琼东南盆地松南低凸起花岗岩年代学、地球化学特征及构造环境

钟 佳，王岩泉

1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057 2.中海石油(中国)有限公司海南分公司，海口 570100 3.广东石油化工学院石油工程学院，广东 茂名 525000 4.吉林大学地球科学学院，长春 130061

0 引言

南海位于太平洋板块和印度洋板块的结合部位，是研究板块活动和西太平洋构造演化的关键区域[1-5]，其含有异常丰富的油气资源[6-8]，因此一直以来都是地质与油气学者研究的重点。但前期关于南海的研究多限于菲律宾、越南和中国海南等陆上区域[9-12]，针对广泛的海域盆地研究则十分匮乏。近年来，随着中国海洋石油集团有限公司开始加大海上勘探开发力度，使得针对海域的研究成为可能。琼东南盆地位于南海北部西端的海南岛东南海域，本文对琼东南盆地松南低凸起花岗岩年代学和地球化学特征进行了研究分析，并对其岩石成因及构造环境进行了探讨，分析了松南低凸起形成的构造背景，以期为油气勘探提供依据。

1 地质概况

琼东南盆地西北与海南岛隆起的斜坡相连，东南为永乐隆起，东北以神狐隆起与珠江口盆地相邻，是在前第三系基底上发育的典型新生代陆缘拉张型盆地[13-15]。地层自下而上依次发育始新统岭头组，渐新统崖城组和陵水组，中新统三亚组、梅山组和黄流组，上新统莺歌海组及第四系。其受中生代太平洋板块对欧亚板块俯冲的影响，盆内岩浆活动强烈，岩浆岩广泛分布。本文所选样品均来自于琼东南盆地松南低凸起(图1)，松南低凸起完钻钻井证实其为具有油气勘探潜力的花岗岩潜山[16-18]。

图1 琼东南盆地松南低凸起及取样位置图

2 样品采集与岩相学特征

本次实验样品采自琼东南盆地松南低凸起YL8-A井2 882～3 066 m深度段内，主要为花岗闪长岩和二长花岗岩。

花岗闪长岩呈暗灰色，花岗结构，块状构造。主要矿物为斜长石、钾长石和石英。斜长石约占43%，自形—半自形板状，中心土化明显(图2a)；钾长石约占17%，半自形板状；石英约占30%，他形粒状，边部熔蚀(图2b)。暗色矿物主要为黑云母和角闪石，合计约占10%。黑云母自形—半自形片状，一组极完全解理，多色性较明显，呈深绿色-黄色(图2c)；角闪石一级干涉色，多数已被黑云母和白云母交代，仅保留柱状假象(图2d)。

二长花岗岩呈灰白色和肉红色，花岗结构，块状构造。主要矿物为斜长石、钾长石和石英。斜长石约占37%，钾长石约占32%，石英约占23%；暗色矿物主要为黑云母、白云母和角闪石，合计约占8%，白云母在单偏光镜下无色，片状，一组完全解理，在正交偏光镜下呈鲜艳的二—三级干涉色(图2e、f)。

a.斜长石发育条纹结构，花岗闪长岩，单偏光；b.石英他形粒状，波状消光，花岗闪长岩，正交偏光；c.黑云母一组极完全解理，具定向排列，花岗闪长岩，单偏光；d.角闪石被溶蚀，花岗闪长岩，单偏光；e.白云母和铁质矿物呈黑云母假象，二长花岗岩，单偏光；f.白云母鲜艳的二—三级干涉色，近平行消光，二长花岗岩，正交偏光。Qz.石英；Pl.斜长石；Bi.黑云母；Hbl.角闪石；Ms.白云母。

3 测试方法

3.1 LA-ICP-MS锆石 U-Pb 定年

琼东南盆地松南低凸起的定年锆石分选、制靶和测年均在同济大学海洋地质国家重点实验室完成。首先，样品经机械性粉碎至40～80目，淘洗、电磁选和重液分选。其次，在双目镜下随机选取250颗左右的锆石粘在双面胶上，用无色透明的环氧树脂固定，待环氧树脂固化以后将锆石抛光，使其内部结构剖面充分暴露。最后，对锆石靶样进行阴极发光图像采集(图3)，观察锆石内部结构，确定适合的激光打点位置。

