地质演变
金昌地质,以龙首山南侧深大断裂为界,北部属中朝准地台阿拉善隆起带,南部为北祁连地槽。
一、北部地台区
在下元古代沉积了海相碎屑岩和碳酸盐岩建造。距今约17-19亿年间的吕梁运动,使下元古界地层褶皱、变质,趋于隆起,并形成龙首山南、北两侧的一组北西向深大断裂,伴随岩浆活动,形成超基性、基性乃至中、酸性岩浆岩,生成金川硫化铜镍等矿产。
嗣后,地台区缓慢下降,海水由南入侵,沉积了上元古界蓟县系、震旦系浅海相碎屑岩和硅镁质碳酸盐岩建造。上元古代末,发生蓟县运动,使上元古界及其以前地层发生褶皱,形成龙首山区复式向斜构造的雏形。
寒武纪初,受南部地槽发展影响,部分地段遭受海侵,沉积一套浅海至滨海相含磷碎屑岩建造。加里东早期,地壳运动加剧,到早寒武纪末,地台区上升隆起,海水退出,结束了下古生代的沉积历史,使中、上寒武系、奥陶系、志留系全部缺失。在这期间,断裂构造活动剧烈,并伴有强烈的岩浆活动,侵入加里东期各种超基性、基性及大量中、酸性岩浆岩。
上古生代,地台区基本处于相对稳定时期,只在红泉等一些山间盆地中,有少量湖盆相沉积,再无海水侵入。岩浆活动也相对微弱,只在海西运动时期有少量酸性岩浆的侵入。
印支运动时期,由于深大断裂构造的继续活动,龙首山和北大山地区继续上升,中间地带发生断陷,形成潮水中新生代断陷盆地,接受了较厚的中新生界的陆相沉积。在中生代,气候温暖、潮湿,生物大量繁殖,中、下侏罗统有煤和石油生成。
二、南部地槽区
在震旦纪以后,开始沉降,祁连山海槽逐渐形成。至奥陶纪,地槽区发展到全盛时期,地壳强烈下沉,接受巨厚的碎屑岩和碳酸盐岩沉积。并伴有大规模的中、基性海底喷发和镁铁质、超镁铁质岩浆的侵入,形成了一套典型的优地槽沉积。志留纪末,强烈的加里东运动使地槽全面回返褶皱成山,结束了地槽的发展历史,该区逐渐趋于稳定。
上古生代,基本处于相对稳定时期,只在山间盆地中有少量泥盆系的山麓堆积和流纹质凝灰岩沉积。石碳纪,局部地段有海相或海陆交互相沉积,夹有煤系地层。
三叠纪,仅在山间盆地中接受了陆相碎屑沉积,有时夹有煤系地层。至三叠纪末,再次普遍褶皱上升,相对在河西走廊一带发生坳陷,接受沉积,形成河西走廊过渡带。
新生代,由于燕山运动和喜马拉雅运动的影响,全市区继续上升隆起,祁连山、大黄山、龙首山等上升为剥蚀区;永昌、潮水等盆地相对沉降,主要接受冲、洪积、风积和湖相沉积。局部低凹处淤积,形成绿洲。
地 层
除太古界,奥陶系未见出露外,由元古界前长城系至新生界第四系均有分布。
一、前长城系龙首山群(Anchln)
呈北西向带状分布于龙首山南、北坡的白家咀至棕子井沟垴和东大山一带,总厚度>2146米。分上、下两岩组,其岩性: 上岩组--塌码子沟组（Anchln2),主要为黑云母石英片岩、二云母石英片岩、含石墨黑云母片岩、黑云母片麻岩夹石墨大理岩等。
下岩组--白家咀组（Anchln1),主要为黑云斜长片麻岩、石榴石斜长片麻岩、蛇纹石化大理岩、白云岩、混合岩以及斜长角闪岩等。在东大山有铁矿,在宁远堡西、东大山、小白芨芨沟、大窑沟等处有白云岩矿。
二、蓟县系墩子沟群(Jxdn)
主要出露于龙首山北侧曹大坂至银洞子沟和墩子沟垴至西山庙一带,上部为千枚岩夹薄层白云质灰岩或白云岩,中部为硅质条带状灰岩、白云岩夹大理岩,底部为变质砾岩、石英岩夹千枚岩等。总厚度>1165米。
