《Geology, Ecology, and Landscapes》：Lithofacies distribution and geological context of Mekong rapids in the Chiang Khan area, Loei Province, Thailand: evidence from petrography, geochemistry, and structural analysis
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本综述通过野外调查、岩石学分析、全岩地球化学（主量、微量及稀土元素）和构造解析等多学科手段，系统揭示了泰国黎府清坎地区湄公河急流的岩相分布规律及地质背景。研究表明，该区发育中泥盆世至侏罗纪的复杂岩性组合，包括具钙碱性弧特征的火山岩序列（流纹岩、流纹英安岩等）和与俯冲相关的侵入岩（细晶岩、微花岗闪长岩），并识别出弧前盆地沉积建造及接触变质作用（大理岩、石榴石-辉石矽卡岩等）。构造证据指示多期变形（印支期挤压及造山后伸展），急流的长期稳定性受岩性差异、构造抬升、强烈季风 regime 及硅化蚀变共同控制。成果为理解活动构造区河流急流的形态演化提供了关键案例。
引言
泰国地质格架以多个陆块的复杂拼合为特征，主要由东侧的印支地块和西侧的 Sibumasu 地块构成，两者以素可泰褶皱带和黎府褶皱带为界。这些构造单元在古生代至中生代伴随古特提斯洋的闭合而碰撞拼贴，产生了显著的变形、变质和岩浆活动。黎府褶皱带作为印支地块西缘的关键构造边界，记录了俯冲、碰撞及碰撞后过程的复杂历史。尽管黎府褶皱带及周缘已有大量地质研究，但清坎地区湄公河急流的岩性特征、构造框架及其构造意义仍知之甚少。这些急流由侵入于沉积层和凝灰岩序列中的闪长岩和花岗闪长岩岩脉构成，但其精确成因和地球动力学背景尚未解决。本研究通过综合野外填图、岩石学分析、全岩地球化学及构造解释，并结合地理信息系统支持，旨在重建清坎地区湄公河急流的构造历史并厘定其复杂岩性组合，以推进区域地质模型并构建湄公河跨境走廊构造过程的基础框架。
地质背景
清坎地区湄公河跨境急流出露了从泥盆纪至中生代的连续地层序列，在河流低水位时期，两岸基岩大面积出露，为相分析、地层测井和构造解释提供了良好的天然剖面。最老单元出露于清坎东南部的低矮丘陵，由泥盆纪至石炭纪的砂岩、页岩和燧石夹薄层碳酸盐岩构成，对应于 Nam Mahoran 组，记录了河流-浅海相沉积环境。向上序列过渡为二叠纪地层，包括 E-Lert 组和 Pha Dua 组。E-Lert 组由细砂岩、页岩和薄层灰岩互层组成，显示潮坪-浅海相沉积构造；Pha Dua 组以块状化石灰岩和泥灰岩为主，含缝合线、燧石结核和局部蒸发岩层，代表晚二叠世海侵期间的开放海相碳酸盐台地。在剖面顶部，局部接触变质作用使部分石炭纪—二叠纪岩石转变为角岩、石英岩和大理岩，与约 239 Ma 和 171±3 Ma 的花岗岩和闪长岩侵入体相关，标志着晚二叠世—侏罗纪该区从沉积主导向火成活动的热演化转变。
方法学
为全面理解湄公河急流的形成机制，本研究采用集成多学科方法，包括文献计量分析、野外调查、岩石学与地球化学分析及地理空间评估。野外工作于干季（2–4 月）在清坎地区湄公河急流开展，沿约 12 公里河段布设 7 个采样点，利用 GPS 记录坐标和高程，并使用 SedLog 3.1 进行石炭纪和二叠纪地层的详细地层测井，以识别相组合和解释沉积环境。在选定的露头测量构造产状，并通过 Visible Geology 生成极射赤平投影和玫瑰图以约束古应力模式。岩石学分析在孔敬大学技术系完成，对 30 个薄片采用 400 点计法确定矿物组成和结构特征。地球化学分析先使用 Olympus Vanta XRF 分析仪进行主量元素和微量元素初步筛选，再送样至 SGS（泰国）有限公司采用 Axios 模型定量分析主量氧化物，并使用 5300DV ICP-OES 和 NexION 300X ICP-MS 测定微量元素和稀土元素浓度。为补充地质分析，利用 Google Earth Pro 提取的数字高程模型（DEM）和 20 米等高线进行地形线理分析，并结合区域构造框架进行构造解释。
