中、新生代岩浆活动与火成岩地球化学特征

裂谷初始期火成岩岩石学及地球化学特征~

我国东部中-新生代裂谷盆地的初始张裂，从北到南盆地发育时期具有依次变新的趋势。松辽盆地晚侏罗世火石岭期开始初始裂陷，辽河盆地晚侏罗-古新世为裂谷初期，济阳坳陷和苏北盆地晚侏罗-早白垩世为裂谷初期，珠江口盆地晚白垩-渐新世初期才进入初始裂谷阶段。该阶段火山活动相对强烈，分布范围有限。
松辽盆地晚侏罗世-早白垩世早期火山活动最活跃，具有中基性-中酸性-中基性火山喷发旋回，火山溢流-爆发交替出现。火石岭组火山岩下部是中基性的安山岩、安山英安岩、玄武粗安岩，属于碱性系列，上部是酸性的流纹岩属于亚碱性系列中的钙碱性系列(表1-10)。
中国东部中生代火山岩的稀土元素含量相对较高，分异程度较大;铕(Eu)负异常不很强烈，但酸性岩和少部分中性岩表现出一定的铕负异常。松辽盆地中生代火山岩的稀土元素表现为强烈Eu亏损，曲线出现V字形(图1-19)。与松辽盆地中生代火山岩相比(图1-20)，渤海湾盆地和南华北盆地火山岩稀土元素的分异度都较低，铕负异常不明显。
渤海湾盆地中生代火山岩岩石类型有玄武安山岩、玄武粗面安山岩、粗面安山岩、安山岩、英安岩和流纹岩，以钙碱性系列为主。SiO2-K2O图投影主要分布于高钾区。稀土元素总量80×10-6～170×10-6，呈强分异型曲线特征(LREE/HREE=10±;(La/Lu)N=15±)，除部分流纹岩(δEu=0.70±)外，铕负异常不明显(δEu=0.90～1.00)，87Sr/86Sr=0.70600～0.70916。渤海湾盆地中生代火山岩稀土元素的分异特征与义县盆地相当，重稀土元素的分异度高于松辽盆地火山岩。
表1-10 火石岭旋回岩石化学成分［45］



图1-19 松辽盆地中生代中酸性火山岩稀土元素配分模式图［12］


图1-20 渤海湾盆地新生代火山岩稀土元素配分模式［12］

济阳坳陷中生代火山岩碱度指数反映出，从碱性向钙碱性、钙性演变，岩石类型从辉绿岩向闪长玢岩演变。火山岩球粒陨石标准化模式(图1-21)曲线明显右倾，Eu无异常，为轻稀土元素富集型分布模式。LREE/HREE为11.49～32.99，(La/Yb)N为17.7～54.2，也显示出强烈的轻稀土元素富集特征。LREE的富集表明这些岩石产于岛弧和弧后盆地区。火山岩的多元素地球化学模式(图1-22)显示，Sr、Rb、Ba、Th强烈富集，Ti、Y、Yb、Sc、Cr亏损，并伴有Co的富集，缺少明显的Sm富集特征，而与同期侵位的岩脉略有不同，但其地球化学模式总的还是与智利钙碱性大陆岛弧玄武岩相似。在Hf/3-Th-Ta图解中，它们也落入岛弧区(图1-23)。结合稀土元素配分特征表明，这些火山岩形成于挤压构造背景条件下的弧后盆地区。
苏北盆地中生代火山活动集中在晚侏罗世，火山岩主要为粗面岩、安粗岩、安山岩及凝灰岩，属安粗岩系，是一种碱性系列岩石，由特殊的原生岩浆———安粗岩浆固结而成，起源于上地幔的独立岩浆体系。安粗岩系的特征为:化学成分上富钾和铝，贫硅和钛;钾长石与普通辉石及中基性斜长石共生;产于大陆边缘地区;与深大断裂带密切相关。

图1-21 济阳坳陷中生代火山岩球粒陨石标准化模式［46］


图1-22 济阳坳陷中生代火山岩地球化学形式图［46］


图1-23 济阳坳陷Hf/3-Th-Ta构造环境判别图［46］

珠江口盆地裂谷发育相对较晚，早白垩世由于太平洋板块向欧亚板块东南缘俯冲消减，南海北部陆缘才开始发生隆起-张裂，伴生有中酸性、基性火山岩。
整体上来说，该阶段以中酸性、中基性火山岩为特征，以中心式喷发火山活动为主。