与下伏前长城系呈角度不整合接触。
在头道沟至银洞子沟一带有铁、铜矿化。
三、震旦系烧火筒群(Zsh)
分布于龙首山区,上部为泥质条带状灰岩夹千枚岩,下部为含砾千枚岩、变质粉砂岩、泥灰质灰岩、变凝灰质砂岩、板岩、石英岩、砾状灰岩、冰直碛砾岩等。总厚度>1070米。
与下伏蓟县系呈不整合或假整合。
在砂路咀、茅草泉、高石咀和赤金子等地有石英岩矿。
四、寒武系(ε)
分下统孩母山群和中统大黄山群。
下统孩母山群(ε1):分布于龙首山南侧一带,为灰至灰白色灰岩夹泥质条带状灰岩、角砾状、假鲕状灰岩及含砾千枚岩、含磷绢云母石英千枚岩、磷质千枚状砂岩等,底部含低品位磷矿层。厚度>805米。
与下伏震旦系呈不整合接触。
在九洞湾、黄草洼掌、孩母寺、红泉等处有石灰石矿,在马房子沟、大黑沟、大大坂沟、棕子井沟等地有磷矿。
中统大黄山群(ε2):主要分布于大黄山至风门山和新城子至莲花山一带,为一套碎屑沉积变质岩,主要有灰绿色变质长石砂岩、变质长石石英砂岩及变质石英砂岩、板岩等。出露厚度>1878米。
在火烧沟、照路沟、夹道头沟、西石门、南泥塘子萤石槽及郜家湾等地赋存萤石矿。
五、下志留统小石户沟组 (Sl)
分布于市区西南边缘的祁连山北坡。上部为一套火山岩,主要为杏仁状安山岩、安山凝灰岩及火山角砾岩,内夹千枚岩;中下部是一套沉积碎屑岩,为砾岩、砂砾岩、砂质板岩局部夹灰岩透镜体。总厚度>5368米。
六、中下泥盆统老君山群(Dl-2)
分布于祁连山北坡和龙首山区红泉盆地北的小大坂沟至宁远堡一带,上部为紫红色砂岩夹少量泥岩及泥质粉砂岩;下部为紫红色砂砾岩夹少量砂岩及流纹质凝灰岩。厚度>362米。
上、下与石炭系和志留系均为断层接触。内有放射性异常点分布。
七、石炭系(C)
分布于红泉、炭窑沟、红山窑、五沟、毛家圈至石门沟一带。分下、中、上三个统：下统臭牛沟组(C1):为灰白色粗粒石英砂岩、含砾砂岩、粉砂岩、炭质页岩及灰岩等。厚度>300米。
中统羊虎沟组(C2):为石英砂砾岩、砂岩及炭质页岩,偶夹煤层。厚132米。
上统太原组(C3):为黄褐色粉至细砂岩、灰绿至灰黑或浅紫色泥岩、灰黑色炭质页岩、灰岩及煤层,顶部多含铁质结核或团块。厚度20-130米。
中、上统产煤,在马家湾、红山窑、毛卜喇、风门山等地产粘土矿。
八、二叠系 (P)
主要分布于红泉、红山窑、甘渣子、者撒寨、毛家圈至石门沟一带。红泉盆地中最为发育,分为上、下两统,包括四个岩组:
（一）、下统大黄山群(P1)
下岩组——山西组,由浅黄褐色细砂岩、粗砂岩、砂砾岩、砂质页岩夹劣质煤层和泥质粉砂岩、泥岩夹膨润土等组成。厚度67米。
上岩组——下石盒子组,为灰白色厚层状砂砾岩、粗砂岩、砂岩、黄绿色泥质粉砂岩、泥岩、膨润土、紫红色砂砾岩等。厚度121米。
(二)上统窑沟群(P2)
下岩组——上石盒子组,为紫红色砾岩、含砾粗砂岩、灰绿色泥质粉砂岩、黑色页岩、泥岩等。厚度141米。
上岩组——石千峰组,为灰绿黄褐色砾岩夹灰绿色粉砂岩、黑灰色页岩、细砂岩等。厚度57米。
该系各地出露厚度不一。总厚度为1165米。
与下伏石炭系呈平行不整合或假整合接触。
在红泉有膨润土矿。
九、中下三叠统 (Tl-2)
