5.1.1 岩浆活动时空分布及其与地质构造的关系
南海北部陆缘地区，白垩纪以来以拉伸盆地形成和火山喷发、基性岩脉(岩墙)侵位为标志的伸展张裂作用非常强烈。在岩浆活动方面，白垩纪—古近纪时既有喷出也有侵入，而晚新生代主要表现为火山喷发。
5.1.1.1 白垩纪—古近纪岩脉侵位
为探讨与白垩纪—古近纪伸展张裂有关的岩浆活动，本次工作专门对广东沿海的南澳、汕头、澄海、潮阳、惠来、深圳、台山等地的燕山晚期—喜马拉雅早期的基性、中基性岩脉进行了K-Ar年代学研究。野外观察表明，岩脉产状包括NE、NW、NWW、NEE和近EW向5组，近EW向和部分NW向岩脉形成较早，往往被晚期岩脉所穿插；而NE、NEE和NWW向岩脉的形成时间相对较晚。这些岩脉形态保存较完整，岩石较新鲜，变形不强烈，主要遭受了节理构造的切割(表5.1)。
取岩脉中的新鲜样品，在中国科学院广州地球化学研究所用MM-1200质谱仪进行了K-Ar同位素稀释法年龄测定，测试数据列于表5.2。
表5.2数据表明，研究区的岩脉K-Ar年龄可分为142.5Ma(早白垩世早期)、131.4～132.8Ma(早白垩世中期)、123.6Ma(早白垩世晚期)、72.4～97.6Ma(晚白垩世)和52.6Ma(始新世)5组。尽管获得的年龄数据还很有限，但结合岩脉的产状来看，属于早白垩世早期的为NW向岩脉；属于早白垩世中期的为近EW向岩脉；NE向岩脉开始形成于早白垩世晚期；晚白垩世时(97.6～72.4Ma)既有NE向也有NW和NWW向岩脉侵入；始新世时则有NEE向岩脉发育。这与野外观察的岩脉穿插和断裂切割关系是一致的。区域地质研究表明，南岭和华南大陆边缘中生代构造-岩浆作用的一个显著特点，是经历了从早期陆内碰撞挤压到晚期伸展扩张的转变。燕山期构造应力场从挤压向挤压后松弛-张裂转变的重要时期为早白垩世早期(约140Ma)，例如，粤北地区白垩纪基性岩脉的第一组年龄为139～143Ma(李献华等，1997)；香港地区的花岗岩成因类型，年代155Ma左右的为同造山S型，136～138Ma的为晚造山-非造山I型(Sewell et al.，1992)。区域上在早白垩世发生的另一次重要的晚造山-非造山型花岗岩浆活动的时代集中于(124±3)Ma，如福建漳州的上房辉长苏长岩(123Ma)、长泰花岗闪长岩(123Ma)(周珣若等，1994)和广东阳春石菉花岗闪长岩(126Ma)。晚白垩世开始，区域地壳整体上进入后造山拉伸张裂阶段，其重要标志是浙闽粤沿海有后造山A型晶洞碱长花岗岩(92～97Ma)形成(周珣若等，1994；Martin et al.，1994)和大量的基性岩脉侵位，以及沿南海北部和台湾海峡有一系列初始裂陷盆地出现(神狐运动)。古近纪期间，南海北部发生多幕陆缘张裂，其中一次重要的张裂事件出现在始新世(珠琼运动)(李平鲁，1993)。本次研究所获得的广东沿海基性、中基性岩脉的K-Ar年龄数据与区域上的资料相当吻合，而且进一步给出了不同方向的断裂发生拉张的时间序列，为探讨区域构造应力场的变化提供了基础。
表5.1 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉的岩石类型和地质特征
表5.2 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉的全岩K-Ar同位素稀释法年龄测定结果
注：中国科学院广州地球化学研究所测试(1104-3由中国地质调查局宜昌地质矿产研究所测试)。
5.1.1.2 白垩纪—古近纪火山活动
珠江口、北部湾-雷琼、茂名、三水、河源等盆地是南海北部及其沿岸地区在白垩纪—古近纪强张裂活动中形成的几个典型的拉伸盆地，这些盆地在形成发展过程中曾普遍发生过火山喷发。
K-Ar年代学资料表明(表5.3)，茂名盆地火山活动发生于晚白垩世—古新世(56.1～92.2Ma)，岩性为一套安山岩-流纹岩组合。三水盆地火山活动主要发生于古新世—始新世(38.0～63.9Ma)，早期(60～64Ma)以形成玄武岩-流纹岩为主，晚期(38～59Ma)主要为玄武岩-粗面岩组合。南海珠江口盆地在古近纪以流纹岩-安山岩-拉斑玄武岩为主，断隆带上(如中部东沙-神狐暗沙隆起和北部隆起)多为流纹质及部分为英安质、安山质火山岩，断陷带中主要为拉斑玄武岩或拉斑玄武岩-流纹岩组合(邹和平等，1995)。雷琼盆地和南海中央海盆在渐新世初开始喷出拉斑玄武岩。
