并非该区所有TTG片麻岩都为太古宙岩石。

图  1  敦煌地区地质简图（据参考文献[14-15]修改）

TC—塔里木克拉通；NCC—华北克拉通；SCC—华南克拉通；TP—青藏高原

Figure  1.  Geological sketch map of the Dunhuang region

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研究区位于三危山—红柳峡一带，主要包括旱峡、蘑菇台、红柳峡、大安朋沟、干洪沟等地 (图 1-b)。这些剖面从北至南贯穿三危山—红柳峡地区，较完整地展现了研究区的岩石-构造组合特征。研究区内主要出露早志留世—晚石炭世高级变质岩 (如基性麻粒岩、含榴云母片岩、含榴斜长角闪岩、石榴黑云斜长片麻岩) 和岩浆岩 (如斜长花岗岩、钾质二长花岗岩)^{[10-14, 20]}，前寒武纪变质岩零星分布。此外，本区广泛出露大理岩，其年龄和来源尚未得到系统的研究。研究区南部出露晚石炭世含煤岩系与碳酸盐岩沉积组合^[21]。野外露头中，基性麻粒岩、斜长角闪岩、岩浆岩、大理岩等呈透镜状产于片麻岩或片岩中，或以构造岩片形式相互堆叠，岩片之间呈构造接触。晚期辉绿岩墙及花岗质岩脉侵入于各类岩体中。

2.   岩石-构造组合特征

通过对敦煌地区三危山—红柳峡一带岩石-构造组合特征的分析，发现该区自北向南岩石-构造组合特征差异显著，可划分为三危山—红柳峡北部地区和红柳峡南部地区2个构造单元。

2.1   三危山—红柳峡北部地区岩石-构造组合特征

三危山—红柳峡北部地区的岩石主要以透镜体、构造岩片及围岩的形式产出，可分为岩块和基质2个基本组成单元，晚期有辉绿岩墙和花岗质岩脉侵入。构造特征以杂乱冲断构造为主，发育规模不等的脆性和韧性剪切带。

2.1.1   岩块 (blocks) 组成及特征

岩块主要由斜长角闪 (片麻) 岩、大理岩、基性麻粒岩及少量片麻状斜长花岗岩、绿帘石化辉长岩、石榴角闪岩等组成。

斜长角闪 (片麻) 岩呈黑色 (图版Ⅰ-a)，主要由斜长石、角闪石和少量石英组成，偶含石榴子石，板状角闪石定向排列，显示片麻理 (图版Ⅱ-a)。大理岩呈浅灰色，通常发育片麻理 (图版Ⅰ-b)，局部地区大理岩含石墨 (图版Ⅱ-b)。基性麻粒岩呈黑色-深棕色，片麻理不发育 (图版Ⅰ-b)，含石榴子石，边缘常发生退变质作用，发育“白眼圈”结构。片麻状斜长花岗岩呈灰白色 (图版Ⅰ-c)，矿物组合为斜长石+石英+黑云母，含少量蚀变成因碳酸盐矿物，鳞片状黑云母微定向，显示弱片麻理 (图版Ⅱ-c)。绿帘石化辉长岩经历强烈蚀变，辉石多蚀变为绿帘石，斜长石转变为钠长石 (图版Ⅰ-d、Ⅱ-d)。石榴角闪岩呈黑色，片麻理不发育，被细石英脉切割 (图版Ⅰ-e)，主要由角闪石、石榴子石组成，含少量斜长石。野外露头中，不同类型的岩块通常以透镜体形式产于基质中或呈混杂堆叠状产出 (图版Ⅰ-f)。各类岩块内部片麻理的发育程度及产状差异较大，反映混杂堆叠之前经历了不同的变质和变形历史。

  图版Ⅰ  a.云母石英片岩包裹斜长角闪片麻岩透镜体；b.大理岩与基性麻粒岩混杂堆叠；c.斜长角闪岩包裹片麻状斜长花岗岩岩块；d.绿帘石化辉长岩透镜体产于花岗片麻岩中；e.长英质片麻岩包裹石榴角闪岩透镜体；f.斜长角闪岩、花岗片麻岩、大理岩构造堆叠；g.大理岩透镜体产于强烈变形的长英质片麻岩中；h.花岗片麻岩呈透镜状产于云母石英片岩中；i.变硅质岩包裹斜长角闪岩岩块

