老挝沙耶晚三叠世火山岩地球化学特征及地质意义

吴年冬，彭展，戴昱，何杰，吴伟周



老挝沙耶晚三叠世火山岩地球化学特征及地质意义

吴年冬，彭展，戴昱，何杰，吴伟周

（广西壮族自治区区域地质调查研究院，桂林 541003）

老挝沙耶武里地区广泛出露晚三叠世火山岩。通过对其火山岩主微量元素的地球化学特征研究，火山岩全岩SiO2含量为41.54%～64.44%，K2O+Na2O含量为3.59%～9.30%，在化学成分上属于钙碱性岩石。稀土元素地球化学特征表现为轻稀土元素分馏程度明显高于重稀土元素，具有壳幔混合的特点。通过其轻稀土元素富集，亏损重稀土元素和高场强元素Nb、Ta，具有岛弧型火山岩的特征。

火山岩；岛弧；地球化学；沙耶武里

老挝位于特提斯构造域，是东特提斯印支地块的重要组成部分，处于太平洋板块和印度板块挟持地带，地质构造和岩浆活动强烈（林方成等，2011；卢映祥等，2009；陈永清等，2010）。中生代是东南亚地区岩浆活动最强烈的时期，形成了规模宏大的岩浆岩带（施美凤等，2015），本次调查发现研究区内晚三叠世发育大量的中-基性火山岩。研究主要从老挝西北部沙耶武里地区火山岩的岩石学特征和岩石地球化学特征入手，分析研究老挝西北部的火山岩岩石系列归属和大地构造背景。

1 区域地质概述

研究区位于老挝西北部上寮与泰国接壤地带，行政区跨越3个省，由西至东分别是：沙耶武里、琅勃拉邦省、万象省，大部位于沙耶武里省。地理坐标，东经101°00′~102°00′，北纬18°40′~19°20′，大地构造处于印支地块西缘，属墨江-黎府-罗文真火山弧带（林方成等，2011）。

研究区内晚三叠世地层由老至新为：①陆缘滨浅海相—较深水斜坡相的青灰、浅灰绿色中厚层～块状岩屑石英砂岩、长石石英砂岩、滑混岩及流砾岩、粉砂岩夹深灰色泥岩，厚层—块状砂岩，底部常含泥砾或其团块。②深水盆地相的灰、深灰色中-薄层状泥岩、含钙泥岩、泥质粉砂岩夹硅质岩及微晶灰岩组合，顶部有时可见火山屑砂岩。该段中多夹深灰、灰绿色块状玄武岩、中-基性凝灰质熔岩、沉火山角砾岩和沉（角砾）晶屑岩屑凝灰岩等。③海陆交互相的粉砂岩、泥岩夹砂岩、条带状灰岩。该段中多夹深灰、灰绿色块状安山岩、熔结火山角砾岩、（角砾）晶屑岩屑凝灰熔岩和流纹质凝灰岩等（文件生，等，2016）。

图1 老挝沙耶武里地区地质简图

1-第四系；2-早侏罗纪地层；3-上三叠统C组；4-上三叠统B组；5-上三叠统A组；6-中三叠统A组；7-晚石炭—晚二叠世地层；8-晚石炭火山岩；9-石炭纪地层；10-前石炭纪地层；11-实测地质界线；12-角度不整合界线；13-断层；14-脆韧性断层；15-采样位置及编号

沙耶武里省北东Ban Mixai村的晚三叠世深水盆地相的碎屑岩中采集到了cf.、cf.Chen et Zhang、cf.Loczy、sp.、cf.Reed、(Elegaatinia)Chen、()Chen等晚三叠世双壳类化石。因此可以判断在该地层中所夹的火山岩时代应为晚三叠世。

表1 晚三叠世火山岩样品主量元素含量及参数计算表

注：σ=(Na2O+ K2O)2/(SiO2-43)；SI=MgO×100/(MgO+FeO+Fe2O3+K2O+Na2O)

2 火山岩地质特征

研究区内火山岩出露范围主要为沙耶武里省以南、湄公河以东，多呈椭圆状、似椭圆状展布；主要以夹层的样式出现在晚三叠世深水盆地相、海陆交互相的碎屑岩中（图1）。晚三叠世火山岩主要可以划分为两个期次。

