南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义_石学法

２０１１年４月 海洋地质与第四纪地质 Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．２第３１卷第２期 ＭＡＲＩＮＥ　ＧＥＯＬＯＧＹ　＆ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ　ＧＥＯＬＯＧＹ　Ａｐｒ．，２０１１ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１１４０．２０１１．０２０５９
南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义
石学法，鄢全树
（海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室，国家海洋局第一海洋研究所，青岛２６６０６１）
摘要：基于已发表的和可利用的岩石学及地球化学数据，评述了南海地区新生代（特别是新生代海底扩张停止（１７或１５．５Ｍａ）以来）岩浆活动的地球化学特征及其成因，并讨论了其深部地球动力学背景及其对南海形成演化的构造意义。

南海新生代早期（６０～４３Ｍａ或３２Ｍａ）的岩浆活动呈现双峰式特点，主要出现在南海北缘一系列古近纪盆地内。

晚渐新世—中中新世（３２～１７或１５．５Ｍａ）的岩浆活动主要出现在南海盆扩张中心处，与此同时，南海洋盆之外的地区却处于一个“岩浆活动宁静期”。

扩张期后（１７或１５．５Ｍａ以来）的岩浆活动影响着南海及周缘地区的广泛地区（包括南海北缘珠江口盆地、北部湾、中南半岛以及南海盆本身），但岩浆量不大，其中，１７～８Ｍａ的岩浆活动性质主要呈现拉斑玄武质系列，而８Ｍａ以来主要为碱性玄武岩系列。

南海北缘早期岩浆活动性质反映其处于一个伸展的构造背景，可以很好地响应印度－亚洲碰撞的远场（ｆａｒ－ｆｉｅｌｄ）效应，可能与地幔柱有关。

扩张期后的岩浆活动主要与海南地幔柱有关。

此外，在板块构造的框架下，海南地幔柱对南海北缘的伸展裂解及南海新生代海底扩张也扮演了一个重要的次级角色，类似于冈瓦纳大陆裂解时地幔柱的作用。

本文最后指出，南海遗迹扩张中心处岩浆活动与东太平洋海隆（ＥＰＲ）洋脊旁遗迹扩张中心处的岩浆作用类似，可能是一种新的岩浆活动类型，其地球动力学背景尚不清楚；对南海遗迹扩张中心处岩浆活动的研究，将是解决南海构造演化的关键科学问题之一。

关键词：新生代岩浆活动；构造演化；海南地幔柱；遗迹扩张中心；南海
中图分类号：Ｐ７３６．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５６－１４９２（２０１１）０２－００５９－１４
南海是西太平洋地区最大的边缘海之一，是在西太平洋俯冲带后撤和菲律宾板块北移之后开始形成的，并在印－澳板块北移形成爪哇一线的海沟时停止。

自古生代以来，南海及周缘地区经历了复杂的构造演化过程，南海也是东南亚板块构造重建中的一个焦点地区，截至目前，已经获得了一些重要的研究成果［１－１９］。

在新生代期间，南海及周缘地区的构造演化明显受到了周缘大板块运动的影响（如印－澳板块与亚洲板块之间的碰撞以及太平洋板块的后撤）。

Ｌｅｅ和Ｌａｗｖｅｒ［９］、Ｈｏｎｚａ［１０－１１］和Ｈａｌｌ等［１４－１６］细致地讨论了包括南海在内的东南亚地区的新生代构造演化。

基于海底洋壳磁异常的解释，Ｔａｙｌｏｒ和Ｈａｙｅｓ［３－４］指出南海海底扩张期为３２～１７Ｍａ，随后被调整为３２～１５．５Ｍａ［８］，这是目前被广泛接受的观点。

有关南海的扩张模式以及动力学背景，特别是在东亚海盆与西南亚海盆的扩张时代上存在明显争议［１，３－４，７－８，１７，２０］。

基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（２００８ＦＹ２２０３００）；中国博士后科学基金项目（２００９０４５０１３４８）；山东省博士后创新项目专项资金（２００８０２００７）；国家海洋局第一海洋研究所基本科研业务费专项资金（ＧＹ０２－２００８Ｇ３８）；山东省泰山学者建设工程专项项目作者简介：石学法（１９６５—），男，研究员，从事海洋沉积与海底岩石学研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｆｓｈｉ＠ｆｉｏ．ｏｒｇ．ｃｎ
收稿日期：２０１０－１１－０７；改回日期：２０１０－１２－２４．　文凤英编辑
众所周知，作为地球深部“探针”，与岩石圈板块运动伴随的岩浆活动在板块构造重建及揭示区域构造演化中扮演着重要角色。

