瓊東南盆地松南低凸起花崗巖年代學、地球化學特征及構造環(huán)境

鐘 佳，王巖泉

1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057 2.中海石油(中國)有限公司海南分公司，?？?570100 3.廣東石油化工學院石油工程學院，廣東 茂名 525000 4.吉林大學地球科學學院，長春 130061

0 引言

南海位于太平洋板塊和印度洋板塊的結合部位，是研究板塊活動和西太平洋構造演化的關鍵區(qū)域[1-5]，其含有異常豐富的油氣資源[6-8]，因此一直以來都是地質(zhì)與油氣學者研究的重點。但前期關于南海的研究多限于菲律賓、越南和中國海南等陸上區(qū)域[9-12]，針對廣泛的海域盆地研究則十分匱乏。近年來，隨著中國海洋石油集團有限公司開始加大海上勘探開發(fā)力度，使得針對海域的研究成為可能。瓊東南盆地位于南海北部西端的海南島東南海域，本文對瓊東南盆地松南低凸起花崗巖年代學和地球化學特征進行了研究分析，并對其巖石成因及構造環(huán)境進行了探討，分析了松南低凸起形成的構造背景，以期為油氣勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

瓊東南盆地西北與海南島隆起的斜坡相連，東南為永樂隆起，東北以神狐隆起與珠江口盆地相鄰，是在前第三系基底上發(fā)育的典型新生代陸緣拉張型盆地[13-15]。地層自下而上依次發(fā)育始新統(tǒng)嶺頭組，漸新統(tǒng)崖城組和陵水組，中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組及第四系。其受中生代太平洋板塊對歐亞板塊俯沖的影響，盆內(nèi)巖漿活動強烈，巖漿巖廣泛分布。本文所選樣品均來自于瓊東南盆地松南低凸起(圖1)，松南低凸起完鉆鉆井證實其為具有油氣勘探潛力的花崗巖潛山[16-18]。

圖1 瓊東南盆地松南低凸起及取樣位置圖

2 樣品采集與巖相學特征

本次實驗樣品采自瓊東南盆地松南低凸起YL8-A井2 882～3 066 m深度段內(nèi)，主要為花崗閃長巖和二長花崗巖。

花崗閃長巖呈暗灰色，花崗結構，塊狀構造。主要礦物為斜長石、鉀長石和石英。斜長石約占43%，自形—半自形板狀，中心土化明顯(圖2a)；鉀長石約占17%，半自形板狀；石英約占30%，他形粒狀，邊部熔蝕(圖2b)。暗色礦物主要為黑云母和角閃石，合計約占10%。黑云母自形—半自形片狀，一組極完全解理，多色性較明顯，呈深綠色-黃色(圖2c)；角閃石一級干涉色，多數(shù)已被黑云母和白云母交代，僅保留柱狀假象(圖2d)。

二長花崗巖呈灰白色和肉紅色，花崗結構，塊狀構造。主要礦物為斜長石、鉀長石和石英。斜長石約占37%，鉀長石約占32%，石英約占23%；暗色礦物主要為黑云母、白云母和角閃石，合計約占8%，白云母在單偏光鏡下無色，片狀，一組完全解理，在正交偏光鏡下呈鮮艷的二—三級干涉色(圖2e、f)。

a.斜長石發(fā)育條紋結構，花崗閃長巖，單偏光；b.石英他形粒狀，波狀消光，花崗閃長巖，正交偏光；c.黑云母一組極完全解理，具定向排列，花崗閃長巖，單偏光；d.角閃石被溶蝕，花崗閃長巖，單偏光；e.白云母和鐵質(zhì)礦物呈黑云母假象，二長花崗巖，單偏光；f.白云母鮮艷的二—三級干涉色，近平行消光，二長花崗巖，正交偏光。Qz.石英；Pl.斜長石；Bi.黑云母；Hbl.角閃石；Ms.白云母。

3 測試方法

3.1 LA-ICP-MS鋯石 U-Pb 定年

瓊東南盆地松南低凸起的定年鋯石分選、制靶和測年均在同濟大學海洋地質(zhì)國家重點實驗室完成。首先，樣品經(jīng)機械性粉碎至40～80目，淘洗、電磁選和重液分選。其次，在雙目鏡下隨機選取250顆左右的鋯石粘在雙面膠上，用無色透明的環(huán)氧樹脂固定，待環(huán)氧樹脂固化以后將鋯石拋光，使其內(nèi)部結構剖面充分暴露。最后，對鋯石靶樣進行陰極發(fā)光圖像采集(圖3)，觀察鋯石內(nèi)部結構，確定適合的激光打點位置。

