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珠江口盆地是华南陆块东部陆缘的重要组成部分，其中生代地层富含油气资源，是我国海上油气勘探的重点地区之一。显然，厘定珠江口盆地中生代构造背景与区域演化过程对于深入认识该区中生代油气资源分布规律与成藏机制具有重要意义。前人对珠江口盆地及整个华南陆块中生代沉积-岩浆-变质等作用开展了大量研究工作，取得了丰硕的成果，然而，有关华南区域构造背景与演化过程至今仍存较大争议。长期以来，众多专家和学者都对华南内陆板块中生代岩浆-构造展开了深入的研究，结合华南内陆大规模成矿提出了多种动力学机制模型，主要有:① 阿尔卑斯型陆陆碰撞模式（Hsü et al.，1990）; ② 古太平洋板片平板俯冲-断离拆沉后撤模式（Richards，1999; Wang Yuejun et al.，2007; Li Zhengxiang et al.，2007; Shu Liangshu et al.，2008; Li Sanzhong et al.，2019; Ma Qiang et al.，2021）; ③ 古太平洋板块俯冲角度变化伴随基性岩浆底侵模式（Zhou Xinmin et al.，2000; Li Xianhua et al.，2003; Wang Yuejun et al.，2003; Li Zhengxiang et al.，2007; Sun Weidong et al.，2007）; ④ 多板块相互作用模式（郭福祥，1998; Zhou Xinmin et al.，2006; Li Zhengxiang et al.，2007）; ⑤ 地幔柱模式（毛建仁等，1999; Zhou Xinmin et al.，2000; 牛耀龄，2005）等。这些模式对解释中生代华南板块动力学演化整体上尚且存在一些争议，有学者认为华南中生代早期演化过程主要受控于古特提斯构造域，而晚中生代时期则受控于古太平洋构造域（Xu Changhai et al.，2017）; 另有学者则认为华南中生代岩浆-构造作用均受控于古太平洋板片的持续俯冲作用，古太平洋板片的俯冲作用可能始于晚二叠世，且经历了早期平板俯冲和晚期高角度俯冲（Zhou Xinmin et al.，2000; Li Xianhua et al.，2007; Li Zhengxiang et al.，2007）; 也有学者则认为古太平洋板片于晚中生代发生了板片断离作用，诱发了华南板内伸展作用，形成170~145 Ma 的A型花岗岩和OIB玄武岩（Li Xianhua et al.，2007）。但还有学者认为华南晚中生代仍处于板片俯冲挤压的同造山环境，发育165~135 Ma的片麻状花岗岩和混合岩（Cui Jianjun et al.，2013）。显然，有关华南中生代构造演化及岩浆动力学背景仍存较大争议。
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有关华南中生代岩浆-构造演化的研究大多集中于华南内陆及东南沿海地区，而南海北部边缘中生代岩浆活动时代及其动力学机制仍缺少深入研究，制约了对华南中生代构造演化过程的系统认识。珠江口盆地位于南海北部与华南内陆的海陆转换区，发育中生代岩浆岩，是探讨华南中生代岩浆动力学背景与区域构造演化过程的重要窗口。本项研究以珠江口盆地北部惠州凹陷晚侏罗世火山岩为研究对象，开展系统的岩石学、岩相学、锆石U-Pb年代学和全岩地球化学研究，分析其岩石成因和构造背景，探讨华南陆块晚侏罗世时期岩浆-构造演化过程及其与古太平洋板块俯冲消减作用的动力学联系。
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1 地质背景及样品描述
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珠江口盆地是中国南海北部最大的中新生代沉积盆地，区域位置上处于太平洋板块和欧亚板块的交接地带，受到特提斯构造域和太平洋构造域影响。珠江口盆地位于中国广东省东南侧南海北部大陆架上，是在复杂基底上发育起来的盆地，沿NE-SW走向展布，盆地面积约2.6×105 km2，水深几十米至上千米，是中国重要的海上油气田产区之一（施和生等，2014，2015）。盆地由北向南可以划分5个一级构造单元:北部隆起带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带和南部隆起带。盆地北部又可进一步划分为珠一坳陷、珠三坳陷两个坳陷，研究区位于珠一坳陷的惠州凹陷（图1b）。珠江口盆地的基底主要是华南东部陆缘中生代褶皱基底的东向延伸，受古太平洋板块俯冲消减的影响，珠江口盆地经历了中生代多期次岩浆-构造活动，形成了具有特色的复杂构造格局（陈长民等，2003; 李潇雨，2007）。
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本文样品采自惠州凹陷南部的井1，其完钻深度为4276 m。岩芯资料揭示，古近系盖层之下是一套由中基性火山岩和中酸性侵入岩组成的复杂基底，其火山岩段主要由玄武安山岩和安山岩组成，夹少量粗面安山岩和玄武岩。本文样品玄武安山岩具有斑状结构，基质具有交织结构（图2a），斑晶主要为角闪石（5%~8%）、辉石（3%~5%）和斜长石（5%~10%），粒径0.5~2 mm，基质（60%~75%）由细粒角闪石和斜长石组成。安山岩具有斑状结构，由斑晶（20%~35%）和基质（60%~65%）组成，斑晶主要由角闪石和斜长石组成，基质为隐晶质或玻璃质（图2b）。
