瓊西南三疊紀(jì)基性巖脈年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

陳新躍，王岳軍，韓會(huì)平，張玉芝，溫淑女，曹有金

1.湖南科技大學(xué)地質(zhì)系，湖南 湘潭 411201

2.頁(yè)巖氣資源利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201

3.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所，廣州 510640

4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，西安 710018

0 引言

基性巖脈作為地幔信息的重要載體，對(duì)研究區(qū)域大地構(gòu)造演化具有重要意義。對(duì)基性巖脈的精確同位素定年和元素地球化學(xué)研究可以限定構(gòu)造演化時(shí)序，并能為巖石圈演變提供制約［1－6］。海南島地處華南地塊與印支地塊之間，具有復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造演化歷史［7－9］，是聯(lián)系和理解印支半島和華南陸塊構(gòu)造演化的重要地區(qū)之一（圖1）。然而，對(duì)海南基底屬性及其構(gòu)造區(qū)劃尚有爭(zhēng)議［7，10－18］，如：楊樹(shù)鋒等［10］以九所－陵水?dāng)嗔褳榻鐚⒑Ｄ蠉u劃分為崖縣和瓊中南、北兩個(gè)塊體；Hsü等［11］和陳海泓等［12］將海南島作為華南塊體與印支塊體之間的中生代造山帶，石碌群為構(gòu)造混雜巖；Metcalfe［13］則以白沙斷裂為界，劃分成東南和西北兩個(gè)塊體；夏邦棟等［14］及方中等［15］認(rèn)為東西向昌江－瓊海斷裂為一古生代裂谷；李獻(xiàn)華等［7，16］將邦溪－晨星蛇綠巖帶作為華南塊體與印支塊體的縫合帶。目前對(duì)海南海西－印支期（晚古生代－早中生代）花崗巖的研究取得了很大進(jìn)展［19－25］，如：Li等［20］和陳新躍等［18］在瓊中五指山地區(qū)發(fā)現(xiàn)260～270Ma的同碰撞變形花崗巖［18，20］；謝才富等［24］在三亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)244Ma的石榴霓輝石正長(zhǎng)巖等。但對(duì)與海南早中生代構(gòu)造演化密切相關(guān)的基性巖的研究則少見(jiàn)報(bào)導(dǎo)［26］。筆者將系統(tǒng)報(bào)道海南東方中沙基性巖脈的鋯石U-Pb年齡和元素地球化學(xué)特征，以期為理解海南早中生代巖石圈構(gòu)造屬性及其與華南、印支的碰撞歷史提供新的信息。

1 區(qū)域地質(zhì)和樣品巖石學(xué)特征

海南島以瓊州海峽與華南大陸相隔，由北向南發(fā)育有王五－文教、昌江－瓊海、尖峰－吊羅、九所－陵水等4條近EW向隱伏斷裂［27］；由西向東發(fā)育NE向戈枕斷裂和白沙斷裂［14，21－23］（圖1）。島內(nèi)出露地層主要有元古宇抱板群和石碌群、古生界和中生界［28－29］。抱板群和石碌群由高綠片巖相－角閃巖相變質(zhì)巖組成，是海南出露最老的地層，主要分布于海南中 西 部 地 區(qū)［21－22，27，30］。 其 中：侵 入 有 1.43Ga的花崗巖體，被認(rèn)為是海南最古老的結(jié)晶基底［31］；寒武系和奧陶系分布于昌江－瓊海斷裂以南，由一套淺變質(zhì)頁(yè)巖、砂巖、粉砂巖、板巖組成［22－23，32－34］，島內(nèi)僅發(fā)育下志留統(tǒng)淺海相砂巖［35－37］；上古生界包括泥盆系砂巖、石炭系板巖和變火山巖、下二疊統(tǒng)灰?guī)r和中二疊統(tǒng)砂巖等，主要分布于九所－陵水?dāng)嗔岩员保?2－23，35－37］。海南 島 內(nèi) 花 崗 巖 出 露 非 常 廣 泛，樂(lè) 東－五指山－萬(wàn)寧地區(qū)出露面積約800km2的中二疊世同碰撞強(qiáng)變形花崗巖［18，20］（260～270Ma，圖1），而其他變形花崗巖可能形成于格林威爾期［31］。未變形花崗巖主要為三疊紀(jì) （186～244Ma，如瓊中巖體和儋縣巖體）和燕山期（150～60Ma，如屯昌巖體等）花崗巖［22－25，38］。