鋯石 U-Pb 同位素測年利用LA-ICP-MS 分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave 213 nm，ICP-MS 型號為Thermo Elemental X-Series。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度。激光斑束大小和剝蝕頻率分別選用 30 μm和10 Hz。每個樣品分析數(shù)據(jù)包括大約25 s的空白信號和50 s的樣品信號。U-Pb同位素定年中采用鋯石標準91500((1 065.4±0.3)Ma)作外標進行同位素分餾校正，每分析6個樣品點，分析2次91500。同時，采用鋯石標準 Ple?ovice((337.1±0.4)Ma)來監(jiān)測分析結果的精確度。

對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正及 U-Th-Pb 同位素比值和年齡計算)采用軟件 ICPMSDataCal計算得出U-Th-Pb同位素比值，年齡采用 Andersen[19]的方法進行普通 Pb校正。U-Pb年齡諧和圖的繪制采用軟件Isoplot[20]完成。分析結果見表1。

3.2 全巖常、微量元素分析

瓊東南盆地樣品全巖常、微量元素的分析測試在上海璟晟數(shù)據(jù)處理有限公司實驗室完成。樣品經(jīng)過原樣整理、表面去污、人工搗碎、清洗烘干、機械細碎、球磨和入袋等過程，最終得到粒度為 200 目的巖石粉末樣品，以用于常、微量元素的測試。常量元素的測試采用酸溶法(硝酸+氫氟酸)在電感耦合等離子光譜儀(ICP-OES)上測定，相對標準偏差(RSD)小于 5%。微量元素和稀土元素采用酸溶法在電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)上測定，采用硝酸+氫氟酸+高氯酸敞開容器分解法與硝酸+氫氟酸密閉容器消解法相結合，從而保證了樣品的完全溶解，所測元素的RSD均小于3%。

4 分析結果

4.1 鋯石U-Pb年代學特征

瓊東南盆地松南低凸起2個巖漿巖樣品鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像顯示，其內(nèi)部結構復雜，既有發(fā)育振蕩生長環(huán)帶的粒狀或短柱狀鋯石，也有具條痕狀吸收特點的板狀或短柱狀鋯石，還有少量鋯石不發(fā)光(圖3)，但它們均具有高的Th/U值(0.27～1.89)，暗示其巖漿成因。

圖3 瓊東南盆地松南低凸起花崗閃長巖(a)和二長花崗巖(b)代表性鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像

花崗閃長巖(深度2 882～2 896 m)共進行了32個鋯石顆粒的測定，定年結果顯示測點鋯石的206Pb/238U年齡值為(244±6)～(213±4)Ma(表1)，其加權平均年齡為(228.6±3.0)Ma(MSWD=3.0)(圖4a)，代表了花崗閃長巖的巖漿結晶年齡，表明花崗閃長巖的形成時代為三疊紀。

二長花崗巖(深度2 952～2 964 m)共進行了40個鋯石顆粒的測定，定年結果顯示測點鋯石的206Pb/238U年齡值為(280±8)～(215±7)Ma(表1)，其加權平均年齡為(243.7±3.8)Ma(MSWD=5.2)(圖4b)，代表了二長花崗巖的巖漿結晶年齡，表明二長花崗巖的形成時代為三疊紀。

圖4 瓊東南盆地松南低凸起花崗閃長巖(a)和二長花崗巖(b)U-Pb 年齡諧和圖

基于本文定年結果可以看出，瓊東南盆地松南低凸起侵入巖的形成時代為三疊紀。

4.2 地球化學特征

4.2.1 常量元素

本文獲得的瓊東南盆地松南低凸起花崗巖常量、微量和稀土元素數(shù)據(jù)列于表2中。從表2可以看出，瓊東南盆地花崗巖具有高的SiO2質(zhì)量分數(shù)(54.94%～79.71%)，中等質(zhì)量分數(shù)的Al2O3(9.82%～18.23%)、CaO(1.24%～9.55%)和MgO(0.37%～2.28%)，全堿的質(zhì)量分數(shù)(w(K2O+Na2O))為3.53%～6.43%，K2O/Na2O為0.96～3.69。在侵入巖的TAS圖(圖5a)上，樣品少量落在閃長巖區(qū)域內(nèi)，多數(shù)落在了花崗閃長巖和花崗巖范圍內(nèi)；在w(K2O)-w(SiO2)圖(圖5b)上，樣品多數(shù)都落在了高鉀鈣堿性巖系列的范圍內(nèi)；在A/NK-A/CNK圖解(圖5c)上，樣品落在了準鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)。鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.09～2.13，里特曼指數(shù)(σ)為0.55～2.31。

a底圖據(jù)文獻[21]；b底圖據(jù)文獻[22]；c底圖據(jù)文獻[23]。

表2 瓊東南盆地松南低凸起花崗巖常量元素、稀土和微量元素地球化學分析數(shù)據(jù)

