ADVANCESINMARINESCIENCE
海洋科学进展
Vol.37 No.2
,Aril2019p
南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究
及其地质意义
22,3*2,32,42,鄢全树1,,张海桃1,,赵仁杰1,,葛振敏1,袁 龙1,
青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室,山东青岛23.66061;
)山东科技大学地球科学与工程学院,山东青岛24.66590海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室,山东青岛22.66061;
(自然资源部第一海洋研究所,山东青岛21.66061;
摘 要:泰国晚新生代玄武质岩石主要为碱玄岩、玄武岩、粗玄岩和玄武粗安岩,属于碱性系列,呈现似洋岛玄武岩的地球化学特征,与南海地区其他位置的同时代玄武岩特征一致。本研究玄武岩的斑晶矿物主要为橄榄石、斜长石及少量的单斜辉石。利用全岩组分推算,泰国玄武岩源区岩性为石榴石辉石岩,与越南、北部湾等地同期玄武岩的岩性类似。本研究利用PRIMELT软件模拟计算了泰国晚新生代玄武岩的原始岩浆组分。利用反演的原始岩())。本区域的地幔潜在温度为1和越南南部地区(1420~1530℃,18~32kbar1470~1480℃,29.7~32.8kbar玄武岩与南海地区其他区域同时代玄武岩的岩石地球化学特征和岩浆过程类似,它们的深部地球动力学背景均与海南地幔柱有关。
关键词:晚新生代玄武岩;地幔源区;岩浆过程;地幔潜在温度;泰国;南海地区:/doi10.3969i.ssn.1671-6647.2019.02.005j
()中图分类号:P736 文献标识码:A 文章编号:1671-6647201902-0210-11
引用格式:YUANL,YANQS,ZHANGHT,etal.MamaticprocessesforLateCenozoicBasaltsfromThailandg,浆组分计算出本区域的玄武岩熔融温度范围为14熔融压力范围为2类似于海南岛25~1442℃,2.3~27.4kbar
。总体上,与越南南部(类似,稍低于海南岛北部(泰国晚新生代448~1467℃,1468~1490℃)1420~1530℃)
[],onwesternofSouthChinaSeareionandtheirgeoloicalsinificanceJ.AdvancesinMarineScience2019,37ggg():]袁龙,鄢全树,张海桃,等.南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义[海洋科学2210-220.J.():进展,2019,372210-220.
南海地区位于欧亚板块、印澳板块与菲律宾海板块之间,地质过程复杂,地质现象丰富。火成岩是地球,深部过程的“探针”本地区分布的火成岩是揭示南海地区新生代构造演化规律的重要窗口。研究表明,南海
]1-5
;地区的岩浆活动规律为新生代早期,仅在南海北部大陆边缘的裂陷盆地内出现双峰式火山活动[在南海
新生代海底扩张时期,火山活动主要集中在扩张中心处,在扩张中心旁侧,仅在珠江口盆地有玄武质岩浆活
1]
;动[在南海新生代海底扩张停止之后,南海地区出现有广泛的岩浆活动,并且岩浆活动的特征由拉斑系列6]6-11]12-15]
。南海扩张期后这一期的火山活动不仅存在于南海盆本身[,逐渐变为碱性系列[在雷琼半岛[和中16-21]
)南半岛[也有出露。在新生代扩张(停止后,南海地区出现的一期板内岩浆活动影响范围较32~16Ma
收稿日期:2018-10-18
——科科斯脊俯冲组分及邻近大陆坡沉积物的地球化学研究及其对俯冲剥蚀机制的制约(;资助项目:国家自然科学基金项目—41776070)
——“);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目—束星北”青年学者基金项目(青岛海洋与技术国家实2016S01);——南验室“鳌山人才”计划项目(山东省泰山学者工程项目;广西隐伏金属矿产勘查重点实验室开放基金—2015ASTP-ES16
),:作者简介:袁 龙(男,山东菏泽人,硕士研究生,主要从事海底岩石地球化学方面研究.1993-E-mail15762254356@163.com