（一）多块体拼合大陆活动区岩浆作用产出背景的不均一性
与南非和北美等相对较大的克拉通相比，中国东部濒太平洋地区有以下主要的区别。
1.中国东部是多块体拼合的大陆
多块体拼合的中国东部大陆由复杂的多级构造单元所组成。东北地区为西伯利亚板块的南缘活动带，由内蒙古-兴安古生代褶皱带、锡林浩特微陆块、嫩松-佳木斯微陆块和完达山板片所组成。华北板块以华北陆块为核心，其北缘为温都尔庙-西拉木伦古生代陆缘增生带，其南缘为北秦岭裂陷褶皱带，其中华北陆块由阿拉善隆起陆块、华北北缘隆起带、燕辽中元古裂谷带、鄂尔多斯中生代拗陷、鄂尔多斯边缘中生代地堑、山西隆起、华北南缘中元古裂谷带和胶辽隆起8个次级单元所组成。华南板块的构造单元组成比较复杂，系由南秦岭活动带、扬子陆块、南华活动带、琼南微陆块和台湾活动带所组成。其中南秦岭活动带包括鄂北-南秦岭碰撞褶皱带、桐柏-大别陆块和胶南苏北陆块；扬子陆块包括上扬子陆块、下扬子陆块、江南陆块、浙西陆块和康滇陆块；南华活动带包括湘桂褶皱系（湘中华力西褶皱带、左江印支褶皱带）、华夏褶皱系（武功-诸广加里东褶皱带、武夷-云开褶皱带、东南沿海中、新生代断陷带和琼中华力西裂陷槽）、钦州华力西褶皱系。
2.中国东部多块体拼合大陆的主要特点
a.壳幔结构组成三维极不均一，与南非和北美等克拉通相比，中国大陆特别是东部地区组成的块体的规模相对较小，数量较多，而且不同块体的规模差别也较大；不同块体的壳幔结构、组成和密度在水平方向和垂直方向表现出三维极不均一。部分熔融产生岩浆的源区三维极不均一，是造成中国东部火山岩和侵入岩组合复杂性，以及不同地区相同组合的岩石地球化学特征也有差别的基本原因。
b.不同块体汇聚、碰撞、镶嵌到焊合经历了一定的过程。从地层岩相古地理、古生物区系、大地构造和微构造分析，以及古地磁数据确定不同块体的拼合时间常有一定的出入，除了方法技术本身精度的因素之外，还有一个比较重要的原因是不同块体从汇聚到焊合成为一个整体经历了一个不同长短的历史过程；在相互拼合的历史过程中，经历了汇聚、碰撞、镶嵌到焊合的不同阶段；有时在总体拼合的过程中，还可以发生次一级的“分和合”的反复。这个过程，从汇聚碰撞到镶嵌，以及局部和暂时发生的次一级的裂解过程，都是产生不同类型岩浆作用的重要驱动机制。
c.不同块体拼合成为一个整体的时间较晚。尽管从地质和古地磁资料得出整体拼合的结束时间不同，前者认为结束于中生代早期，后者认为结束于中生代中期，但两种意见的共同点是都认为中国东部大陆整体拼合的结束时间很晚，所以从这个意义上来讲，中国东部大陆是一个年轻的大陆。尽管中国东部大陆某些块体的变质基底特别是陆核形成时间十分古老，甚至可达39亿年，但从多块体拼合的总体上来说，其不同组成部分（块体）的壳幔结构、组成和密度三向极不均一；拼合时间很晚，焊合固结程度较低，从这个意义上来说又是一个比较脆弱、容易受各方面影响而发生活动的大陆。
d.中国东部大陆周围被其他板块所包围。对中国东部大陆影响较大的为西伯利亚板块、印度板块、太平洋板块和菲律宾海板块被它们所夹持，中、新生代的岩浆活动就是在中国东部各块体与周边板块相对运动和相互作用过程中发生和发展起来的。中国东部中生代早期岩浆活动主要分布在不同块体相对运动和相互作用的结合带，大体呈近东西向、北东东向和北西西向分布，中生代中、晚期沿跨越不同块体的大型走滑断裂带作北北东向、北东向分布，新生代则主要分布在拉张裂谷区，其分布继承了原大型走滑断裂带的北北东的方向。中、新生代岩浆活动阶段与周边板块运动特别是滨太平洋板块运动的同步关系表明，周边板块的影响主要通过东部大陆内部各块体结构、组成和密度之间的三维不均一性，以及各块体整体拼合结束时间较晚和焊合固结程度不高等内在因素而发挥了作用。也就是说，中国东部濒太平洋地区中生代岩浆活动不是库拉-太平洋板块直接俯冲的产物，而是东部大陆与周边板块相对运动和相互作用引发了东部大陆内部各块体之间的相对运动和相互作用的结果。
（二）多块体拼合大陆活动区火成岩组合的复杂性
多块体拼合大陆活动区火成岩的组合比较复杂，普遍不同程度地富碱、高钾。中国东部濒太平洋地区火山岩和侵入岩的组合类型较多，两者的对应性较好，但普遍具有富碱、高钾的特点，按照国际火成岩分类基本上都属于粗面玄武岩、玄武粗安岩、粗安岩、粗面英安岩和高硅流纹岩系列，以及与钙碱性系列之间的过渡类型的火山岩，即略富碱和高钾的钙碱性系列玄武岩、安山岩、英安岩和流纹岩。前者碱性分异趋势可以出现碱性粗面岩和响岩，两者基性端员可以出现苦橄玄武岩和碱性苦橄玄武岩。侵入岩与火山岩的组合基本上可以对应，但由于形成条件不同，火山岩和侵入岩之间有一定差异性（表5-1）。
从表5-1可以看出：①除拉张裂谷环境形成的玄武质火山岩地表不出露大量深成侵入相之外，其他中性和酸性火山岩都可以找到相应的深成岩。②从整体上来看，火山岩中中性岩的比例相对高一些，侵入岩以中酸性和酸性的比例相对高一些。③中性、中酸性、酸性火山岩和侵入岩普遍富碱、高钾。④中酸性、酸性火山岩和侵入岩以Ⅰ型为主，S型为辅。

