（构造地质学专业论文）南海海盆火成岩和变质岩的岩石学、地球化学特征及其地质意义.pdf

摘要 本文通过对取自南海海瓮的新生代玄武岩、中生代花岗岩以及变质岩样品所 开展的岩石鉴定和主量元素、微量元素分析，讨论有关岩石的地球化学特征及其 地质意义。 研究表明，南海海盆新生代玄武岩分为两类，一类为碱性玄武岩，镜下具有 典型的玄武岩矿物组合和结构特征，地球化学分析显示，碱性玄武岩微量元素和 稀土元素具有板内大洋岛屿玄武岩( o i b ) 特征；另一类为拉斑玄武岩，镜下具 有典型的拉斑结构，地球化学分析显示拉斑玄武岩的微量元素含量接近大洋中脊 玄武岩( m o r b ) 。 变质岩样品经镜下鉴定和主、微量元素分析判定其原岩为火山岩，原岩包括 中性火山岩与酸性火山岩两类。 ， 该区在中生代燕山期形成了花岗质侵入岩火山岩组合，并可分为中钾、准 铝和高钾、弱过铝两个系列，分别具有低s i 0 2 ，高a l 、f e 、m g 、c a 和高s i 0 2 ， 高k 、n a 的主量元素特征；两个系列的侵入岩火山岩全部为钙碱性。稀土和微 量元素特征显示两组岩石形成于火山弧或碰撞后的构造背景，但源岩在成因上具 有一定的区别。在其中一块花岗岩的显微薄片中观察到石英斑晶受挤压所形成的 压扁透镜体和公型剪裂隙，说明在花岗岩形成之后、南海海盆扩张之前经历过 挤压环境。 南海海盆花岗岩中的继承锆石u p b 年龄为6 5 6 m a ，说明南海海盆可能具有 新元古代变质结晶基底，与华南大陆沿海地区具有可比性。而且，南海海盆花岗 质侵入岩火山岩形成年龄上与华南南岭燕山期花岗岩的时代接近，与燕山期华 南诗洞广平岩体、佛冈岩体、粤东侵入岩和珠江口盆地下伏花岗质岩石的主、 微量元素对比显示，南海海盆花岗质侵入岩火山岩与华南燕山期花岗岩具有相 似的岩石地球化学特征，同为陆壳岩浆作用的产物；反映南海与华南大陆东部在 晚中生代处于相同的陆缘造山带构造背景。这一研究结果为南海扩张发生在陆缘 造山带基础之上以及海盆中仍存在陆壳提供了新的岩石学证据。 关键词：南海海笳玄武岩花岗岩变质岩地壳属性 a b s t r a c t t h es t u d i e sa r em a i n l yb a s e do np e t r o l o g ya n dg e o c h e m i s t r yr e s e a r c ho ft h e c e n o z o i cb a s a l t sa n dl a t em e s o z o i cg r a n i t o i da n dm e t a m o r p h i cr o c k sf r o mt h es o u t h c h i n as e ab a s i n s ( s c s b ) t od i s c u s st h e i rg e o l o g i c a ls i g n i f i c a n c e s t h e r ea r et w ot y p e so fc e n o z o i cb a s a l t s ：a l k a l i n o u sb a s a l ta n dt h o l e i i t i cb a s a l t s ， b o t h o ft h e mh a v e t y p i c a lm i c r o s c o p i c m i n e r a lc o m b i n a t i o na n ds t u c t u r e s g e o c h e m i s t r ys t u d ys h o w st h a tt h ea l k a l i n o u sb a s a l th a sa no i bs t y l er e ea n dt r a c e e l e m e n tp a t t e r n ，a n dt h et h o l e i i t eh a sam o r bs t y l er e ea n dt r a c ee l e m e n tp a t t e r n b ym i c r o s c o p i c i d e n t i f i c a t i o na n d m a j o ra n d t r a c ee l e m e n t a n a l y s i s ， m e t a m o r p h i cr o c k sh a v eb e e nf o u n da sl i g h tm e t a m o r p h i cn e u t r a l - a c i d i cv o l c a n i c r o c k s s t u d ys h o w st h a tt h e r ee x i s t st w og r a n i t o i di n t r u s i v e - v o c a n i c a lr o c k ss e r i e si n l a t em e s o z o i cf o r ms o u t hc