分析结果
野外观察与地层学
研究区沿湄公河泰国一侧展布，干季可通过沿岸步行和摩托艇勘探进行采样。7 个采样点覆盖了清坎地区湄公河的关键地层和构造变化。Kaeng Khut Khu 及其东南侧（Baan Tid Din Café）出露石炭纪—二叠纪接触带和发育的多组节理；Nam Ping Yai 河口（Pha Baen）为硅质碎屑岩-碳酸盐岩过渡带；下游 4 个点（社区企业当地渔业区）记录了岩相连续性和轻微变形。露头显示，Kaeng Khut Khu 地区由长英质、极细粒岩石（野外难分类）与纹层状页岩互层组成，具多向线理和石英、绿帘石、方解石、硫黄、黄铁矿等次生矿物脉。东侧 Nam Ping Yai 河口出露接触变质岩序列（矽卡岩化），包括大理岩、矽卡岩和极细粒岩石。中泥盆世—石炭纪沉积岩由含燧石砾石的砾岩、页岩、杂砂岩和化石灰岩构成，被解释为晚造山至造山后沉积。西侧露头（社区企业渔业区）对应 P2组，地层走向近南北，向东陡倾至近直立，由暗灰色—黑色细粒砂岩、粉砂岩和泥岩的互层组成，单层厚数厘米至近 2 米，显示韵律交替，具递变层理、透镜状-波状构造，解释为风暴影响的浅海或潮坪环境沉积。这些层含丰富植物碎屑、云母，少见正粒序，常见粘土撕裂屑，其精确时代因缺乏诊断性化石而存疑，但植物碎屑和结构不成熟性表明为河流-三角洲至近岸环境。
构造地质学
泰国东北部高地远离主要震源区，最近的潜在震源为泰老边境的 Tha Khaek 断裂带，该北西-南东向断裂在卫星影像中显著，1988 年和 1997 年分别记录 ML4.1 和 4.2 地震。研究区属黎府-碧差汶缝合带的一部分，该带是晚古生代—早中生代 Shan-Thai 与印支地块碰撞的边界，发育北-南、北北西-南南东和北北东-南南西向走滑断裂系，形成于复杂的右旋剪切应力场。岩性以中生代呵叻群沉积岩（砂岩、粉砂岩、泥岩，偶夹砾岩和火山岩）为主，上覆第四纪冲积层。因邻近主构造带，沉积序列广泛破裂和断裂。构造分析表明该区经历多期应力体制，产生明显线理方向和变形特征。在复杂带（Kaeng Khut Khu 的 1、2 号点），极射赤平投影和玫瑰图识别出北东-南西、北西-南东、北东东-南西西和北西西-南东东四组主要节理和裂缝，暗示多期变形历史。在西带（4–7 号点），线理主要呈北-南和北东东-南西西向，反映相对简单的构造演化。基于野外测量的节理和裂缝产状的应力分析揭示至少两期构造应力体制：第一期以北西向挤压应力（σ1）为特征，产生走滑断层和相关线理，与黎府-碧差汶缝合带的右旋剪切一致，对应印支造山运动；后续东西向伸展体制（σ3）由共轭节理组和张裂隙记录，指示晚中生代—新生代造山后松弛或局部应力再活化。应变分析显示以脆性变形为主，裂缝密度在北东-南西和北-南方向最高，对应变形集中带。
岩石学