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  图版Ⅱ  a.斜长角闪片麻岩；b.石墨大理岩；c.片麻状斜长花岗岩；d.绿帘石化辉长岩；e.黑云斜长片麻岩；f.长英质片麻岩；g.云母石英片岩；h.变质杂砂岩。显微照片均为正交偏光。Hbl—角闪石；Pl—斜长石；Ep—绿帘石；Ab—钠长石；Grp—石墨；Cal—方解石；Qtz—石英；Ms—白云母；Bt—黑云母

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2.1.2   基质 (matrix) 组成和特征

基质主要包括黑云斜长片麻岩、长英质片麻岩、云母石英片岩及少量泥质片麻岩、变质杂砂岩、变硅质岩。

黑云斜长片麻岩主要由黑云母、斜长石组成，含少量石英，片状黑云母定向排列，显示片麻理 (图版Ⅱ-e)。长英质片麻岩普遍发生韧性变形 (图版Ⅰ-g)，矿物组合为斜长石+石英，石英韧性变形 (图版Ⅱ-f)。云母石英片岩变形强烈 (图版Ⅰ-h)，主要由石英和云母组成，偶含石榴子石，云母定向排列形成片理 (图版Ⅱ-g)。变质杂砂岩发育片麻理，矿物组合为斜长石+石英+角闪石+云母，石英亚颗粒化，其他矿物半自形-他形 (图版Ⅱ-h)。局部地区出露硅质岩，条带状构造，厚度2~3cm (图版Ⅰ-i)。野外观察发现，不同类型的基质普遍发育片麻理，且显示脉体拉长和揉皱特征，表明其经历了强烈的剪切变形，通常以围岩形式产出，或以构造岩片的形式相互堆叠，彼此之间为断层接触。

2.1.3   构造组合特征

三危山-红柳峡北部构造特征以杂乱冲断构造为主，不同类型的岩块混杂堆叠，普遍发育脆性或韧性断层 (图版Ⅲ)。例如，在大安朋沟地区，各类岩石变形强烈，普遍发育片麻理，不同岩性的构造岩片相互堆叠，彼此之间为构造接触关系，(含榴) 斜长角闪岩通常呈透镜状产于黑云斜长片麻岩或云母石英片岩中，且发育规模不等、产状不同的脆性或韧性断层及紧闭褶皱 (图 2)。

  图版Ⅲ  a.大理岩碎块形成不对称旋转碎斑系（干洪沟）；b.剪切带内大理岩块形成“布丁”构造（干洪沟）；c.长英质片麻岩和泥质片麻岩的早期片麻理形成褶皱 (蘑菇台)；d.剪切带内大理岩片形成小型背形堆垛双重逆冲构造 (antiformal stack duplex)（红柳峡北部）；e、f.大理岩和云母石英片岩构造接触，形成向SW推覆的小型逆冲断层（红柳峡北部）；g、h.斜长角闪岩、泥质片岩和花岗岩片麻岩形成的逆冲断层（大安朋沟）

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图  2  大安朋沟构造剖面

Figure  2.  Structural section of the Da'anpenggou valley

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红柳峡北部，岩石变形强烈，各类构造岩片相互堆叠，彼此之间为断层接触。在剖面北部，花岗片麻岩、斜长角闪岩、变石英砂岩和云母石英片岩呈构造岩片状相互堆叠，岩片内部发育小褶皱 (图 3-a)。在剖面中部，大理岩和斜长角闪岩岩片形成倾向SE的叠瓦状逆冲断层 (图 3-b)。