第一期次主要发生在深水盆地相中，主要有两大喷发—沉积旋回，一般的喷发—沉积旋回由（杏仁状）玄武岩→中-基性凝灰质熔岩→沉火山角砾岩→沉晶屑岩屑凝灰岩的构成，单个喷发-沉积旋回中具多次小型的（溢流）—喷发—溢流—沉积的火山喷发旋回。

第二期次主要发生在海陆交互相中，同样由两大喷发—沉积旋回组成，一般的喷发—沉积旋回由安山岩或熔结火山角砾岩（含集块岩）→凝灰质熔岩或含角砾晶屑岩屑熔结凝灰岩→流纹质凝灰岩、流纹岩→暗紫色泥质粉砂岩、砂砾岩构成，旋回间或韵律间常可见喷发—沉积间断面或喷发间断不整合面，单个喷发—沉积旋回中一般具多次小型的（溢流）—喷发—溢流—沉积的旋回。

3 岩石化学主要特征

研究主要以晚三叠世火山岩为对象，其岩性以中基性火山熔岩为主，少量玄武岩、安山岩、火山碎屑岩。采集了9件样品，送国土资源部武汉矿产资源监督检测中心进行化学分析。

3.1 主要元素地球化学特征

根据主量元素分析结果（表1）表明，沙耶武里地区晚三叠世火山岩的地球化学组分中烧失量（2.03%～16.05%）较高，必然会影响岩石的地球化学分类，扣除烧失量重新换算百分比后，其主量元素数据具有以下几个特征：SiO2含量为51.43%～66.13%，平均值56.76%，大于中国玄武岩（黎彤等，1963）；TiO2含量为0.54%～0.97%，平均值0.77%，小于中国玄武岩；Na2O含量为3.22%～7.70%，平均值4.49%，大于中国玄武岩；K2O含量为0.37%～1.83%，平均值1.02%，小于中国玄武岩；Na2O+K2O变化在3.74%～9.53%，平均值5.52%，小于中国玄武岩；Al2O3的含量为14.15%～19.71%，平均值17.70%，大于中国玄武岩；MgO的含量为1.57%～5.37%，变化较大，平均值3.48 %，小于中国玄武岩；CaO含量为1.12%～22.88%，平均值8.03%，小于中国玄武岩；除了样品LW07以外，Al2O3>（K2O+Na2O+CaO），属扎氏铝过饱和类型。

图2 全碱—硅图解

（据Le Maitre et al.，1989）

图3 Zr/TiO2-Nb/Y图解

（据Winchester and Floyd，1977）

在全碱—硅图解（TAS）（图2）中，样品主要落入玄武岩、粗面玄武岩、玄武安山岩、安山岩、粗面安山岩中，仅由一个落入英安岩区；在Zr/TiO2-Nb/Y分类图解（图3）上，样品基本落入安山岩—玄武岩、安山岩区；与岩矿鉴定本区多为中—基性凝灰岩相一致。

碱度率指数AR为1.28～2.76，平均值1.71，利用SiO2-AR直角坐标图（图4）来确定岩石碱性程度，大多落在钙碱性区间，仅有一个落在碱性区间；里特曼指数σ介于0.51～2.54之间，均<3.3，属于里特曼钙碱性岩系，反映样品在岩浆演化过程中分离结晶程度较低，主要以堆晶作用为主；在图1中火山岩大部分都落在碱性系列中，只有一块稍微偏离。在AFM 图解（图5）中，岩石均落入钙碱性岩系中。因此该套火山岩应属于钙碱性系列。

在FeOT-MgO-Al2O3图解(图6)中，样品大部分在扩张中央岛与岛弧及活动大陆边缘之间界线附近徘徊；在 TiO2-MnO×10-P2O5×10图解(图7)中，工作区样品投点基本上亦落在岛弧拉斑玄武岩、岛弧钙碱性玄武岩区界线及洋岛碱性玄武岩附近，根据超基性岩主量元素含量表（表1）及其相关参数特征、结合上述投图结果可知，样品表现出岛弧玄武岩—钙碱性玄武岩特征。