海南東部萬(wàn)寧地區(qū)發(fā)現(xiàn)有輝長(zhǎng)輝綠巖脈，其形成年齡為240Ma［26］。在西部東方中沙農(nóng)場(chǎng)同樣發(fā)育有基性巖脈（圖1），這些基性巖脈沒(méi)有明顯變形，呈灰綠色，寬度為0.3～1.5m，呈近南北走向，與圍巖面理大角度截交，產(chǎn)狀近直立，侵入于早古生代志留紀(jì)強(qiáng)變形砂巖中（圖2a）。其中志留系砂巖強(qiáng)烈面理化，面理走向北西，產(chǎn)狀235°∠32°，其同構(gòu)造期黑云母 Ar-Ar年齡約為245Ma［17，39］，代表了印支構(gòu)造事件的變形年齡。海南中沙基性巖脈巖性為輝長(zhǎng)輝綠巖，主要由斜長(zhǎng)石、單斜輝石和少量角閃石組成（圖2b）。其中，斜長(zhǎng)石呈板狀，體積分?jǐn)?shù)為70%，單斜輝石體積分?jǐn)?shù)為22%，角閃石體積分?jǐn)?shù)為5%，另見(jiàn)少量的斜方輝石和鈦鐵礦，副礦物包括磷灰石、榍石和鋯石等。

2 樣品分析方法

圖1 海南島地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Simplified geological map of Hainan Island

圖2 基性巖脈野外照片（a）和巖石顯微照片（b）Fig.2 Field photographs（a）and photomicrographs（b）of basic dikes

通過(guò)人工重砂法從新鮮的樣品中分選出鋯石，在雙目顯微鏡下挑選出無(wú)裂隙、無(wú)包體、透明干凈的自形鋯石顆粒，將其與一片RSES參考樣SL13及數(shù)粒標(biāo)準(zhǔn)鋯石Temora（年齡為417Ma）在玻璃板上用環(huán)氧樹(shù)脂固定、拋光，再進(jìn)行反射光和透射光照相，并進(jìn)行BSE圖像分析以檢查鋯石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。所有用于定年的鋯石均為透明－半透明柱狀礦物，內(nèi)部具明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，與巖漿成因鋯石相似。鋯石U-Pb同位素分析在香港大學(xué)的VGPQ-Excel ICP-MS激光離子探針完成，激光剝蝕系統(tǒng)為213 nm Nd－YAG。207Pb/206Pb和206Pb/238U 計(jì)算采用GLITTER 4.0程序［40］。詳細(xì)的分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)文獻(xiàn)［41］。

全巖的主量元素分析在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素分析是用Rigaku RIX 2000型熒光光譜儀（XRF）分析，分析精度為1%～5%，具體的實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)文獻(xiàn)［42］。微量元素分析在中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）完成，對(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞10×10－6的元素分析誤差小于5%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＝10×10－6的元素分析誤差小于8%，具體的樣品制備方法和分析流程見(jiàn)文獻(xiàn)［43］。

3 LA-ICP-MS鋯石 U-Pb年代學(xué)

分析的鋯石取自海南中沙農(nóng)場(chǎng)基性巖脈樣品11HN31A，CL圖像顯示鋯石形態(tài)完整，有明顯的振蕩環(huán)帶構(gòu)造，屬巖漿成因鋯石。本次對(duì)樣品11HN31A中24個(gè)分析點(diǎn)的激光ICP-MS鋯石UPb年代學(xué)測(cè)定，其分析計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1和圖3。樣品11HN31A中24顆鋯石分析點(diǎn)的Th/U變化范圍為0.13～1.13，顯示巖漿鋯石特征［44］。所測(cè)24個(gè)點(diǎn)的206Pb/238U 年齡為（241±5）～（1 694±32）Ma，其中有14個(gè)分析點(diǎn)獲得比較一致的206Pb/238U表面年齡，其206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為（242.2±2.6）Ma（MSWD＝0.1，n＝14），1個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U表面年齡大于1 600Ma，其余分析點(diǎn)則獲得一些古生代的206Pb/238U表面年齡。