表5-1　中国东部中、新生代火山岩和侵入岩组合对比表

（三）多块体拼合大陆活动区的火成岩组合的特殊性
与典型岛弧和活动陆缘相比，其火山岩和侵入岩的组合有一系列的特殊性，这种特殊性从宏观上主要表现为：①岩浆源区物质的三维不均一性；②火山岩和侵入岩组合的复杂性；③火山岩和侵入岩普遍富碱、高钾。从微观上可以通过最有代表性的两种火成岩组合特征的比较而加以区别，这两种最有代表性的火山岩组合是玄武粗安质-粗安质组合和粗面英安质-流纹质组合，相应的侵入岩分别为辉长二长质-二长质和石英二长质/花岗闪长质-花岗质组合。现分别比较如下。
1.中性火成岩组合的比较
（1）地质背景和岩石组合的区别
岛弧和活动陆缘的中性岩浆活动分布在俯冲或碰撞造山带，主要发育在洋壳上，或较薄的过渡性陆壳之上。发育在洋壳基础上以玄武质和玄武安山质火山岩组合为主，玄武岩以亚碱性系列（拉斑和钙碱性）为代表，在活动大陆边缘陆侧也可以出现局部碱性玄武岩；发育在过渡性地壳基础上以安山质火山岩为代表，并有数量不等的英安质和流纹质火山岩相伴生，在陆壳较厚的活动大陆边缘，英安质和流纹质火山岩数量相对增多，但均属钙碱性系列。辉长闪长质和闪长质的岩体很少，多半出现在大型花岗闪长岩和花岗岩体的边部或呈顶盖残留体出现。在板块拼合带虽然有大量基性侵入体与地幔橄榄岩（或蛇纹岩共生），但中性的闪长岩不发育。在岛弧和活动陆缘区一般不出现独立的中性侵入杂岩体。
多块体拼合大陆的中性岩浆活动主要分布在有前寒武纪变质基底的陆台区，分布在大型走滑断裂及其派生断裂系附近。在由走滑断裂长期活动形成的继承性断陷盆地中为玄武粗安质-粗安质和粗面质-响岩质火山岩组合，在隆起区则形成二长辉长质-二长质、二长质-正长质和正长质-碱性正长质侵入岩组合。上述火山岩组合共生在独立的火山岩盆地内，侵入岩组合也形成独立的杂岩体，而且往往同类的火山岩盆地或侵入杂岩体都成群成带分布。
在成熟的岛弧和活动陆缘的构造岩浆期后，可以出现一种叫“橄榄安粗岩”（Shoshon-ite）的岩石组合，这种组合内玄武质＞50%，安山质或粗安质占40%，英安质或粗面英安质占10%，其数量大约占岛弧火山岩总量的2.5%以下，其组合特征与大陆玄武粗安质和粗安质组合有某些相似性，但产出的构造背景、组合内各种岩性的比例等，与大陆玄武粗安质和粗安质火山岩组合的区别很大，主要的区别是：后者与大陆内部特别是陆块区大型走滑断裂系有关，而与俯冲作用无关；后者粗面玄武岩＜10%，玄武粗安质、粗安质中性火山岩＞85%，粗面质和响岩质碱性火山岩＜5%；玄武粗安质、粗安质火山岩共生组合的盆地成群、成带地大规模产出；相应的中性侵入杂岩体也成群成带地产出。所以大陆玄武粗安质和粗安质火山岩组合可以从广义上包括岛弧期后造陆阶段的“橄榄安粗岩”，但有特定产出条件（成熟岛弧）的“橄榄安粗岩”不能代表整个大陆活动区的玄武粗安质-粗安质火山岩和相应复杂的侵入岩组合。
（2）岩石学和矿物学特征的区别
岛弧和活动陆缘的安山质火山岩为典型的钙碱性系列的玄武安山岩和安山岩，常常属于高铝的变种。其铁镁矿物含量占24%～17%，斜长石占52%～34%，石英4%～15%，一般不出现钾长石，暗色矿物以辉石为主，占20%～15%，副矿物为磁铁矿和磷灰石，2%～4%。其中斜长石的平均成分为拉中长石到中长石，但由于发育密纹状振荡环带，所以斑晶内核斜长石成分可达拉长石甚至倍长石，但边环为更中长石。辉石以单斜辉石为主，主要是普通辉石、顽-普通辉石和透辉石，少量斜方辉石成分变化在紫苏辉石和古铜辉石之间。
大陆玄武粗安质和粗安质火山岩有钾质和钠质之分。①钾质的玄武粗安岩和粗安岩，与少量粗面玄武岩、粗面岩和白榴石响岩共生。中性的玄武粗安岩、粗安岩中斜长石占45%～38%，钾长石27%～38%，石英2%～6%，铁镁矿物25%～16%，副矿物磁铁矿和磷灰石占2%～4%。斜长石平均为中长石，由于发育密纹状振荡环带，所以斑晶斜长石核部可以达到拉长石、倍拉长石，斑晶边缘和微晶斜长石为更长石。钾长石以3种形式出现，独立的钾长石巨斑，属有序度较低的透长石，系岩浆结晶的产物而非交代的变斑晶；第二种产出形式是斜长石斑晶的透长石边；第三种是基质斜长石微晶之间的填隙矿物。铁镁矿物以辉石为主，有些变种内同时出现数量不等的黑云母。辉石以单斜辉石为主，主要是普通辉石和次透辉石，少量为顽-普通辉石，有时有少量斜方辉石，但由于在地表容易发生次生蚀变而往往被忽视。石英主要出现在基质中。磷灰石为氟磷灰石，有明显的多色性，并含大量柱状包体。②钠质的玄武粗安岩和粗安岩，与少量玄武岩和石英粗安岩共生。其斜长石含量占48%～56%，碱性长石占18%～26%，石英占3%～6%，铁镁矿物以辉石为主，其次有数量不等的角闪石和黑云母，副矿物为磷灰石和磁铁矿。斜长石平均成分为中长石，斑晶斜长石发育密纹状振荡环带，核部斜长石成分可达倍拉长石到倍长石，边部为钠更长石。碱性长石主要为富含钾长石分子的更钠长石—钠长石，有两种产出形式，一种构成斜长石斑晶的边环，另一种出现在微晶斜长石间隙，但大部分钾长石和钠长石分子赋存在斜长石中，使斜长石的号数降低，并含较高的钾长石分子。新鲜和非蚀变的钻孔岩心中，粗安岩都有两种辉石，单斜辉石以普通辉石为主，斜方辉石为紫苏辉石，二者比例约为3:1～5:1，但由于内生或表生蚀变常常被忽视。磷灰石也以富氟和具多色性为特征。
