胡俊杰， 李 琦， 翟羽佳， 張 維， 張?jiān)骑w， 白小云

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)海洋學(xué)院，北京 100083)

我國(guó)東南部分布有三水盆地、茂名盆地、河源盆地等拉張背景下形成的一系列中新生代沉積盆地，這些盆地的演化過(guò)程中大多經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)烈的火山活動(dòng)。朱炳泉等(2001)、肖龍等(2006)認(rèn)為三水盆地巖漿巖的年齡多集中于60～45 Ma之間，恰好處在南海與華南陸緣開(kāi)裂過(guò)程關(guān)鍵時(shí)段內(nèi)。因此三水盆地巖漿巖的研究可為厘清南海演化的動(dòng)力學(xué)背景等提供直接或間接的依據(jù)。

筆者在相關(guān)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，通過(guò)研究三水盆地關(guān)鍵鉆井資料，結(jié)合野外踏勘和巖樣測(cè)試分析，綜合分析三水盆地華涌組火山巖的分布及演化特征，討論其與南海演化過(guò)程中陸緣拉張背景的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1 區(qū)域火山巖噴發(fā)背景

三水盆地屬中新生代拉張型斷陷盆地，受南海與華南陸緣開(kāi)裂作用的拉張應(yīng)力影響，自中晚白堊世開(kāi)始，火山活動(dòng)強(qiáng)烈。發(fā)生了以西樵山為例的中心式火山頻繁噴發(fā)和受斷層活動(dòng)影響沿裂隙的溢流式火山活動(dòng)，盆地內(nèi)形成多期疊加的巨厚火山巖層。據(jù)前人研究統(tǒng)計(jì)，自早白堊世末期至古近紀(jì)，火山巖共有13期噴發(fā)(董月霞等，2006)，形成火山巖總厚度1 000 m以上，分布面積約320 km2。其中白堊系火山巖僅零星分布于盆地東部，現(xiàn)存地質(zhì)記錄主要以盆地中心分布的古近系火山巖為主。整體上，按巖石地層單位可將古近系火山巖劃分為古新世莘莊村組、始新世怖心組、寶月組、華涌組四個(gè)主要的噴發(fā)時(shí)段。

56 Ma左右時(shí)我國(guó)華南陸緣火山作用發(fā)生急劇轉(zhuǎn)化，巖石圈大規(guī)模伸展減薄與地幔上涌(朱炳泉等，2002)。三水盆地處于始新世的華涌組火山巖為該關(guān)鍵時(shí)期的重要地質(zhì)記錄，通過(guò)識(shí)別其噴發(fā)旋回期次、巖石學(xué)特征及時(shí)空展布，對(duì)進(jìn)一步分析南海被動(dòng)陸緣初期地質(zhì)演化有重要意義(邱學(xué)林等，2003)。

2 華涌組火山巖巖石學(xué)特征

本次野外工作開(kāi)展了西樵山、走馬營(yíng)、王借崗等關(guān)鍵地質(zhì)剖面的踏勘工作，采集玄武巖、流紋巖、粗面巖、凝灰?guī)r等典型火山巖樣品。

火山巖標(biāo)本鏡下照片如圖1所示，粗面巖類為斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為透長(zhǎng)石(含量約10%)和霓輝石(1% ～2%)。基質(zhì)具粗面結(jié)構(gòu)，由透長(zhǎng)石(65% ～75%)、石英(0～10%)、斜長(zhǎng)石(0～50%)、鈉鐵閃石質(zhì)普通角閃石(2% ～3%)、霓輝石(0～15%)、褐鐵礦(l% ～3%)、火山玻璃(5% ～30%)和星點(diǎn)磁鐵礦(1% ～5%)組成;玄武巖呈黑色-深灰色，斑狀結(jié)構(gòu)或無(wú)斑隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。斑晶主要由斜長(zhǎng)石(5% ～10%)和輝石(1%)組成，基質(zhì)主要由斜長(zhǎng)石(35% ～5%)和輝石(55% ～60%)組成。