4.2.2 微量元素

瓊東南盆地松南低凸起花崗巖的稀土元素總量(∑REE)變化在(63.07～221.06)×10-6之間，(La/Yb)N為 1.12～3.24，輕重稀土分餾不明顯。δEu值位于0.50～0.85之間，具中等—弱的負Eu異常。在不相容元素蛛網(wǎng)圖(圖6a)上，巖體均富集K、Rb、Th等大離子親石元素，虧損Ta、Nb、Ti等高場強元素，與島弧火山巖類似[24]。從稀土元素配分模式圖(圖6b)上可以看出，巖體配分模式為右傾的曲線，輕重稀土的分餾程度與瀾滄江三疊紀高Al碰撞后火山巖相似[25]。

5 討論

5.1 巖石學成因

在(K2O+Na2O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)圖解(圖7a)上，樣品均投影在未分異的I、S和M型花崗巖(OGT)區(qū)域內(nèi)，顯示有別于A型花崗巖的地球化學特征[26]。花崗閃長巖鋁飽和指數(shù)在1.09～2.04之間，二長花崗巖鋁飽和指數(shù)在1.38～2.13之間。除1個花崗閃長巖樣品落在鉀玄質(zhì)系列外，其余樣品均為準鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性巖石。微量元素中，兩者均富集大離子親石元素(LILE)，虧損高場強元素(HFSE)，Ba和Sr質(zhì)量分數(shù)低，Rb質(zhì)量分數(shù)高，顯示陸殼物質(zhì)參與了成巖作用。另外，Nb/Ta=5.42～7.96，低于后太古宙大陸地殼的平均值11，也反映了巖漿來源于上地殼物質(zhì)。在花崗巖成因類型判別圖解(圖7b)中，二長花崗巖均投入S型花崗巖區(qū)域，花崗閃長巖除1個點異常外，其余均落入I型花崗巖區(qū)域。綜合以上分析，瓊東南盆地三疊紀發(fā)育的花崗閃長巖應屬準鋁質(zhì)I型花崗巖，而二長花崗巖屬于過鋁質(zhì)S型花崗巖。實驗巖石學研究表明，不同源區(qū)部分熔融形成的S型花崗巖其CaO/Na2O值存在明顯差別，其中，泥質(zhì)巖石重熔形成的CaO/Na2O值較小(<0.3)，而砂質(zhì)巖重熔形成的CaO/Na2O值一般大于0.3。研究區(qū)S型花崗巖的CaO/Na2O值在0.40～2.39之間，均大于0.3，表明其源區(qū)是砂質(zhì)巖部分熔融的產(chǎn)物。

5.2 構造環(huán)境

研究區(qū)三疊紀的巖漿巖組合為鉀玄質(zhì)和高鉀鈣堿性系列+準鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)的侵入巖，這是后碰撞環(huán)境的常見巖石組合[27]，與阿爾卑斯、華力西等造山帶的后碰撞環(huán)境巖石組合基本一致[28-30]。在w(Rb)-w(Y+Nb)構造判別圖(圖8a)上，樣品均落入了后碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)，同樣，在Rb/30-Hf-3Ta圖解(圖8b)上，樣品也投在了后碰撞花崗巖區(qū)域。除了本文報道的瓊東南盆地228.6和243.7 Ma花崗巖外，前人在海南島陸上發(fā)現(xiàn)了多處三疊紀基—酸性巖漿巖，這些研究均顯示華南陸塊與印支陸塊的碰撞應結束在三疊紀之前[31-33]。同樣受印支陸塊影響的滇西瀾滄江花崗巖體的形成時代、巖性和地球化學特征與瓊東南盆地花崗巖體均較為相似(圖6)，前人對瀾滄江花崗巖體的分析表明該巖體也是形成于碰撞晚期--碰撞后構造環(huán)境[34]。因此，結合以上研究，瓊東南盆地在三疊紀應處于碰撞后伸展的構造背景，構造體制從碰撞期擠壓變?yōu)楹笈鲎财诶瓘?，為幔源巖漿及其分異產(chǎn)物在上地殼侵位創(chuàng)造了有利條件。

原始地幔和球粒隕石標準化數(shù)據(jù)據(jù)文獻[22]。

OGT.未分異的I、S和M型花崗巖；FG.高分異的I型花崗巖；A.A型花崗巖。

Syn-COLG.同碰撞花崗巖；VAG.火山弧花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖；ORG.洋脊花崗巖；Post-COLG.后碰撞花崗巖。

6 結論

1)瓊東南盆地松南低凸起花崗閃長巖和二長花崗巖鋯石 U-Pb 年齡分別為228.6和243.7 Ma，時代上屬于三疊紀。

2)瓊東南地區(qū)三疊紀花崗巖的主要巖性為花崗閃長巖和二長花崗巖，其中花崗閃長巖屬于準鋁質(zhì)I型花崗巖，源于地殼火成巖的熔融；而二長花崗巖屬于強過鋁質(zhì)S型花崗巖，是由地殼砂質(zhì)巖部分熔融而來。

3)瓊東南盆地松南低凸起花崗巖形成于后碰撞階段，華南、印支塊體碰撞后的反向伸展作用形成了瓊東南盆地松南低凸起的花崗巖。