南海新生代玄武巖地球化學(xué)剖析：巖漿演化的關(guān)鍵線索一、引言1.1研究背景與意義南海，作為西太平洋最大的邊緣海之一，地處歐亞板塊、印-澳板塊以及菲律賓板塊的交匯處，特殊的地理位置使其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動頻繁，成為地球科學(xué)研究的關(guān)鍵區(qū)域。新生代玄武巖在南海廣泛分布，記錄著南海地區(qū)深部地質(zhì)過程的重要信息，對其展開研究，在地球科學(xué)多個領(lǐng)域都具有重要意義。地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)如同一個神秘的黑箱，而玄武巖則是窺探這一結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵窗口。玄武巖起源于地幔深部，通過對南海新生代玄武巖的地球化學(xué)特征分析，能夠獲取有關(guān)地幔組成、結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)的關(guān)鍵線索。例如，對玄武巖中微量元素和同位素的研究，有助于揭示地幔源區(qū)的物質(zhì)組成和深度，了解地幔的不均一性和演化歷史。單斜輝石作為玄武巖中的重要礦物相，其化學(xué)成分記錄了巖漿成因、演化及巖漿作用的物理化學(xué)條件等重要信息。南海新生代玄武巖中的單斜輝石具有巨晶特征，是在高壓下與寄主巖同源的巖漿中形成，通過對其主量及微量元素的分析，可以推斷巖漿形成的深度和壓力條件，進(jìn)而了解地幔深部的物理化學(xué)環(huán)境。板塊運動是塑造地球表面形態(tài)和地質(zhì)構(gòu)造的主要驅(qū)動力之一。南海地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的板塊構(gòu)造活動，包括俯沖、碰撞、伸展等過程，這些過程與南海新生代玄武巖的形成密切相關(guān)。研究南海新生代玄武巖的地球化學(xué)特征和時空分布規(guī)律，能夠為板塊運動的研究提供有力證據(jù)。通過分析玄武巖的成因機(jī)制和噴發(fā)規(guī)律，可以揭示板塊相互作用過程中的物質(zhì)交換、能量傳遞以及地球動力學(xué)過程。不同板塊邊界的玄武巖具有獨特的地球化學(xué)特征，大洋中脊玄武巖與俯沖帶玄武巖在微量元素和同位素組成上存在明顯差異。對南海新生代玄武巖的研究，可以幫助我們確定南海地區(qū)在地質(zhì)歷史時期的板塊邊界類型和位置，以及板塊運動的方向和速率，進(jìn)一步完善板塊構(gòu)造理論。巖漿演化是地球內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換的重要過程，而南海新生代玄武巖為研究巖漿演化提供了豐富的素材。通過對玄武巖的礦物組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及地球化學(xué)特征的研究，可以深入了解巖漿的起源、上升、分異和結(jié)晶等過程。南海新生代玄武巖的巖石學(xué)特征表明，其礦物組合為橄欖石、單斜輝石、斜長石等，與典型的堿性玄武巖礦物組合一致。從這些礦物的特征和相互關(guān)系中，可以推斷巖漿在上升過程中的物理化學(xué)條件變化，如溫度、壓力、氧逸度等，進(jìn)而揭示巖漿演化的機(jī)制和控制因素。此外，對玄武巖中微量元素和同位素的研究，還可以追蹤巖漿源區(qū)的物質(zhì)來源和演化歷史，為建立巖漿演化模型提供數(shù)據(jù)支持。南海新生代玄武巖的研究不僅在地球科學(xué)理論研究中具有重要意義，在實際應(yīng)用方面也有不可忽視的價值。南海地區(qū)是地震和火山活動較為頻繁的地區(qū)之一，這些地質(zhì)災(zāi)害對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人類生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。通過對南海新生代玄武巖的研究，可以了解該地區(qū)的巖石圈結(jié)構(gòu)、地殼厚度和地幔性質(zhì)等信息，為地震和火山活動的預(yù)測提供重要的參考依據(jù)。例如，通過分析玄武巖的地球化學(xué)特征，可以推斷地下巖漿房的位置、規(guī)模和活動狀態(tài)，進(jìn)而評估地震和火山噴發(fā)的風(fēng)險。此外，研究玄武巖的成因機(jī)制和噴發(fā)規(guī)律，還有助于揭示地震和火山活動的發(fā)生機(jī)制和規(guī)律，為災(zāi)害預(yù)防和減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)，降低地質(zhì)災(zāi)害帶來的損失。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自20世紀(jì)以來，隨著地球科學(xué)研究技術(shù)的不斷進(jìn)步，國內(nèi)外學(xué)者對南海新生代玄武巖展開了廣泛而深入的研究，在地球化學(xué)特征和巖漿演化等方面取得了豐碩的成果。在地球化學(xué)特征研究方面，早期主要集中于主量元素分析。