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敦煌世界地质公园地处塔里木板块的东部，其内发育了大量具有国内乃至全球对比意义的地质遗迹，主要有：雅丹地貌遗迹；构造形迹遗迹；沉积构造遗迹；地层剖面遗迹、沙漠地貌遗迹、戈壁地貌遗迹，以及水体和湿地景观等。尤以雅丹-戈壁地貌、鸣沙山-月牙泉构成的我国极端干旱区典型地貌组合为代表；凿刻于第四系地层中的莫高窟完美的体现了地质遗迹与历史文化的结合。
一、地质背景
（一）地层
地质公园所在区域地层区划隶属塔里木-南疆地层大区、塔里木地层区、塔南地层分区。由于第四系广泛覆盖和侵入岩体的吞蚀破坏，地层出露不全。基底为太古界、元古界的变质岩，盖层以侏罗系、新近系地层为主，局部发育奥陶-志留系、石炭系、二叠系和白垩系地层。
（二）地质构造
地质公园所处的敦煌盆地位于河西走廊西端，整体叠置于塔里木板块东部的敦煌地块上。敦煌盆地东部为华北板块，北部为准噶尔板块，南部为青藏板块，整体呈北东东走向，是连接不同板块且分隔和改造古构造系的特殊沉积盆地。由南向北，盆地内有东巴兔山和三危山两个基岩高隆起，将盆地自然分割成三个坳陷，即安西坳陷、踏实坳陷和阿克赛坳陷，盆地东西长约 400千米，南北宽 80-120千米，面积约40000平方公里。盆地内主要发育疏勒河和党河 2 条河流，中部分布有诸多小盐碱湖沼和沼泽地。
（三）区域地质构造演化
在漫长的地质历史中，敦煌地区既经历了大幅度地下降、接受巨厚的沉积，又经受了长期的暴露和风化剥蚀及剧烈的造山运动。最古老区域东西向构造带发育于前中元古代，定性于前长城纪末的阿拉善运动。岩层多呈东西向紧密褶皱，区域性的片理、片麻理、条纹、条带状构造，乃至一些矿物的压扁现象亦多为东西向。阿拉善运动之后，地壳隆起，地质公园一带成为以后地史上长期分隔南北海域的古陆，此构造格架成为中晚元古代地史发展的基础，它对后期构造仍有影响。又经过其他阶段构造运动的改造，最终的新构造运动确定了现在的构造格局。新构造运动的特点表现为：在时间上，地质公园一带主要断裂均发生在古近纪前，强烈活动于第四纪，特别是后期；在空间上，表现为：阿尔金山山前大断裂切穿了第四纪地层，山前戈壁的深切和河流的偏向流动，以疏勒河-北石河东西向隐伏断裂为边界之北地块相对稳定、之南为强烈断陷的盆地，“山字型”西翼反射弧弧顶部分的盆地更新世以前抬高，之后部分下降，玉门镇一带的反射弧构造形态弧顶两侧呈对称的分布着“八”字型第四纪盆地。
二、主要地质遗迹的物质组成
地质公园内地质遗迹较为丰富且具有特殊意义，主要包括地貌遗迹、构造形迹遗迹、沉积构造遗迹、地层剖面遗迹、水体和湿地景观遗迹。最为典型、具有极高科研价值和代表性的当属雅丹地貌和鸣沙山。
敦煌雅丹地貌是一种典型的风蚀地貌，其组成物质为第四系中上更新统形成的未完全固结的河流湖泊相砂质、泥质层，以粉砂、砂为主，其次为粘土，含有少量砾石。鸣沙山由流沙堆积而成，最高海拔高度1650米，响沙由红、黄、绿、白、黑五色沙粒组成。其中白色沙含量较高，黄色沙粒含量较低。沙粒粒度均匀，磨圆度好，一般为次圆-圆状，多数不透明，玻璃-毛玻璃光泽，粒径一般在0.1-0.5毫米之间。