大陆辉长二长质和二长质侵入岩组合也有钾质钠质之分。可以与相应的火山岩共生，也可以独立产出。①钾质的辉长二长质、二长质侵入岩与正长岩共生，有时还出现碱性正长岩。②钠质的辉长二长质、二长质侵入岩与石英二长岩甚至二长花岗岩共生。钾质辉长二长岩和二长岩的斜长石为中长石（30～50号），颗粒核部可达拉长石，边部为更中长石，斜长石中Or分子较高，有时可达13%～18%；碱性长石Or分子在65%～78%之间，Ab 19%～33%之间，An分子很少，仅2%～3%。少量橄榄石为捕虏晶。在二长岩中辉石常常是富钙单斜辉石和贫钙斜方辉石共生，在正长岩和霞石正长岩中，随着碱性程度增高霓辉石分子也相应增加。黑云母在二长岩和正长岩中为镁黑云母，Mg为52%～64%，但在碱性正长岩中含铁量显著增高（Mg为34%～58%）。在钠质辉长二长岩和二长岩中常出现角闪石和辉石共生，角闪石的Al2O3较高（＞10%）,Si/（Si+Ti+Al）＜0.765,Na2O含量也较高，可达0.79%～1.75%。具有幔源岩浆结晶的角闪石的特征。
大陆中性火山岩和侵入岩的岩石学和矿物学特征与岛弧和活动陆缘火成岩根本不同，比成熟岛弧造山期后的橄榄安粗岩也复杂得多。
（3）岩石化学和地球化学特征的区别
岛弧和活动陆缘安山质火山岩的平均成分，SiO2为59.94%,Al2O3较高，17%～19%,K2O+Na2O较低，2.7%～5.3%,w（Na2O）＞w（K2O），约为2:1～1.5:1，但是大陆粗安质火山岩的平均成分SiO2是54.5%,Al2O3含量较低，一般＜16%,w（K2O+Na2O）＞6.5%～9%，碱性变种可达10%～14%,K2O和Na2O含量相近，钾质的变种w（K2O）＞w（Na2O），出现钾长石斑晶和斜长石的钾长石边环，碱性粗面岩和响岩出现白榴石，钠质的变种Na2O>K2O，出现角闪石，碱性正长岩出现霞石。
岛弧和活动陆缘的安山岩其Rb 4.7×10-6～23×10-6,Sr 231×10-6～428×10-6,Ba60×10-6～260×10-6,Cr 13×10-6～110×10-6,Ni 18×10-6～50×10-6,Co 10×10-6～35×10-6，但大陆粗安质岩和二长岩的Rb、Sr、Ba要高得多，Rb 55×10-6～206×10-6,Sr 719×10-6～918×10-6,Ba 628×10-6～813×10-6～1267×10-6,Cr 23×10-6～124×10-6,Ni 8×10-6～124×10-6。同样在同位素地球化学特征上区别很大，岛弧和活动陆缘的安山岩∑REE 38×10-6～67×10-6，少数达70×10-6～120×10-6,LREE/HREE,w（La）w（Yb）4～7,（87Sr/86Sr）i为0.7028～0.7042,143Nb/144Nb为0.51291～0.51295,但大陆粗安岩和二长岩的ΣREE 198×10-6～329×10-6,LREE/HREE 13～20,w（La）/w（Yb）19～31,（87Sr/86Sr）i为0.7052～0.7063,143Nb/144Nb为0.51157～0.51167。
综上所述可见，大陆玄武粗安质、粗安质火山岩和相应的辉长二长岩、二长岩是与岛弧和活动陆缘的钙碱性安山岩完全不同的火成岩组合，是在多块体拼合大陆活动区与大型走滑断裂有关的深源岩浆作用产物，不是大洋板块直接俯冲作用的产物。大陆粗安质火山岩组合可以包括成熟岛弧在造陆阶段出现的小规模分布的橄榄安粗岩，但橄榄安粗岩不能代表大陆粗安质火山岩组合。
2.中酸性和酸性火成岩组合的比较
（1）地质背景和岩石组合的区别
