甘肃张掖马蹄寺洞窟砂岩初步研究

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1、http://www.paper.edu.cn1甘肃张掖马蹄寺洞窟砂岩初步研究1,21,21李孝泽,陈发虎,董光荣1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所及沙漠与沙漠化重点实验室，甘肃兰州7300002.干旱环境与古气候研究中心(CAEP)；教育部中国西部环境系统重点实验室；兰州大学地球与环境科学学院资源与环境科学系，甘肃兰州730000E-mail:leeyan@ns.lzb.ac.cn摘要：甘肃张掖马蹄寺丹霞地貌洞窟砂岩的沉积构造、粒度和石英砂微形态特征反映出该砂岩为亚热带红色沙漠沙丘相沉积，时代为渐新世后期至中新世前期，

2、盛行西南风，可能处于副热带高压带的北缘。该丹霞地貌主要是在高原隆升过程中强烈的流水侵蚀作用于风成岩形成的。目前该丹霞地貌正在湿润环境下消亡。地貌景观、洞窟及文物的保护必须通过人工措施，尤其需要重视设法排除或减轻地表水和地下水的不良影响。关键词：丹霞地貌风成砂岩第三纪干旱环境文物保护1引言甘肃张掖马蹄寺景区（曾名青松［1］丹峡流寓），位于张掖市以南约60km处的祁连山中段北坡和肃南裕固族自治县境内（图1），集佛学石窟艺术、祁连山高山森林草原风光及丹霞地貌景观于一体，是古丝绸之路上的一颗耀眼明珠。如今该景区面临严重的洞窟文物保护

3、问题，突出表现在丹霞地貌岩壁垮塌、壁画受损等方面。丹霞地貌本体地层的成因性状是景区、洞窟文物保护需要了解的一个基本问题。该丹霞地貌的本体地层主要是一套巨厚层红色砂岩组成。1980年甘肃［2］［3］地层表、1989年甘肃省地质图将其划为渐新统，认为其时代和岩相与图1甘肃张掖马蹄寺丹霞地貌本体砂岩分布位置阿尔金山北麓肃北县铁匠沟剖面的白(据参考文献[2])杨河组相当，为山麓-河湖相沉积。但Fig.1ThegeomorlogicallocationofeolianitesMatisi,Zhanye,Gansuprovince(wi

4、thref.[2]).1基金项目：国家自然科学基金（编号：40272079;49802016）、科技部国际合作重点项目（纳入国家重点研究发展规划项目）课题（编号：InternationalCollaborationProject2002CB714004）、中国博士后科学基金（No.2003033404）资助。-1-http://www.paper.edu.cn笔者观察发现，该套地层含有较多沙漠相沉积，因而在洞窟文物保护、地层学及古环境等方面都有重要研究价值。2地层沉积特征从地质图2］［可以看出，马蹄寺洞窟所在的砂岩地层组合处

5、于祁连山北坡的箕状断陷盆地中，西北、西南、东南三面以断层与前新时代褶皱岩层接触，东北面则被上第三系褐黄色砂泥岩及第四系灰黄色扇砾岩覆盖。笔者对三十三天洞窟、大佛殿之间近5KM地段洞窟砂岩地层观察，选择典型剖面进行实测、产状测量、采样及室内粒度、电镜、岩石学分析。2.1地层该砂岩层厚度一般可达60m左右(图2)，构成砂岩的沉积相类型包括沙丘相、古土壤相、河图2马蹄寺砂岩剖面示意图Fig.2ThechartofthesectionMatisi,流相等沙漠环境沉积类型。Zhangye,Gansuprovince.沙丘相为厚度在5

6、～20m的巨厚层状及发育大型斜层理的细砂岩，占据马蹄砂岩系列的主体（照片1、2）。照片1:马蹄寺石窟三十三天洞窟、丹霞地貌及风成砂岩地层景观浑然一体。照片2:巨厚层砂岩中的界面与大型斜层理构造清晰可见，为沙丘相地层沉积。-2-http://www.paper.edu.cn土壤相在剖面中部仅见一层，为厚1.5m的棕黄色砂质泥岩层，不显层理，与上覆、下伏砂岩分别呈突变、渐变接触关系（照片3）。照片3:风成岩中的桔红色土壤岩，其上界突变，而下界为渐变。河流相地层厚度一般小于1m，具平缓层理，含砾石和泥质夹层。在剖面中上部及底部分布

7、。2.2沉积构造沙丘相地层一般具有显著的风成层理构造。实地观察时，选择了倾角较大的斜层理进行产状测量（图3）。从伴生的流水沉积地层产状来看，砂岩的地层倾角比较平缓，大致向北以5～10°的倾角倾斜，这与前述盆地的构造断陷性质是一致的。在复原沙丘层理原始产状时，采用前述水成相地层的一般产状10∠10°作为后期构造运动产生的产状变化量，对现层理产状进行向量计算，进尔得出复原层理产状值。复原结果为多数斜层理产状倾角集合在20～30°，这和一般风成岩的前积纹层产状倾角分布[4]是一图3马蹄砂岩斜层理产状与古风向复原图Fig.4Thea

8、ttitudesoflaminarofeolianites致的。Matisiandrecoveryforpalaeowinddirection.2.3粒度对可能为沙丘岩的粒度样品，用激光粒度仪分析，结果采用矩法计算粒度特征参数值，结果表明（图4），它们的平均粒径在2.5～4.5φ，属典型细