清坎剖面岩石学分析揭示东西向的岩浆、接触变质和沉积过程的梯度变化。在 Kaeng Khut Khu 复杂带，火山碎屑岩（图 7a）由粗-细粒凝灰岩互层组成，含石英、钾长石、斜长石和不透明矿物，基质为细粒灰烬，代表与浅成长英质火山作用相关的火山碎屑密度流沉积。相邻的微花岗闪长岩和细晶岩侵入体（图 7b–d）显示细粒等粒结构，以石英、长石和角闪石为主，暗示浅部地壳缓慢冷却及后期与围岩页岩的水热相互作用。纹层状页岩具细粒石英-绢云母-粘土基质（图 7e）和石英-方解石-绿帘石脉，标志近侵入接触带的低级变质和流体蚀变。在东侧变质带（3 号点），Nam Ping Yai 河口发育白云质大理岩和钙硅酸盐矽卡岩（图 7f–g），矿物组合（透辉石、石榴石、符山石、透闪石-阳起石、硅灰石和磁铁矿）记录碳酸盐岩-凝灰岩原岩的高温接触变质。局部含红柱石的角岩（图 7h）显示斑状变晶结构，为低压热变质晕的快速加热产物，证实附近火成岩体的热影响（图 7i）。西带（4–7 号点）以细粒—极细粒砂岩、粉砂岩和粘土岩为主（图 7j–l），岩石学分类为岩屑至长石质杂砂岩，石英 30–50%，长石≤10%，岩屑可达 60%。分选差、棱角状颗粒和丰富基质指示短距离搬运和低能河流-三角洲至浅海环境沉积。次生石英、方解石和绿帘石脉，以及绿泥石和铁氧化物蚀变，反映成岩至低级变质叠加。整体上，综合岩石学数据勾勒出从东侧次火山和火山碎屑组合，经中部接触变质晕，至西侧未成熟硅质碎屑序列的渐进过渡，记录清坎段湄公河沿岸浅部岩浆-沉积系统的发展，受晚古生代侵入活动、水热蚀变和后期成岩改造控制。
地球化学
基于全部岩石样品的地球化学分析结果，按研究带进行归类。带 1（Kaeng Khut Khu，1 号点）为极细粒浅成侵入火成岩，根据主量氧化物（SiO2对 Na2O+K2O）分类为流纹岩、英安岩和粗面英安岩（图 8a）；按 Nb/Y 和 Zr/Ti 比值判别为英安岩、流纹英安岩和安山岩（图 8b）。主量氧化物投图于 FeO-(Na2O+K2O)-MgO 三元图（图 8c）和 SiO2对 FeO/MgO 图（图 8d）均表明这些岩石属钙碱性岩浆系列。Kaeng Khut Khu 地区长英质岩石（具均一和非均一结构）为准铝质，与弧环境相关（图 9a–b），微量元素判别图（图 9c–f）进一步证实形成于火山弧构造背景。侵入岩和火山碎屑岩的球粒陨石标准化稀土元素配分模式相似（图 10a），并与邻区侵入体（Jiang et al., 2021; Nualkhao et al., 2018）可对比，显示轻稀土富集，重稀土相对轻稀土中等分异（LREE/HREE = 9.64–13.66, LaN/YbN= 10.06–15.89），无 Eu 异常（图 10a），与老挝西北部二叠纪—三叠纪火山岩（Qian et al., 2016; Shi et al., 2019）和泰国东北部二叠纪—三叠纪埃达克岩（Kamvong et al., 2014）模式一致，可能形成于古特提斯洋板块俯冲起始阶段（图 10b）。原始地幔标准化微量元素蜘蛛图（图 10d）显示所有长英质火山岩样品具显著的 Nb、Ta、Ti 亏损和高 LILE/HFSE 比值，与弧火山岩特征一致（Sun & McDonough, 1989）。带 2（近 Kaeng Khut Khu，2 号点）因发育大量裂缝、轻微断层（断层角砾、硫替代）及岩石基质中不透明矿物广泛替代，地球化学结果可靠性较低。带 3（最东，3 号点）为接触变质岩，分析样品包括大理岩、石榴石-辉石矽卡岩和角岩/斑点板岩。白云质大理岩样品显示高 CaO（54.32 wt%）和 MgO（40.98 wt%），少量 SiO2、Fe2O3和 MnO，成分主要为方解石和白云石（白云大理石）。石榴石-辉石矽卡岩化学成分为：SiO252.61 wt%、TiO20.73 wt%、Al2O312.33 wt%、Fe2O35.78 wt%、MnO 0.15 wt%、MgO 2.65 wt%、CaO 21.09 wt%、K2O 0.62 wt%、Na2O 3.90 wt%、P2O50.15 wt%，与偏光显微镜下矿物组成吻合。