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2 分析方法
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样品经过碎样及挑选锆石颗粒，在双目镜下仔细选择不同晶形、不同颜色的锆石颗粒，粘在双面胶上并用环氧树脂固定，待环氧树脂充分固化后，将锆石靶表面抛光，制靶后通过CL图像进行锆石颗粒激光点精确定位与标记和锆石颗粒的形态学分析。锆石U-Pb同位素测年是在同济大学海洋地质国家重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成。激光剥蚀系统为New Wave213 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（1065.4±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，采用软件ICPMSDataCal，计算得出U-Th-Pb同位素比值和年龄采用Andersen（2002）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完成。
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图1 华南大地构造格架简图（a，据Shu Liangshu et al.，2014修改）及珠江口盆地构造单元分区简图（b，据施和生等，2020修改）
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Fig.1 Tectonic framework of South China block (a, modified after Shu Liangshu et al., 2014) and tectonic unit divisions of the Zhujiangkou basin (b, modified after Shi Hesheng et al., 2020)
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图2 惠州凹陷玄武安山岩（a）和安山岩（b）的岩相学特征（正交偏光）
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Fig.2 Petrographic features of the basaltic andesites (a) and andesite (b) in Huizhou sag (orthogonal-polarized light)
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Pl—斜长石; Px—辉石; Am—角闪石
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Pl—plgioclase; Px—pyroxene; Am—amphibole
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全岩地球化学分析样品采用200目以下的新鲜样品粉末样在在武汉上谱分析科技有限责任公司完成分析测试。全岩主量元素分析仪器使用ZSX Primus Ⅱ型波长色散X射线荧光光谱仪（XRF），4.0 kW端窗铑靶X射线光管，测试条件为电压:50 kV，电流:60 mA，主量各元素分析谱线均为Kα。全岩微量元素含量使用Agilent 7700e型 ICP-MS分析完成。用于ICP-MS分析的样品处理如下:将200目样品置于105℃烘箱中烘干12 h; 准确称取粉末样品50 mg置于Teflon溶样弹中; 先后依次缓慢加入1 mL高纯HNO3和1 mL高纯HF; 将Teflon溶样弹放入钢套，拧紧后置于190℃烘箱中加热24 h以上; 待溶样弹冷却，开盖后置于140℃电热板上蒸干，然后加入1 mL HNO3并再次蒸干; 加入1 mL高纯HNO3、1 mL MQ水和1 mL内标In（浓度为1×10-6），再次将Teflon溶样弹放入钢套，拧紧后置于190℃烘箱中加热12 h以上; 将溶液转入聚乙烯料瓶中，并用2% HNO3稀释至100 g以备ICP-MS测试。
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3 分析结果
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3.1 玄武安山岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄
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本次工作对玄武安山岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析。共挑选出11颗岩浆锆石进行测试，LA-ICP-MS锆石U-Pb测试结果见表1。锆石均为无色，晶体干净，粒径在100 μm左右，呈自形、半自形柱状，CL图像显示锆石均具有清晰的宽板状环带或韵律环带，且锆石的Th/U比值为0.06~0.16，指示其为典型的岩浆锆石（图3a）。11颗锆石的206Pb/238U年龄变化于164~148 Ma，其206Pb/238U分析加权年龄为154.0±3.2 Ma（MSWD=2.1; 图3b），指示玄武安山岩形成于晚侏罗世。