)海地区火成岩研究(16-380-3-K01
),:鄢全树(男,江西广丰人,研究员,博士,主要从事海底岩浆活动与构造演化方面研究. *通讯作者:1976-E-mailsan@fio.or.cnqyg
(陈 靖 编辑)
2期袁 龙,等:南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义
211
)。对包括东南亚在内的南海地区的火成岩开展系统的研广,包括南海盆、雷琼半岛以及中南半岛等地(图1究有助于深入理解本地区的构造演化规律。
9]
,;海南岛地区新生代玄武岩系列,具有似洋岛玄武岩(的稀土和微量元素特点[OceanIslandBasaltsOIB)[5,]22
。与此可对比大部分为拉斑玄武岩,少量为碱性玄武岩,所有样品具有似OIB的稀土和微量元素特征1
)已有的年代学和岩石地球化学研究表明,南海地区较年轻新生代玄武岩(属于碱性玄武岩浆8~0.5Ma
的是,在中南半岛地区,晚新生代玄武岩大部分属于碱性玄武岩浆系列,具有似OIB的稀土和微量元素特
]20-21,23-24
;征[同位素地球化学研究也表明,中南半岛地区新生代玄武岩与南海盆和雷琼地区类
]6,9,11,15,22,25-266,19,21,23-24,27]
,,亏损端元为中度亏损的印度洋中脊玄武岩型似[其地幔源区为两端元混合模式[
)的地幔,而富集端元为似富集地幔I的地幔组分。然而对于该区玄武岩的系统的岩石成因和地球I型(EMII动力学机制的研究资料是比较缺乏的。
我们对南海地区西缘的泰国呵叻高原等地区晚新生代玄武岩进行了矿物学和岩石地球化学研究,揭示了本区玄武岩源区岩性、原始岩浆组分,为更深入地了解泰国晚新生代玄武岩的成因及其地球动力学背景提供证据。
21]注:红色圆圈表示海南地幔柱的影响范围[6,23]
图1 南海地区新生代火山岩分布图[
3
Fi.1 DistributionoflateCenozoicintralatevolcanismintheSouthChinaSea62gp
[,]
1 地质背景及样品描述
28-29]
()。西部为清迈地体和东部的印支板块,这3个构造地层单位被2个古特提斯缝合带分开[Sukhothai-)尖竹汶(缝合带,该缝合带中出现中泥盆中三叠纪的放射虫燧石和深海沉积物;另Chianmai-Chanthaburi-g
泰国及周边区域可分为3个构造地层单位:西部的滇缅马苏(板块,中部的素可泰Sibumasu)
)一条为难程逸沙缴府(弧后缝合带,该缝合带由裂解的蛇绿岩和混杂岩组成。滇--Nan-UttaraditSraKaeo
212海 洋 科 学 进 展
37卷
缅泰马板块和印支板块都有前寒武纪的基底,这些基底属于早古生代冈瓦纳大陆东部印度澳大利亚边缘的-28-29]
。滇缅泰马板块、一部分[印支板块以及南海地区在晚古生代早中生代时期受特提斯构造域影响,随后-]28-31
。此外,在晚中生代期间受到太平洋构造域的影响[有2个新生代走滑断层(如湄平、三塔断层)穿过在泰
)。国西部的滇缅泰马板块(图2
中南半岛的晚新生代玄武岩主要分布于三塔断裂与红河断裂之间,而泰国地区的晚新生代玄武岩主要
高原及其周边区域的玄武岩流地表露头。我们在清迈尖竹汶缝合带附近的M-aeTha玄武岩流露头中获得
;年龄为0.在呵叻高原西部边缘的W2个玄武岩样品,8~0.6MaichianBuri玄武岩流露头中获得了3个玄
[1,]23,30
。我们在呵叻高原散布的玄武质熔岩流的露头中获得了2个玄武岩武岩样品,年龄为11.0~8.8Ma2[1,23,30]
()。样品,年龄为3.图23~0.9Ma2
分布在素可泰地体北部和呵叻高原及其周边区域,本次研究的7个火山岩样品来自素可泰地体北部和呵叻
注:红色圆圈为海南地幔柱可能的影响范围
[6,23]
3
Fi.2 SkethtectonicmaortheThailandandsurroundineion62andsamlinocationgpfgrgpgl
[,]
6,23]
图2 泰国地区晚新生代玄武岩分布[及取样点位置