在以前的东南亚（特别是南海地区）的板块重建模型中，岩石学资料很少被包括进来。

周蒂等［２１］和Ｙａｎ等［２２］系统总结了中生代—新生代岩浆活动的时空分布，然而并没有细致讨论和对比它们的岩石成因。

同时，近年来不断增加的新的岩石学数据，可以有助于我们进一步理解南海新生代岩浆活动的特点，并为正确揭示南海构造演化规律提供基础资料。

本文的目的是在评述南海及周边地区可利用的岩石学资料基础上，探讨其岩石成因并揭示其构造意义。

１　地质背景
南海位于欧亚板块、菲律宾板块（或太平洋板块）与印澳板块之间（图１），南海及其邻区的地质特征可反映围绕在其周围的岩石圈板块的构造变动。

南海可被划分为３个主要部分：南海北缘、洋盆及南缘。

南海周缘显著的地貌学标志是：西部的越东断裂、南部的礼乐滩北缘的陡崖、东部的马尼拉海沟以及北缘的从陆向海的平滑过渡。

南海西缘是一个走滑－拉分带，发育着一系列的含油（气）盆地。

越东断
海洋地质与第四纪地质２０１１年　
裂是本区域的主控构造，其是否为红河断裂的向海延伸段还存在争论。

越东断裂及其向南延伸的准确解释将有助于揭示新生代伊始的印度－亚洲碰撞的远场效应（Ｆａｒ－ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ）是否抵达了婆罗洲［７，１６，２３］。

南海南缘是一个挤压碰撞带，由于印澳板块前缘与巽他大陆之间的碰撞且伴随着婆罗洲的逆时针旋转［１４］，晚中生代存在于东南亚块体东缘的古南海开始俯冲于婆罗洲之下。

尽管南沙海槽或西北婆罗洲海槽的性质仍然还在争论中［２，２４－２６］，但是海槽及婆罗洲陆地上的地质特征（如代表洋壳俯冲的蛇绿岩的出露）似乎记录了古南海的这一俯冲事件［２５］。

南海东缘是一个俯冲挤压带，新生代海底扩张期形成的南海洋壳正在向东俯冲于菲律宾板块之下，并在吕宋与台湾之间发育了弧火山链［２７－２８］。

位于华南褶皱带与陆－洋过渡带之间的南海北缘处于构造伸展背景，自新生代以来发育了几个裂陷盆地［１７，２９－３１］，如广东境内的三水盆地、连平盆地和河源盆地、珠江口盆地、台西南盆地以及琼东南盆地等。

南海新生代洋盆位于以３　０００ｍ等深线为界的深水区，其中包括西北亚盆、东亚盆以及西南亚盆。

基于地球物理学资料，南海盆洋壳及大陆坡厚度分别为８～１２ｋｍ和１０～２０ｋｍ，整个洋盆的弹性厚度小于６ｋｍ［３２］，而且，在洋盆内分布着扩张期后形成的、主要由碱性玄武岩组成的海山［３４－３６］，尤以分布在遗迹扩张中心（ｆｏｓｓｉｌ　ｓｐｒｅａｄｉｎｇ　ｃｅｎｔｅｒ）处的Ｓｃａｒｂｏｒ－ｏｕｇｈ海山链为最显著。

此外，南海内散落着以大陆性质为基底的几个微陆块［３６－３７］，如中沙地块、西沙地块、南沙地块以及礼乐滩－东北巴拉望地块等，它们对于理解南海前新生代构造演化有着重要意义。

２　新生代岩浆活动特点
自晚中新世末或古新世早期（大致与５６Ｍａ时印度板块楔入欧亚板块［３８］同时）以来，南海内散落的微陆块开始裂解并随后裂离开华南块体，从那时起直到现在，南海北缘处于伸展的构造背景，形成了一系列的裂谷化或裂陷盆地。

在新生代早期，双峰式火山活动出现于这些盆地内［２９－３１，３９］。

南海海底扩张时期（３２～１５．５Ｍａ［８］），南海周缘几乎没有岩浆活动，为岩浆活动宁静期。

在海底扩张之后，虽然岩浆绝对量不大，但大规模（面积上）的岩浆活动影响着南海及其邻近的广泛区域（图１），如珠江口盆地［２９］、雷琼半岛［３３，３９－４３］、北部湾［４４－４５］、中南半岛［４６－４９］、礼乐滩和南沙群岛［３３，５０］、吕宋岛弧［２７－２８］以及南海盆内部［３４－３５，５１］。

２．１　南海北缘
许多学者对南海北缘的第三系裂陷盆地（如珠江口盆地以及广东省境内的三水盆地、连平盆地和河源盆地）、雷琼半岛以及北部湾地区进行了研究：（１）在这些第三系裂陷盆地的油气钻井中发现存在双峰式火山岩的层位，如三水盆地内的喷发时间为６４～４３Ｍａ［５２］（Ｋ－Ａｒ定年方法）或６０～４３Ｍａ［３１］（锆石Ｕ－Ｐｂ定年），珠江口盆地内的喷发时间为５１．６～２４．６Ｍａ［２９］（Ｋ－Ａｒ定年方法）。