分布于甘渣子、者撒寨和牛粪泉等地。为淡紫红、灰白色含砾砂岩夹砾岩透镜体、细砾岩等。厚度>487米。
与二叠系呈不整合或假整合接触。
十、侏罗系(J)
主要分布于青土井和曹大坂一带。分下、中、上统 :
下统阿干镇组（J1)以灰白、紫红色砂岩为主,夹炭质页岩和煤层。底部为砾岩。厚度>43米。
中统新河组（J2)为淡黄绿色、灰绿色细砾岩、砂岩和砂质页岩等。厚度229米。 上述中、下两统界线不清,合并称为青土井群（J1一 2)。
上统享堂组（J3)为紫红、浅灰绿色含砾砂岩、黄绿色砂砾岩、暗紫红色泥质粉砂岩,偶夹细砾岩、粉砂岩透镜体。厚度339米。
该系与上覆第三系、下伏二叠系,均为不整合接触。
在曹大坂产煤,青土井一带产石油及次生石膏。
十一、白垩系（K）
主要分布于马营沟、菜草台、花石口井、曹大坂一带。分上、下两统：
下统河口群(K1)为紫红色粗砂岩夹砾岩、粉砂岩、泥岩、细砂岩、灰绿色、灰红色砂岩、砂砾岩、砾岩等。厚度>760米。
上统马莲沟组(K2)为灰紫、紫红色夹灰绿色长石石英粗砂岩夹紫红、灰绿色泥质粉砂岩,灰白色细砂岩等。厚度>700米。
该系与下伏地层均为不整合接触。
十二、上第三系(N2)
分布于龙首山南、北两侧的尖山、青土井、赤金子和走廊过渡带的埃木柴沟、水泉子一带。
中新统（N2)为褐红、砖红色砾岩、黄红色含砾粗砂岩、砂砾岩夹中细粒砂岩、泥岩、泥灰岩等。厚度>817米。
上新统临夏组（N)为桔黄色砂岩、砂砾岩及砾岩等。厚度>132米。
十三、第四系(Q)
分布广泛,分为下、中、上更新统和全新统。不整合覆盖于所有老地层之上。
下更新统玉门组（Q)分布于赤金子一带,为黄褐色、灰绿色钙砂质胶结砾岩。为洪积相沉积,厚度50一70米。
中更新统酒泉组(Q)零星分布于龙首山南、北坡、大泉、土佛寺一带,组成阶地。与下更新统呈交角不整合接触或不整合于老地层之上。为黄褐色、灰白色中厚层状砾岩夹细至粗粒砂岩。厚约5-20米。
上更新统戈壁组(Q)分布广泛,以走廊过渡带和潮水盆地分布更广。为冲至洪积砂、砾层、粘土质粉砂、细砂层和亚砂土等组成。厚1-50米。
全新统(Q)分布广泛,为现代河流冲积洪积砂砾层、风积层和残坡积层等。厚度0.5-40米。
岩浆岩
境内岩浆活动频繁,岩浆岩极为发育,种类繁多,从酸性至超基性均有,尤以酸性为主。分布广泛,约占基岩总面积的40左右。产状形态多呈岩脉、岩株和岩基,受断裂构造控制,多呈北西向带状展布。侵入时期以加里东期为主,尤以加里东晚期最发育。吕梁期次之,海西期仅为一些细小的岩脉。
一、吕梁期
主要有斜长角闪岩、超基性岩、变辉长辉绿岩、碎裂花岗岩和灰白色伟晶花岗岩。
1.斜长角闪岩(δ)形成最早,规模不大,呈斜交岩层的透镜体产出,常具片理,侵入于龙首山群白家嘴组中。
2.超基性岩(∑)主要分布于龙首山北侧的白家咀、茅草泉、塌码子沟一带。出露面积一般不大。多呈岩墙状及不规则的纺锤状、楔状小岩枝产出。以白家咀岩体规模最大。断续长约6.5公里,宽数十米至560米。属铁质超基性岩、岩相分异明显,由边部至中心可分为:辉石岩、橄榄辉石岩、二辉橄榄岩、含辉橄榄岩、纯橄榄岩五个岩相。富含铜镍,为世界著名的金川铜镍矿及其伴生的钴、硒、碲、铂族和金、银等矿产的成矿母岩。