岛弧和活动陆缘的英安质和流纹质火山岩组合主要分布在以过渡性地壳为基底的岛弧、活动陆缘区，与大洋板块的俯冲和碰撞作用有关，代表性的中酸性和酸性火山岩为钙碱性系列的英安岩和流纹岩，而且总是伴随数量不等的安山质火山岩，在很多情况下，安山质火山岩占主导地位。岛弧和活动陆缘的火山岩系常常是海陆间互相，早期以海相为主，中期海相和陆相可以相间出现，晚期火山弧高出水面，常常表现为陆相的特征。大陆活化带的中酸性和酸性火山岩最有代表性的是高钾英安质和高硅流纹质火山岩，按地科联岩石分类命名委员会的分类命名原则应称粗面英安质和流纹质火山岩，主要分布在大陆断块活动带、古老变质基底隆起区内的局部上叠式断陷盆地中，一般为陆相火山岩系。在以粗面英安岩和流纹岩为主的火山岩系中，可以出现少量或缺失粗安质火山岩，在拉张的条件下，可以出现少量玄武质火山岩，构成双峰式组合。
（2）岩石地球化学特征的区别
岛弧和活动大陆钙碱性的英安岩和流纹岩由于除石英和长石斑晶外，基质为玻璃质和霏细结构，所以矿物成分对比常常是利用岩石化学成分计算的标准分子含量进行的。英安质火山岩化学成分的平均成分SiO2为65.59%,Al2O3为15.97%,K2O+Na2O为5.98%，其中K2O为1.75%,Na2O为4.23%，一般钠质的，其CIPW标准矿物Q22.51,Or 10.35,Ab 35.77,An 19.43,Di 1.45,Hy 5.39,Mt 3.58，Ⅱ1.14,Ap 0.42，而流纹质火山岩的平均成分SiO2为74.26%,Al2O3为13.58%,K2O+Na2O 7.97%,K2O 4.26%,Na2O为3.71%，其K2O略大于Na2O。大陆活化带的粗面英安岩则不同，其平均岩石成分SiO2为67.56%,Al2O3为15.93%,K2O+Na2O为8.62%，其中K2O 4.72%,Na2O 3.93%,Na2O/K2O 1.2，全部为钾质的，其CIPW标准矿物Q 22.51～26.03,Or 22.28～26.48,Ab 29.28～36.56,An 7.89～11.54,Di 0.23～1.94,Hy 1.83～4.82,Ap 0.19～0.44,Mt 2.32～3.68，Ⅱ1.06～1.37，显然大陆活化带比岛弧和活动陆缘英安岩的SiO2和K2O+Na2O要高得多，K2O/Na2O和K2O也高得多。
岛弧和活动陆缘的流纹岩，其平均成分为SiO273.38%,Al2O313.91%,K2O+Na2O 7.12%,K2O 2.12%,Na2O 5.00%,K2O/Na2O 0.42,Na2O/K2O 2.36，其CIPW标准矿物分子Q 31.21,Or 12.53,Ab 42.35,An 8.63,Hy 2.85,Mt 1.28，Ⅱ0.65,Ap 0.17。大陆活化带高钾流纹岩的岩石成分变化区间较大，SiO271.20%～80.28%，平均为74.17%,Al2O312.06%～16.96%，平均为13.51%,K2O+Na2O 7.35%～9.39%（个别SiO280.28%，其中K2O+Na2O为5.95%），平均为8.25%,K2O 4.36%～6.87%，平均4.74%,Na2O 2.29%～4.38%，平均为3.41%,w（K2O）/w（Na2O）1.39,w（Na2O）/w（K2O）0.72，其CIPW标准矿物分子平均为Q 33.93,Or 28.01,Ab 28.89%,An 4.61%,Hy 0.93%,Mt 1.94%，Ⅱ0.47%,Ap 0.15%。与岛弧和活动陆缘相比，大陆活化带流纹岩的K2O和K2O/Na2O高是一个显著特点。
岛弧和活动陆缘的英安质和流纹质火山岩的微量元素：Rb 9×10-6～113×10-6,Sr 107×10-6～122×10-6,Ba 115×10-6～332×10-6,Cr 12×10-6～31×10-6,Ni 2×10-6～14×10-6，∑REE 61.89×10-6～146.85×10-6,w（La）/w（Yb）3.97～5.72,（87Sr/86Sr）i为0.7028～0.7058。大陆活动带高钾英安质和流纹质火山岩的微量元素为：∑REE 113.26×10-6～279.20×10-6,LREE/HREE 5.15～6.51,La/Yb 13.08～11.88,（87Sr/86Sr）i为0.70445～0.705530
经上所述可见，对于中国东部多块体拼合的年轻大陆来说，其代表性的中性、中酸性、酸性火山岩和侵入岩组合都明显地不同于典型岛弧和活动陆缘，是在特定的大陆壳幔结构、组成背景中，受特定的地球动力学和物理化学条件控制下的产物。
上面从整体上把中国东部濒太平洋地区与岛弧和活动陆缘的火成岩组合进行对比，下面将分别对东北、华北和华南3个构造岩浆域的不同时代的火山岩和侵入岩的地质学、岩石学、地球化学和形成条件进行系统的剖析和对比。