图4 SiO2—AR图解

（据J. B. Wright ，1969）

图5 AFM 图解（据Irvine et al.，1971）

Calc-Alkaline—钙碱性系列；Tholeiitic—拉斑玄武岩系列

图6 FeOT-MgO-Al2O3图解

（据Pearce，1977）

1为扩张中心岛屿；2为岛弧及活动大陆边缘；3为MORB；4为大洋岛；5为大陆的

图7 TiO2-MnO×10-P2O5×10图解

（据Pearce，1977）

OIT-洋岛拉斑玄武岩;MORB-洋中脊玄武岩;IAT-岛弧拉斑玄武岩;OIA-洋岛碱性玄武岩;CAB-岛弧钙碱性玄武岩

3.2 稀土元素地球化学特征

稀土元素的分析结果及有关参数见表2，结合稀土元素球粒陨石标准化分布图（图8）可以看出，研究区晚三叠世火山岩可以分成两种类型：①平坦—略富集型的稀土配分模式（样品为LW01、LW02、LW06、LW07、LW08、LW09），其稀土元素总量∑REE变化范围为37.87×10-6～69.55×10-6，轻稀土元素LREE变化范围为27.26×10-6～57.21×10-6，重稀土元素HREE变化范围7.05×10-6～14.03×10-6，轻重稀土比值LREE/HREE变化范围2.57～6.63，轻重稀土轻度分异，（La/Yb）N值在1.76～7.14，轻稀土轻微富集，δEu为0.84～1.1，除LW02呈正铕异常外，其余均为负铕异常。②富集型的稀土配分模式（样品为LW03、 LW04、LW05），其稀土元素总量∑REE变化范围为106.35×10-6～141.8×10-6，轻稀土元素LREE变化范围为94.78×10-6～129.39×10-6，重稀土元素HREE变化范围11.57×10-6～12.41×10-6，轻重稀土比值LREE/HREE变化范围8.19～10.43，轻重稀土较为明显的分异，（La/Yb）N值在8.88～12.52，轻稀土富集。δEu为0.96～1.01，除LW05显弱负铕异常外，其他样品呈弱正铕异常。

图8稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

（据Sun and McDonouhg et al.，1989）

图9 微量元素原始地幔标准化蛛网图

（据Sun and McDonouhg et al.，1989）

从稀土元素球粒陨石标准化分布图（图8）中可以看出，样品都具有相似的稀土标准化分布模式，均为轻稀土富集型右倾模式。总体上，配分曲线在轻稀土区间较陡，在重稀土区间相对较平缓，说明轻稀土元素分馏程度明显高于重稀土元素，具有壳幔混合的特点。

3.3 微量元素地球化学特征

微量元素的分析结果及有关参数见表2。Cr含量为26.2×10-6～52.5×10-6，低于原始岩浆值300×10-6，Ni含量为14.0×10-6～38.2×10-6,低于原始岩浆值250×10-6（汪云亮等，2001），表明该区火山岩是原始岩浆经分异演化后的结晶产物（王银喜等，2006）。在微量元素的原始地幔标准化曲线图上，样品曲线呈现类钟型分布，曲线图右侧高度不相容元素（图9）曲线较平滑，变化不明显，总体上比中度不相容元素的富集程度要高。其中高场强（HFSE）元素Nb和较活泼大离子亲石（LILE）元素Ba分别呈现谷型、峰型特征，暗示源区岩浆在上升过程中与陆壳物质组分发生了一定程度的混染作用。

表2 晚三叠世火山岩稀土元素含量及参数计算表

研究区火山岩La×Nb/Zr2>0.002（0.0033～0.0149），反映具有岛弧特征（武莉娜等，2003）；Th×Ta/Hf2>0.035（0.06～0.4）与典型的岛弧火山岩基本一致（汪云亮等，2001）。在Th-Nb/16-Hf/3判别图解（图10）中，样品落入钙碱性玄武区—岛弧拉斑玄武岩内；在Ti/100-Zr-Sr/2判别图解（图11）中，样品落在钙碱性玄武岩区和岛弧拉斑玄武岩内，表现出钙碱性玄武岩—岛弧拉斑玄武岩的特点。

表3 晚三叠世火山岩微量元素含量表

4 结论和讨论

1）研究区火山岩主要呈夹层的样式出现晚三叠世碎屑岩之中，因而其喷发年龄应为晚三叠世。由多个喷发—沉积旋回，单个旋回中具多次小型的（溢流）—喷发—溢流—沉积的火山喷发旋回，单个旋回多由安山岩、熔结角砾岩或玄武岩→中—基性凝灰质熔岩→流纹岩类→粉砂岩、砂砾岩构成。