h i n as e ab a s i n a l t h o u g hm e ya r eb o t hb e l o n gt o c a l c - a l k a l i n es e r i e s ，o n eg r o u pi sf e a t u r e dw i n ll o ws i 0 2 ，b u th i g ha i ，f e , m g , c a e l e m e n tc o n t e n t ，c o m p a r i n gw i lt h eo t h e rg r o u pc o n t a i n i n gh i g hs i 0 2a n dkn a e l e m e n t r e ea n dt r a c ee l e m e n ts t u d ys h o w st h a tt w og r o u p so fr o c k sw e r ed e r i v e d f r o mc r u s ti nav o l c a n i ca r co rp o s t - c o l l i s i o nt e c t o n i cs e t t i n g t h e r ee x i s t sa ”x ”s t y l e s h e a rf r a c t u r ei nar h y o l i t i cm e t a m o r p h i cr o c ks l i c e ，i n d i c a t i n gt h a tt h er h y o l i t i c v o c a n i c a lr o c k sh a dg o n et h r o u g hp r e s s i n gp r o g r e s sb e f o r et h es c s b ss p r e a d i n g d a t as h o w st h a taz i r c o nh a sa6 5 6 m au - p bi n h e r i t e da g ei nt h es c s bg r a n i t e , w h i c h p r o v e dt h es c sh a sap r c c a m b r i a nm e t a m o r p h i cc r y s t a l l i n eb a s e m e n ts i m i l a rt o t h es o u t hc h i n ac o a s t a la r e a s t h ef o r m a t i o no ft h eg r a n i t o i dr o c k sf o r ms c s bc a nb e m a t c h e dw i t ht h ey a n s h a n i a ng r a n i t o i dm a g m a sa c t i v i t i e si ns o u t hc h i n ai nt h el a t e m e s o z o i c b yg e o c h e m i c a lc o m p a r i s o n 丽t l lt h es h i d o n g - g u a n g p i n g ，f o g a n g , e a s t e r n g u a n g d o n ga n dt h ep e a r lr i v e rm o u t hb a s i ng r a n i t o i di n t r u s i v e - v o l c a n i cr o c k s ，s t u d y s h o w st h es c s br o c k sh a v es i m i l a rt r a c ee l e m e n ta n di s o t o p i cc h a r a c t e r i s t i c sw i t ht h e s o u t hc h i n ay a n s h a ng r a n i t e , w h i c hp r o v e st h es c sa n de a s t e r nc h i n ah a dt h es i m i l a r m a r g i n a lc o n t i n e n t a lo r o g e n i ct e c t o n i cb a c k g r o u n di nt h el a t em e s o z o i c p e t r o l o g ya n dg e o c h e m i s t r ys t u d i e so nt h es c s br o c k sp r o v i d en e we v i d e n c eo n n t h es u b j e c tt h a tt h e r ei sac o n t i n e n t a lc r u s te x i s t e n c ei nt h es