研究区的泰国晚新生代玄武岩样品的总体特征为灰黑色,斑状结构,气孔状构造。正交偏光镜下观测到的图像如图3所示。镜下观察到的斑晶矿物主要为橄榄石和斜长石,少数样品有单斜辉石斑晶,斑晶质量分数为5%~2其中橄榄石斑晶占斑晶总量的7橄榄石、单斜辉石等0%,0%以上。基质中微晶主要有斜长石、),自形半自形,橄榄石斑晶伊丁石化现象比较常见,不同样品间的蚀变程度有所差别。斜长石斑mm(PF-1-晶粒径一般在0.常呈聚片双晶。在部分样品(中出现辉石斑晶,自形半自形,具有环带4~1.25mm,PF-1)-矿物,基质结构为间粒间隐结构。副矿物主要为磁铁矿。橄榄石斑晶粒径一般为0.大者可达2-4~1.2mm,结构,粒径大小为0.含量占基质的5粒径为0.5~1.1mm。基质中以斜长石微晶为主,0%以上,07~0.50
2期袁 龙,等:南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义
213
斜长石微晶呈板条状、针状。mm,
)Fi.3 Photorahsofbasalticrocksunderthemicroscoe(crosspolarizedggpyp
图3 泰国玄武岩矿物正交偏光镜下图像
注:橄榄石;斜长石Ol-Pl-
2 分析方法与结果
,,再用超声波震荡3接着用去离子水在超声波中震荡3反复清洗3次,再用去离子水HCl浸泡,0min0min
清洗2次,最后将清洗后的样品烘干。用玛瑙研钵将烘干的样品研磨至2用于主量元素和微量元素的00目,。对质量分数>1质采用BHVO-2%的主量元,素(如AlSiOXRF的精确度为±(0.2%2O3,2)对于微量元素,ICP-MS的精确度高于10%。
·L-1的首先去除岩石样品的风化表面,选取新鲜的岩石进行碎样处理,碎至2c用4.m左右,5mol
测试。本次研究的玄武岩样品的主、微量元素的测试工作均在中国冶金地质山东局测试中心完成。主量元))素的测试采用X射线荧光光谱仪(法,微量元素的测试采用电感耦合等离子体质谱仪(法,标准物XRFICP-MS
;对质量分数<1如~2.0%)%的主量元素(
,。MnO,TiOXRF的精确度为±(2%~5%)2))结果列于表1。所有样品的烧失量(为LOI中的L重新换算成1然后使用OI剔除,00%,校正后的数据进行投图。在T大AS图解中,部分样品投在粗玄岩和玄武粗面安山岩中,少量落在碱玄岩和玄武岩区域,所有的样品属于。本研究区样品M碱性玄武岩系列(图4)Og
质量分数(和相容元素质量分4.09%~9.38%)
泰国晚新生代玄武岩的主微量分析测试
烧失量值的变化是由于次生0.44%~1.30%,
含水矿物或蚀变矿物的含量的变化。将数据
/,/)数(Ni为58~240μCr为97~346μgggg
变化较大,但是都远低于橄榄岩地幔部分熔融形成的熔体中的质量分数。研究区样品同时富集大离子亲石元素和高场强元素,富集轻稀),土,无E图5这与前人研究的泰国和u异常(
(图4 泰国晚新生代玄武岩TA及碱性判别SSiOsNa2v2O+K2O)Fi.4 TAS(SiOsNaandalkalinediscriminationg2v2O+K2O)
diaramsforlateCenozoicvolcanicrocksfromThailandg
214
]23-24
。越南晚新生代玄武岩特征类似[
海 洋 科 学 进 展
37卷
Fi.5 Primitivemantle-normalizedconcentrationdiaramforlateCenozoicvolcanicrocksfromThailandgg
21]
表1 泰国晚新生代玄武岩的全岩主微量分析测试结果[
图5 泰国晚新生代玄武岩原始地幔标准化蛛网图
]注:原始地幔与OIB中的微量元素数据来自文献[32
1
,Table1 Whole-rockmaorelementtraceelementcomositionsforLateCenozoicbasalticrocksfromThailand2jp
[]
/%wTFe2O3
/%wAl2O3
/%wTiO2
/%wSiO2
元 素WCB-147.5915.0610.350.159.788.523.182.180.4199.6042.338.92.6925.648.34.571.982173020.441.93
WCB-247.3215.7110.240.159.578.293.322.270.4399.9842.140.72.7626.449.54.612.052192830.721.96
WCB-347.5315.4810.130.159.408.562.932.270.4199.7742.542.65.6426.449.64.632.042403460.931.97