岩相学上，喷出岩石的岩性相对复杂，如在珠江口盆地内，包括流纹岩、流纹质浮岩、英安质浮岩、英安岩、石英拉斑玄武岩以及少量的安山岩，此盆地内的碱性玄武质岩浆活动开始于１７．１Ｍａ［２９］（Ｋ－Ａｒ定年），与此同时，海底扩张几乎结束且南海洋壳已经开始在台湾之下俯冲消减。

（２）雷琼半岛内，喷发了大规模（面积及体积上）的基性火山岩。

主要岩性包括石英拉斑玄武岩和碱性玄武岩。

火山作用年龄为１６．７～１１．７Ｍａ（石英拉斑玄武岩）及＜６．６Ｍａ（石英拉斑玄武岩）和４～６Ｍａ（碱性玄武岩）及＜１Ｍａ（碱性玄武岩）［３９］（Ｋ－Ａｒ定年方法）。

（３）在北部湾地区，仅仅有碱性玄武质岩浆活动的报道，其定年时间为５．４～２．７Ｍａ［４４］（Ｋ－Ａｒ定年方法）以及第四纪［４５］（１４　Ｃ定年方法）。

总之，南海北缘具双峰式的早期火山作用主要出现在裂谷化盆地内，晚阶段海底扩张停止后的基性岩浆（１７Ｍａ至今）出现在南海北缘的大面积区域内。

２．２　中南半岛
南海扩张停止后不久的板内岩浆作用也影响着中南半岛内的大片区域［４６－４８］。

火山作用的年龄如下：Ｋｈｏｒａｔ高原的碱性玄武岩和夏威夷岩为０．９Ｍａ［４８］（Ｋ－Ａｒ定年方法）；以下来自越南地区［４７］（Ａｒ－Ａｒ定年方法）：（１）Ｄａｌａｔ带的石英拉斑玄武岩为１７．６～７．９Ｍａ；（２）Ｐｈｕｏｃ　Ｌｏｎｇ地区的石英拉斑玄武岩和橄榄玄武岩为＜８～３．４Ｍａ；（３）Ｂｕｏｎ　ＭａＴｈｕｏｔ地区的碱性玄武岩和橄榄拉斑玄武岩为５．８～１．６７Ｍａ；（４）Ｐｌｅｉｋｕ地区的石英拉斑玄武岩、橄榄拉斑玄武岩以及碱性玄武岩为４．３～０．８Ｍａ；（５）Ｘｕａｎ　Ｌｏｃ区的石英拉斑玄武岩、橄榄拉斑玄武岩以及碧玄岩为０．８８～０．４４Ｍａ；（６）Ｉｌｅ　ｄｅｓ　Ｃｅｎｄｒｅｓ地区的橄榄拉斑玄武岩为０．８～０Ｍａ。

总之，从１７Ｍａ到现在，岩浆碱度逐渐增强，而直到６Ｍａ碱性岩浆活动才开始。

０６
　第２期 石学法，鄢全树：
南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义图１　南海及邻区的地质及新生代岩浆活动分布简图
ＰＲＭＢ－珠江口盆地；ＢＢＧ－北部湾；ＳＳＢ－三水盆地；ＨＹＢ－河源盆地；ＬＰＢ－连平盆地；ＷＩ－涠洲岛；ＬＱＰ－雷琼半岛；
ＫＰ－Ｋｈｏｒａｔ高原（泰国）；ＲＲＦ－红河断裂。

南海内海山玄武岩的圈定区域是３　
０００ｍ等深线（类似于南海陆洋的分界线的标准）Ｆｉｇ．１　Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｍａｐ　ｏｆ　ｇｅｏｌｏｇｙ　
ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｅｎｏｚｏｉｃ　ｉｇｎｅｏｕｓ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｓｅａ　ａｎｄ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ｒｅｇｉｏｎｓ２．３　礼乐滩及南沙群岛
Ｋｕｄｒａｓｓ等［５
０］
指出在本区域的３个站位处拖网获取了一定量的玄武质岩石，表明此处也存在着南
海扩张期后的岩浆活动。

获得了３个样品的年龄
值［５０］
（Ｋ－Ａｒ定年方法）
，气孔斑状玄武岩的年龄为０．４２Ｍａ，橄榄玄武岩的年龄为０．４７Ｍａ
，气孔状玄武岩为２．７Ｍａ。

因为许多位置发育有碳酸盐建造而不易取得火成岩岩石样品，因此，这些岩石可能取自该处的单面山的基底岩石裸露处［２６］。

基于地球
物理学资料，Ｈｕｔｃｈｉｓｏｎ和Ｖｉｊａｙ
ａｎ［２６］
指出在南沙海
槽（或西北婆罗洲海槽）存在几个孤立的火山，但并未取到样品，因此其形成年龄不清楚。