4 地球化學(xué)特征

本次分析的基性脈巖的主量元素和微量元素分析數(shù)據(jù)列于表2。瓊西南中沙農(nóng)場(chǎng)9個(gè)基性巖樣品的w（SiO2）為52.39%～53.44%，w（K2O＋Na2O）的變化范圍為5.02%～5.71%，大多數(shù)樣品均富鉀（2.45% ～3.29%）、高 K2O/Na2O 值 （0.91～1.63，平均1.21），在w（K2O＋Na2O）-w（SiO2）圖解中落于玄武質(zhì)粗面安山巖－玄武安山巖成分范圍，結(jié)合巖相學(xué)特征，這些基性巖脈為輝長(zhǎng)輝綠巖（圖4）。此外，瓊西南基性巖脈還具有較高的w（Al2O3）（15.80%～16.14%）和較低的w（TiO2）（1.20%～1.23%）。

圖3 瓊西南基性巖脈鋯石U-Pb諧和圖Fig.3 U-Pb Concordia diagram of zircons from the mafic dykes in SW Hainan Island

圖4 瓊西南基性脈巖w（K2O＋Na2O）-w（SiO2）巖石化學(xué)分類圖Fig.4 w（K2O＋Na2O）vs w（SiO2）diagram for the mafic dykes in SW Hainan Island

表1 11HN-31A樣品中鋯石的LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analytical results for the mafic dyke（11HN-31A）

表2 基性脈巖主量元素和微量元素分析數(shù)據(jù)Table 2 Major element and trace element compositions of mafic dykes

表2（續(xù)）

瓊西南基性巖脈樣品具有較高的稀土元素豐度（w（∑REE）＝ （236.9～259.6）×10－6，平 均245.0×10－6）。輕稀土明顯富集，輕重稀土比值平均為12.36，（La/Yb）N＝19.39～21.06，弱負(fù)Eu異常 （δEu＝0.76～0.84）。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解上，所有樣品都表現(xiàn)出LREE富集的右傾斜曲線（圖5a），有著與島弧火山巖或活動(dòng)大陸邊緣相類似的配分模式。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化多元素蛛網(wǎng)圖（圖5b）中，樣品大離子親石元素（如 Rb、Ba、Th、U）和LREE明顯富集，弱的Sr、P負(fù)異常，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti明顯虧損，Zr、Hf異常不明顯，其配分形式相似于島弧火山巖。

圖5 基性巖脈稀土配分模式圖（a）和微量元素蛛網(wǎng)圖（b）Fig.5 Chondrite-normalized REE-patterns diagram （a）and multi-element diagram （b）

5 討論

5.1 基性巖脈的形成時(shí)間

基性巖脈中通常存在大量的捕虜鋯石，反映曾經(jīng)歷過(guò)的構(gòu)造熱事件，只有基性巖漿原生的鋯石年齡才能代表基性巖脈的侵位形成時(shí)代。本文分析的鋯石取自海南中沙農(nóng)場(chǎng)基性巖脈樣品11HN-31A，CL圖像顯示鋯石形態(tài)完整，有明顯的振蕩環(huán)帶構(gòu)造，所有分析點(diǎn)的Th/U值均大于0.1，顯示巖漿鋯石特征。14個(gè)分析點(diǎn)獲得比較一致的206Pb/238U表面年齡，其206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為（242.2±2.6）Ma。在野外，可見(jiàn)基性巖脈與志留紀(jì)強(qiáng)變形砂巖NW向變形面理呈大角度截交，而該處NW向變形面理的形成年齡約245.0Ma（黑云母Ar-Ar年齡）［17，39］。根據(jù)構(gòu)造切割關(guān)系，基性巖脈的形成時(shí)代要晚于砂巖NW面理的形成時(shí)間。唐立梅等［26］在海南島東部萬(wàn)寧地區(qū)發(fā)現(xiàn)240.0Ma的輝長(zhǎng)巖和輝綠巖脈，與瓊西南基性巖脈有著相似的地球化學(xué)特征，可能有著相同的形成時(shí)代。因此，（242.2±2.6）Ma可解釋為基性巖脈的侵入結(jié)晶年齡，其余較老的206Pb/238U年齡可能為捕獲鋯石年齡。