3.变辉长辉绿岩(βμ′)主要分布于龙首山北侧金川矿区及其以西的玉石沟至塌码子沟一带,蚀变较深,有时可见铜矿化。
4.碎裂花岗岩(γ)和灰白色伟晶花岗岩(γρ2)分布于龙首山白家咀至塌码子沟一带,呈脉状侵入于龙首山群,使地层混合岩化。侵入于上岩组一塌码子沟组的灰白色伟晶花岗岩(γρ2),绝对年龄17.19亿年。
二、加里东期
境内加里东期岩浆活动强烈,岩浆岩最为发育。
(一)加里东早期
有超基性岩、基性岩、花岗闪长岩和片麻状花岗岩等。
1.超基性岩(∑）主要分布于龙首山区的西井、小口子、东水崖子一带,在北海子亦有出露。一般规模小、多呈岩脉产出。属铁质超基性岩,分异不明显,蚀变较深,多具蛇纹石化、滑石化、绿泥石化、次闪石化、绢云母化等。局部含铜镍稍高。
2.基性岩(βμ)主要分布于龙首山北侧金川矿区至塌码子沟、头道沟至三道沟一带及北海子、后大寺等处。以岩脉或岩墙产出,为辉绿岩,蚀变较深。个别地段蚀变较浅。其中有时可见铜矿化。
3.花岗闪长岩(γδ)主要分布于永安堡东南一带,出露达数十平方公里,因被斑状花岗岩侵入破坏 , 岩体呈残留体产出。岩体分异不明显。
4.片麻状花岗岩(γg)分布于炭窑沟一带,呈脉状产出。
(二)加里东中期
主要有石英闪长岩(δο)和花岗闪长岩(γo)。前者分布于大黄山至风门山和西大河至夹道头沟、照路沟一带,后者分布于龙首山区的花石口井附近。呈长圆形或不规则状岩株产出。分布达数至数十平方公里。
(三)加里东晚期
主要为花岗岩(γ)。按其侵入顺序分先后两次。
第一次为中至粗粒花岗岩及斑状、似斑状花岗岩(γ) 。是境内分布最多的侵入岩,占岩浆岩总面积一半以上。分布于南山、大黄山至风门山和龙首山区,多呈数十至数百平方公里的岩基、岩株产出,少数呈岩枝产出。
境内众多的萤石矿产与本次岩浆侵入时的热液活动有关,中至粗粒花岩中有的地段,节理少、块度大,岩体较完整,色泽较好的可作为花岗石材,如后大寺、九井八涝池花岗石矿。
第二次为细一中粒花岗岩(γ)。零星分布于永昌南山和龙首山区。一般面积小于1-2平方公里,呈岩枝或岩墙产出。
(四)脉岩
加里东期脉岩在境内亦较发育,主要有闪长岩(δ3)、闪长斑岩、石英闪长斑岩、浅肉红色花岗岩、正长岩和石英正长岩、萤石脉及石英脉等。
三、海西期
海西期岩浆岩在境内不发育,仅见一些石英脉,少量钾长花岗岩(γ4)和花岗闪长岩(γδ4)细脉,分布零星。
加里东期、海西期脉岩,零星分布于永昌南山、大黄山至风门山、龙首山,规模小。境内的钨、铋、锡、铅、锌、铜等多金属及萤石矿化与石英脉关系密切。个别石英脉有金、银显示。
构 造
一、大地构造
境内属昆仑祁连褶皱系和中朝准地台两个一级单元,依次划分为三个二级、七个三级单元。
二、褶皱
境内褶皱较发育,以吕梁期、加里东期为主,海西、燕山、喜马拉雅各期次之。
1.吕梁期褶皱 主要发生在龙首山区前长城系龙首山群地层中,属基底褶皱,多形成一些规模较大的复式背向斜。轴向多呈300度左右延伸,局部转向320度,少数呈270度。造成境内的铁矿、白云岩等矿产形态复杂化。
2.加里东期褶皱 主要发生在北祁连山地槽及走廊过渡带的寒武系至志留系地层中,多形成一些紧闭线型褶皱,轴向延伸变化幅度大,一般230度至300度,局部呈"S"型。如南山、黑林掌复式背斜,大黄山、北山复式向斜等。在龙首山区,不仅使已形成的褶皱复杂化,亦使寒武系地层发生紧闭褶皱,使磷矿层褶曲变形,形态复杂。