２．４　吕宋－台湾火山弧
位于南海东部的吕宋－台湾火山弧可被分为５
个片段：台湾段、巴布扬段、北吕宋段、巴塘段以及民
都洛段［
２７－
２８］，其中台湾段的弧火山作用启动最早。

本弧是在南海停止扩张后不久由南海洋壳的俯冲作用所导致的。

吕宋－台湾段火山弧主要出露有钙碱
性中酸性火山岩，其年龄已经被Ｄｅｆａｎｔ等［２
７－
２８］总结，即从１５Ｍａ至今。

２．５　南海盆
南海盆因其覆盖巨厚的沉积物，因此获取南海洋壳基底样品变得相当困难。

截止目前，尚没有洋
壳岩石样品的相关报道。

即使是ＯＤＰ１８４航次［５
３］
，也几乎没有报道有关南海基底的信息。

王贤觉
等［５１］和鄢全树等［３４］
及Ｙａｎ等［３
５］报道了来自几个海山的玄武岩样品，王贤觉等的Ｋ－Ａｒ／Ａｒ－Ａｒ定年（无详细的定年工作实验流程）结果是１３．９Ｍａ（Ｄ８站位的橄榄拉斑玄武岩）、９．９Ｍａ（Ｄ９站位的粗面玄
１
６
海洋地质与第四纪地质２０１１年　
武岩和橄榄拉斑玄武岩）以及３．５Ｍａ（Ｄ１０站位的碱性玄武岩）；鄢全树等［３４］以及Ｙａｎ等［３５］报道的所有岩石样品为碱性玄武岩，其年龄范围为７．９～３．８Ｍａ（Ｋ－Ａｒ／Ａｒ－Ａｒ定年方法）。

总体上，从１３．９Ｍａ到３．５Ｍａ，岩浆活动的碱度逐渐增加，８Ｍａ以来，碱性岩浆活动开始占主导地位。

南海盆内板内岩浆性质的变化规律类似于中南半岛［４６，４８］和雷琼半岛［３９］。

由此看来，早期获得的一些岩石年龄需要重新修正，有些年龄值甚至没有具体的分析测试程序的描述。

以上已有的年代学及岩石学特征显示，南海北缘早期的双峰式火山活动响应了裂谷化的被动边缘；在新生代海底扩张时期，南海盆周边地区几乎没有发生岩浆活动；扩张停止之后，大规模（面积上）的板内火山活动出现于南海及周边地区，与此同时，扩张期形成的洋壳也开始在台湾－吕宋一线俯冲形成火山弧链。

３　新生代火山岩的地球化学特征及岩石成因
Ｋｕｄｒａｓｓ等［５０］描述了来自礼乐滩和南沙群岛的玄武质岩石样品的岩性并提供了Ｋ－Ａｒ年龄，但没有提供详细的测年方法以及主微量和同位素地球化学数据。

其中一些样品后来被Ｔｕ等［３３］所报道，因此，这些样品接下来将被当做南海盆的一部分进行讨论。

吕宋－台湾一线的火山弧岩石的地球动力学背景已比较清楚［２７－２８］。

此外，由于中国广东省境内的连平、河源及三水盆地的构造背景类似于珠江口盆地，因此，将对广东岸外的珠江口盆地内的新生代岩浆活动进行讨论。

３．１　主量元素
在ＴＡＳ（全碱ｖｓ．ＳｉＯ２）图解［５４］中，（１）珠江口盆地内的早期火山岩（＞１７Ｍａ）都属于钙碱性系列，并显示基性端员＋酸性端员的双峰式分布样式。