5.2 巖石成因

瓊西南基性巖脈在w（K2O＋Na2O）-w（SiO2）圖解中落入玄武巖－玄武安山巖成分范圍，且具有相對(duì)富集大離子親石元素（Sr、K、Rb、Ba、Th）和輕稀土元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb-Ta-Ti，Zr、Hf異常不明顯的元素地球化學(xué)特征，相似于島弧火山巖。在w（Zr）-w（Ti）（圖6a）和w（Ti）/1 000-w（V）（圖6b）圖解上，瓊西南基性巖脈落入板內(nèi)堿性玄武巖的范圍。樣品具有較高的w（Zr）（（248～274）×10－6）和Zr/Y值（10.85～11.55），表現(xiàn)為大陸玄武巖特征。在Nb＊2-Zr/4-Y圖（圖7a）和Nb/Zr-Th/Zr圖（圖7b）上，基性巖脈樣品落入板內(nèi)堿性玄武巖和大陸拉張帶玄武巖區(qū)。由此發(fā)現(xiàn)瓊西南基性巖脈可能形成于拉張構(gòu)造環(huán)境。

大多數(shù)樣品的w（Sr）（平均為997×10－6）和w（Ba）（平均為695×10－6）較相近，表明在巖漿分異過(guò)程中它們的總分配系數(shù)KD接近于1，說(shuō)明巖漿的分離結(jié)晶作用不明顯，也沒(méi)有確認(rèn)的地球化學(xué)指標(biāo)顯示其在上升過(guò)程中經(jīng)歷明顯的地殼混染。樣品的Nb/U＝10.95，Nb/La＝0.29，Ce/Pb＝3.43，遠(yuǎn)低于典型未被地殼混染的MORB和OIB的值（Nb/U＝47±10，Nb/La＝1.0，Ce/Pb＝25±5）［45－46］，且Nb/La值（0.29）明顯低于大陸地殼平均值（0.7），Zr/Hf值 為 41.98，高 于 原 始 地 幔 的 Zr/Hf值（36.27±2.0），也反映其可能是受俯沖流體交代作用的影響。在 Th/Zr-Ba/Zr圖解（圖8）中，上述基性巖脈表現(xiàn)出洋殼流體交代的演化趨勢(shì)。這些證據(jù)表明，該基性巖脈的巖漿源區(qū)可能受到俯沖帶液體交代改造而造成地幔源區(qū)發(fā)生富集［6，47］。

5.3 構(gòu)造意義

圖6 基性巖脈的w（Zr）-w（Ti）圖（a）和w（Ti）/1 000-w（V）圖（b）Fig.6 Zr-Ti and Ti/1 000-V diagrams for mafic dykes in SW Hainan Island

圖7 基性巖脈 Nb＊2-Zr/4-Y圖（a）和Nb/Zr-Th/Zr圖（b）Fig.7 Nb＊2-Zr/4-Y diagram （a）and Nb/Zr-Th/Zr diagram （b）for mafic dykes

雖然對(duì)海南基底屬性及其構(gòu)造區(qū)劃還存在爭(zhēng)議，但目前最新的研究資料表明海南可能分屬于華南和印支2個(gè)塊體［10－18］。李獻(xiàn)華等［7，16］將邦溪一晨星蛇綠巖帶作為華南塊體與印支塊體的縫合帶，并與晚古生代（267～340Ma）Song Ma（越南）［49－51］、Truong Son（越南）北部280～270Ma的花崗閃長(zhǎng)巖 帶［52］、墨 江 弧 后 盆 地 火 山 巖 帶［53］、雙 溝 （云南）［54－56］基性－超基性巖帶相接，構(gòu)成一個(gè)近東西向延伸的弧巖漿和蛇綠混雜帶，認(rèn)為可以代表華南和印支塊體的碰撞縫合帶。五指山地區(qū)發(fā)現(xiàn)SHRIMP鋯石U-Pb年齡為269～262Ma的同碰撞花崗片麻巖［18，20］，這些花崗片麻巖具有形成于活動(dòng)大陸邊緣鈣堿性I型花崗巖相似的元素－同位素地球化學(xué)特征，且越南中部Truong Son Belt麻粒巖相變質(zhì)年齡為250～260Ma［57］，暗示華南、印支陸塊于260Ma左右已經(jīng)開(kāi)始俯沖碰撞，在250～260Ma已經(jīng)達(dá)到碰撞峰期。陳新躍等［39］和Zhang等［17］在瓊中和瓊西公愛(ài)地區(qū)均發(fā)現(xiàn)242～245Ma（糜棱巖同構(gòu)造期云母40Ar/39Ar坪年齡）的NW向右旋走滑韌性剪切帶，與印支地塊北部Song Ma、Da Nang-Khe Sanh和Song Ca-Rao Nay等韌性剪切帶的變形年齡（254～240Ma）和構(gòu)造特征一致［48，58－60］。同時(shí)結(jié)合區(qū)域上下三疊統(tǒng)陸相磨拉石沉積建造的發(fā)育［23，37］，240Ma左右華南與印支陸塊應(yīng)處于后造山階段。