o u t hc h i n as e ab a s i na n d t h es p r e a d i n go ft h eb a s i nh a p p e n e di nam a r g i n a lc o n t i n e n t a lo r o g e n i ct e c t o n i c b a c k g r o u n d k e yw o r d s ：s o u t hc h i n as e ab a s i n ；b a s a l t s ；g r a n i t o i dr o c k s ；m e t a m o r p h i cr o c k s ； c r u s t a ln a t u r e i i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：卜年6 月卜日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文的内容编入 有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法保存学位论文。 学位敝储虢禾 聊繇 日期：丫【矿年月i o n 日期：年月 e 1 1 1 论文选题意义概述 第一章前言 南海( t h es o u t hc h i n as e a ) 因其复杂的地质构造背景和富有争议的成因历 史，被称作天然的地质实验室。在其中散落着数个微陆块，被认为在古特提斯时 期曾是一个的整体，统称为“琼南地块 ( 姚伯初等，2 0 0 4 ) ，前人根据资料推测 这一区域存在古老基底( 姚伯初等，2 0 0 4 、2 0 0 6 ；刘昭蜀等，2 0 0 2 ；刘海玲等， 2 0 0 6 ；y a npe ta 1 ，2 0 0 1 ) 。但是以往的研究只能在南海周缘开展，主要利用钻孔、 地层学方法和手段，或者在深海通过电磁波的方法来进行科学研究，而缺乏岩石 学方面的直观证据( 例如李平鲁等，1 9 9 9 ：刘昭蜀等，2 0 0 2 ；k u d r a s se ta 1 ，1 9 8 6 ； t a y l o rb ，h a y e sde ，1 9 8 0 、1 9 8 3 ：h o l l o w a y ，1 9 8 2 ；s c h l u t e re ta 1 ，1 9 9 6 ) 。 近年来通过国家边缘海地质调查项目，已在南海海盆的海山上和海盆底部 ( 3 0 0 0 4 0 0 0 m ) 获得了大量的岩石样品。这些岩石中不仅包括新生代玄武岩样 品，也包括中生代的花岗质岩样品和一些变质岩样品( 例如邱燕等，2 0 0 8 ：鄢全 树等，2 0 0 8 、2 0 1 0 ) ，这就使得南海海盆被认为在新生代扩张而完全成为洋壳的 观点遭遇了挑战，从而驱动研究者去重新认识南海海盆的地壳属性以及其在地质 历史上与华南大陆之间的联系。 本文正是基于对这些来自南海海盆的火成岩、变质岩样品所进行的岩石学和 主量元素、微量元素地球化学方面的研究，以期对望南海海盆的岩石组成、矿物 学特征、地球化学属性等方面有一个直观的认识，并且在南海海箍地壳属性、构 造历史及其与华南大陆的联系等方面获得一些新的思考。 1 2 南海中、新生代区域构造演化的研究现状 南海中、新生代的区域构造演化史与印支大陆、中国华南大陆中生代的构造 事件密切相关。早中生代发生在中南半岛的陆陆碰撞( 印支运动) ，使华南在印 支期处于近南北向挤压状态，在华南形成了大规模的走向近东西的推覆构造，为 该地区早中生代的地质演化提供了重要的地球动力学来源( 黄汲清，任纪舜， 1 9 8 0 ；f a t u r ee ta 1 ，2 0 0 3 ；x i a ow e n j i a oa n dh eh a i q i n g ，2 0 0 5 ) 。印支期至燕山 l 早期，中国东南部大陆边缘经历了古亚洲特提斯构造域向古太平洋构造域的转 换，并发生了大规模的花岗岩浆活动；自燕山晚期开始，中国东南部大陆边缘又 经历了古太平洋构造域向新太平洋构造域的转换，形成岩石圈减薄和拉张为主的 区域构造环境( 任纪舜等，1 9 9 0 ：舒良树，周新民，2 0 0 2 a ；周新民，2 0 0 7 ) 。 对南海的成因，学者们提出了多种模型，主要包括海底扩张模式( t a y l o rb ， h a y e sde ，1 9 8 0 、1 9 8 3 ；姚伯初，1 9 9 4 、1 9 9 6 ) 、碰撞挤出模式( t a p p o n n i e re ta 1 ， 1 9 8 6 、1 9 9 0 ；b r i a i sa ，p a u t o tg ，1 9 9 2 ) 、地幔柱热点模式( 黄福林，1 9 8 6 ；朱炳 泉等，1 9 9 1 、2 0 0 2 ) 、陆缘伸展扩张模式( 中国科学院南海海洋研究所构造研究 室，1 9 8 3 ；陈国达，2 0 0 2 ；徐义刚，2 0 0 2 ) 以及弧后扩张模式( k r i gde ，1 9 7 1 ； h o n z ae ，1 9 9 5 ) ，此外还有右行拉分作用模式、单向拉张机制模式等( 邓希光等， 2 0 0 6 ；夏斌等，2 0 0 4 ；黎明碧，金翔龙，2 0 0 6 ) 。