5.1.1 岩浆活动时空分布及其与地质构造的关系

南海北部陆缘地区，白垩纪以来以拉伸盆地形成和火山喷发、基性岩脉(岩墙)侵位为标志的伸展张裂作用非常强烈。在岩浆活动方面，白垩纪—古近纪时既有喷出也有侵入，而晚新生代主要表现为火山喷发。

5.1.1.1 白垩纪—古近纪岩脉侵位

为探讨与白垩纪—古近纪伸展张裂有关的岩浆活动，本次工作专门对广东沿海的南澳、汕头、澄海、潮阳、惠来、深圳、台山等地的燕山晚期—喜马拉雅早期的基性、中基性岩脉进行了K-Ar年代学研究。野外观察表明，岩脉产状包括NE、NW、NWW、NEE和近EW向5组，近EW向和部分NW向岩脉形成较早，往往被晚期岩脉所穿插；而NE、NEE和NWW向岩脉的形成时间相对较晚。这些岩脉形态保存较完整，岩石较新鲜，变形不强烈，主要遭受了节理构造的切割(表5.1)。

取岩脉中的新鲜样品，在中国科学院广州地球化学研究所用MM-1200质谱仪进行了K-Ar同位素稀释法年龄测定，测试数据列于表5.2。

表5.2数据表明，研究区的岩脉K-Ar年龄可分为142.5Ma(早白垩世早期)、131.4～132.8Ma(早白垩世中期)、123.6Ma(早白垩世晚期)、72.4～97.6Ma(晚白垩世)和52.6Ma(始新世)5组。尽管获得的年龄数据还很有限，但结合岩脉的产状来看，属于早白垩世早期的为NW向岩脉；属于早白垩世中期的为近EW向岩脉；NE向岩脉开始形成于早白垩世晚期；晚白垩世时(97.6～72.4Ma)既有NE向也有NW和NWW向岩脉侵入；始新世时则有NEE向岩脉发育。这与野外观察的岩脉穿插和断裂切割关系是一致的。区域地质研究表明，南岭和华南大陆边缘中生代构造-岩浆作用的一个显著特点，是经历了从早期陆内碰撞挤压到晚期伸展扩张的转变。燕山期构造应力场从挤压向挤压后松弛-张裂转变的重要时期为早白垩世早期(约140Ma)，例如，粤北地区白垩纪基性岩脉的第一组年龄为139～143Ma(李献华等，1997)；香港地区的花岗岩成因类型，年代155Ma左右的为同造山S型，136～138Ma的为晚造山-非造山I型(Sewell et al.，1992)。区域上在早白垩世发生的另一次重要的晚造山-非造山型花岗岩浆活动的时代集中于(124±3)Ma，如福建漳州的上房辉长苏长岩(123Ma)、长泰花岗闪长岩(123Ma)(周珣若等，1994)和广东阳春石菉花岗闪长岩(126Ma)。晚白垩世开始，区域地壳整体上进入后造山拉伸张裂阶段，其重要标志是浙闽粤沿海有后造山A型晶洞碱长花岗岩(92～97Ma)形成(周珣若等，1994；Martin et al.，1994)和大量的基性岩脉侵位，以及沿南海北部和台湾海峡有一系列初始裂陷盆地出现(神狐运动)。古近纪期间，南海北部发生多幕陆缘张裂，其中一次重要的张裂事件出现在始新世(珠琼运动)(李平鲁，1993)。本次研究所获得的广东沿海基性、中基性岩脉的K-Ar年龄数据与区域上的资料相当吻合，而且进一步给出了不同方向的断裂发生拉张的时间序列，为探讨区域构造应力场的变化提供了基础。

表5.1 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉的岩石类型和地质特征

表5.2 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉的全岩K-Ar同位素稀释法年龄测定结果

注：中国科学院广州地球化学研究所测试(1104-3由中国地质调查局宜昌地质矿产研究所测试)。

5.1.1.2 白垩纪—古近纪火山活动

珠江口、北部湾-雷琼、茂名、三水、河源等盆地是南海北部及其沿岸地区在白垩纪—古近纪强张裂活动中形成的几个典型的拉伸盆地，这些盆地在形成发展过程中曾普遍发生过火山喷发。

K-Ar年代学资料表明(表5.3)，茂名盆地火山活动发生于晚白垩世—古新世(56.1～92.2Ma)，岩性为一套安山岩-流纹岩组合。三水盆地火山活动主要发生于古新世—始新世(38.0～63.9Ma)，早期(60～64Ma)以形成玄武岩-流纹岩为主，晚期(38～59Ma)主要为玄武岩-粗面岩组合。南海珠江口盆地在古近纪以流纹岩-安山岩-拉斑玄武岩为主，断隆带上(如中部东沙-神狐暗沙隆起和北部隆起)多为流纹质及部分为英安质、安山质火山岩，断陷带中主要为拉斑玄武岩或拉斑玄武岩-流纹岩组合(邹和平等，1995)。雷琼盆地和南海中央海盆在渐新世初开始喷出拉斑玄武岩。

5.1.1.3 晚新生代火山活动

大量的岩石学、地球化学和同位素年代学资料表明，南海北部及其沿岸地区晚新生代以火山喷发为表现形式的岩浆活动广泛发育，并具有以下特点：

1)以基性岩浆喷发为特征，形成拉斑玄武岩和碱性玄武岩系列。在碱性玄武岩中，往往含有尖晶石二辉橄榄岩、基性麻粒岩等深源岩石的捕掳体。

2)分布上与陆缘拉伸盆地及其边缘深断裂密切相关，在张裂强烈地带(南海诸盆地、台湾海峡、雷琼盆地等)活动时间久、次数多、分布广。

3)新近纪火山活动除了发生在拉伸盆地内，还出现在盆地边缘及附近地区(如闽南沿海和印支半岛)，中新世是区域上火山活动的一个高峰期。年代学资料显示，南海北部及沿岸地区普遍出现玄武岩浆喷发的时间集中于20～17Ma，如南海珠江口盆地7-1-1井于2429m和2432m 深处所见碱性玄武岩的K-Ar年龄分别为(17.1±2.5)Ma和(20.2±3.0)Ma，南海宣北海山碱性玄武岩的K-Ar年龄为15.21～22.90Ma(梁德华等，1991)；此外，琼北金牛岭、闽南龙海、澎湖群岛和台湾西部玄武岩也分别测得(16.77±0.47)Ma、16.57～19.20Ma、16.2Ma和23Ma左右的K-Ar年龄(朱炳泉等，1989；陈道公等，1992；Angelier et al.，1990；Chung et al.，1994)。区域上的第四纪火山活动则又主要限于南海海域和雷琼盆地区，喷发时间从早更新世至全新世初。

5.1.2 火成岩地球化学特征

5.1.2.1 火成岩主量元素地球化学特征

(1)南海北部沿岸白垩纪—古近纪岩脉与火山岩的主量元素地球化学特征

广东沿海白垩纪—古近纪基性、中基性岩脉的岩石化学分析数据列于表5.4。为进行比较，将这些岩脉的分析数据与茂名、三水盆地同期火山岩数据一并投影于图5.1。图5.1表明，广东沿海有关岩脉的岩石化学成分主要相当于亚碱性系列的玄武岩-玄武安山岩类。茂名盆地白垩纪—古新世火山岩主要属于亚碱性系列的流纹岩-英安岩-安山岩类；而三水盆地古新世-始新世火山岩主要是由碱性系列的玄武岩与粗面岩或由玄武岩与亚碱性系列的流纹岩组成双峰式类型。