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3.2 全岩地球化学特征
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惠州凹陷中基性火山岩的主量元素和微量元素分析结果见表2。岩石地球化学分析揭示，惠州凹陷中基性火山岩的SiO2含量变化范围较大，介于4 9.54%~58.22%之间，属于典型的中基性火山岩类。岩石的Al2O3含量为12.13%~17.30%，MgO含量为5.29%~11.05%，Mg#值介于52~66之间。根据火成岩TAS分类图解（图4a），岩石类型有玄武安山岩、安山岩、玄武岩、粗安岩、玄武质粗安岩，样品总体上属于典型的钙碱性—高钾钙碱性系列岩石（图4b）。样品的稀土总含量为77.9×10-6~127×10-6，具右倾的稀土分配形式（图5a），其轻重稀土分馏明显，（La/Yb）N比值为5.00~6.93，稀土元素配分曲线介于洋岛玄武岩（OIB）和富集型洋中脊玄武岩（E-MORB）之间（图5a）。δEu值为0.73~1.04，显示弱的铕负异常，暗示岩浆在结晶过程中可能经历了轻微的斜长石分离结晶作用，或指示岩浆源区并不存在显著的斜长石残留。样品富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素，相对亏损Nb、Ta、Ti和P等高场强元素（图5b），具有明显的负异常特征，暗示岩浆源区可能受俯冲板片流体的交代作用，微量元素反映样品不具有OIB的特征，具有典型的岛弧岩浆岩的特征。
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图3 惠州凹陷玄武安山岩锆石阴极发光照片（a）和 U-Pb谐和图（b）
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Fig.3 CL image (a) and U-Pb concordia diagram (b) for the basaltic andesite in Huizhou sag
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4 讨论
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4.1 岩石成因分析
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惠州凹陷中基性火山岩的MgO与主要氧化物和稀土微量元素之间存在显著的线性关系（图6），暗示不同类型的火山岩存在密切的成因联系（张旗，2012）。自玄武岩到安山岩，MgO与Al2O3、K2O、TiO2、MnO等主量元素之间呈明显的负相关，表明岩浆演化过程并未发生显著的斜长石等富铝矿物相和钛铁氧化物的分离结晶，而Cao和Fe2O3与MgO的含量呈正相关性则暗示岩浆可能发生了辉石的分离结晶作用。样品的SiO2（49.54%~58.22%）、Mg#（52~66）、Co和Ni等元素变化范围较大（表2），也表明惠州凹陷晚侏罗世火山岩成分变化主要受控于岩浆的分离结晶作用。而Al2O3与Mg#的负相关则表明岩浆并未发生斜长石等富铝矿物相的显著分离结晶（图7a），这也与样品轻微的负铕异常特征一致。进一步分析Cr和Ni等相容元素的相关性，发现样品主要发生了单斜辉石、黑云母等镁铁质矿物的分离结晶（图7b）。综上所述，本文认为珠江口盆地惠州凹陷晚侏罗世中基性火山岩主要起源于受俯冲板片交代富集的岩石圈地幔低程度部分熔融，且岩浆发生了显著的单斜辉石等镁铁质矿物分离结晶作用。
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图4 惠州凹陷中基性火山岩TAS分类图（a，据Maitre，1989）及K2O-SiO2图（b，据Peccerillo et al.，1976; Middlemost，1985）
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Fig.4 The TAS classification (a, after Maitre, 1989) and K2O-SiO2 diagram (b, after Peccerillo et al., 1976; Middlemost, 1985) for volcanic rock in the Huizhou sag
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图5 惠州凹陷中基性火山岩的稀土配分曲线和微量元素蛛网图（标准化数据据Boynton，1984; Sun et al.，1989）
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Fig.5 REE patterns (a) and trace elements spidergram (b) (normalized data according to Boynton, 1984; Sun et al., 1989) of volcanic rock in the Huizhou sag