对于南海中、新生代的构造演 化历史，比较一致的观点认为古南海地区的区域应力场由挤压向拉张的转变始于 晚白垩世，南沙、西沙中沙、海南岛等地块开始向东南方向裂离印支华南古大 陆，南海中央海盆的扩张发生在晚渐新世到中中新世( 3 2 1 7 m a ) ；中中新世以来， 澳大利亚板块向北移动，南海的海底扩张随之停止( t a y l o rb ，h a y e sd e ，1 9 8 0 、 1 9 8 3 ；姚伯初等，2 0 0 4 、2 0 0 6 ；刘海龄等，2 0 0 4 ) 。但是对于白垩纪晚期古南海 地区的挤压和拉张的动力来源尚有较大争议。板块学说认为古南海地区中生代晚 期的挤压和拉张应力主要来自西太平洋板块俯冲带的向大陆板块的俯冲和由印 欧板块碰撞而导致的俯冲板块的衰退。然而有学者指出南海北部陆缘的成因很难 与大洋板块的俯冲所造成的“弧后扩张 相联系，并且时间上也与印欧板块的碰 撞不符( 陈国达，1 9 9 7 ；李思田等，1 9 9 8 ；张进江等，1 9 9 9 ) 。陈国达( 1 9 9 7 ) 从壳体演化运动角度，认为中国东南沿海和南海北部在新生代陆缘的扩张，并非 由西太平洋俯冲带引起的“洋壳俯冲、弧后引张 所致。2 0 世纪8 0 年代后期刘 昭蜀等( 1 9 8 3 ) 结合板块理论并吸收了陈国达的地台活化学说，提出了南海成因 的“陆缘扩张 观点，认为南海是在华南安第斯山型活动大陆边缘背景上，区域 应力场从挤压转为松弛，地幔向洋一侧蠕散，从而导致陆缘断裂解体的结果。也 有学者提出南海的形成是岩石圈自北向南主动伸展扩张导致华南大陆边缘裂解 的结果( 徐义刚等，2 0 0 2 ) 。此外，南海北部陆缘的张裂还可能与始于白垩纪晚 期的中国东南沿海燕山造山带岩石圈拆沉有关( 邹和平，2 0 0 5 ) ，地壳的这一突 2 然减薄，致使中国东部大陆边缘发生了一次张性构造运动，在南海地区称作神狐 运动( 姚伯初，1 9 9 8 ) 。 1 3 南海海盆火成岩、变质岩的研究进展 南海及周缘的新生代玄武岩的分布区域主要包括华南沿海地区、雷琼半岛、 北部湾盆地、珠江口盆地、中南半岛以及南海海盆等地区。较早的研究主要集中 在南海周边地区以及南海海山拉斑玄武岩，最近关于南海新生代碱性玄武岩也有 了一些详细的研究( 例如王贤觉等，1 9 8 4 ：朱炳泉等，1 9 9 1 ；陈道公，张剑波， 1 9 9 2 ；冯国荣，1 9 9 2 ；邹和平等，1 9 9 5 ：鄢全树等，2 0 0 8 ) 。综合已有的研究成 果，南海玄武岩可分为碱性玄武岩和拉斑玄武岩两大类，玄武质岩浆在上升的过 程中均遭到了不同程度的混染，同时发现了包括东南沿海等环南海地区存在一个 d u p a l 型异常地幔域( 邹和平等，1 9 9 5 ：鄢全树等，2 0 0 8 ：朱炳泉等，2 0 0 2 ) 。 也有学者通过对南海海底玄武岩的研究提出该区存在地幔热柱的可能( 鄢全树 等，2 0 0 8 ；朱炳泉等，2 0 0 2 ) 。 相对于南海新生代玄武岩的研究，有关于南海海盆花岗岩及变质岩的报道较 少。上世纪8 0 、9 0 年代以来，仅在礼乐北巴拉望、珠江口盆地、中沙和西沙地 块获得了一些研究成果。如k u d r a s s 等( 1 9 8 6 ) 在礼乐滩附近拖网获得了一些片 麻岩和云母片岩等变质岩，系由晚侏罗早白垩世区域变质作用形成；金翔龙 ( 1 9 8 9 ) 报道了在中沙浅滩东北端礁基上获得了中生代花岗质岩石；李平鲁等 ( 1 9 9 9 ) 研究了在珠江口盆地钻探到的大量中生代花岗岩；刘昭蜀等( 2 0 0 2 ) 报 道了在西沙群岛发现的远古宙花岗片麻岩。这些发现显示了南海陆坡区的基底可 能为华南大陆的延伸。 最近两年，随着在南海取样手段的发展，地质工作者在南海西南海盆与南沙 地块相邻区域获取了相当数量的花岗岩，包括细粒黑云母花岗岩、云英闪长岩和 二长花岗岩，并且分别获得了1 0 9 7 m a 、1 1 4 2 m a 的花岗岩年龄和1 2 0 m a 的锆石 年龄( 邱燕等，2 0 0 8 ) 以及1 2 7 2 m a 、1 5 3 1 5 9 m a 的花岗岩年龄和6 5 6 m a 的锆 石年龄( 鄢全树等，2 0 0 8 ) 。研究表明，这些花岗岩形成于中生代，极有可能属 于华南东部中生代花岗岩带的组成部分( 金翔龙，1 9 8 9 ；李平鲁等，1 9 9 9 ；刘昭 蜀等，2 0 0 2 ：邱燕等，2 0 0 8 ：鄢全树等，2 0 0 8 ) 。以上发现使得研究者对南海地 3 壳性质属于洋壳的认识以及南海的扩张成因需要进行重新的审视。 1 4 本文的研究内容、方法和创新性 可以看出，前人的研究主要集中在南海新生代的构造演化上，而对南海新生 代之前的构造演化以及南海海盆基底岩石的研究较少。有学者提出根据地球化学 数据的分析可以确定花岗质岩浆的来源，从而判定陆壳基底的成分和性质 ( d u w n e sh ，d u t h o ujl ，1 9 8 8 ；f a r m e rgl ，1 9 9 2 ) 。