晚期火山岩（＜１７Ｍａ）属于碱性系列（图２）。

主量元素特征可能反映了珠江口盆地内新生代岩浆活动的以下演化趋势：即随着岩浆作用年轻化，来自深部地幔物质逐渐增多［２９］。

这不仅反映了整体上岩石圈伸展的构造背景，同时也反映出深部的地球动力学背景发生了变化。

（２）来自北部湾的所有火山岩是基性岩石，位于ＴＡＳ图上的碱性区域内（图２）。

ＭｇＯ与其他氧化物含量之间的关系并不明显［４５］。

（３）雷琼半岛的火山岩属于基性系列，既有碱性系列也有亚碱性系列（图２）。

然而，早期的火山岩（＞６Ｍａ）主要是拉斑玄武岩（亚碱性系列），而晚阶段（６Ｍａ以来）的碱性和拉斑玄武岩之岩浆同时喷出［３９，４１，４３］。

（４）中南半岛的火山岩主要为玄武质岩石，还包括少量的更分异种类如玄武质安山岩。

越南玄武岩既有碱性也包括亚碱性岩石，而泰国的Ｋｈｏｒａｔ高原玄武岩全为碱性系列（图２）。

（５）来自南海盆的海山玄武岩都属于玄武质系列，它们在ＴＡＳ图上主要位于碱性系列区，少量为亚碱性系列。

如早期火山岩（＞８Ｍａ）主要是以拉斑玄武岩（亚碱性系列）为主［３３］，而晚阶段（＜８～０．５Ｍａ）则为碱性玄武岩［３３－３４］。

晚阶段碱性玄武岩的主微量元素与ＭｇＯ含量呈现明显的相关性，基本遵循橄榄石和橄榄石＋单斜辉石的分离结晶作用和／或堆晶作用［３４］的一般岩浆演化规律。

图２　南海及周边地区新生代火山岩
ＴＡＳ（ＳｉＯ２ｖｓ．Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）及碱性判别图解［５４］
Ｐｃ－苦橄玄武岩；Ｂ－玄武岩；Ｏ１－玄武质安山岩；Ｏ２－安山岩；
Ｏ３－英安岩；Ｒ－流纹岩；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；
Ｐｈ－响岩；Ｉｒ－区分碱性和拉斑质岩浆系列的Ｉｒｖｉｎｅ线［５５］。

ＰＲＭＢ－珠江口盆地，ＢＢＧ－北部湾盆地，ＬＱＰ－雷琼半岛，
ＩＣＢ－中南半岛，ＳＣＳ－南海
Ｆｉｇ．２　ＴＡＳ（ＳｉＯ２ｖｓ．Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）ａｎｄ　ａｌｋａｌｉｎｅ
ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ｄｉａｇｒａｍ　ｆｏｒ　Ｃｅｎｏｚｏｉｃ　ｖｏｌｃａｎｉｃ　ｒｏｃｋｓ　ｉｎ
ｔｈｅ　ＳＣＳ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ａｒｅａｓ
３．２　微量元素
微量元素特点体现在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图３）及球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（图４）上。

（１）珠江口盆地的早期（＞１７Ｍａ）火山岩（包括玄武质岩石和流纹质岩石）显示了类似的微量元素特征，即富集大离子亲石元素（ＬＩＬＥ）和亏损高场强元素（ＨＦＳＥ）（图３ａ），类似于典型的岛弧玄武岩（ＩＡＢ）特
２６
　第２期 石学法，鄢全树：
南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义图３　南海及周边地区新生代火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图
原始地幔微量元素丰度来自文献［５６］。

（ａ）珠江口盆地（ＰＲＭＢ）；（ｂ）北部湾（ＢＢＧ）；（ｃ）雷琼半岛；（ｄ）中南半岛；（ｅ
）南海盆Ｆｉｇ．３　Ｓｐｉｄｅｒ　ｄｉａｇｒａｍｓ　ｓｈｏｗｉｎｇ　
ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ　ｍａｎｔｌｅ－ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　ｔｒａｃｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｂｕｎｄａｎｃｅｓ　ｏｆＣｅｎｏｚｏｉｃ　ｖｏｌｃａｎｉｃ　ｒｏｃｋｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＳＣＳ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｄｊ
ａｃｅｎｔ　ａｒｅａｓ征［５６］
；晚期（＜１７Ｍａ）的火山岩显示了富集ＬＩＬＥ和ＨＦＳＥ（图３ａ），类似于典型的ＯＩＢ特征［５
６］
，而且，虽然两者并没有呈现负Ｅｕ异常，但晚期火山岩比早期火山岩显示了更大的轻重稀土（ＬＲＥＥ
／ＨＲＥＥ）分馏（图４ａ），如早期和晚期火山岩的（Ｌａ／Ｙｂ）Ｎ比值分别为１
６．５和７．７。

（２）除了少量几个样品显示Ｔｈ、Ｕ亏损外，北部湾的大部分样品显示了富集ＬＩＬＥ及ＨＦＳＥ（如Ｎｂ、Ｔａ和Ｐ等）（图３ｂ
），类似于典型ＯＩＢ的特点［５
６］。

所有样品显示巨大的ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ分馏（（Ｌａ／Ｙｂ）Ｎ比值为１
１．９～２７．０），且没有负Ｅｕ异常（图４ｂ）。

（３）
朱炳泉和王慧芳［３９］
的报道并没有提供雷琼半岛早期火山岩（＞６Ｍａ
）的微量元素数据，除了少数几个样品外，所有其他的样品都显示ＬＩＬＥ和ＨＦＳＥ的富集（图３ｃ
），类似于北部湾的样品，具典型的ＯＩＢ的特征［５
６］。

所有样品显示了较大的ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ分馏（（Ｌａ
／Ｙｂ）Ｎ比值为５
．８～２１．７），无负Ｅｕ异常（图４ｃ）。

从拉斑玄武岩到碱性玄武岩，ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ分馏程度是增加的，反映源区岩石部分熔融程度的差异，雷琼半岛晚期（＜６Ｍ
ａ）玄武岩的ＲＥＥ组分类似于典型ＯＩＢ特征［５６］。