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惠州凹陷晚侏罗世火山岩具有较高的MgO含量（5.29%~11.05%）和较高的Mg#值（52~66），显著不同于镁铁质下地壳起源的岩浆岩，暗示样品起源于地幔源区。部分样品具有较高的Cr（142×10-6~289×10-6）和Ni（115×10-6~262×10-6）含量，也符合幔源岩浆岩特征。前述讨论已表明，同源岩浆不同程度的分离结晶作用是惠州凹陷晚侏罗世中基性火山岩成分多样性的重要控制因素（Klemme et al.，2000; Chistyakova et al.，2012），这也与所有样品具有相对均一的Sm/Yb（2.03~2.36）和La/Yb（7.40~10.3）等不相容元素比值相吻合。岩石具有相似的不相容元素比值也表明样品起源于相同地幔源区。微量元素分析揭示，珠江口盆地晚侏罗世火山岩样品主要起源于尖晶石地幔源区低程度部分熔融，明显不同于华南内陆同期玄武质岩浆岩（图8a、b）。利用大离子亲石元素与高场强元素的相关性进行进一步分析，发现华南内陆同期基性岩浆的地幔源区则主要受控于俯冲沉积物及其熔体的富集改造，而珠江口盆地晚侏罗世玄武质岩浆的地幔源区受到了显著的俯冲板片流体的富集改造（图8c、d），这也与本文样品富集大离子亲石元素而亏损高场强元素的弧岩浆岩地化特征吻合（图5b）。
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4.2 成岩构造背景及其地质意义
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惠州凹陷中基性火山岩的Nb/Ta比值为8.58~13.96，平均值10.81，Zr/Hf比值为25.3~30.83，平均值27.7，稀土元素配分模式与正常洋中脊玄武岩显著不同，而与岛弧玄武岩类似。微量元素蛛网图显示（图5b），样品相对富集大离子亲石元素，而亏损Nb、Ta和Ti等高场强元素，也反映了岩浆起源于板片俯冲相关的弧环境（Pearce et al.，1979; 刘学龙等，2018）。样品的Ti/Y比值为60.53~345.49（均值271.17），La/Ta比值为23.79~100.5（均值44.83），Hf/Ta比值为5.45~9.24（均值7.46），Nb/La比值为0.09~0.36（均值0.27），表明与板内或过渡型洋中脊构造环境无关。样品的Th/Yb比值为0.3~0.7（均值0.5），Th/Nb比值为0.15~0.29（均值0.21），Hf/Th比值为2.43~4.86（均值3.40），具有弧玄武岩的性质（Pearce et al.，1979），Ta/Yb和Th/Yb协变图解显示样品具有陆缘弧属性特征（图8c）。此外，在蛛网图中以不相容元素Nb、Ta、Ti负异常为特征也显示出样品具有大陆边缘弧的地球化学特征（图5b）。
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图6 惠州凹陷中-基性火山岩哈克图解
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Fig.6 Harker diagrams of intermediate-basic volcanic rocks in the Huizhou sag
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不相容微量元素的地球化学性质相对稳定，其微量元素比值可用于判断源区属性或成岩构造背景。惠州凹陷中基性火山岩的Ti/V比值为12.20~20.84，与典型岛弧环境玄武岩相似（Shervais，1982）（图9a）。Hf/3-Th-Nb/16判别图指示样品具有较低的Nb含量（图9b），与洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩显著不同，而与岛弧或陆缘弧玄武岩相似（Wood，1980）。同时，惠州凹陷晚侏罗世火山岩由玄武岩、玄武安山岩和安山岩为主要岩石组合，与典型的弧岩浆岩组合类似。综上所述，本文认为惠州凹陷晚侏罗世中基性火山岩形成于洋壳俯冲的陆缘弧环境。与之不同，尽管华南内陆同期玄武质岩浆岩具有相似的弧岩浆岩属性特征和构造背景（图9），但岩石较高的Th/Yb和Sm/Yb比值，表明华南内陆同期玄武质岩浆起源于深度较大的含石榴子石橄榄岩熔融（图8a、b）。而岩石较高的Ba/Th和Th等元素特征则表明，其地幔源区受到了俯冲沉积物或沉积物熔体的富集改造（图8c、d）。显然，华南内陆与南海北部陆缘晚侏罗世岩浆活动具有不同的岩浆源区和成岩动力学背景。
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图7 惠州凹陷中基性火山岩岩浆分离结晶作用判别图
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Fig.7 Discrimination diagrams of fractional crystallization for the intermediate-mafic volcanic rocks in the Huizhou sag
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图8 惠州凹陷中基性火山岩的源区属性判别图