然而早期针对南海海盆构 造演化历史的研究，主要是基于海岸上的地质情况、海域中的磁异常和地震波的 研究以及沿着礼乐滩北巴拉望所获取的大量钻孔数据。 虽然上世纪8 0 年代曾有报道在南海拖网打捞出花岗质岩石，但是针对这些 岩石的成因研究还比较缺乏，也不足以判定南海微地块的基底属性，这就阻碍了 对南海新生代以前的构造演化的进一步研究。近些年所获得的花岗岩样品已经给 出了岩石学年龄的数据和一些地球化学的数据，但是在判定南海在中生代时是否 存在汇聚型的大陆边缘、南海的火成岩是否与在中国东南部大量出露的燕山期火 成岩有关这两个问题上的讨论还不充分。此外关于南海海盆变质岩的研究目前还 鲜有报道。 本文的研究对象为广州海洋地质调查局近年来取自南海海衙的玄武岩、花岗 岩和变质岩样品。岩石学方面的研究主要包括对岩石手标本的观察和岩石薄片的 镜下鉴定，从而判定矿物结构特征、主要矿物成分及含量，为岩石的分类定名提 供依据；同时观察其显微构造的特征，查看有无发生构造形变等。地球化学方面 主要分析了岩石样品的主要元素和微量元素含量，为火成岩、变质岩的分类和变 质岩的原岩识别提供地球化学依据。 基于以上工作，本文希望在以下几个方面取得一些认识：一、南海海盆玄武 岩和花岗岩的类别、岩石学和地球化学特征；二、南海海盐变质岩的原岩属性， 以及岩石学和地球化学特征；三、探讨南海海盆中、酸性火成岩与华南沿海中生 代中、酸性火成岩的关系；四、探讨南海海盆的地壳属性等。 论文主要创新点： l 、经镜下鉴定和主、微量元素分析，判定此次研究的南海海瓮变质岩的原 岩为火山岩，原岩包括中性火山岩与酸性火山岩两类； 4 2 、该区在中生代燕山期形成了花岗质侵入岩火山岩组合，并可分为两个系 列，分别为低s i 0 2 ，高a l 、f e 、m g 、c a 系列和高s i 0 2 ，高k 、n a 系列；在其 中一块花岗岩的显微薄片中观察到石英斑晶受挤压所形成的压扁透镜体和“x 型剪裂隙，说明在花岗岩形成之后、南海海盆扩张之前经历过挤压环境。 3 、南海海盆花岗质侵入岩火山岩与华南燕山期花岗岩具有相似的岩石地球 化学特征，同为陆壳岩浆作用的产物；反映南海与华南大陆东部在晚中生代处于 s h h 的陆缘造山带构造背景。这一研究结果为南海扩张发生在陆缘造山带基础之 上以及海盆中仍存在陆壳提供了新的岩石学证据。 1 5 本文的工作量 本文对广州海洋地质调查局近年来获得的来自4 个不同测站的南海海盆玄 武岩样品( 4 个) 、来自1 个测站的变质岩样品( 7 个) 以及来自1 个测站的花岗 岩样品进行了手标本和镜下观察。本文制作和收集了岩石薄片1 1 张，拍摄镜下 照片1 2 0 余张，并选取近4 0 张典型的照片作为论文讨论依据。同时挑选出1 1 份 样品进行了主量元素和微量元素测试。在此基础上，本文收集了已有的南海地质 和岩石地球化学资料，阅读和参考了大量中外文献，包括大量地球化学数据，编 制图件4 0 余张。 5 第二章南海的区域地质背景 2 1 南海的区域地质背景 南海，全称为南中国海( s o u t h c h i n a s e a ) ，是西太平洋最大的边缘海之一， 区域上基本可以划分为三个部分，即北部的大陆边缘、海盆以及南部的大陆边缘。 南海北部是中国华南大陆，西侧是中南半岛，南缘是加里曼丹岛和巴拉望岛，东 侧是吕宋岛( 图i ) 。沿着南海内部大陆架上分布有大大小小的近陆盆地，水深 不超过2 0 0 米。如北边的北部湾搞地、珠江口镐地台西南赫地：西边的莺歌海 一琼东南盆地、中建南盆地和万安盆地；南边有曾母暗沙盆地等：南海中央海盆 和西南次海盒，深度在4 0 0 0 r n 左右。海盆与大陆架之间散落着几个微陆块，如 西沙中沙地块、南沙地块和礼乐东北巴拉望地块等。构造上，南海北缘的华南 沿海褶皱带和洋陆过渡带为一伸展区域；南海东缘和南缘则主要为挤压俯冲区： 其西缘主要为走滑引张区，主要断裂为红河断裂带和越东断裂：因此南海在地貌 上有明显的标志，西部界线是越东断裂，南边沿着礼乐滩与中央海盒形成陡峭的 悬崖，东部是马尼拉海沟，北部是与陆坡平滑的过渡区( 姚伯韧等，2 0 0 4 ) 。 图i 南海和邻近地区地质简图厦取样点位置( 据姚伯初等2 0 0 4 2 2 本文的采样点位置 本文的岩石样品来源于国家边缘海调查项目在南海海域3 个测站所获得的 一些新生代玄武岩样品，以及广州海洋地质调查局1 ：1 0 0 万海洋区域地质调查在 3 个测站所获得的一些中生代花岗岩和变质岩样品。岩石的取样位置位于南海中 央海盆和西南次海盆中( 图1 ) ，取样编号参见表2 1 。其中玄武岩样品s 0 4 1 2 d g 、 s 0 4 1 3 d g 、s 0 4 1 4 d g 位于中央海盆的海山上，水深1 2 9 0 , - , 1 4 8 0 米( 鄢全树等， 2 0 0 8 ) ，3 - d g 样品取自西南海盆，深度4 0 0 0 m 左右( 邱燕等，2 0 0 8 ) ；花岗岩和 变质岩样品取自西南次海盆与南沙地块相邻区域，水深2 7 0 0 3 1 0 0 m ( 鄢全树等， 2 0 0 8 ) 。 