（４
）几乎所有来自中南半岛的新生代火山岩皆显示了ＬＩＬＥ和ＨＦＳＥ（Ｎｂ、Ｔａ、Ｐ及Ｔｉ等）的富集（图３ｄ），整体样式类似于ＯＩＢ特点［５
６］。

本区的样品显示了轻稀土（ＬＲＥＥ）
的多变富集（如越南玄武岩和Ｋｈｏｒａｔ高原玄武岩的（Ｌａ／Ｙｂ）Ｎ比值范围分别为４．８～５９．９和３．５～３５．１），没有明显的Ｅｕ异常（图４ｄ）。

（５
）总体上，南海盆玄武岩显示了ＬＩＥＬ和ＨＦＳＥ（如Ｎｂ、Ｔａ及Ｔｉ）的富集以及Ｙｂ、Ｓｃ、Ｓｒ与生热元素如Ｋ、Ｕ及Ｔｈ等的亏损（图３ｅ
），类似于板内ＯＩＢ的微量元素特点，
但明显不同于ＭＯＲＢ和ＩＡＢ［５
６－
５７］。

３
６
海洋地质与第四纪地质２０１１年
图４　南海及周边地区新生代火山岩的稀土元素（ＲＥＥ）Ｃ１型球粒陨石标准化配分图
Ｃ１型球粒陨石稀土数据来自文献［５６］。

（ａ）珠江口盆地（ＰＲＭＢ）；（ｂ）北部湾（ＢＢＧ）；（ｃ）雷琼半岛；（ｄ）中南半岛；（ｅ）南海盆Ｆｉｇ．４　Ｃ１ｃｈｏｎｄｒｉｔｅ－ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　ＲＥＥ　ａｂｕｎｄａｎｃｅｓ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｃｅｎｏｚｏｉｃ　ｖｏｌｃａｎｉｃ　ｒｏｃｋｓ
ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＳＣＳ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｄｊａｃｅｎｔ　ａｒｅａｓ
这些样品的Ｃｅ／Ｐｂ及Ｎｂ／Ｕ比值［３４］靠近原始地幔［５８－５９］，且明显高于上地壳平均值［６０］。

除了两个拉斑玄武岩显示ＬＲＥＥ亏损特征外，来自南海的所有其他样品都显示了ＬＲＥＥ的富集（（Ｌａ／Ｙｂ）Ｎ＝１０．３～２３．９）及无Ｅｕ异常（图４ｅ），表明源区岩石的部分熔融程度较低。

３．３　Ｓｒ－Ｎｄ－Ｐｂ同位素
Ｓｒ、Ｎｄ及Ｐｂ同位素特征显示在图５和６中。

为了对比，同时将来自中国东南的新生代玄武岩数据［６５－６６］进行了投点。

（１）珠江口盆地早期火山岩的源区（（８７　Ｓｒ／８６　Ｓｒ）ｉ＝０．７０５　６９，（１４３　Ｎｄ／１４４　Ｎｄ）ｉ＝０．５１２　５４）要比晚期火山岩的源区（（８７　Ｓｒ／８６　Ｓｒ）ｉ＝０．７０３　９６，（１４３　Ｎｄ／１４４　Ｎｄ）ｉ＝０．５１２　８９）更富集。

Ｓｒ－Ｎｄ－Ｐｂ数据投点于南海北缘的整个区域内（图５和６）。

（２）（８７Ｓｒ／８６　Ｓｒ）ｉ比值（０．７０３　５２～０．７０４　４３）和（１４３　Ｎｄ／１４４　Ｎｄ）
ｉ
比值（０．５１２　８０～０．５１２　９１）较为集中但有少量的变化（图５），结合Ｐｂ同位素组分巨大变化（图６），发现北部湾地区的源区存在不均一性。

Ｐｂ数据被投点于北半球参考线（ＮＨＲＬ）［６７］右侧，且位于亏损地幔（ＤＭＭ）与富集地幔ＩＩ（ＥＭＩＩ）之间的ＯＩＢ区域内（图６）。

（３）在不同岩石系列（如碱性系列与亚碱性系列）之间，雷琼半岛新生代玄武岩显示了Ｓｒ－Ｎｄ同位素组分的变化（图５），且以极端放射性成因Ｐｂ同位素为特征。

所有样品被投点于ＮＨＲＬ之上的Ｄｕｐａｌ　Ｐｂ异常区域内（图６）。

（４）越南玄武岩比Ｋｈｏｒａｔ高原玄武岩具有更大的Ｓｒ－Ｎｄ同位素变化范围。

在Ｓｒ－Ｎｄ变化图解中，所有样品位于ＯＩＢ内，且位于ＤＭＭ与ＥＭＩＩ之间的区域（图５）。

中南半岛所有样品的Ｐｂ同位素投点区域均位于ＮＨＲＬ之上（图６），类似于来自南海北缘、南海盆及其他西太平洋边缘海盆［６８］的新生代玄武岩的Ｐｂ同位素组分。

（５）在图５中，南海盆新生代玄武岩显示了明显的负相关关系，它们被投于ＯＩＢ区域内，与以上提及的南海周缘新生代玄武岩一致，表明地幔源区存在两端元混合：ＥＭＩＩ＋ＤＭＭ［３４］。