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Fig.8 Discrimination diagrams of magma source for the intermediate-mafic volcanic rocks in the Huizhou sag
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（a）—（Yb/Sm）P-（Tb/Yb）P图解（底图据Zhang et al.，2006）;（b）—Sm/Yb-La/Yb图解（底图据Aldanmaz et al.，2000）;（c）—Th /Yb-Ta/Yb图解（底图据Pearce，1982）;（d）—Ba/Th-Th图解（底图据Woodhead et al.，2001）（对比数据引自Li Xianhua et al.，2002; Li Fucheng，et al.，2021; Yan Qinghe，et al.，2021）
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(a) — (Yb/Sm) P vs. (Tb/Yb) P diagram (modified after Zhang et al., 2006) ; (b) —Sm/Yb vs. La/Yb diagram (modified after Aldanmaz et al., 2000) ; (c) —Th /Yb vs. Ta/Yb diagram (modified after Pearce, 1982) ; (d) —Ba/Th-Th diagram (modified after Woodhead et al., 2001) (data from Li Xianhua et al., 2002; Li Fucheng et al., 2021; Yan Qinghe et al., 2021; this study)
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图9 惠州凹陷中基性火山岩Ti/1000-V（据Shervais，1982）和Hf/3-Th-Nb/16（据Wood，1980）构造环境判别图
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Fig.9 Tectonic discrimination diagrams of Ti/1000-V (after Shervais, 1982) and Hf/3-Th-Nb/16 (after Wood, 1980) for volcanic rock from the Huizhou sag
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前人研究发现，晚侏罗世华南内陆湘桂粤地区发育A型花岗岩和W-Sn矿相关的S型花岗岩，并认为华南内陆于165~150 Ma期间处于板片断离的伸展构造背景（ Zhou Xinmin et al.，2006; Zhou Jie et al.，2013; Zhou Zuomin et al.，2016）。同时，部分学者总结华南内陆岩浆岩的时空分布规律和岩石成因类型，提出侏罗纪时期俯冲的古太平洋板片发生了后撤，导致华南内陆发生弧后伸展作用，且伸展作用具有由内陆向沿海迁移的现象（夏炎等，2016）。显然，华南内陆于晚侏罗世曾发生显著的伸展构造作用，其动力学机制可能是板片断离或弧后伸展作用。在此伸展背景下，受俯冲沉积物富集改造的含石榴子石地幔岩发生部分熔融，形成华南内陆晚侏罗世玄武质岩浆。本项研究表明，晚侏罗世伸展作用仅控制和影响了华南内陆岩浆活动，但并未显著影响珠江口盆地的岩浆-构造作用。晚侏罗世时期珠江口盆地仍处于古太平洋板片俯冲的陆缘弧背景，俯冲板片携带的流体交代岩石圈地幔，诱发部分熔融从而形成幔源镁铁质岩浆，随后发生辉石等镁铁质矿物的分离结晶，并最终于154 Ma时喷发形成惠州凹陷中基性火山岩。
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5 结论
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（1）南海北缘珠江口盆地惠州凹陷火山岩基底主要由玄武安山岩、安山岩、粗面安山岩、玄武岩组成，锆石U-Pb年代学揭示其结晶时代为154.0±3.2 Ma，属于晚侏罗世岩浆活动产物。
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（2）惠州凹陷晚侏罗世中基性火山岩具有高钾钙碱性系列特征，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素。岩浆起源于富集岩石圈地幔熔融，且经历了辉石等镁铁质矿物的分离结晶作用。
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（3）惠州凹陷晚侏罗世火山岩具有典型弧岩浆岩的岩石组合和地球化学特征，形成于古太平洋板片俯冲的陆缘弧环境，指示珠江口盆地于晚侏罗世时期仍处于板片俯冲挤压环境。
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致谢:两位审稿人和编辑对文章提出了宝贵的修改意见，对论文质量提高起了重要作用，在此一并深表谢意。
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摘要