表5.3 南海北部拉伸盆地白垩纪—古近纪火山岩K-Ar同位素年龄数据

注：岩性后括号内数字为样品数；①朱炳泉等，2002；②广东省地质矿产局，1991，茂名幅1：50000区域地质报告(未刊)；③朱炳泉，1998；④李平鲁等，1994；⑤李兆麟，1991；⑥冯国荣，1992。

表5.4 广东沿海白垩纪—古近纪基性、中基性岩脉的岩石化学成分(w_B/%)

注：中国科学院广州地球化学研究所用湿化学法测定。

图5.1 广东沿海白垩纪—古近纪火成岩全碱-硅氧图解(三水、茂名火山岩资料据地矿部第12石油普查勘探大队，1982和朱炳泉等，2002)

F—似长石岩区；Pc—苦橄玄武岩区；U1—碧玄岩区；U2—响岩质碱玄岩区；U3—碱玄质响岩区；PH—响岩区；S1—粗面玄武岩区；S2—玄武粗安岩区；S3—粗面安山岩区；T—粗面岩区；B—玄武岩区；O1—玄武安山岩区；O2—安山岩区；O3—英安岩区；R—流纹岩区(图解据Le Bas et al.，1986)

(2)珠江口盆地新生代火山岩主量元素地球化学特征

南海珠江口盆地新生代火山岩岩石化学分析数据列于表5.5，具有以下特点(图5.2)。

古近纪，既有基性岩浆喷出，还有较多的中酸性岩石形成，主要属于亚碱性岩石系列。玄武岩的Mg^＃值普遍较低(多数样品的Mg^＃值＜60)。

新近纪以来，基本上全为基性岩浆喷出，形成碱性玄武岩和拉斑玄武岩系列，与华南乃至中国东部晚新生代火山岩组合的普遍特征一致。玄武岩Mg^＃值增高，有较多接近原始岩浆成分(Mg^＃值＞60)的成员。

在同一时期的玄武岩中，碱性玄武岩比拉斑玄武岩具有更高的Mg^＃值和TiO₂、P₂O₅、K₂O含量，说明结晶分离作用并非不同类型玄武岩形成的主要因素。

上述资料表明，区域上的白垩纪—新生代岩浆活动总的演化趋势是由含较多中酸性岩石的亚碱性系列钙碱性岩类发展到双峰式系列以至碱性玄武岩和拉斑玄武岩系列，以较大的成分多样性而不同于“大火成岩省”(Large Igneous Provinces)(Flower et al.，1998)。晚新生代以来火山岩的SiO₂不饱和程度和原始岩浆成分相应增高，反映岩浆来源逐渐加深和岩石圈逐渐拉裂伸展的构造环境。这与日本海和北美西部里奥格兰德裂谷岩浆作用的发展序列(Perchuk，1991；Baldridge，1991)也是相同的。

表5.5 南海珠江口盆地新生代火山岩化学成分(w_B/%)

注：Mg^＃=100Mg²⁺/(Mg²⁺+Fe²⁺)；QT—石英拉斑玄武岩；OT—橄榄拉斑玄武岩；AB—碱性玄武岩；An—安山岩；Da—英安岩；Rh—流纹岩。

图5.2 珠江口盆地新生代火山岩全碱-硅氧图解(邹和平等，1995)

1—古近纪火山岩；2—新近纪火山岩；其他图例说明同图5.1

5.1.2.2 火成岩微量元素地球化学特征

(1)广东沿海白垩纪—古近纪火成岩的微量元素地球化学

广东沿海白垩纪—古近纪岩脉的微量元素分析数据列于表5.6。稀土分布特征表明(图5.3)，这些岩脉普遍具有LREE富集特征，与酸性岩脉(深08-2)呈明显负Eu异常特点不同的是，基性和中基性岩脉基本不具或只有弱的负Eu异常(δEu为0.70～1.09)，δEu并且有随着岩石基性程度增高而增高的趋势，反映分异作用的影响。在微量元素分布特征上(图5.4)，中基性岩脉的Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE)相对于REE、K、Th等不相容元素多呈亏损型，但基性岩脉基本不显示Nb、Ta亏损(中基性岩石的La/Nb值为1.89～6.67，基性岩石的La/Nb值为0.93～1.03)。

表5.6 广东沿海白垩纪—古近纪中基性岩脉的微量元素和稀土元素含量(w_B/10^-6)

续表

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注：中国科学院广州地球化学研究所用PE Erland 6000等离子质谱仪分析测定；1103-1和1103-2由中国地质调查局宜昌地质矿产研究所测定；“—”示未测。

图5.3 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉稀土元素球粒陨石标准化值分布型式(球粒陨石标准值据Taylor等，1977，以下同)

图5.4 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉微量元素的原始地幔标准化值分布型式(原始地幔值据Sun等，1989，以下同)

据研究(Chung et al.，1997)，三水盆地的古近纪火山岩普遍具有LREE 富集的特点，玄武岩与粗面岩、流纹岩都不显示Nb、Ta亏损，但长英质岩石总体上有更高的REE丰度，并具明显的负Eu异常。反映三水盆地火山岩可能来自相同的岩浆源，分异作用对双峰式岩系的形成起重要影响。而河源、连平的古近纪玄武岩-安山岩-英安岩表现微弱的负Eu异常，英安岩并显示Nb、Ta亏损，说明可能存在不同程度的地壳同化混染作用。