锆石 U-Pb 同位素测年利用LA-ICP-MS 分析完成。激光剥蚀系统为New Wave 213 nm，ICP-MS 型号为Thermo Elemental X-Series。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。激光斑束大小和剥蚀频率分别选用 30 μm和10 Hz。每个样品分析数据包括大约25 s的空白信号和50 s的样品信号。U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500((1 065.4±0.3)Ma)作外标进行同位素分馏校正，每分析6个样品点，分析2次91500。同时，采用锆石标准 Plešovice((337.1±0.4)Ma)来监测分析结果的精确度。

对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正及 U-Th-Pb 同位素比值和年龄计算)采用软件 ICPMSDataCal计算得出U-Th-Pb同位素比值，年龄采用 Andersen[19]的方法进行普通 Pb校正。U-Pb年龄谐和图的绘制采用软件Isoplot[20]完成。分析结果见表1。

3.2 全岩常、微量元素分析

琼东南盆地样品全岩常、微量元素的分析测试在上海璟晟数据处理有限公司实验室完成。样品经过原样整理、表面去污、人工捣碎、清洗烘干、机械细碎、球磨和入袋等过程，最终得到粒度为 200 目的岩石粉末样品，以用于常、微量元素的测试。常量元素的测试采用酸溶法(硝酸+氢氟酸)在电感耦合等离子光谱仪(ICP-OES)上测定，相对标准偏差(RSD)小于 5%。微量元素和稀土元素采用酸溶法在电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)上测定，采用硝酸+氢氟酸+高氯酸敞开容器分解法与硝酸+氢氟酸密闭容器消解法相结合，从而保证了样品的完全溶解，所测元素的RSD均小于3%。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年代学特征

琼东南盆地松南低凸起2个岩浆岩样品锆石阴极发光(CL)图像显示，其内部结构复杂，既有发育振荡生长环带的粒状或短柱状锆石，也有具条痕状吸收特点的板状或短柱状锆石，还有少量锆石不发光(图3)，但它们均具有高的Th/U值(0.27～1.89)，暗示其岩浆成因。

图3 琼东南盆地松南低凸起花岗闪长岩(a)和二长花岗岩(b)代表性锆石阴极发光(CL)图像

花岗闪长岩(深度2 882～2 896 m)共进行了32个锆石颗粒的测定，定年结果显示测点锆石的206Pb/238U年龄值为(244±6)～(213±4)Ma(表1)，其加权平均年龄为(228.6±3.0)Ma(MSWD=3.0)(图4a)，代表了花岗闪长岩的岩浆结晶年龄，表明花岗闪长岩的形成时代为三叠纪。

二长花岗岩(深度2 952～2 964 m)共进行了40个锆石颗粒的测定，定年结果显示测点锆石的206Pb/238U年龄值为(280±8)～(215±7)Ma(表1)，其加权平均年龄为(243.7±3.8)Ma(MSWD=5.2)(图4b)，代表了二长花岗岩的岩浆结晶年龄，表明二长花岗岩的形成时代为三叠纪。

图4 琼东南盆地松南低凸起花岗闪长岩(a)和二长花岗岩(b)U-Pb 年龄谐和图

基于本文定年结果可以看出，琼东南盆地松南低凸起侵入岩的形成时代为三叠纪。

4.2 地球化学特征

4.2.1 常量元素

本文获得的琼东南盆地松南低凸起花岗岩常量、微量和稀土元素数据列于表2中。从表2可以看出，琼东南盆地花岗岩具有高的SiO2质量分数(54.94%～79.71%)，中等质量分数的Al2O3(9.82%～18.23%)、CaO(1.24%～9.55%)和MgO(0.37%～2.28%)，全碱的质量分数(w(K2O+Na2O))为3.53%～6.43%，K2O/Na2O为0.96～3.69。在侵入岩的TAS图(图5a)上，样品少量落在闪长岩区域内，多数落在了花岗闪长岩和花岗岩范围内；在w(K2O)-w(SiO2)图(图5b)上，样品多数都落在了高钾钙碱性岩系列的范围内；在A/NK-A/CNK图解(图5c)上，样品落在了准铝质和过铝质区域内。铝饱和指数(A/CNK)为1.09～2.13，里特曼指数(σ)为0.55～2.31。

a底图据文献[21]；b底图据文献[22]；c底图据文献[23]。

表2 琼东南盆地松南低凸起花岗岩常量元素、稀土和微量元素地球化学分析数据

4.2.2 微量元素

琼东南盆地松南低凸起花岗岩的稀土元素总量(∑REE)变化在(63.07～221.06)×10-6之间，(La/Yb)N为 1.12～3.24，轻重稀土分馏不明显。δEu值位于0.50～0.85之间，具中等—弱的负Eu异常。在不相容元素蛛网图(图6a)上，岩体均富集K、Rb、Th等大离子亲石元素，亏损Ta、Nb、Ti等高场强元素，与岛弧火山岩类似[24]。从稀土元素配分模式图(图6b)上可以看出，岩体配分模式为右倾的曲线，轻重稀土的分馏程度与澜沧江三叠纪高Al碰撞后火山岩相似[25]。

