老挝仙诺晚三叠世火山岩年代学及地质意义

曾昭光，杨恩林，梁国军，张贵发，王华斌

(贵州省地矿局117地质大队，贵州 贵阳 550018)

造山带火山岩是重朔造山带岩浆演化史,认识造山带的形成和演化的窗口，不同构造环境有特定的火山岩浆作用与之相伴 (夏林圻，2001)。仙诺地区位于老挝北部，其西部、南部与泰国接壤，在仙诺县(B.Xiang-Nou)县城西部约20km处班八拐中三叠世南团组底部新发现一套火山岩组合，笔者对该火山岩的产出、岩石、地球化学等特征进行了系统研究，探讨其形成时代和构造背景。

1 区域地质背景

研究区在大地构造上位于特提斯构造域东段与西太平洋构造域的相交接地带，隶属于印支陆块区(西界为澜沧江-清莱-劳勿缝合带，北东界为金沙江-哀牢山-马江缝合带)(李兴振等，2004)，地质构造比较复杂，其主要构造单元可与毗邻的中国云南、越南、柬埔寨、泰国等的构造单元相互连接和延伸。该区所处的中南半岛古生代为冈瓦纳大陆与劳亚大陆之间、特提斯洋中的一系列具有前寒武纪结晶基底的海山、洋岛。中生代以来，主体与劳亚古陆碰撞拼合相连为一体；新生代以来，位于逐渐隆起的青藏高原东南缘，伴随着欧亚-印澳板块的拼合碰撞与侧向挤压，成为逃逸构造活动带的一部分。是由一系列古地块群经俯冲蛇绿混杂岩带等多期改造拼合而成的复合地块群(李兴振等，2002)(图1)。

1.侏罗系；2.上三叠统南辽组；3.上三叠统南团组；4.上三叠统杭村组；5.中三叠统帕江组；6.上二叠统玄武岩组；7.中二叠统潘达组；8.上石炭统—下二叠统冬卡组；9上石炭统孟南组；10.超基性侵入岩；11.断层及倾角；12.地质界线；13.角度不整合界线；14.平行不整合界线；15.火山岩组合层；Ⅲ1.景洪-素可泰火山弧；Ⅲ2.思茅-彭世洛中新世代盆地及墨江-黎府火山弧；Ⅲ3.万象—呵叻中新生代盆地；Ⅲ4.南、北长山褶皱带；①.宁昌-清迈蛇绿岩带；②.难河-程逸-沙缴缝合带；③.奠边-黎府缝合带；④红河断裂；⑤.马江缝合带；⑥色潘-三岐缝合带图1 老挝仙诺地区地质略图(图a据李兴振等修改，2004)Fig.1 Geological sketch map of B.Xiang-Nou area in Laos

研究区横跨景洪-素可泰火山弧与思茅-彭世洛地块，主体处于思茅-彭世洛地块内。自古生代以来，经历了裂解—闭合—碰撞—抬升漫长而复杂的演化过程，铸就了现在复杂的构造格局(王承书，2002)。其形成和发展演化历程受到了难河-程逸-沙缴缝合带和以东的奠边府-黎府缝合带形成演化的控制，同时亦受西侧景洪-素可泰火山弧及思茅-彭世洛中新生代盆地、墨江-黎府火山弧演化的制约(李兴振等，2004)。

2 火山岩的分布及岩石特征

火山岩主要分布于河德憨—班八拐—桂普兰地区，呈南北向展布，长约15km(图1)，产于南团组底部，与下伏上三叠统杭村组呈平行不整合接触，在班八拐出露较好，其厚度16.1m。以凝灰岩与角砾岩组合出现(图2)。凝灰岩呈灰白色、灰色，具隐晶质结构，层状构造，变余凝灰结构，以晶屑、玻屑和次火山填隙物组成，岩石强脱玻、硅化、绿泥石化和泥化，矿物成分除了斜长石晶屑因聚片双晶还保留可识别外，其余都仅具晶型假象；玻屑因退玻生成细粒状石英集合体，仅保留玻屑形态或玻屑绿泥石化等。成分为晶屑10%，玻屑30%，填隙物60%，角闪石1%。现将该火山岩剖面( 图3)逐层描述如下。

a.角砾岩与凝灰岩互层;b.砾岩；c.玻屑结构(正交偏光 目镜10×物镜5×)；d.斑状结构(正交偏光 目镜10× 物镜5×)图2 仙诺火山岩宏观与微观特征图Fig.2 The Macroscopical and microcosmic feature of volcanic rock in B.Xiang-Nou