(2)南海北部珠江口盆地新生代火山岩微量元素地球化学

南海北部珠江口盆地火山岩微量元素数据列于表5.7。它们均显示轻稀土元素富集的分布型式(图5.5)，除了古近纪安山岩(L11-1-2和711-f)和英安岩(H21-1-1)呈弱的负Eu异常外，所有的玄武岩类均表现出较明显的正Eu异常。安山岩(L11-1-2)和英安岩(H21-1-1)并表现为Nb-Ta亏损(图5.6)和较低的Nb/Y值(0.25～0.78)、Ti/Yb值(2155～3315)，反映可能存在一定程度的地壳混染。但所有的玄武岩类样品均表现为Nb、Ta、Ti等HFSE相对富集的型式，La/Nb值(0.09～0.59)低而Nb/Y值(1.75～9.97)和Ti/Yb值(＞5000)高，反映基本未受地壳混染的影响，它们来源于上地幔(一般认为，Ti/Yb值＞5000的火山岩所受地壳混染的影响很小)(Hart et al.，1989)。并且，古近纪玄武岩的 Ba/Nb、Th/Nb 比值均系统地高于新近纪玄武岩(图5.7)，显示古近纪岩浆可能主要来源于富集(EM)型地幔，而新近纪岩浆源区与南海海山玄武岩相似，主要来源于类似HIMU-OIB向MORB过渡的亏损型地幔。

图5.5 珠江口盆地新生代火山岩稀土球粒陨石标准化值分布型式

表5.7 南海珠江口盆地新生代火山岩微量元素和稀土元素含量(w_B/10^-6)

续表

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注：中国科学院广州地球化学研究所用PE Erland 6000等离子质谱仪分析测定。

图5.6 珠江口盆地新生代火山岩微量元素的原始地幔标准化值分布型式

5.1.2.3 火成岩Sr、Nd、Pb同位素特征

南海北部及邻区中、新生代火成岩的Sr、Nd、Pb同位素特征列于表5.8。同位素数据表明，广东沿海白垩纪岩脉、茂名盆地白垩纪—古新世火山岩和连平古近纪火山岩的(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i一般大于0.7047，ε_Nd(t)主要为负值，说明其岩浆源区主要为下地壳或幔壳混合源。但在距今56Ma左右，茂名盆地火山岩(样品88-44)的ε_Nd(t)为正值；53Ma左右形成的基性岩脉(C19-1)的(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i值为0.7047；三水盆地古近纪火山岩(60～38Ma)的ε_Nd(t)基本都为正值，反映这些岩浆可能主要来源于上地幔。而晚新生代以来，南海及其北部沿岸和印支半岛的火山岩Sr、Nd同位素特征(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr一般小于0.7047，ε_Nd(t)一般为正值)反映其岩浆主要来源于亏损型上地幔。广东普宁含幔源捕虏体的玄武岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr为0.7160，ε_Nd(t)为-3.59，但稀土和微量元素并未显示混染特征，可能反映了该处上地幔具有富集型的性质(夏群科等，1997)。

图5.7 珠江口盆地新生代火山岩的Ba/Nb-Th/Nb图解及其与南海海山玄武岩(SCS)(Tu et al.，1992)和EM1、EM2、HIMU-OIB、N-MORB(Weaver，1991)的比较

1—古近纪火山岩；2—新近纪火山岩；CC—大陆地壳

图5.8 南海北部及邻区新生代火山岩Sr-Nd同位素组成变化图解

EM1、EM2、DMM分别为Zindler(1986)定义的富集I型、富集Ⅱ型和亏损型地幔端元

表5.8 南海北部及邻区中、新生代火成岩Sr、Nd、Pb同位素组成

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注：资料来源：①ChungSL，etal.，1997；②朱炳泉等，2002；③ZhuBQ，etal.，1989；④朱炳泉等，1989；⑤Tu K，et al.，1991；⑥夏群科等，1997；⑦Hoang Nguyen，etal.，1996；⑧TuK，etal.，1992；⑨朱炳泉，1998；其余为本文作者资料，在中国科学院广州地球化学研究所用VG-354质谱仪测定。

图5.9 南海北部及邻区新生代火山岩Pb同位素组成变化图解(北半球参考线，据Hart，1984)

在Sr-Nd同位素变异图上(图5.8)，南海北部及邻区新生代火山岩数据多数投影于由大洋岛屿玄武岩构成的地幔阵列中。其中古近纪玄武岩具富集型地幔源区特征；三水盆地火山岩具有明显高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr，构成两条混合线，表明其源区可能曾受到来自古俯冲带海水混合和上地壳物质加入的影响(Zhu et al.，1989)。南海北部及邻区新近纪-第四纪玄武岩的Sr-Nd同位素组成普遍表现为相对亏损的“洋岛型”(OIB)软流圈地幔源区特征，但产于拉伸作用较弱的普宁地区的玄武岩仍反映为富集源特点。

Sr-Nd同位素组成显示，南海北部及邻区在张裂过程的早期，或在岩石圈拉伸减薄作用较弱的地段，火山岩的同位素组成为相对富集型，岩浆源区从壳幔混合源到富集型岩石圈地幔源；而在张裂过程的晚期，或在拉伸减薄作用强烈地带，火山岩的同位素组成为相对亏损型，岩浆源区主要为软流圈地幔。火山岩源区性质的这种变化特征，反映在地壳张裂过程中，可能发生了岩石圈地幔底蚀或拆沉减薄和软流圈底辟上涌，从而造成了岩浆底侵和富集型岩石圈地幔被亏损型软流圈地幔所替代的作用。

南海北部及邻区新生代火山岩Pb同位素组成变化有以下特点(图5.9)：普遍富含放射性成因Pb，而与岩性变化无关；具Dupal异常，按Hart(1988)建议将⁸⁷Sr/⁸⁶Sr＞0.705、△208/204＞60作为Dupal异常的标准，南海北部古近纪玄武岩具有这一特征，且²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb都较高，趋向EM2。新近纪以来形成的玄武岩的Pb同位素也具有EM2趋向的似Dupal异常，但以Sr、Nd同位素组成为相对亏损型为特征。

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