5 讨论

5.1 岩石学成因

在(K2O+Na2O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)图解(图7a)上，样品均投影在未分异的I、S和M型花岗岩(OGT)区域内，显示有别于A型花岗岩的地球化学特征[26]。花岗闪长岩铝饱和指数在1.09～2.04之间，二长花岗岩铝饱和指数在1.38～2.13之间。除1个花岗闪长岩样品落在钾玄质系列外，其余样品均为准铝质的高钾钙碱性岩石。微量元素中，两者均富集大离子亲石元素(LILE)，亏损高场强元素(HFSE)，Ba和Sr质量分数低，Rb质量分数高，显示陆壳物质参与了成岩作用。另外，Nb/Ta=5.42～7.96，低于后太古宙大陆地壳的平均值11，也反映了岩浆来源于上地壳物质。在花岗岩成因类型判别图解(图7b)中，二长花岗岩均投入S型花岗岩区域，花岗闪长岩除1个点异常外，其余均落入I型花岗岩区域。综合以上分析，琼东南盆地三叠纪发育的花岗闪长岩应属准铝质I型花岗岩，而二长花岗岩属于过铝质S型花岗岩。实验岩石学研究表明，不同源区部分熔融形成的S型花岗岩其CaO/Na2O值存在明显差别，其中，泥质岩石重熔形成的CaO/Na2O值较小(<0.3)，而砂质岩重熔形成的CaO/Na2O值一般大于0.3。研究区S型花岗岩的CaO/Na2O值在0.40～2.39之间，均大于0.3，表明其源区是砂质岩部分熔融的产物。

5.2 构造环境

研究区三叠纪的岩浆岩组合为钾玄质和高钾钙碱性系列+准铝质和过铝质的侵入岩，这是后碰撞环境的常见岩石组合[27]，与阿尔卑斯、华力西等造山带的后碰撞环境岩石组合基本一致[28-30]。在w(Rb)-w(Y+Nb)构造判别图(图8a)上，样品均落入了后碰撞花岗岩区域内，同样，在Rb/30-Hf-3Ta图解(图8b)上，样品也投在了后碰撞花岗岩区域。除了本文报道的琼东南盆地228.6和243.7 Ma花岗岩外，前人在海南岛陆上发现了多处三叠纪基—酸性岩浆岩，这些研究均显示华南陆块与印支陆块的碰撞应结束在三叠纪之前[31-33]。同样受印支陆块影响的滇西澜沧江花岗岩体的形成时代、岩性和地球化学特征与琼东南盆地花岗岩体均较为相似(图6)，前人对澜沧江花岗岩体的分析表明该岩体也是形成于碰撞晚期--碰撞后构造环境[34]。因此，结合以上研究，琼东南盆地在三叠纪应处于碰撞后伸展的构造背景，构造体制从碰撞期挤压变为后碰撞期拉张，为幔源岩浆及其分异产物在上地壳侵位创造了有利条件。

原始地幔和球粒陨石标准化数据据文献[22]。

OGT.未分异的I、S和M型花岗岩；FG.高分异的I型花岗岩；A.A型花岗岩。

Syn-COLG.同碰撞花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；WPG.板内花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；Post-COLG.后碰撞花岗岩。

6 结论

1)琼东南盆地松南低凸起花岗闪长岩和二长花岗岩锆石 U-Pb 年龄分别为228.6和243.7 Ma，时代上属于三叠纪。

2)琼东南地区三叠纪花岗岩的主要岩性为花岗闪长岩和二长花岗岩，其中花岗闪长岩属于准铝质I型花岗岩，源于地壳火成岩的熔融；而二长花岗岩属于强过铝质S型花岗岩，是由地壳砂质岩部分熔融而来。

3)琼东南盆地松南低凸起花岗岩形成于后碰撞阶段，华南、印支块体碰撞后的反向伸展作用形成了琼东南盆地松南低凸起的花岗岩。