图  3  红柳峡北部局部构造剖面

Figure  3.  Structural sections in the north of the Hongliuxia valley

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2.2   红柳峡南部地区岩石-构造组合特征

2.2.1   岩石组合特征

红柳峡南部地区主要岩石组合为长英质片麻岩、云母石英片岩、灰岩、含煤岩系及少量斜长角闪岩、大理岩、辉绿岩墙。

云母石英片岩和长英质片麻岩主要出露于剪切带内，其中云母石英片岩破碎严重，长英质片麻岩变形强烈，显示糜棱岩化特征 (图版Ⅳ-a、c)。剖面中部出露含煤岩系，煤层和粉砂岩互层，破碎严重，粉砂岩主要由长石和石英组成，长石破碎严重，石英呈细粒状填充于长石颗粒之间，岩石被晚期方解石脉切穿 (图版Ⅳ-d)。剖面南部出露含煤岩系与灰岩沉积组合，灰岩经历浅变质作用 (图版Ⅳ-e)，含煤岩系中的泥质岩和煤层强烈变形，破碎严重 (图版Ⅳ-b、f)。少量斜长角闪岩、长英质片麻岩、大理岩以推覆体形式逆冲到含煤岩系之上。后期辉绿岩墙侵入于各类岩石中。

  图版Ⅳ  a.长英质片麻岩和云母石英片岩构造接触；b.含煤岩系与灰岩沉积组合；c.长英质片麻岩（糜棱岩化）；d.长英质粉砂岩；e.灰岩；f.浅变质泥岩。Pl—斜长石；Qtz—石英；Cal—方解石；Ms—白云母

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2.2.2   构造组合特征

红柳峡南部地区构造样式由北向南呈规律性变化。在剖面北部，观察到一条强剪切带，其内云母石英片岩、长英质片麻岩和大理岩强烈变形，发育小型无根褶皱及次级逆冲断层，大理岩块被切割成不规则的菱形，形成“布丁”构造，主剪切面近直立，略向北倾，指示上盘向南的逆冲推覆 (图 4-a)。在剖面中部，可见由含煤岩系、大理岩、长英质片麻岩和斜长角闪岩构成的向南东推覆的双冲构造，底部由长英质片麻岩和大理岩岩片推覆到变形强烈的含煤岩系之上，构成底板逆冲断层；顶部由斜长角闪岩岩片推覆于长英质片麻岩和大理岩之上，构成顶板逆冲断层 (图 4-c、d)。在剖面南部，灰岩与含煤岩系构成向南推覆的逆冲叠瓦扇，逆冲岩片厚约5m，且破碎较严重 (图 4-b)。

图  4  红柳峡南部地区构造特征

a—强剪切带内云母石英片岩、长英质片麻岩及大理岩强烈变形；b—灰岩与含煤岩系构成的逆冲叠瓦扇；c、d—含煤岩系、大理岩、长英质片麻岩和斜长角闪岩构成的双冲构造

Figure  4.  Characteristics of the structures in the southern Hongliuxia area

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3.   讨论

3.1   敦煌地区大地构造属性的探讨

混杂带是由经历强烈剪切变形的基质 (ma-trix) 包裹不同类型的岩块 (blocks) 构成的地质单元，整体表现出“blocks-in-matrix”的构造特征^[22]，是碰撞型造山带和增生型造山带的重要组成部分，在碰撞造山带大地构造相概念中属于一个独立相类，对于识别板块缝合边界和确定造山带具有重要意义^[23]。前陆褶皱冲断带是认识造山带的重要标志，对研究造山作用意义重大。

敦煌地区三危山—红柳峡一带自北向南岩石-构造组合特征差异显著，可划分为三危山—红柳峡北部地区和红柳峡南部地区2个构造单元。三危山—红柳峡北部地区岩石类型复杂多样，主要由强烈变形的变沉积岩基质和不同类型的岩块构成。岩块 (如基性麻粒岩、含榴斜长角闪岩、大理岩、斜长花岗岩等) 形成时代和来源不同，且变质程度各异，基性变质岩类的成因多与古生代期间的俯冲-碰撞作用相关^[14]；基质 (如黑云斜长片麻岩、云母石英片岩、长英质片麻岩等) 普遍经历强烈的剪切变形，其源区和形成时代存在差异^{[10, 24]}。构造特征以杂乱冲断构造为主，不同类型的岩石混杂堆叠，主面理产状变化大 (图 5)，普遍发育脆性或韧性剪切带，显示出混杂带“blocks-in-matrix”的岩石-构造组合特征。红柳峡南部地区岩石类型单一，岩石变质程度由北向南逐渐降低，北侧主要为云母石英片岩和长英质片麻岩组合，南端出露含煤岩系与碳酸盐岩沉积组合，其中煤层与泥质岩和粉砂岩互层，可能形成于陆缘滨海环境^[21]，且被斜长角闪岩推覆体覆盖；构造特征由北向南呈规律性变化，构造形式依次表现为倾向北的强剪切带→双冲构造→逆冲叠瓦扇，变形强度向南逐渐减弱，表现出前陆褶皱冲断带的岩石-构造组合特征。据此认为，敦煌地区自北向南存在三危山-红柳峡北部混杂带和红柳峡南部前陆褶皱冲断带2个大地构造单元 (图 6)。