5.1.1.3 晚新生代火山活动
大量的岩石学、地球化学和同位素年代学资料表明，南海北部及其沿岸地区晚新生代以火山喷发为表现形式的岩浆活动广泛发育，并具有以下特点：
1)以基性岩浆喷发为特征，形成拉斑玄武岩和碱性玄武岩系列。在碱性玄武岩中，往往含有尖晶石二辉橄榄岩、基性麻粒岩等深源岩石的捕掳体。
2)分布上与陆缘拉伸盆地及其边缘深断裂密切相关，在张裂强烈地带(南海诸盆地、台湾海峡、雷琼盆地等)活动时间久、次数多、分布广。
3)新近纪火山活动除了发生在拉伸盆地内，还出现在盆地边缘及附近地区(如闽南沿海和印支半岛)，中新世是区域上火山活动的一个高峰期。年代学资料显示，南海北部及沿岸地区普遍出现玄武岩浆喷发的时间集中于20～17Ma，如南海珠江口盆地7-1-1井于2429m和2432m 深处所见碱性玄武岩的K-Ar年龄分别为(17.1±2.5)Ma和(20.2±3.0)Ma，南海宣北海山碱性玄武岩的K-Ar年龄为15.21～22.90Ma(梁德华等，1991)；此外，琼北金牛岭、闽南龙海、澎湖群岛和台湾西部玄武岩也分别测得(16.77±0.47)Ma、16.57～19.20Ma、16.2Ma和23Ma左右的K-Ar年龄(朱炳泉等，1989；陈道公等，1992；Angelier et al.，1990；Chung et al.，1994)。区域上的第四纪火山活动则又主要限于南海海域和雷琼盆地区，喷发时间从早更新世至全新世初。
5.1.2 火成岩地球化学特征
5.1.2.1 火成岩主量元素地球化学特征
(1)南海北部沿岸白垩纪—古近纪岩脉与火山岩的主量元素地球化学特征
广东沿海白垩纪—古近纪基性、中基性岩脉的岩石化学分析数据列于表5.4。为进行比较，将这些岩脉的分析数据与茂名、三水盆地同期火山岩数据一并投影于图5.1。图5.1表明，广东沿海有关岩脉的岩石化学成分主要相当于亚碱性系列的玄武岩-玄武安山岩类。茂名盆地白垩纪—古新世火山岩主要属于亚碱性系列的流纹岩-英安岩-安山岩类；而三水盆地古新世-始新世火山岩主要是由碱性系列的玄武岩与粗面岩或由玄武岩与亚碱性系列的流纹岩组成双峰式类型。
表5.3 南海北部拉伸盆地白垩纪—古近纪火山岩K-Ar同位素年龄数据
注：岩性后括号内数字为样品数；①朱炳泉等，2002；②广东省地质矿产局，1991，茂名幅1：50000区域地质报告(未刊)；③朱炳泉，1998；④李平鲁等，1994；⑤李兆麟，1991；⑥冯国荣，1992。
表5.4 广东沿海白垩纪—古近纪基性、中基性岩脉的岩石化学成分(wB/%)
注：中国科学院广州地球化学研究所用湿化学法测定。
图5.1 广东沿海白垩纪—古近纪火成岩全碱-硅氧图解(三水、茂名火山岩资料据地矿部第12石油普查勘探大队，1982和朱炳泉等，2002)
F—似长石岩区；Pc—苦橄玄武岩区；U1—碧玄岩区；U2—响岩质碱玄岩区；U3—碱玄质响岩区；PH—响岩区；S1—粗面玄武岩区；S2—玄武粗安岩区；S3—粗面安山岩区；T—粗面岩区；B—玄武岩区；O1—玄武安山岩区；O2—安山岩区；O3—英安岩区；R—流纹岩区(图解据Le Bas et al.，1986)
(2)珠江口盆地新生代火山岩主量元素地球化学特征
南海珠江口盆地新生代火山岩岩石化学分析数据列于表5.5，具有以下特点(图5.2)。
古近纪，既有基性岩浆喷出，还有较多的中酸性岩石形成，主要属于亚碱性岩石系列。玄武岩的Mg＃值普遍较低(多数样品的Mg＃值＜60)。
新近纪以来，基本上全为基性岩浆喷出，形成碱性玄武岩和拉斑玄武岩系列，与华南乃至中国东部晚新生代火山岩组合的普遍特征一致。玄武岩Mg＃值增高，有较多接近原始岩浆成分(Mg＃值＞60)的成员。
在同一时期的玄武岩中，碱性玄武岩比拉斑玄武岩具有更高的Mg＃值和TiO2、P2O5、K2O含量，说明结晶分离作用并非不同类型玄武岩形成的主要因素。
上述资料表明，区域上的白垩纪—新生代岩浆活动总的演化趋势是由含较多中酸性岩石的亚碱性系列钙碱性岩类发展到双峰式系列以至碱性玄武岩和拉斑玄武岩系列，以较大的成分多样性而不同于“大火成岩省”(Large Igneous Provinces)(Flower et al.，1998)。晚新生代以来火山岩的SiO2不饱和程度和原始岩浆成分相应增高，反映岩浆来源逐渐加深和岩石圈逐渐拉裂伸展的构造环境。这与日本海和北美西部里奥格兰德裂谷岩浆作用的发展序列(Perchuk，1991；Baldridge，1991)也是相同的。