SiO2-CaO-MgO 比值将这些岩石划分为纯大理岩（极低 SiO2）和钙硅酸盐大理岩（稍高 SiO2、较低 MgO）。CaO-(Fe2O3+MnO)-MgO 比值表明白云质大理岩源自镁质碳酸盐岩（高 CaO、MgO，低 Fe2O3+MnO），而矽卡岩来自铁质碳酸盐岩（铁含量较高）。角岩/斑点板岩富 SiO2（66.37 wt%）和 Al2O3（19.44 wt%），另含 MgO（2.63 wt%）、K2O（6.38 wt%）、Na2O（2.96 wt%）及少量 TiO2、Fe2O3、CaO、P2O5，地球化学结果与细粒基质中铝硅酸盐（红柱石）斑晶的存在一致，指示泥质岩变质成因。低 logSiO2/Al2O3（0.53）和 logFe2O3/K2O（?0.81）值表明确实页岩为原岩。带 4（最西，4–7 号点）覆盖二叠纪细粒、暗色沉积岩。地球化学分析利用 Log(SiO2/Al2O3) 和 Log(Fe2O3/K2O) 比值将其分类为页岩和铁质页岩（图 11a），进一步按 SiO2和 Al2O3/TiO2比值判别物源主要来自中性火山岩，少量长英质和镁铁质贡献（图 11b）。微量元素分布（TiO2、Fe2O3、MgO 含量）及 Fe2O3+MgO 对 Al2O3/SiO2（图 11c）和 Fe2O3+MgO 对 TiO2图（图 11d）表明沉积岩主要源自大洋和大陆弧环境，俯冲驱动岩浆活动形成中性和长英质火山岩。沉积岩极低 SiO2（46.28–60.92 wt%）和低碱度比值反映弧相关构造背景典型特征，源区以火山和火山碎屑物质为主，含显著镁铁质和中性岩性。
气候与构造对岩相发育的控制
清坎地区湄公河急流的长期演化受构造变形和热带季风气候共同作用控制。气候上，该区属热带季风体制，湿季（5–10 月）和干季（11–4 月）分明，年均降雨 1200–1600 mm，雨季相对湿度超 75%。这种季节性变化产生交替的高-低能沉积相，反映于粗砂岩-粉砂岩相和细粒纹层相的互层。湄公河委员会水文数据显示流量波动于 1000–12000 m3/s，8–9 月峰值流量驱动基岩下切、冲刷面和沿构造弱带的快速侵蚀。构造上，研究区位处黎府褶皱带，属印支地体西缘一部分，经历古特提斯洋闭合及印支、燕山期造山运动多期变形。持续的新构造活化和区域抬升产生断层控制河谷和多向节理组，决定河道方向、差异侵蚀和急流定位。这些构造不连续面也是热液流体通道，导致硅化和硫化物矿化，硬化某些基岩单元并增强其抗河流侵蚀能力。综合而言，气候和构造因素共同塑造清坎地区构造-气候岩相格架：构造变形建立沉积的结构架构和可容空间，季风气候调控能量体制和沉积物供给。 resulting 岩相序列——从粗粒、槽状交错层理河流砂岩至细粒、纹层状粉砂岩和硅化凝灰岩——记录了叠加于变形基底之上的交替高-低能沉积事件。因此，湄公河急流的现今地貌和岩相分布是对构造抬升和季风水动力在活动大陆边缘环境中的耦合响应。
关于产出与构造演化的讨论
地质上，清坎湄公河急流位于黎府-碧差汶褶皱带中段，是东、西域之间的关键构造过渡带。与早期区域综合研究将该区泛称为黎府褶皱带序列不同，本研究识别出四个鲜明岩相组合，细化本地层框架：（1）中泥盆世—石炭纪细粒—粗粒碎屑单元；（2）二叠纪浅海沉积岩；（3）二叠纪—三叠纪至侏罗纪长英质火山碎屑岩和火山岩；（4）沿侵入边界的接触变质岩。该集成岩相分类得到详细岩石学和构造分析支持，揭示清坎此前未报道的局部接触变质、热液硅化和同构造变形新证据，成果细化了对该区构造-岩浆演化的理解，指示湄公河急流不仅出露黎府褶皱带侵蚀面，也揭露了晚古生代—早中生代大陆碰撞期间