图  5  敦煌地区不同剖面内岩石主面理产状赤平投影（等角度下半球投影）

a—旱峡剖面；b—蘑菇台剖面；c—干洪沟剖面；d—大安朋沟剖面；e—红柳峡北部剖面；f—红柳峡南部剖面

Figure  5.  Stereographic projections of the major foliations of rocks from different sections in the Dunhuang region

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图  6  敦煌造山带构造剖面示意图

Figure  6.  Tectonic sketch section of the Dunhuang orogenic belt

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前人研究表明，敦煌地区虽出露前寒武纪变质岩^{[4-8, 18, 24-25]}，但其露头在整个敦煌地区仅零星分布，所占比例不足30%^[14]，笔者怀疑前寒武纪变质岩可能是洋中大陆碎片 (continental fragments) 的残留。古生代杂岩广泛分布，广泛出露的高级变质岩的岩相学、年代学及顺时针P-T-t变质演化轨迹特征也暗示，敦煌地区可能经历了古生代俯冲或造山作用过程。

由此认为，敦煌地区的大地构造属性是造山带，而非具有前寒武纪基底的稳定地块。

3.2   敦煌造山带构造极性及碰撞作用时限探讨

在造山带大地构造相模式中，前陆褶皱冲断带具有明显的构造极性，沿构造极性方向构造变形逐渐减弱^{[23, 26]}。

敦煌造山带中，由北向南依次为三危山-红柳峡北部混杂带和红柳峡南部前陆褶皱冲断带，褶皱冲断带内部的逆冲推覆构造和不对称褶皱指示自北向南剪切，且变形强度由北向南逐渐减弱，表明敦煌造山带的构造极性是自北向南扩展。此外，敦煌造山带中分布一系列高级变质岩和岩浆岩，记录了早志留世—晚石炭世期间与俯冲作用相关的构造-热事件，例如三危山石榴斜长角闪岩 (440Ma)，蘑菇台高压麻粒岩 (440~430Ma)、退变质高压基性麻粒岩 (403Ma) 及红柳峡花岗岩 (400Ma)、钾质二长花岗岩 (320~310Ma) 等^{[10-14, 27]}。这些构造-热事件的时代向南呈逐渐变年轻的趋势，暗示碰撞作用之前俯冲带自北向南发生后撤。

在造山带碰撞作用时限的研究中，卷入前陆褶皱冲断带中最年轻的被动陆缘复理石层的时代，可制约碰撞事件的下限^[28]。在三危山-红柳峡北部混杂带内，蘑菇台地区出露有峰期变质年龄为444±5Ma的高压基性麻粒岩^[11]，暗示敦煌地区古洋壳的俯冲作用开始于晚奥陶世末期之前；三危山地区出露的365±3Ma斜长花岗岩，被认为形成于扩张洋脊^[20]，表明在晚泥盆世古洋盆尚未闭合。红柳峡南部地区出露含煤岩系和碳酸盐岩沉积组合，可能形成于陆缘滨海环境，且含煤岩系的时代为晚石炭世^[21]，为造山带内最年轻的陆缘滨海相沉积地层，表明敦煌造山带碰撞作用发生于晚石炭世之后。

综上，认为敦煌造山带的构造极性由北向南 (现今的坐标系) 扩展，敦煌地区古洋盆于晚奥陶世末期之前开始向北俯冲，晚奥陶世—晚石炭世期间俯冲带持续向南后撤，古洋盆可能闭合于晚石炭世之后。