图3 仙诺火山岩地层层序图Fig.3 The stratigraphic sequence of volcanic rocks in B.Xiang-Nou

上覆地层上三叠统南团组：粉砂岩、泥岩。

7.深灰色泥岩、粉砂岩。

-------- 整合接触 --------

南团组底部砾岩、凝灰岩层

厚16.1 m

6.凝灰岩：灰色、浅灰色块状变余玻屑火山凝灰岩，矿物组成有玻屑及火山灰、白钛石、绿帘石和黄钾铁钒。其中玻屑呈各种不规则的弧形凹面体，玻屑之间为火山灰。玻屑和火山灰粒度变粗，白钛石、绿帘石呈斑状分散状分布于岩石中。

4.3 m

5.砾岩：浅灰色块状砾岩。砾石含量约20%～50%，颗粒之间的胶结物为火山岩；砾岩风化面呈褐色，新鲜面呈灰褐色，砾径约1～50 cm，磨圆度一般，颗粒较大者成分主要为火山物质、凝灰岩、安山岩、砂岩等，砾石的磨圆度较好。

6.5 m

4.凝灰岩：灰色、浅灰色块状变余玻屑火山灰凝灰岩，矿物组成有玻屑及火山灰、白钛石、绿帘石和黄钾铁钒为特征。黏土矿物颗粒较粗，粒度大小0.5～2 cm。

2.3 m

3.砾岩：灰色砾岩。砾石含量约5%，胶结物为火山质；砾径约1～10 cm，呈次磨圆状，砾石主要为凝灰岩、火山角砾岩、砂岩、闪长岩等。

1.8 m

2.凝灰岩：灰色、浅灰色块状变余玻屑火山灰凝灰岩，矿物组成有玻屑及火山灰、白钛石、绿帘石和黄钾铁钒。其中玻屑呈各种不规则的弧形凹面体，玻屑之间为火山灰。玻屑均已被黏土矿物代替。黏土矿物颗粒极细，呈隐晶-微晶集合体。白钛石、绿帘石呈隐晶状分散状分布于岩石中。黄钾铁钒呈微细鳞片状隐晶质集合体。

1.2 m

-------- 平行不整合接触 --------

1.下伏地层上三叠统杭村组：灰色、深灰色致密状砂质板岩。

3 样品采集及测试分析

对仙诺县班八拐出露火山岩组合进行1∶200地层剖面测量，对火山岩进行了详细分层。在2、4、6层凝灰岩中分别采集BW31、YD04、YD02、YD01+1、YD01样品(图3)进行主量元素、微量元素、稀土元素分析。样品由澳实分析检测集团-澳实矿物实验室(广州)测试分析，主量元素用荷兰PANalytical生产的Axios仪器利用荧光光谱仪(XRF)测试分析，检出14种氧化物。微量元素用美国Varian生产的ICP735-ES仪器分析，分析方法为岩石样品四酸消解后利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定多元素含量，共检出33种元素。稀土元素分析为碱熔法，即将岩石样品加入到LiBO2熔剂中，混合均匀，在1 000°C以上的熔炉中熔化，利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)检测31种元素，检测仪器为美国Perkin Elmer公司生产的Elan 9000。