2）岩石主量元素中Al2O3含量>（K2O+Na2O+CaO）含量，属扎氏铝过饱和类型；里特曼指数σ在0.54～2.54，属里特曼钙碱性岩系，固结指数SI在12.2～28.7＜40，说明岩浆的分异程度较高；总体上来说Al含量较高，相对富K，贫Ti，说明岩石主要以堆晶作用为主，存在一定程度的分离结晶作用。

3）稀土元素特征可以划分为两种配分模式，一种为平坦—略富集型的稀土配分模式、另一种为富集型的稀土配分模式。其配分曲线说明轻稀土元素分馏程度明显高于重稀土元素，具有壳幔混合的特点。微量元素中高场强（HFSE）元素Nb和较活泼大离子亲石（LILE）元素Ba分别呈现谷型、峰型特征，暗示源区岩浆在上升过程中与陆壳物质组分发生了一定程度的混染作用。

图10 Th-Nb/16-Hf/3图解（据Wood, 1980）

A区为N型MORB；B区为E型MORB；C区为碱性板内玄武岩；D区为火山弧玄武岩（Hf/Th>3为岛弧拉斑玄武岩，＜3为钙碱性玄武岩）

图11 Ti/100-Zr-Sr/2判别图解

（据Pearce和Cann，1973）

IAB为岛弧玄武岩；CAB为钙碱性玄武岩；OFB为MORB

4）研究区晚三叠世火山岩为钙碱性系列火山岩，富集轻稀土元素，亏损重稀土元素和高场强元素Nb、Ta元素，具有岛弧型火山岩的特征。通过图10、图11判别图解判断该火山岩为钙碱性玄武岩—岛弧拉斑玄武岩。因此研究区晚三叠世火山岩形成于岛弧环境。

[1] 林方成，施美凤，李兴振，等. 三江-湄公河成矿带地质背景和成矿规律对比研究专题成果报告[R]. 2011.

[2] 陈永清，刘俊来，冯庆来，等. 东南亚中南半岛地质及与花岗岩有关的矿床[M[. 北京：北京地质出版社, 2010.

[3] 卢映祥，刘洪光，黄静宁, 等.东南亚中南半岛成矿带初步划分与区域成矿特征，地质通报，28（2/3）：314～325.

[4] 王银喜，顾连兴，张遵忠，等. 博格达裂谷双峰式火山岩地质年代学与Nd-Sr-Pb同位素地球化学特征[J]. 岩石学报，2009, .22（5）：1215-1224.

[5] 施美凤，林方成，朱华平，王 宏，刘书生，等. 东南亚地区成果集成与综合研究课题成果报告[R]. 2015

[6] 文件生，唐专红，彭展，等. 老挝1∶20万沙耶武里幅（E-47-Ⅻ）区域地质调查报告[R].

[7] 汪云亮，张成江，修淑芝. 玄武岩形成的大地构造环境的Th/Hf-Ta/Hf图解判别[J]. 岩石学报, 2001, 17（3）：413-421.

[8] 武莉娜，王志畅，汪云亮. 微量元素La，Nb，Zr在判别大地构造环境方面的应用[J]. 华东地质学院学报, 2003, 26（4）：343-348.

[9] 黎彤，饶纪龙，1963，中国岩浆岩的平均化学成分，地质学报，第43卷第3期，271～280.

Geochemical Characteristics and Their Geological Significance of the Late Triassic Volcanic Rock in Sayaboury, Laos

WU Nian-dong PENG Zhan DAI Yu HE Jie WU Wei-zhou

(Guangxi Institute of Regional Geological Survey, Guilin, Guangxi 541003)

The Late Triassic volcanic rock is widely exposed in Sayaboury, Laos. The volcanic rock is a calc-alkaline one with 41.54-64.44%SiO2and 3.59-9.30% (K2O+Na2O) . The REE geochemistry is characterized by enrichment in LREE and depletion in HREE and Nb, Ta characteristic of island arc volcanic rock.

volcanic rock; island arc; geochemistry; Sayaboury, Laos

2017-05-12

吴年冬（1982-），男，广西宜州人，工程师，主要从事区域地质调查相关工作

P588.11+2; P595

A

1006-0995（2017）04-0153-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2018.01.035