3.海西期褶皱 分布于北祁连褶皱带和龙首山南侧的泥盆系至二叠系地层中,多为一些迭加在老地层之上的不对称向斜。轴向在龙首山的红泉盆地呈115度方向延伸,在祁连山呈240度或310度延伸,对境内石炭系煤矿、二叠系膨润土矿的形态影响较大。
4.燕山期褶皱 分布于走廊过渡带、潮水盆地内的侏罗系、白垩系地层中。多属短轴状开阔对称型平缓的背、向斜,轴向不定,如青土井背斜,轴向105度,花石口井向斜,轴向300度,在青土井形成储油构造。
5.喜马拉雅期褶皱 喜马拉雅运动在境内有一定活动,不仅使第三系地层形成倾角比 较平缓开阔的背、向斜或单斜构造,而且使历次运动形成的褶皱、断裂再次复活。直至第四纪,祁连山、大黄山、龙首山等仍在不断上升。潮水、河西堡、花草滩及永昌一带的断陷盆地相对沉降。
三、断裂
断裂构造在境内极为发育,据不完全统计,具一定规模的各种性质的断裂不下50条。按其特征,可分为走向断裂、横向和斜切断裂。
(一)走向断裂
主要发育在龙首山拱断束及北祁连褶皱带,其次发育于走廊区的永昌南、北山、大黄山区。
1.龙首山区 以龙首山南北两侧的深大断裂为主体,形成断裂带。北带以白家咀至墩子沟断层组、大黑沟断层组、曹大坂断层组等构成,沿龙首山北坡分布,多沿300至320度方向密集分布,倾向南西,倾角50-70度,东西均延出市境。
南带以大青羊一东大山断层组为主,包括大沙沟一九洞湾、西山庙一孩母山以及芨岭南等断层,成为阿拉善隆起与走廊过渡带的分界断裂。其中有三条断层密集平行分布,间距200一400米,走向300度,倾向北东,倾角70-80度,北西和南东延出市境。 2.走廊区 由于受 S 型旋扭构造体系的影响,在各地区走向各异。大黄山区、北山多呈280度方向,永昌南山一带则呈260度方向延伸。主要有绣花庙、大黄山断层,大口子沟一大柳沟、红羊圈一毛卜喇等断层,均属压性逆冲断层。规模达20公里以上。 3.祁连山区 断层呈束状,近平行排列,主要有小向沟一乌龙沟断层组、小石碑断层束等,多沿310度方向延伸,多倾向南西,部分倾向北东。倾角70-80度。
总之,走向断裂,与区域构造线一致。规模巨大,一般延长数十公里至数百公里,多为倾角50一80度逆断层。该组断裂受北东、南西向挤压应力作用。具多期活动特点,且具明显的控岩、控矿作用。
(二)横向及斜切断裂
与区域构造线呈直交或斜交 , 其交角60-100度不等。规模小,一般数十米至数百米,最大者达6公里,使地层发生明显的南北向位移,对萤石矿脉有明显控制作用。按其走向可分为北北西向和北北东向。
1.北北西向断裂 有后草沟东岔平推断层,东水泉、大沙沟平推断层,红山窑断层等,其走向多为340 一350度,东盘多向南东位移。
2.北北东向断裂 有水泉子西、毛家圈东、西大坂西南、铁山咀等处平推断层和东大山南、孟家大湾西等正断层以及金川矿区F8等断层,其方向10一30度,东盘多向南西位移。该组断裂对金川铜镍矿床有一定的破坏作用。?
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