在Ｐｂ同位素图解中（图６），所有样品位于ＮＨＲＬ之上且具有Ｄｕｐａｌ　Ｐｂ同位素特征［６７，６９］，且在给定的２０６Ｐｂ／２０４Ｐｂ值下具有更高的２０７　Ｐｂ／２０４　Ｐｂ和２０８　Ｐｂ／２０４　Ｐｂ，向着ＥＭＩＩ组分延伸。

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　第２期 石学法，鄢全树：
南海新生代岩浆活动的地球化学特征及其构造意义图５　南海及周边地区新生代火山岩的１４３　Ｎｄ／１４４　Ｎｄ　
ｖｓ．８７Ｓｒ／８６Ｓｒ图解ＤＭＭ，ＨＩＭＵ，ＥＭ１及ＥＭ２区域来自文献［６１］；ＯＩＢ数据来自文献［６２］；印度洋型ＭＯＲＢ（Ｉｎｄｉａｎ　Ｏｃｅａｎ－ｔｙｐ
ｅ　ＭＯＲＢ）来自文献［６３］．数据来源：雷琼半岛来自文献［３９，４０，４３］；中南半岛来自文献［４６，４８］；南海北缘来自文献［２９，４５
］；中国东南来自文献［６５，６６］；南海盆数据来自文献［３３，３４
］Ｆｉｇ．５　１４３　Ｎｄ／１４４　Ｎｄ　ｖｓ．８７Ｓｒ／８６Ｓｒ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｅｎｏｚｏｉｃ　ｖｏｌｃａｎｉｃ　ｒｏｃｋｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＳＣＳ　ａｎｄ　ａｄｊ
ａｃｅｎｔ　ａｒｅａ
ｓ图６　南海及周边地区新生代火山岩的２０７Ｐｂ／２０４Ｐｂ、２０８Ｐｂ／２０４Ｐｂ　
ｖｓ．２０６Ｐｂ／２０４
Ｐｂ图解ＤＭＭ，ＨＩＭＵ，ＥＭ１，ＥＭ２及印度洋型ＭＯＲＢ以及其他区域投点数据同图５。

ＮＨＲＬ是北半球参考线（数据来自来自文献［６４］），Ｄｕｐ
ａｌ　Ｐｂ异常区域来自文献［６７］；其他区域数据来源同图５Ｆｉｇ．６　２０７Ｐｂ／２０４Ｐｂ，２０８Ｐｂ／２０４Ｐｂ　ｖｓ．２０６Ｐｂ／２０４
Ｐｂ　ｄｉａｇ
ｒａｍ　ｏｆｔｈｅ　Ｃｅｎｏｚｏｉｃ　ｖｏｌｃａｎｉｃ　ｒｏｃｋｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＳＣＳ　ａｎｄ　ａｄｊ
ａｃｅｎｔ　ａｒｅａｓ５
６
海洋地质与第四纪地质２０１１年　
３．４　岩石成因
南海北缘一系列第三系裂陷盆地被认为是几乎同期且同成因的［１７，２９－３１］，因此这些盆地内火山岩岩石成因应该是类似的。

Ｃｈｕｎｇ等［３０］使用“双扩散”岩浆房模型来解释广东境内第三系盆地内的双峰式裂陷盆地的形成，但最近受到了Ｚｈｏｕ等［３１］的质疑。

后者基于新获得的数据指出，玄武质和流纹质岩浆可能都派生自一个共同的经历低程度部分熔融的富集地幔，但是两者却经历了不同的岩浆房过程（如围岩混染作用或分离结晶作用）。

珠江口盆地早期火山岩（＞１７Ｍａ）的主量元素组分也证实了本区存在双峰式火山岩套。

这些岩石标志性的Ｎｂ－Ｔａ亏损特征（图３ａ）类似于连平盆地的火山岩［３０］。

基于珠江口盆地内早期（＞１７Ｍａ）火山岩的地球化学特征，Ｚｈｏｕ等［３１］的模型可以很好地解释其岩石成因。

珠江口盆地内晚阶段（＜１７Ｍａ）火山岩的源区也是富集地幔，占主导的碱性玄武岩（如表现为高全碱含量以及ＬＲＥＥ的富集现象，图２和图４ａ）是由更深部富集地幔源区的低程度部分熔融产生的（如Ｚｈｏｕ等［３１］所提出的地幔柱），且受控于珠江口盆地的不断增加的裂解程度。