通過(guò)對(duì)野外采集的典型火山巖標(biāo)本進(jìn)行地化測(cè)試分析(表1)，結(jié)果表明玄武巖類明顯富集TiO2，MgO，CaO，F(xiàn)eO，P2O5，粗面巖類則較為富集Na2O，K2O，火山巖整體呈較高的堿性。圖2顯示，三水盆地火山巖呈粗面巖/流紋巖和玄武巖組成的兩端元結(jié)構(gòu)，構(gòu)成雙峰式火山巖組合特征，這一特征反映了火山巖形成時(shí)的大陸裂谷構(gòu)造背景。

上述巖性差異導(dǎo)致在火山巖中代表性微量元素與SiO2的相關(guān)性也呈明顯兩端元(圖3)，其具體主要表現(xiàn)為玄武巖對(duì)地幔元素Ni富集以及對(duì)高場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb，Zr的相對(duì)虧損。除 Ba，Sr，P，Eu，Ti以外，玄武巖的其他微量元素豐度低于粗面巖類。因此可以確定華涌組玄武巖源區(qū)富集地幔。

圖1 火山巖鏡下結(jié)構(gòu)及特征(單偏光)Fig.1 Microphotos showing characteristics of volcanics(plane-polarized light)

表1 三水盆地火山巖化學(xué)成分Table 1 Chemical position of volcanic rocks from Sanshui basin /%

圖2 三水盆火山巖SiO2與主量元素的相關(guān)圖解Fig.2 SiO2versus MgO，TiO2，Al2O3，CaO+Al2O3，K2O and K2O+Na2O plots for Sanshui volcanics

3 華涌組火山巖噴發(fā)的時(shí)空分布特征

本次研究在張顯球(1984)、唐忠馭(1986)、肖龍等(2005)、侯明才(2010)基礎(chǔ)上，通過(guò)野外踏勘和鉆井資料分析，在三水盆地始新統(tǒng)華涌組巖性剖面(圖4)內(nèi)識(shí)別出了4個(gè)噴發(fā)亞旋回，并在平面圖上劃分出各旋回噴發(fā)分布范圍。

盆地始新統(tǒng)華涌組地層由下至上分為西樵山段和金星崗段，區(qū)內(nèi)鉆遇火山巖厚880余米(侯明才等，2007)。火山巖性以流紋巖、流紋斑巖、凝灰?guī)r、粗面巖及玄武巖等為主。通過(guò)對(duì)比主要井位巖性變化特征，分布在華涌組內(nèi)火山巖可分為四個(gè)亞旋回，每個(gè)旋回均由酸性流紋巖或粗面巖噴發(fā)開(kāi)始，以基性玄武巖噴發(fā)結(jié)束。

第一亞旋回在盆地內(nèi)分布面積(圖5)和層厚最大，北起寶月、南至西樵山縱貫盆地中部。在三水農(nóng)場(chǎng)、黎邊山、大同墟等地表有分布。該亞旋回以酸性流紋巖的噴發(fā)為開(kāi)始，中間夾雜流紋斑巖和凝灰?guī)r的多期次巖性變化，最后以基性的玄武巖噴發(fā)為結(jié)束。該期酸性巖噴發(fā)最為強(qiáng)烈，水30井共鉆遇4層、49 m厚流紋巖，10層、128 m厚流紋斑巖及火山碎屑巖。

第二亞旋回大致位于盆地中部偏西位置，形成南北兩大噴發(fā)中心。北部區(qū)域以黎邊山-走馬營(yíng)至小塘為界;南部區(qū)域以王借崗-紫洞-西樵山一線為中心。

除了鉆井資料揭示的地層信息外，通過(guò)野外踏勘在北部獅嶺、黎邊山、紫竹崗、走馬營(yíng)等地區(qū)發(fā)現(xiàn)大規(guī)模粗面巖、流紋斑巖、英安巖及其它凝灰?guī)r類，在黎邊山有大型采石場(chǎng);在南部西樵山火山堆周邊可見(jiàn)大面積粗面巖和集塊巖出露。該期火山巖噴發(fā)以酸性粗面巖開(kāi)始，基性玄武巖結(jié)束，巖性以粗面巖為主。水深8井鉆遇該亞旋回共4層、52 m厚粗面巖。與第一亞旋回相比，該期火山巖分布范圍縮小，巖層厚度減小、噴發(fā)中心更為集中。

圖3 三水盆地SiO2與主要微量元素Nb，Zr，Sr，Ni的相關(guān)性圖解Fig.3 SiO2versus Nb，Zr，Sr and Ni plots for volcanic rocks in Sanshui basin