在第2层的凝灰岩中采集测年样品，由河北省区域地质矿产调查研究所对样品进行加工，采用重力和磁选方法分选出锆石。选出的锆石在双目镜下，挑选完整、透明度高、无裂隙、体型较大的将其整齐的置于环氧树脂中，磨至大部分锆石一半处截面。制靶后先进行反射光、透射光显微照相，选择其中无裂隙、无包裹体的锆石再进行阴极发光(CL)显微照相。阴极发光显微照相在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR) JEOL-JXA-8100电子探针上完成。锆石U-Pb同位素测年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP-MS)仪器分析完成。

4 地球化学特征

4.1 主量元素特征

在仙诺县班八拐火山岩中采集5件样品分析主量元素含量见表1。从表1中可看出，SiO2含量为56.13%～74.58%，为中-酸性系列 (英安质凝灰岩)，从下往上SiO2含量减少，从酸性到中性的变化。A12O3含量从下往上是增加，为13.9%～25.38%，MgO含量均较低，为0.43%～0.86%，其岩石多为高铝低镁的特征。TiO2、A12O3、Fe2O3、MgO含量随着SiO2的增加而降低，由MnO、CaO与SiO2的含量变化一致;全碱含量(Na2O+K2O)为4.73%～5.74%，其变化与SiO2的含量趋势大体一致，表现为典型的碱性-钙碱性岩系列特征。研究区部分主量元素及其特征值在TAS 图解中显示(图4)，该岩石类型为玄武安山岩、安山岩、英安岩,多数为亚碱性。火山岩岩石化学及特征参数、CIPW标准矿物(表2)，参数特征如下。

Pc.苦橄玄武岩；B.玄武岩；O1.玄武安山岩；O2.安山岩；O3.英安岩；S1.粗面玄武岩；S2.玄武质粗面安山岩；S3.粗面安山岩；T.粗面岩、粗面英安岩；F.副长石岩；U1.碱玄岩、碧玄岩；U2.响岩质碱玄岩；U3.碱玄质响岩、响岩；Ir.Irive分界线，上方为碱性，下方为亚碱性图4 仙诺火山岩元素特征值TAS图解Fig.4 TAS diagram of volcanic rocks in B.Xiang-Nou

(1)分异指数(DI)：为70.64～88.95，分异指数较高，说明岩浆分异演化程度较彻底，岩石酸性程度高。

(2)固结指数(SI)：为4.95～7.78，根据前人的研究成果，随着岩浆分异程度增高，SI值变小，岩石酸性程度增高。小于40均是幔源原生岩浆经过分异同化而成，可能是原生岩浆在地壳深处经分异作用而衍生的岩浆或者为原生岩浆受地壳物质混染而成。

(3)岩石碱度：里特曼指数(δ)：δ为0.61～1.76，小于<3.3，显示岩石为钙碱性岩。

碱度率(AR)：AR为1.5～2.33，在TAS图上，多数投影于亚碱性岩石区。

(4)A/CNK 值： A/CNK变化范围为1.58～3.78，大部分样品的A/CNK都大于1，显示样品属于过铝质系列。

4.2 微量元素特征

仙诺班八拐火山岩微量元素含量见表3，所有样品均具有较低的Nb/Y值，在SiO2-Nb/Y图解上(图5)，主要在流纹英安岩范围内。英安质凝灰岩系列火山岩微量元素丰度变化较大，尤以Rb变化范围最大，总体表现为大离子亲石元素(Rb, Ba)的富集，高强场元素K、Ti丰度普遍较低。其分配模式呈现先隆起后呈弱的向右倾斜趋势(图6)，与中国金沙江带(莫宣学等，1993)及世界岛弧火山岩(BALEY,1981)相一致。

Subalkalbas.亚碱性玄武岩；Andesite.安山岩；Rhydac/Dac.流纹英安岩/英安岩；Rhyolite.流纹岩;com/pant.纳闪碱流岩/碱流岩；Trachyte.粗面岩；Trachyand.粗面安山岩；Phonolite.响岩；Alkbas.碱性玄武岩；Ban/NPh.碧玄岩/霞石岩图5 仙诺火山岩SiO2-Nb/Y分类图解Fig.5 SiO2-Nb/Y classification diagram of volcanic rocks in B.Xiang-Nou