3.3   敦煌造山带构造演化过程

敦煌造山带北临北山造山带南缘的柳园地区，该地区由北向南依次为奥陶纪花牛山钙碱性岩浆弧带、晚古生代柳园蛇绿混杂带和奥陶纪石板山岩浆弧带^[29]。

前人研究表明，柳园地区北部古堡泉榴辉岩超高压变质年龄约为465Ma^[30]，说明在中奥陶世之前，柳园洋已经向北俯冲于花牛山地体之下，并逐步形成花牛山岛弧带。在敦煌造山带中蘑菇台地区高压基性麻粒岩的峰期变质年龄约为444Ma^[11]，暗示在晚奥陶世末期之前，敦煌地区古洋盆已经开始向北俯冲，可能俯冲于石板山地体 (?) 之下，进而形成石板山岛弧 (图 7-a)。

图  7  敦煌造山带构造演化过程示意图

Figure  7.  Model for tectonic evolution of the Dunhuang orogenic belt

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柳园地区古堡泉榴辉岩的折返时间约为430Ma^[31]，与该区早古生代岩浆活动时间一致，且出露424Ma的埃达克质花岗岩^[32]，表明在早古生代柳园洋持续俯冲于花牛山弧之下，并伴随着弧岩浆活动及深部物质的折返^{[31, 33]}。泥盆纪—石炭纪，柳园洋开始向南俯冲于石板山地体之下^[29]。敦煌造山带出露一系列晚奥陶世—晚石炭世 (444~310Ma) 高级变质岩和岩浆岩，其年龄向南逐渐变年轻，暗示晚奥陶世—晚石炭世期间，敦煌地区古洋盆持续向南发生俯冲后撤，并伴随深部高级变质岩的折返和堆积，逐步形成三危山-红柳峡北部混杂带 (图 7-b)。

在柳园地区，桥湾、西涧泉子、音凹峡等地出露304~281Ma后碰撞花岗岩，石板墩斜长角闪岩和白墩子片麻岩和长英质脉体记录了约295Ma的深熔作用事件，可能暗示柳园洋的俯冲作用于石炭纪末结束^[34-37]。敦煌造山带红柳峡南部前陆褶皱冲断带南缘的晚石炭世陆缘滨海相沉积地层表明，敦煌地区古洋盆闭合于晚石炭世末期之后，此后碰撞作用过程中形成了红柳峡南部前陆褶皱冲断带 (图 7-c)。

至于红柳峡南部前陆褶冲带南侧的陆在哪里？由于阿尔金断裂的大规模走滑作用无法直接向南寻找，故不得而知。

4.   结论

(1) 根据敦煌地区三危山—红柳峡一带岩石-构造组合特征的差异，该区可划分为三危山—红柳峡北部和红柳峡南部2个构造单元。三危山—红柳峡北部地区，变形强烈的变沉积岩以基质形式包裹不同类型、不同年龄的岩块，不同类型岩片相互堆叠，整体显示混杂带“blocks-in-matrix”的岩石-构造组合特征。红柳峡南部地区，岩石变质程度向南逐渐降低，北侧主要为云母石英片岩和长英质片麻岩组合，南端出露含煤岩系与碳酸盐岩沉积组合，由北向南构造形式依次表现为倾向北的强剪切带→双冲构造→逆冲叠瓦扇，且变形强度呈逐渐减弱趋势，表现出前陆褶皱冲断带的岩石-构造组合特征。据此认为，敦煌地区自北向南存在三危山-红柳峡北部混杂带和红柳峡南部前陆褶皱冲断带2个大地构造单元，证明敦煌地区的大地构造属性为造山带。

(2) 敦煌造山带中，由北到南依次为三危山-红柳峡北部混杂带和红柳峡南部前陆褶皱冲断带，褶皱冲断带内构造变形强度自北向南逐渐减弱，逆冲推覆构造和不对称褶皱也指示自北向南剪切指向，证明敦煌造山带构造极性为自北向南扩展。

(3) 红柳峡南部前陆褶皱冲断带南部出露的晚石炭世含煤岩系与碳酸盐岩沉积组合，为造山带内最年轻的陆缘滨海相沉积地层，表明敦煌造山带碰撞作用发生于晚石炭世之后。