49.5415.4510.170.136.077.394.272.590.6299.5334.457.742.32.5030.360.04.451.261451.212.11
PF-1
49.0314.3610.840.126.866.794.492.120.7399.4234.487.753.83.0231.968.15.441.311591.252.84
SR-1MATA-146.5515.9512.160.166.288.972.452.290.5799.1134.487.772.64.5948.385.05.982.491591.302.43
MATA-246.1614.8111.290.169.388.813.692.530.51100.0534.487.774.64.2041.977.85.462.301590.502.22
wMnO/%wMgO/%
2
/%wK
2O
wPO/%/%LOI
25
/%wCaO
/%wNaO
-1)/(·gwNgiμ
-1)/(·gwNbgμ
/(·gwCgrμ
/(·g-1)wCgoμ
合计/%
-1)
/(·gwTgaμ
-1)/(·gwYgbμ
/(·gwDgyμ
-1)/(·gwLgaμ
-1)/(·gwCgeμ
-1)
-1)
3 讨 论
3.1 地幔源区岩性
6,19,21,23-24,27]
,传统放射性成因同位素研究表明,中南半岛玄武岩地幔源区为两端元混合模式[但对于其
2期袁 龙,等:南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义
215
[5,]21,24,33-36
)/。参数、ωSCaO含量、ωDyωYb及Yb含量等来指示源区的岩性1iO2
我们利用全岩主、微量元素组分,结合实验岩石学资料,推断了泰国晚新生代玄武岩的地幔源区岩性。
]15,21,24,33
。前人已成功地利用ωF/地幔的源区岩性还存在争议[ωMn比值、FC3MS(ωFωC-3×ωMgO/eeOT/aO
)/),/结果表明:泰国玄武岩拥有较高的ωF在ωF1ωMn比值(>60ωMn-ωMnO图中的投点落在辉石岩源区部分ee
24,33]
),;熔融产生的熔体区域内(图6与越南玄武岩类似[大多数泰国玄武岩的F且在a2)C3MS值>0.5,
),图6这与越南玄武岩和夏威夷玄FC3MS-MO图中的投点落在辉石岩源区部分熔融产生熔体的区域内(bg
]33-34
;)武岩类似[泰国玄武岩C在C3aO含量低,aO-MO图中投点落在辉石岩源区部分熔融产生的熔体区g
]33),。根据以上结果我们推断泰国晚新生代玄武岩的地幔中含有辉石岩源域上(图6与越南玄武岩类似[c
/区。相对于轻稀土,石榴石中更易富集重稀土元素,因此源自含石榴石地幔源区的玄武岩ωDωYb比值较高y
[7]
。且Yb含量较低3
-1[21]/)·g,本研究样品ωD且Y表明研究区的地幔源ωYb比值高(2.3~5.1b质量分数低(1.26~2.49μgy
区中存在石榴石。此外本研究中的全岩原始岩浆组分计算出研究区地幔部分熔融的温度为1425~1442]38
,,熔融压力为2符合由尖晶石二辉橄榄岩到石榴石二辉橄榄岩的转变发生条件[表明泰℃,2.3~27.4kbar
国晚新生代玄武岩的地幔中存在石榴石源区。因此泰国晚新生代玄武岩的地幔源区岩性可能为石榴石辉石[1]
岩,这与Y利用微量元素模拟分析获得的结论是一致的。an等2
Fi.6 DiscriminationdiaramsofthesourcelitholoftheThailandbasalticrocksgggyo
图6 泰国晚新生代玄武岩地幔源区岩性判别
总之,本研究的玄武岩主、微量数据及前人的实验岩石学资料表明,泰国晚新生代玄武岩的地幔源区岩
216海 洋 科 学 进 展
37卷
性可能为石榴石辉石岩。3.2 原始岩浆组分
41-45]
。这些样品的M原始岩浆组分被广泛地应用于估算地幔源区的热力学状态[O和CaO相关关系g
表明,当全岩M出现了单斜辉石的分离结晶作用。为了减少单斜辉石分离结晶的影O质量分数<8%时,g
响,我们选取M计算出泰国晚新生代玄武岩样品的原始岩浆组分。原始岩浆的O质量分数>8%的样品,g