本文取新鲜的岩石样品制成薄片，其中变质岩分为深色岩和浅色岩两类，深 色岩石薄片编号包括1 1 、1 2 和s 0 8 1 8 d g ，浅色岩石薄片编号为2 1 、2 2 、2 3 。 相同样品并送中国科学院广州地球化学研究所做主量元素和微量元素分析，样品 的处理过程和分析方法见本章第3 节，测试结果详见后面各章节。 表2 1 南海海盆火成岩、变质岩的总体情况 岩性 分类 薄片编号样品编号站位( 经纬度) 水深1 m 3 d g3 啪 3 d g ( 1 3 0 2 8 。n ，l1 4 0 2 0 t e )约4 0 0 0 s 0 4 1 2 d gs 0 4 1 2 d g s 0 4 1 2 d g ( 1 5 。3 4 3 n ，1 1 6 0 9 5 e )1 2 9 0 玄武岩 s 0 4 - 1 3 d gs 0 4 13 d gs 0 4 1 3 d g ( 1 5 0 7 9 n ，1 1 6 0 3 0 o 。e ) 1 4 8 0 s o 4 1 4 d gs 0 4 1 4 d gs 0 4 1 4 d g ( 1 4 0 2 y n ，1 1 5 0 2 3 1 e )1 4 7 0 1 1s 0 8 18 d g - l s 0 8 18 d g 2 1 2 s 0 8 1 8 d g 4 变质岩 s 0 8 18 d gs 0 8 18 d g - 5s 0 8 1 8 d g ( 1 1 0 4 7 o t n ，1 1 4 0 5 6 5 e ) 2 7 0 0 2 3 s 0 8 18 d g 石 2 2 s 0 8 18 d g - 3 2 1s 0 8 1 8 d g - 7 花岗岩 s 0 8 3 2 d gs 0 8 - 3 2 d gs 0 8 3 2 d g ( 1l 。2 8 3 n ，1 1 4 。4 6 e )3 1 0 0 数据据邱燕等，2 0 0 8 ：鄢全树等，2 0 0 8 7 2 3 样品的测试方法 选择较新鲜的样品制成薄片，相同样品送中国科学院广州地球化学研究所做 主量元素和微量元素分析。对所取的新鲜岩石样品，切除表面风化部分后破碎至 4 0 目，剔除肉眼可见的蚀变物，用5 稀盐酸和去离子水清洗干净后烘干7 l o 小时，并进一步用玛瑙钵碾磨至2 0 0 目大小作为地球化学分析样品。地球化学分 析测试在中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学和地球化学重点实验室 进行。主量元素分析在v a r i a nv i s t a p r o 型电感耦合等离子体发射光谱( i c p a e s ) 上完成，微量元素分析在p ee l a n 6 0 0 0 型电感耦合等离子体质谱( i c p m s ) 上完 成，主量元素的分析精度优于l ，微量元素分析精度大都好于5 ，具体分析 方法详见文献( 刘颖等，1 9 9 6 ) 。 8 第三章火成岩、变质岩的岩石学特征 本次样品中玄武岩样品直径5 1 0 c m ，黑色或黑褐色，其中两块样品较为新 鲜，另两块样品已遭受一定程度的蚀变，表面均具有气孔构造或杏仁构造。花岗 岩样品直径l o c r n 左右，断口新鲜，呈肉红色，长石、石英、云母颗粒较细小， 属于细粒花岗岩。变质岩样品根据外观颜色分为深色和浅色两组，深色变质岩表 面为黑色或黑褐色，不规则棱角状，直径3 - 5 c m ，矿物为隐晶质，结构致密，成 分较复杂；浅色变质岩呈乳白色块状，形状不规则，直径3 5 c m ，含较多石英和 少量云母，结构致密。 岩石样品薄片的镜下鉴定特征见表3 1 表3 3 。 表3 1 玄武岩薄片的镜下特征 薄片编号镜下特征 鉴定结果 斑状结构，斑晶矿物为斜长石和辉石。斜长石多见聚 拉斑玄武岩 片双晶。基质为间粒间隐结构，在斜长石微晶呈束状 或者放射状分布，所组成的间隙内既有玻璃质又有辉 石、橄榄石以及磁铁矿、钛铁矿的细小颗粒( 图版1 1 ) 。 3 d g 同时还出现在海相熔岩中常见的中空骸晶结构，镜下 可见一些中间为空心、断面近方形的斜长石骸晶，部 分骸晶边部为锯齿状( 图版1 2 、1 3 ) 。这是水下熔岩 急剧淬火的特征结构之一，在陆相熔岩中极少见。 圆形气孔构造，气孔直径为l 1 0 m m ( 图版1 4 ) ，斑玄武岩 晶主要为斜长石、辉石和橄榄石，斑晶较少，约占矿 物总量的5 。基质为大量斜长石微晶格架，填隙物主 s0 1 4 - 1 2 d g 要为辉石、橄榄石和火山玻璃。辉石和橄榄石由于轻 微蚀变析出磁铁矿及钛铁矿( 图版1 5 ) 。斜长石微晶 沿气孔边缘定向排布呈现流动构造( 图版1 6 ) 。 s 0 4 13 d g气孔构造，气孔形状呈拉不规则长状，斑晶为斜长石、 玄武岩 9 辉石和少量橄榄石。( 图版1 7 ) 基质为斜长石微晶及 蚀变的辉石、橄榄石和脱玻化的火山玻璃。蚀变情况 由弱到强，由局部的蚀变发展为钾长石全部变为高岭 土化矿物( 图版1 8 、1 - 9 、1 1 0 ) 。 气孔构造，气孔形状为圆形至拉长状。