在岩浆上升到地表期间，岩浆并没有遭受到其他过程的明显修改。

珠江口盆地的盆地演化特征遵循着一般裂解盆地的演化历史，且火山活动演化历史实际上也响应了构造过程。

北部湾内相对早期（５．９～２．４Ｍａ）的玄武岩的微量元素地球化学特征表明其母质岩浆可能派生自原始地幔的部分熔融作用。

强烈的ＬＩＬＥ（图３ｂ）及ＬＲＥＥ的富集特征（图４ｂ）显示了它们的地幔源区仅仅经历了低程度的部分熔融作用。

Ｎｂ／Ｔａ比值接近原始地幔值［４４］，暗示岩浆在上升到地表期间并没有遭受地壳混染作用，这从一个侧面反映了上升速度较快。

北部湾内的涠洲岛第四纪玄武岩可被划分为两期：晚更新世和全新世。

尽管这两期玄武岩派生自相同的地幔源区，但玄武岩的Ｍｇ数据显示它们的岩浆性质存在一些差异［４５］。

地球化学特征显示晚更新世玄武岩是原始岩浆经历橄榄石＋斜长石的分离结晶作用演化而来的，而全新世玄武岩代表了低程度部分熔融所形成的原始岩浆。

微量元素特征显示这两期岩浆并没有遭受明显的地壳混染作用。

雷琼半岛相对早期的火山岩的同位素特征显示地幔源区具有ＭＯＲＢ与ＯＩＢ之间的过渡特征［３９］，可能派生自相对大程度的部分熔融作用。

对于本区晚期（＜６Ｍａ，特别是第四纪玄武岩）的火山岩来说，Ｔｕ等［４０］和Ｆｌｏｗｅｒ等［４１］提出它们的源区是岩石
圈下部增生的软流圈熔体，受到了派生自含极度放射性成因同位素的古老俯冲沉积物的熔体的叠加。

基于新获得的Ｓｒ－Ｎｄ－Ｐｂ和Ｕ－Ｔｈ同位素数据，Ｚｏｕ和Ｆａｎ［４３］近来指出海南第四纪玄武岩的ＥＭＩＩ地幔源区位于地幔过渡带附近或者更可能是下地幔，这与一些地球物理学家所识别出的海南地幔柱是一致的［７０－７１］。

微量元素特征（图３ｃ和４ｃ）反映海南第四纪玄武岩可由地幔源区（ＥＭ２＋ＤＭＭ，图５和６）的低程度部分熔融作用所产生。

在岩浆上升到地表期间，并没有遭受到地壳混染作用和分离结晶作用的明显影响。

对于越南玄武岩，Ｈｏａｎｇ等［４６］和Ｈｏａｎｇ与Ｆｌｏｗｅｒ［４７］提出大多数火山中心具有两次喷发事件。

早期岩套（橄榄拉斑玄武岩）是由难熔的（似岩石圈的）地幔的大程度部分熔融所形成，而晚期岩套（橄榄拉斑玄武岩、碱性玄武岩和碧玄岩）是由更富集的（似软流圈的）地幔的小程度部分熔融所形成。

然而这个模型并不能排除以下一个替代解释：即地幔源区中有地幔柱的卷入，且地幔柱是地幔源区模型内的ＥＭＩＩ端员的很好替代物。

在岩浆上升到地表期间，两个系列的岩套都遭受了明显的地壳混染作用和分离结晶作用［４６－４７］。

对于Ｋｈｏｒａｔ高原（泰国）玄武岩，基于放射性成因同位素组分，Ｚｈｏｕ和Ｍｕｋａ－ｓａ［４８］提出了两个地幔端员：一个是中等亏损的印度洋ＭＯＲＢ型同位素特征，另一个是似ＥＭＩＩ地幔端员，它们分别来自岩石圈地幔和软流圈地幔。

富集地幔端员（如海南地幔柱）与亏损岩石圈地幔之间的多变混染可合理解释本区玄武岩的放射性成因同位素特征。

微量元素特征（图３ｄ和４ｄ）显示它们是由地幔源区的小程度部分熔融作用所形成。

在岩浆上升到地表期间，它们并没有遭受明显的地壳混染，但是大多数样品反映岩浆经历了分离结晶作用（如橄榄石、单斜辉石和斜长石）［４８］。

南海盆的新生代碱性玄武岩同位素数据表明地幔源区存在两个端员（图５和６）：一为ＤＭＭ，另一个为ＥＭＩＩ，后者来自根源于下地幔或核幔边界的海南地幔柱［６６－６７］，而不是大陆岩石圈地幔（ＳＣＬＭ）［３３，４２］。

海南地幔柱在提供岩石圈地幔部分熔融作用所需要的热能的同时，也是物质（反映在微量元素和同位素上）的贡献者［３４］。

微量元素（图３ｅ和４ｅ）显示它们可能是由地幔源区低程度部分熔融作用所产生。

岩浆在上升到地表或囤积在高位岩浆房期间发生了分离结晶作用或堆晶作用，但没有遭受大陆地壳混染作用，这是与其喷发于洋壳之上的事实一致的［３４］。

此外，位于大陆坡处的岩石样品的
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