)恢复是通过多次向熔体中加入一定比例(熔体和橄榄石质量比为9直到计算出9∶1Fo值为90.1的橄榄石,(的橄榄石具有地幔橄榄石的特征为止。假定熔体与橄榄石之间的F2+/2+e-M31,ωFωFg配分系数KD=0.ee
[5,24]
/i。3+)+ωF=0.9,ωF0.51eeO3ωT2O2=
[2][3]
利用原始岩浆中的S根据H和A中的公式计算出了岩石的熔融压力;利用原iOaase4lbarede42含量,[[6]40]
始岩浆的M根据H中的公式和方法计算出岩石的熔融温度;利用原始O含量,erzberutirka4gg等和P
[][7]45,49
岩浆的M根据H以及P中的公式和方法计算出了地幔潜在温度,计O、FeO含量,erzberutirka4gg等[1]算结果见表2。原始岩浆的H2O含量是根据C熔融程度)根据P中的Ae分馏校正得到。F(utirka等42方
[6]
中的方程1tirka43计算获得;T3为T1和T2的平均值。TPO含量通过g1和TP2是根据原始岩浆的M
[][4440]
HerzbererzberTPO、FeOg等中的方程以及Hg等所计算出的地幔潜在温度;g3是根据原始岩浆的M[7]含量通过P中的方程计算获得;utirka4TPTPσ为标准偏差。4为TP1、2和TP3的平均值。
[2][3]程计算获得。Pf其中Pf中的方程计算获得;中的方aase4Pflbarede41~Pf3为熔融压力,1根据H2根据A
[]40
程计算获得;PfT1~T3为熔融温度,T1利用HerzberTu-g等计算获得;3为Pf1和Pf2的平均值。2根据P
表2 泰国晚新生代玄武岩原始岩浆组分、地幔潜在温度及熔融条件的估算
,mTable2 Estimatedprimareltcomositionsantlepotentialtemeraturesandmeltinonditionsforreresentativeymppgcp
项 目岩石类型橄榄石加入量/%
/%ωTiO2/%ωSiO2
WCB-1粗玄岩15
samlesoflateCenozoicbasalticrocksfromThailandp
WCB-2粗玄岩15
WCB-3粗玄岩17
MATA-2碱玄岩16
24]越南南部[15]海南岛北部[
碱玄岩13~15
18~25
47.313.20.00.88.815.37.52.81.90.00.413.024.819.81.00.21.7
47.113.80.00.98.715.27.32.92.00.00.412.425.920.51.00.21.7
47.313.30.00.88.615.97.42.51.90.00.415.525.020.71.00.21.7
45.912.90.01.09.515.17.73.22.20.00.41.630.923.97.10.21.9
/%ωAl2O3/%ωFe2O3/%ωCr2O3/%ωFeO
ωMnO/%ωMgO/%
/%ωCaO
/%ωNa2O/%ωK
2O/%ωNiO
/%ωP2O5
ωH2O/%
/%F
/Pfkbar1/Pfkbar2
33.6~36.627.5~30.4
4~7
17.2~33.715.6~30.2
14~19
2期袁 龙,等:南海西缘泰国晚新生代玄武岩岩浆过程研究及其地质意义
续表
项 目
WCB-122.32.5
WCB-223.22.7
WCB-322.92.1
MATA-227.43.5
24]越南南部[
217
15]海南岛北部[
/Pfkbar3/℃T1/℃T2/℃T3/℃TP1/℃TP2/℃TP3/℃TP4
σP
29.7~32.83~4
17.8~31.61.5~3.6
14571396142614661442144714521030
14571394142514641440144314491131
14711412144214811458146214671030
14641391142714611437144514481036
1444~14591463~148016~22
1429~15141420~1529
3~34
σT
1469~14821458~14961468~1490
1~9
1454~15361413~16111468~156125~55
σT
空白表示无数据 注:
15,24]
())。泰国晚新生和越南南部地区(相似[1420~1530℃,18~32kbar1470~1480℃,29.7~32.8kbar