位于南海北部陆缘的珠江口盆地发育中生代岩浆岩,记录了古太平洋板片俯冲消亡的动力学过程。本项研究以钻井揭露的晚侏罗世火山岩为研究对象,开展系统的岩石学、岩相学、年代学和地球化学研究,探讨其成因机制和动力学背景。岩石学及地球化学分析显示,这套火山岩由玄武岩、玄武安山岩、安山岩和粗面安山岩组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析表明,玄武安山岩的结晶年龄为154.0±3.2 Ma。岩石的SiO2含量为49.54%~58.22%,K2O含量为0.71%~3.00%,MgO含量为5.29%~ 11.05%,Mg#值介于52~66之间,属于高钾钙碱性系列中基性火山岩。岩石的轻重稀土元素分馏明显,(La/Yb)N比值为 5.00~6.93,且具有轻微的铕负异常,δEu值为0.73~1.04。样品显著富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th和U等,相对亏损高场强元素Nb、Ta、Ti和P等。岩石成因分析表明,晚侏罗世中基性火山岩主要起源于受俯冲板片流体交代的富集岩石圈地幔熔融,且岩浆经历了辉石、角闪石等矿物的分离结晶。综合区域资料,本文认为珠江口盆地于晚侏罗世时期处于古太平洋板片向华南板块持续俯冲的陆缘弧环境。
Abstract
Mesozoic igneous rocks developed in the Zhujiangkou basin on the northern margin of the South China Sea record the dynamic processes of subduction and closure of the Paleo-Pacific slab. We present a systematic study of the petrology, petrography, chronology and geochemistry of the late Jurassic volcanic rocks exposed by drilling in the Zhujiangkou basin, to explore their petrogenesis and dynamic setting. Petrology and geochemical analysis show that the studied volcanic rocks are composed of basalt, basalt andesite, andesite and trachyandesite. LA-ICP-MS zircon U-Pb geochronology study shows that the crystallization age of basalt andesite is 154.0±3.2 Ma. The studied rocks have SiO2 content of 49.54%~58.22%, K2O content of 0.71~3.00%, MgO content of 5.29%~11.05%, and Mg# value of 52~66, belonging to the high potassium calc-alkaline series. The rocks exhibit enrichment in light REE with the (La/Yb)N ratio of 5.00~6.93, and show slight negative Eu anomaly with δEu value of 0.73~1.04. These samples are significantly enriched in large-ion lithophile elements such as Rb, Ba, Th and U, and depleted in high field strength elements such as Nb, Ta, Ti and P. Petrogenesis analysis shows that the Late Jurassic mafic-intermediate volcanic rocks mainly originated from the melting of the enriched lithospheric mantle metasomatized by subducted slab-related fluids, and the parental magma experienced fractional crystallization of minerals such as pyroxene and amphibole. Combined with regional data, this paper proposes that the Zhujiangkou basin was in a continental marginal arc environment related to the Paleo-Pacific slab subducting beneath the South China block during the Late Jurassic.
Keywords
Zhujiangkou basin ； Late Jurassic ； volcanic rocks ； geochronology ； geochemistry