斑晶主要为斜玄武岩 长石( 拉长石和倍长石，具有较宽的双晶) ( 图版1 1 1 ) 和辉石，基质为斜长石微晶，辉石、橄榄石和火山玻 璃。斜长石见环带构造，为岩浆迅速冷却过程中先结 晶出的较基性斜长石与残余岩浆未完全反应而被部分 s 0 4 1 4 d g 保留下来，此后随着温度下降岩浆酸性程度升高而结 晶出较酸性的斜长石的结果( 图版1 1 2 ) 。基性的斜长 石容易被蚀变，因此蚀变先从内部发生。辉石蚀变后 析出含铁矿物，分布在辉石的边缘和节理处( 图版 1 1 3 ) 。岩石局部蚀变强烈( 图版1 1 4 ) 。 总体来看玄武岩样品具有典型的气孔构造，个别样品受到一定的海水蚀变， 与之前发现的南海海盆玄武岩样品的岩石学特征较为一致( 鄢全树等，2 0 0 8 ；陈 曼云等，2 0 0 9 ) 。 表3 2 变质岩薄片的镜下鉴定结果 薄片编号镜下特征 鉴定结果 岩石具有压扁构造；主要矿物为石英、长石和云母， 初糜棱化花 长石多已被熔融的石英集合体取代；石英颗粒具有压岗岩 扁拉长和次生加大的现象，边缘呈锯齿状，互相紧密 镶嵌，局部石英长轴定向排列( 图版2 1 ) ；片状矿物 2 - 1 为黑云母和白云母，约占1 5 ，形态不规则，熔蚀明 显，呈片状散落，多色性显著。基质和胶结物已重结 晶成细小的石英颗粒，一些云母片和石英重结晶颗粒 呈弱的定向排列，类似层状分布( 图版2 2 、2 3 ) 2 - 2 岩石镜下主要矿物为石英、长石和云母；石英和长石初糜棱化花 i o 含量约3 0 ，石英颗粒具有此生加大，边缘呈港湾状， 岗岩 形成变余熔蚀结构( 图版2 _ 4 ) ；长石边缘熔蚀，部分 转化为熔融的石英；黑云母受蚀变析出铁质矿物，退 化成浅色云母，多色性明显( 图版2 - 5 ) ；石英斑晶在 构造力的作用下产生显微裂纹，具有波状消光，局部 定向排列。基质由已重结晶成细小的石英颗粒和退化 的云母片组成( 图版2 6 ) 。 镜下观察的现象与薄片2 1 、2 2 略有不同，石英含量初糜棱化花 减少，暗色矿物含量增加，石英颗粒的定向性更加明岗岩 2 - 3 显，且石英碎裂并发育一组“x 一型裂理，具压扁拉长 呈透镜体状( 图版2 - 7 ) ；基质呈现隐晶质，由变质作 用形成的细粒石英和细小的云母片组成( 图版2 8 ) 。 熔蚀斑状结构，矿物主要为斜长石和角闪石，部分斜浅变质中性 长石可见聚片双晶，边缘熔蚀成石英重结晶颗粒和细火山岩 小的绢云母( 图版2 - 9 、2 1 1 ) ；角闪石斑晶仅可见褐 l - l 黄色残余，隐约可见一对交叉节理，受蚀变析出大量 铁质矿物( 图版2 1 0 ) ；基质为已重结晶形成石英小颗 粒以及云母片，原岩可能为中性火成岩。 熔蚀斑粒状结构，斑晶主要为长石和石英，斜长石斑浅变质火山 晶可见聚片双晶，表明污浊泥化明显；斜长石之间的 l l | 石 缝隙被细小的云母片充填( 图版2 1 2 、2 1 3 ) ；石英颗 1 - 2 粒含量为1 5 - , 2 0 ，斑晶呈熔蚀港湾状，紧密互嵌；基 质为经过变质作用生成的石英颗粒和云母片( 图版 2 1 4 、2 1 5 ) ；原岩可能是中性酸性的火山岩。 霏细结构，基质可能为斜长石微晶和铁镁质矿物，还浅变质火山 可能含有火山玻璃，在风化和变质作用之下析出大量 碎屑岩 s 0 8 18 d g黑色矿物颗粒，火山玻璃脱玻化( 图版2 1 6 ) ；镜下见 较大型的斜长石斑晶，聚片双晶依稀可见( 图版2 1 7 、 2 1 8 ) ；还可见变余的角闪石斑晶，斑晶蚀变强烈；角 闪石斑晶蚀变后析出大量铁质矿物( 图版2 1 9 、2 - 2 0 ) 。 原岩可能为中或基性火山碎屑岩。 总体来看，此次获取的南海海盆变质岩的包括初糜棱化花岗岩和浅变质的中 酸性火山岩。浅色岩样品镜下可见大量的石英和少量的云母片矿物，在岩石形 成之后受到明显的挤压作用。深色的岩石含大量的斜长石和少量的云母片，斑晶 熔蚀明显。个别尚保存有残余的角闪石斑晶，原岩可能为中性中酸性火山岩或 火山碎屑岩。 浅色样品有弱的片理化趋势，石英云母具有一定的定向性，另外在薄片2 1 中观察到显著的石英“x ”型剪裂隙，石英具压扁拉长呈透镜体状，说明岩石曾 遭受过挤压作用。 表3 3 花岗岩薄片的镜下特征 薄片编号镜下特征鉴定结果 s 0 8 3 2 d g半自形粒状结构，晶粒直径在0 1 一1 5 m m ，属于细粒 黑云母细粒 结构。主要矿物为斜长石( 约占4 5 ) 、石英( 约3 5 ) 、花岗岩 黑云母( 约5 1 0 ) 和少量钾长石( 图版3 1 ) ；副矿 物主要有榍石、锆石、磁铁矿等。斜长石晶形较好， 聚片双晶发育，可见环带构造，部分斜长石内部发生 泥化( 图版3 - 2 ) ；黑云母呈褐黄色，具有多色性；钾 长石为半白形自形，可见格子双晶，有轻微蚀变( 图 版3 3 、3 - 4 ) 。石英为他形粒状，波状消光，普遍发生 熔蚀现象，可见蠕虫构造。 此次获取的南海海盆花岗岩为较为典型的黑云母细粒花岗岩。 1 2 第四章南海海盆火成岩、变质岩的地球化学特征 本文用于参照的陆壳、球粒陨石、原始地幔、大洋中脊玄武岩( m o r b 、 n m o r b 、e m o r b ) 、大洋岛屿玄武岩( o i b ) 的标准值来自附表1 1 ( 以下同) 。 