[24]
代玄武岩的地幔潜在温度范围为14稍低于东侧的越南南部(以及地幔柱48~1467℃,1468~1490℃)[]15
,中心部位的海南岛北部(指示泰国新生代玄武岩源区可能与海南地幔柱有关。泰国地1500~1580℃)
,表2表明泰国晚新生代玄武岩的熔融温度为14熔融压力为2与海南岛25~1442℃,2.3~27.4kbar
,区玄武岩的稍低地幔潜在温度(与海南及越南相比)可能反映了地幔柱物质流在沿着岩石圈流变学边界层往中南半岛之下运移时消耗了部分能量,具体表现在靠近地幔柱中心位置的海南岛地幔潜在温度较高,而在远离地幔柱中心的中南半岛稍低。3.3 区域构造意义
明在海南岛和南海下覆地区存在一个近乎垂直的剪切波低速带,该低速带从浅部经过660或1300km的不
]6-7,15,21,24,48-49
。地震层析成像研究表近来地球物理与地球化学的研究结果均证实了海南地幔柱的存在[
[0]-51
。同时由于海南地幔柱的存在,连续带,延伸至19中南半岛和南海地区新生代玄武岩具有O00km5IB[6,15,21,24]
。本研究的样品主要为型的特点以及较高的地幔潜在温度(如南海底的地幔潜在温度为1661℃)
)。同时本研究区的地幔潜在温碱玄岩、玄武岩和粗玄岩,微量元素均具有典型的O详见文献[IB特征(21]),度(见3.与地幔源区性质(石榴石辉石岩源区)均表明该地区的下覆地幔受到了地幔柱作用的影响。综上2所示,本研究区的玄武岩特征证实了海南地幔柱已影响至泰国下覆地幔源区。
4 结 论
本研究对泰国晚新生代玄武岩样品进行了地幔源区岩性、原始岩浆成分、地幔潜在温度和熔融条件的研究,获得主要认识:
)利用全岩主、微量元素地球化学数据并结合相关的实验岩石学资料,推断泰国玄武岩源区岩性可能为1
石榴石辉石岩。
)通过恢复原始岩浆成分所计算出的泰国晚新生代玄武岩熔融温度范围为14熔融压力212~1534℃,
,范围为1类似于海南岛和越南南部地区。地幔潜在温度范围为14略低于越3.3~24.6kbar48~1467℃,南南部及海南岛北部,表明泰国晚新生代玄武岩可能是海南地幔柱产生的。
)本研究支持观点:海南地幔柱已向西影响至包括泰国在内的中南半岛地区。3
218海 洋 科 学 进 展
37卷
):参考文献(References
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,,softwarePRIMELT.Thenbasedontheprimareltcomositionsofwholerockstheraneofmeltinympgg
,ressureandmeltinemeratureare22.3~27.4kbarand1425~1442℃,resectivelwhichissimilarpgtppyFinallweproosedthatthedeeeodnamicsettinfThailandbasalticrockscouldbeattributedtothey,ppgygo;ThailandSouthChinaSeareiong
:OReceivedctober18,2018
:,,,AbstractThelateCenozoicbasalticrocksofThailandarebasanitebasalttrachbasaltandbasaltictra-y,chandesiteandthemaorandtraceelementcomositionsofthesebasalticrocksshowedthatThailandal-yjp
tonorthernHainanIslandandthesouthernVietnam.Theraneofmantlepotentialtemeraturebeneathgp
Thailandis1448~1467°C,whichisslihtlowerthannorthofHainanIslandandsouthernVietnam.gylHainanmantleplume.
:;m;m;m;KeordslateCenozoicbasalticrocksantlesourceamaticprocessantlepotentialtemeraturegpyw
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