圖4 三水盆地華涌組火山巖旋回劃分Fig.4 Eruptive cycle of volcanic rock of Huayong group，Sanshui basin

第三亞旋回主要分布在盆地北部獅嶺-走馬營(yíng)-大渦塘一帶，分布范圍明顯縮小。該期火山巖以較酸性的粗面巖噴發(fā)開(kāi)始，以基性的玄武巖噴發(fā)為結(jié)束，亞旋回內(nèi)主要巖性有粗面巖、粗面質(zhì)凝灰?guī)r、火山角礫巖、玄武巖。水深2井鉆遇該期火山巖層，可見(jiàn)3期、64 m粗面巖層。該期火山巖噴發(fā)無(wú)論從范圍廣度還是噴發(fā)產(chǎn)出物分析，相比第二亞旋回都有明顯的衰減，酸性巖類以粗面巖為主，基本未見(jiàn)流紋巖類。

第四亞旋回主要分布在盆地中部偏南的金星崗-紫洞-王借崗一帶，為孤立小面積出露的基性玄武巖，厚度約為12.5 m。本次野外踏勘在紫洞、王借崗發(fā)現(xiàn)該期玄武巖剖面，剖面多發(fā)育玄武巖柱狀節(jié)理，表明后期巖漿相對(duì)安靜溢流式噴發(fā)的特征。

4 華涌期火山活動(dòng)規(guī)律

通過(guò)野外踏勘發(fā)現(xiàn)，華涌期火山巖的噴發(fā)方式主要有中心式、裂隙式兩種。

三水盆地內(nèi)共識(shí)別出早古近紀(jì)以來(lái)古火山口10個(gè)以上(唐忠馭，1984)，現(xiàn)今西樵山景區(qū)為華涌期中心式火山噴發(fā)形成的古火山口，主要由第一、二旋回產(chǎn)出的火山巖構(gòu)成，主峰高300 m，是華涌組早期頻繁、激烈火山活動(dòng)的物質(zhì)記錄。

圖5 三水盆地華涌組火山巖各期次噴發(fā)范圍分布圖(據(jù)董月霞等，2006修改)Fig.5 Eruptive cycles distributions of volcanic rock of Huayong group，Sanshui basin

紫洞(位置見(jiàn)圖5)-王借崗一帶地表出露第四旋回期形成的玄武巖柱狀節(jié)理剖面。剖面明顯呈多期次玄武巖脈疊加，向多方向彎曲傾斜，節(jié)理柱形狀規(guī)則未顯示后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的變形遺跡，推測(cè)為裂隙式溢流火山巖在緩慢冷卻過(guò)程中受地形、速度等因素影響形成的自組織形式(圖6)。

與噴發(fā)方式相對(duì)應(yīng)，本區(qū)火山巖噴發(fā)相以爆發(fā)相、溢流相和侵出相為主(董月霞等，2006)。爆發(fā)相為各種熔巖，如凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、火山凝灰角礫巖等火山碎屑巖，西樵山火山錐周邊可見(jiàn)火山集塊巖。溢流相主要為流紋巖、粗面巖、玄武巖等。侵出相主要以獅嶺露出的流紋斑巖為主。

綜上所述，三水盆地始新世華涌組山巖巖性、厚度、噴發(fā)方式和噴發(fā)范圍均發(fā)生變化。從各亞旋回整體特征和變化趨勢(shì)可以看出，華涌組火山活動(dòng)是在南海開(kāi)裂拉張力背景下巖石圈減薄、大陸裂谷導(dǎo)致的地幔物質(zhì)上涌。其火山噴發(fā)在華涌期經(jīng)歷了噴發(fā)峰值——早期第一、二亞旋回頻繁廣泛的中心式強(qiáng)烈噴發(fā)，之后南海開(kāi)裂作用逐漸變緩，火山活動(dòng)逐漸由強(qiáng)減弱后期以安靜的裂隙式溢流噴發(fā)為主。

5 華涌期火山巖地球動(dòng)力學(xué)背景

三水盆地不同時(shí)期火山巖空間展布范圍與盆地沉積中心的遷移，在時(shí)空方面存在一致性(董月霞等，2006)。通過(guò)對(duì)過(guò)盆地南北、東西兩條聯(lián)井剖面分析，可以探討火山活動(dòng)的主要?jiǎng)恿W(xué)背景。