表5.5 南海珠江口盆地新生代火山岩化学成分(wB/%)
注：Mg＃=100Mg2+/(Mg2++Fe2+)；QT—石英拉斑玄武岩；OT—橄榄拉斑玄武岩；AB—碱性玄武岩；An—安山岩；Da—英安岩；Rh—流纹岩。
图5.2 珠江口盆地新生代火山岩全碱-硅氧图解(邹和平等，1995)
1—古近纪火山岩；2—新近纪火山岩；其他图例说明同图5.1
5.1.2.2 火成岩微量元素地球化学特征
(1)广东沿海白垩纪—古近纪火成岩的微量元素地球化学
广东沿海白垩纪—古近纪岩脉的微量元素分析数据列于表5.6。稀土分布特征表明(图5.3)，这些岩脉普遍具有LREE富集特征，与酸性岩脉(深08-2)呈明显负Eu异常特点不同的是，基性和中基性岩脉基本不具或只有弱的负Eu异常(δEu为0.70～1.09)，δEu并且有随着岩石基性程度增高而增高的趋势，反映分异作用的影响。在微量元素分布特征上(图5.4)，中基性岩脉的Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE)相对于REE、K、Th等不相容元素多呈亏损型，但基性岩脉基本不显示Nb、Ta亏损(中基性岩石的La/Nb值为1.89～6.67，基性岩石的La/Nb值为0.93～1.03)。
表5.6 广东沿海白垩纪—古近纪中基性岩脉的微量元素和稀土元素含量(wB/10-6)
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注：中国科学院广州地球化学研究所用PE Erland 6000等离子质谱仪分析测定；1103-1和1103-2由中国地质调查局宜昌地质矿产研究所测定；“—”示未测。
图5.3 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉稀土元素球粒陨石标准化值分布型式(球粒陨石标准值据Taylor等，1977，以下同)
图5.4 广东沿海白垩纪—古近纪岩脉微量元素的原始地幔标准化值分布型式(原始地幔值据Sun等，1989，以下同)
据研究(Chung et al.，1997)，三水盆地的古近纪火山岩普遍具有LREE 富集的特点，玄武岩与粗面岩、流纹岩都不显示Nb、Ta亏损，但长英质岩石总体上有更高的REE丰度，并具明显的负Eu异常。反映三水盆地火山岩可能来自相同的岩浆源，分异作用对双峰式岩系的形成起重要影响。而河源、连平的古近纪玄武岩-安山岩-英安岩表现微弱的负Eu异常，英安岩并显示Nb、Ta亏损，说明可能存在不同程度的地壳同化混染作用。
(2)南海北部珠江口盆地新生代火山岩微量元素地球化学
南海北部珠江口盆地火山岩微量元素数据列于表5.7。它们均显示轻稀土元素富集的分布型式(图5.5)，除了古近纪安山岩(L11-1-2和711-f)和英安岩(H21-1-1)呈弱的负Eu异常外，所有的玄武岩类均表现出较明显的正Eu异常。安山岩(L11-1-2)和英安岩(H21-1-1)并表现为Nb-Ta亏损(图5.6)和较低的Nb/Y值(0.25～0.78)、Ti/Yb值(2155～3315)，反映可能存在一定程度的地壳混染。但所有的玄武岩类样品均表现为Nb、Ta、Ti等HFSE相对富集的型式，La/Nb值(0.09～0.59)低而Nb/Y值(1.75～9.97)和Ti/Yb值(＞5000)高，反映基本未受地壳混染的影响，它们来源于上地幔(一般认为，Ti/Yb值＞5000的火山岩所受地壳混染的影响很小)(Hart et al.，1989)。并且，古近纪玄武岩的 Ba/Nb、Th/Nb 比值均系统地高于新近纪玄武岩(图5.7)，显示古近纪岩浆可能主要来源于富集(EM)型地幔，而新近纪岩浆源区与南海海山玄武岩相似，主要来源于类似HIMU-OIB向MORB过渡的亏损型地幔。
图5.5 珠江口盆地新生代火山岩稀土球粒陨石标准化值分布型式
表5.7 南海珠江口盆地新生代火山岩微量元素和稀土元素含量(wB/10-6)
续表