4.3 稀土元素特征

火山岩稀土元素含量见表4，稀土元素含量相对较高，ΣREE为68.62×10-6～132.64×10-6，LaN/YbN=2.11～7.41，δEu 为0.49～0.98，略显负异常，稀土元素配分模式图上表现为明显右倾的特征(图7) 。在球粒陨石标准化的稀土配分模式图上表现为轻稀土轻微富集和重稀土相对平坦的特征，无Eu异常或弱的正异常或负异常(图7)。

图6 仙诺微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element in B.Xiang-Nou

图7 仙诺稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns in B.Xiang-Nou

5 构造环境分析

火山岩产于南团组底部，以砾岩与凝灰岩互层呈韵律组合，且是下部颗粒小，往上变大的特征，表明可能为造山隆升剥蚀的陆相环境(朱延浙等，2007)。根据主量元素及其特征值该岩石类型为安山岩、英安岩、流纹岩,地球上大量的安山岩出现在活动造山带及其活动强大的大陆边缘和岛弧上(宋叔和，1973)。可能是源于岩石蚀变部分样品受到后期构造作用，部分元素含量失真，在火山岩的Rb/Y+Nb图解中，投点较为分散(图8)。由图8得知，样品元素特征值投图为岛弧环境，这与前人(范蔚茗等，2009，寇林林，2009)对测区划分的构造环境相吻合。该火山岩A12O3含量为13.9%～25.38%，MgO含量为0.43%～0.86%。为高铝低镁的特征，符合古特提斯晚三叠世碰撞后隆升阶段，岩石圈拆沉作用下形成的高铝低镁岩浆的特点(彭平头，2006)。综上所述，认为该火山岩大地构造背景为岛弧环境，是中特提斯洋打开，古特提斯洋向古印支地块俯冲闭合过程中的产物。

Syn-COLG.同碰撞花岗岩；WPG.板内花岗岩；ORG.洋脊花岗岩 ； VAG.火山岛弧花岗岩图8 Rb/Y+Nb图解 (PEARCE J A,et al.1984)Fig.8 Rb/Y+Nb diagram

6 岩体形成时代讨论

火山岩产于南团组底部，据南团组的岩石组合特征，区域上可与《云南省岩石地层》(云南省地质矿产局，2008)中滇西地区桃子组的碎屑岩对比，南团组的形成时代为晚三叠世。在凝灰岩中选出的锆石具有较明显的岩浆锆石震荡环带(图9)，其年龄能够代表火山岩喷出年龄。本次样品共测试了24个点，24个岩浆锆石的年龄范围比较集中，且数据点在谐和图中集中一致分布在曲线上及附近，所有测点206Pb/238U加权平均年龄为U-Pb年龄(215±1.4) Ma (图10)，即该火山岩为晚三叠世岩浆活动的产物。

总之，该火山岩是中特提斯洋打开，古特提斯洋向古印支地块俯冲闭合过程中的产物。

图9 仙诺锆石阴极发光(CL)图Fig.9 CL images of zircon in B.Xiang-Nou

图10 仙诺火山岩U-Pb年龄谐和图Fig.10 Zircons U-Pb concordia diagram in B.Xiang-Nou

7 结论

(1)火山岩层产于三叠系南团组底部，具隐晶质结构、斑状结构、变余凝灰结构，可见晶屑、玻屑和次火山填隙物，以凝灰角砾岩与凝灰岩互层为主。SiO2含量为56.13%～74.58%，为英安质凝灰岩(酸性系列)，据主量元素及其特征值，认为该岩石类型为玄武安山岩、安山岩、英安岩，可能来自于附近中酸性火山喷发活动。

(2)通过对火山岩元素地球化学特征以及同位素地球化学研究，表明该区的大地构造背景为岛弧环境，是中特提斯洋打开，古特提斯洋向古印支地块俯冲闭合过程中的产物。火山岩的U-Pb定年为(215±1.4) Ma，是晚三叠世诺利期形成 。