5.1 巖石圈伸展背景下的地幔上涌

在華涌組內(nèi)，各亞旋回火山巖的分布范圍始終呈近南北向延伸，與南海相對(duì)華南陸緣的開(kāi)裂演化應(yīng)力方向一致，指示了盆地受東西向拉張力作用的構(gòu)造背景。

通過(guò)南北剖面(圖7a)可以看出盆地噴發(fā)中心井段下部巖性以流紋巖和粗面巖為主，上部以幔源玄武巖為主。這是由于在巖石圈伸展過(guò)程中，淺部的粗面巖-流紋巖在裂谷初期首先噴發(fā)。隨著深大斷裂的發(fā)展，深部玄武巖和少量粗面巖后期噴發(fā)，指示了拉張背景下裂谷發(fā)育的過(guò)程。

圖6 紫洞玄武巖柱狀節(jié)理剖面(箭頭指示各期溢流方向)Fig.6 Basalt columnar jointing in Zidong，Sanshui basin

圖7 三水盆地華涌組聯(lián)井剖面圖Fig.7 The league well profile of Huayong group in Sanshui basin

5.2 區(qū)域性NW向斷裂的影響

從南海北部陸緣一直延伸直南海海盆中部，展布著一系列沿NW方向張性斷裂帶以及地塹地貌(閻貧等，2005，2007)。這些NW向斷裂，是由中生代末至新生代早期發(fā)生的巖石圈拆沉和分層變形作用形成的(方念喬等，2007)。華南陸緣的新生代沉積盆地，大都在該NW向斷裂系統(tǒng)的控制和影響下形成。

在盆地南北聯(lián)井剖面上(圖7a)可以看出，相比處于盆地中心位置的水8井而言，水深2—水深30兩口近NW向展布深井明顯具有更多期次火山活動(dòng)形成的巨厚的火山產(chǎn)物;同時(shí)，在盆地東西聯(lián)井剖面(圖7b)上，位于盆地偏西部的水66井、水深8井火山活動(dòng)頻繁，具有多期次火山巖產(chǎn)出，各期火山巖厚度較大。而位于偏東部的南深2井、水深11井火山巖產(chǎn)出物明顯減少，火山巖在井段中比例大幅減少。比較偏西部井位，南深2井、水深11井同期火山巖之間沉積物增多。結(jié)合前人資料(董月霞等，2006)認(rèn)為這是盆地NW向三州-西樵山斷裂帶持續(xù)活動(dòng)影響下，盆地東西兩側(cè)地層擴(kuò)張速率不同，導(dǎo)致盆地東側(cè)地層快速向海擴(kuò)張引起的火山巖分散堆積。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)三水盆地華涌組火山巖進(jìn)行巖石學(xué)分析、巖性聯(lián)井對(duì)比和地球化學(xué)測(cè)試等，得到以下結(jié)論:

(1)華涌組火山巖噴發(fā)具有明顯規(guī)律性，可識(shí)別出四個(gè)亞旋回，每個(gè)亞旋回均由偏酸性的流紋巖或粗面巖噴發(fā)開(kāi)始，以基性玄武巖的噴發(fā)結(jié)束。整個(gè)華涌期盆地火山噴發(fā)中心以中部獅嶺-小塘-紫洞-西樵山一線呈南北一線，火山巖亦呈近南北向在盆地中分布。

(2)第一、二亞旋回以中心式噴發(fā)方式為主，是陸緣張裂期地殼強(qiáng)烈減薄運(yùn)動(dòng)的響應(yīng);第三、四亞旋回過(guò)渡為以溢流式噴發(fā)為主，表明地殼拉伸運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度減弱，裂谷型火山噴發(fā)活動(dòng)趨于停止。

(3)玄武巖富集地幔元素Ni，其源區(qū)為富集地幔?；鹕綆r整體堿性較高。三水盆地火山巖呈粗面巖/流紋巖和玄武巖組成的兩端元結(jié)構(gòu)，構(gòu)成雙峰式火山巖組合特征，粗面巖-流紋巖先于玄武巖噴發(fā)，反映了區(qū)域大陸裂谷構(gòu)造背景。

(4)盆地內(nèi)東部地層向海方向的快速擴(kuò)張，是盆地受NW向斷裂作用的結(jié)果。

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