另外從巖漿作用證據(jù)來(lái)看，海南島約在245Ma時(shí)可能已經(jīng)進(jìn)入后造山伸展階段，因?yàn)樵诖穗A段已伴隨有堿性巖和輝長(zhǎng)巖、輝綠巖等的發(fā)育。如：謝才富等［24］在三亞地區(qū)發(fā)現(xiàn)244Ma的石榴霓輝石正長(zhǎng)巖；唐立梅等［26］在萬(wàn)寧地區(qū)發(fā)現(xiàn)240Ma的輝長(zhǎng)巖和輝綠巖脈，在分洲界發(fā)現(xiàn)231Ma的具有與A型花崗巖相似地球化學(xué)特征的正長(zhǎng)巖；王大英和云平［61］也在樂(lè)東縣木棉頭鄉(xiāng)一帶發(fā)現(xiàn)了233Ma的A型花崗巖。本次研究顯示瓊西南中沙基性巖脈也形成于242Ma，與上述堿性巖、輝長(zhǎng)輝綠巖和A型花崗巖具有相似的形成時(shí)代，應(yīng)均形成于后造山陸內(nèi)拉張的構(gòu)造環(huán)境。這些暗示從245～230Ma海南地區(qū)應(yīng)處于華南－印支造山運(yùn)動(dòng)后造山期的應(yīng)力松弛階段，產(chǎn)生一系列的基性巖脈和A型花崗巖等造山后堿性巖漿巖，與滇西瀾滄江帶和金沙江－哀牢山帶碰撞后的巖漿作用在時(shí)空上相吻合［62－65］。因此，可以推斷中沙基性巖的源區(qū)繼承自晚二疊世－早三疊世俯沖碰撞期間，邦溪－晨星弧后盆地俯沖消減，俯沖板片脫水流體與上覆巖石圈交代而形成地幔楔。流體交代是形成上述基性巖漿源區(qū)的主導(dǎo)因素，碰撞后階段的減壓熔融導(dǎo)致熱界面抬升，從而誘發(fā)地幔楔熔融而形成上述基性巖。

圖8 瓊西南基性巖脈的Th/Zr-Ba/Zr圖解Fig.8 Th/Zr-Ba/Zr diagram for mafic dykes in SW Hainan Island

6 結(jié)論

1）LA-ICP-MS鋯石 U-Pb年代學(xué)測(cè)試表明瓊西南中沙農(nóng)場(chǎng)基性巖脈的侵位形成時(shí)間為（242.2±2.6）Ma，代表海南三疊紀(jì)的一次構(gòu)造－巖漿事件。

2）瓊西南基性巖脈具富鉀、高K2O/Na2O值、高Al2O3、低TiO2、相對(duì)富集大離子親石元素（Sr、K、Rb、Ba、Th）和輕稀土元素、虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb-Ta-Ti元素的地球化學(xué)特征；低的Nb/La值、與原始地幔相近的Nb/Ta值和高的Zr/Hf值暗示基性巖脈的巖漿源區(qū)可能受到俯沖帶流體交代作用的影響。

3）海南約240.0Ma的基性巖脈形成于后造山陸內(nèi)伸展的構(gòu)造環(huán)境，暗示約在240.0Ma時(shí)，華南－印支之間的碰撞拼合已經(jīng)結(jié)束。

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