前人已对在s 0 4 1 2 d g 、s 0 4 1 3 d g 、s o 1 4 d g 站点获得的同批次的玄武岩进行了 年代学的研究，给出的年龄值为7 9 3 8 m a ，属于晚中新世喷出岩( 鄢全树等， 2 0 0 8 ) 。3 - d g 样品尚未做年龄测定，但从区域资料分析也应为新生代产物。 表4 1 南海海盆玄武岩主量元素( 质量分数) 及c i p w 标准矿物和部分特征参数 0 2 8 7 5 2 1 8 6 2 8 8 o o 2 3 5 4 1 6 6 9 1 3 5 2 4 5 2 1 8 0 2 9 o 0 2 o 0 6 l o o 0 7 0 2 3 7 9 2 5 6 1 6 3 6 8 4 9 0 1 4 5 9 o 3 2 6 4 6 7 1 3 l 1 8 6 o 0 7 o 0 3 l o o 0 2 o 3 0 2 6 2 2 7 7 7 1 3 0 2 7 o 1 4 6 7 o 1 0 2 7 6 8 8 2 4 5 3 o 0 6 0 o l l o o o i o 2 5 6 7 2 1 3 5 l o 3 8 3 2 8 o l o 2 8 o 9 2 6 5 7 2 2 1 l 1 1 8 8 0 0 7 o 0 2 i o o 0 2 i ，1 q 锄西凹雠 c 弓耋i d n腓印万锄合 d i s l 2 4 7 4 3 4 8 8 5 0 4 5 1 6 7 l 3 0 1 7 2 2 7 9 3 5 o l 1 8 3 7 注：扣除烧失量后重新换算成1 0 0 计算， f e 2 0 3 ( t ) 为全铁，设f e o f e 2 0 3 ( 0 = o 8 5 ， m k # 每( m g o 4 0 3 1 ) ( m g o 4 0 3 i + f e 2 0 3 ( t ) * 0 8 9 9 8 7 1 8 5 ( 1 o 1 5 ) ) 1 0 0 ， s = ( n a 2 0 + k 2 0 ) 2 ( s 1 0 2 - 4 3 ) ( 以下同) c i p w 标准矿物由k u r th o l l o c h e r 设计的e x c e l 表格计算； 用l em a i t r er w ( 1 9 7 6 ) 方法按火山岩调整氧化铁； 氧化物在去h 2 0 - 等以后重换算为1 0 0 ) 标准矿物为重量百分含量； 分异指数( d i ) = q z + o r + a b + n e + k + l ( p 同结指数( s 1 ) = m g o 1 0 0 ( m g o + f e o + f 2 0 3 + n a 2 0 + k 2 0 ) ( w t ) ( 以下同) 表4 2 南海海盆玄武岩微量元素( 单位为：p g g ) 及部分特征参数 3 6 6 7 6 4 7 2 6 7 7 2 5 6 2 1 3 2 7 3 5 8 4 1 0 2 7 0 9 6 7 4 2 9 7 8 0 1 6 1 8 1 7 l 1 3 7 4 1 1 7 2 5 5 6 8 2 8 6 4 2 l 1 5 0 4 5 8 1 2 5 6 i 8 4 9 4 6 2 9 2 1 0 9 3 6 2 o 7 3 4 6 9 1 0 3 2 7 5 2 1 1 1 6 1 1 5 1 7 9 6 1 4 2 5 8 8 6 1 6 3 1 1 4 3 1 4 4 3 9 2 8 3 6 0 1 9 3 6 i 5 0 7 2 6 1 8 5 4 3 2 1 l 3 6 2 7 0 7 1 7 8 6 5 2 5 6 1 4 9 9 6 l 1 1 7 9 4 5 8 2 8 0 8 2 7 3 0 1 0 9 6 0 4 1 1 7 2 9 9 2 6 0 2 4 2 4 3 2 8 6 - o 6 9 2 1 1 7 3 3 0 o l 3 7 9 2 4 6 7 2 1 7 7 1 0 1 7 1 4 1 6 4 1 4 1 4 8 1 9 2 9 6 0 2 7 8 4 8 4 4 4 4 9 4 2 4 5 8 6 5 6 1 1 4 2 4 7 8 l 8 9 9 2 9 5 7 7 5 1 1 8 5 8 9 1 1 2 2 6 9 1 8 5 2 0 8 8 6 2 0 7 5 7 8 0 1 7 7 3 3 2 9 6 5 7 8 0 5 4 3 0 2 4 5 3 0 1 7 3 0 i 4 3 2 3 7 2 1 0 0 4 9 7 6 6 3 3 5 3 0 7 0 1 9 8 1 5 7 8 3 5 1 4 2 5 0 1 5 1 3 6 2 3 5 1 1 3 9 3 4 6 1 1 2 6 1 7 5 1 0 3 4 2 2 9 6 3 3 = y d mm印办渤&贴断y厅眈hh m&瑚n哪舶鼢 u 0 1 l2 2 4i 5 23 3 3 注：d e u = ( e u ) n ( s m ) n * ( g d ) n 1 佗 d c e f 2 ( c