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注：中国科学院广州地球化学研究所用PE Erland 6000等离子质谱仪分析测定。
图5.6 珠江口盆地新生代火山岩微量元素的原始地幔标准化值分布型式
5.1.2.3 火成岩Sr、Nd、Pb同位素特征
南海北部及邻区中、新生代火成岩的Sr、Nd、Pb同位素特征列于表5.8。同位素数据表明，广东沿海白垩纪岩脉、茂名盆地白垩纪—古新世火山岩和连平古近纪火山岩的(87Sr/86Sr)i一般大于0.7047，εNd(t)主要为负值，说明其岩浆源区主要为下地壳或幔壳混合源。但在距今56Ma左右，茂名盆地火山岩(样品88-44)的εNd(t)为正值；53Ma左右形成的基性岩脉(C19-1)的(87Sr/86Sr)i值为0.7047；三水盆地古近纪火山岩(60～38Ma)的εNd(t)基本都为正值，反映这些岩浆可能主要来源于上地幔。而晚新生代以来，南海及其北部沿岸和印支半岛的火山岩Sr、Nd同位素特征(87Sr/86Sr一般小于0.7047，εNd(t)一般为正值)反映其岩浆主要来源于亏损型上地幔。广东普宁含幔源捕虏体的玄武岩的87Sr/86Sr为0.7160，εNd(t)为-3.59，但稀土和微量元素并未显示混染特征，可能反映了该处上地幔具有富集型的性质(夏群科等，1997)。
图5.7 珠江口盆地新生代火山岩的Ba/Nb-Th/Nb图解及其与南海海山玄武岩(SCS)(Tu et al.，1992)和EM1、EM2、HIMU-OIB、N-MORB(Weaver，1991)的比较
1—古近纪火山岩；2—新近纪火山岩；CC—大陆地壳
图5.8 南海北部及邻区新生代火山岩Sr-Nd同位素组成变化图解
EM1、EM2、DMM分别为Zindler(1986)定义的富集I型、富集Ⅱ型和亏损型地幔端元
表5.8 南海北部及邻区中、新生代火成岩Sr、Nd、Pb同位素组成
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注：资料来源：①ChungSL，etal.，1997；②朱炳泉等，2002；③ZhuBQ，etal.，1989；④朱炳泉等，1989；⑤Tu K，et al.，1991；⑥夏群科等，1997；⑦Hoang Nguyen，etal.，1996；⑧TuK，etal.，1992；⑨朱炳泉，1998；其余为本文作者资料，在中国科学院广州地球化学研究所用VG-354质谱仪测定。
图5.9 南海北部及邻区新生代火山岩Pb同位素组成变化图解(北半球参考线，据Hart，1984)
在Sr-Nd同位素变异图上(图5.8)，南海北部及邻区新生代火山岩数据多数投影于由大洋岛屿玄武岩构成的地幔阵列中。其中古近纪玄武岩具富集型地幔源区特征；三水盆地火山岩具有明显高的87Sr/86Sr，构成两条混合线，表明其源区可能曾受到来自古俯冲带海水混合和上地壳物质加入的影响(Zhu et al.，1989)。南海北部及邻区新近纪-第四纪玄武岩的Sr-Nd同位素组成普遍表现为相对亏损的“洋岛型”(OIB)软流圈地幔源区特征，但产于拉伸作用较弱的普宁地区的玄武岩仍反映为富集源特点。
Sr-Nd同位素组成显示，南海北部及邻区在张裂过程的早期，或在岩石圈拉伸减薄作用较弱的地段，火山岩的同位素组成为相对富集型，岩浆源区从壳幔混合源到富集型岩石圈地幔源；而在张裂过程的晚期，或在拉伸减薄作用强烈地带，火山岩的同位素组成为相对亏损型，岩浆源区主要为软流圈地幔。火山岩源区性质的这种变化特征，反映在地壳张裂过程中，可能发生了岩石圈地幔底蚀或拆沉减薄和软流圈底辟上涌，从而造成了岩浆底侵和富集型岩石圈地幔被亏损型软流圈地幔所替代的作用。
南海北部及邻区新生代火山岩Pb同位素组成变化有以下特点(图5.9)：普遍富含放射性成因Pb，而与岩性变化无关；具Dupal异常，按Hart(1988)建议将87Sr/86Sr＞0.705、△208/204＞60作为Dupal异常的标准，南海北部古近纪玄武岩具有这一特征，且206Pb/204Pb和207Pb/204Pb都较高，趋向EM2。新近纪以来形成的玄武岩的Pb同位素也具有EM2趋向的似Dupal异常，但以Sr、Nd同位素组成为相对亏损型为特征。