王賢覺早在1984年對南海新生代玄武巖的主量元素進(jìn)行研究，初步確定了其巖石類型主要為堿性玄武巖，具有高硅、富堿、低鐵的特點，這為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。隨著分析技術(shù)的提升，對微量元素和同位素的研究逐漸成為熱點。閆紀(jì)元等學(xué)者分析南海新生代玄武巖中單斜輝石的微量元素和稀土元素特征，發(fā)現(xiàn)單斜輝石稀土元素含量不高，重稀土元素（HREE）及輕稀土元素（LREE）虧損，而中稀土元素（MREE）富集；大離子親石元素Rb、Ba、Sr均出現(xiàn)明顯的虧損，高場強(qiáng)元素Nb、Zr出現(xiàn)虧損而Hf略富集，這些特征為揭示巖漿源區(qū)性質(zhì)和巖漿演化過程提供了關(guān)鍵線索。李旭平通過對玄武巖同位素特征的研究，指出其巖漿源區(qū)可能存在地幔柱或地幔熱柱，且源區(qū)物質(zhì)具有一定的不均一性。關(guān)于巖漿演化的研究，學(xué)者們從不同角度進(jìn)行了探討。在巖漿源區(qū)方面，曹楚奇研究南海北部陸緣的海南島臨高縣多文組玄武巖，發(fā)現(xiàn)其原始巖漿的主量和微量元素組成與夏威夷、峨眉山、塔里木等玄武巖組成一致，地幔源區(qū)包含了輝石巖的成分，且地幔潛在溫度（>1400℃）和氧逸度（ΔNNO）高于大洋中脊玄武巖（N-MORB），表明多文組玄武巖的形成與海南地幔柱活動有關(guān)。在巖漿演化過程研究中，一些學(xué)者通過礦物學(xué)分析來推斷巖漿的演化機(jī)制。鄢全樹利用電子探針對單斜輝石和橄欖石的主量元素成分進(jìn)行測定，分析了巖石形成過程的溫壓條件、氧逸度條件以及潛在的地幔溫度等，認(rèn)為巖漿在上升過程中經(jīng)歷了復(fù)雜的物理化學(xué)變化，導(dǎo)致礦物結(jié)晶和成分分異。盡管國內(nèi)外在南海新生代玄武巖研究上取得了顯著進(jìn)展，但仍存在一些不足。在地球化學(xué)特征研究方面，對一些稀有元素和同位素體系的研究還不夠深入，例如對鋰、硼等稀有元素在玄武巖中的賦存狀態(tài)和地球化學(xué)行為研究較少，這限制了對巖漿源區(qū)更全面和深入的認(rèn)識。不同學(xué)者對同一區(qū)域玄武巖的地球化學(xué)特征研究結(jié)果有時存在差異，缺乏系統(tǒng)性和綜合性的對比分析，導(dǎo)致對某些地球化學(xué)特征的解釋存在爭議。在巖漿演化研究中，雖然提出了地幔柱等巖漿源區(qū)的觀點，但對于地幔柱的形成機(jī)制、活動過程以及與板塊運動的相互作用關(guān)系等方面，仍缺乏足夠的理論模型和實證研究。巖漿演化過程中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如巖漿上升過程中的混合、分異作用的具體過程和控制因素，還沒有完全明確，需要更多的實驗?zāi)M和野外觀察來驗證和完善相關(guān)理論。1.3研究內(nèi)容與方法本研究將圍繞南海新生代玄武巖展開，重點聚焦于地球化學(xué)特征分析以及巖漿演化規(guī)律的探討，具體研究內(nèi)容如下：地球化學(xué)特征分析：對南海新生代玄武巖的主量元素、微量元素以及同位素組成進(jìn)行系統(tǒng)分析。主量元素包括硅（SiO_2）、鋁（Al_2O_3）、鐵（Fe_2O_3、FeO）、鎂（MgO）、鈣（CaO）、鈉（Na_2O）、鉀（K_2O）等，它們的含量和相對比例決定了玄武巖的基本巖石類型和性質(zhì)。微量元素如稀土元素（REE）、大離子親石元素（LILE，如Rb、Ba、Sr等）和高場強(qiáng)元素（HFSE，如Nb、Ta、Zr、Hf等），其分布模式和比值能夠反映巖漿源區(qū)的性質(zhì)、部分熔融程度以及巖漿演化過程中的物理化學(xué)條件變化。同位素組成方面，重點分析鍶（Sr）、釹（Nd）、鉛（Pb）等同位素，通過這些同位素的比值，可以追溯巖漿的起源和演化歷史，揭示地幔源區(qū)的物質(zhì)組成和不均一性。巖漿演化研究：基于地球化學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)合巖石學(xué)和礦物學(xué)特征，深入研究南海新生代玄武巖的巖漿演化過程。通過分析主量元素在不同樣品中的變化趨勢，利用相關(guān)的巖石學(xué)模型，如鮑溫反應(yīng)系列，探討巖漿在上升和結(jié)晶過程中的分異作用，確定礦物結(jié)晶的先后順序和巖漿成分的變化規(guī)律。研究微量元素和同位素在不同巖石樣品中的特征，判斷巖漿源區(qū)的性質(zhì)，如是否存在地幔柱活動、巖石圈地幔的貢獻(xiàn)等。通過對比不同區(qū)域和不同時代的玄武巖地球化學(xué)特征，研究巖漿演化的時空變化規(guī)律，分析板塊運動、構(gòu)造活動等因素對巖漿演化的影響。為實現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本研究將采用以下分析測試方法：主量元素分析：運用X射線熒光光譜儀（XRF）進(jìn)行主量元素分析。首先將采集的玄武巖樣品粉碎至200目以下，制成玻璃熔片，然后放入XRF儀器中進(jìn)行測定。XRF通過測量樣品對X射線的熒光發(fā)射強(qiáng)度，根據(jù)元素的特征熒光波長和強(qiáng)度與元素含量的關(guān)系，精確測定樣品中主量元素的含量。該方法具有分析速度快、精度高、可同時測定多種元素等優(yōu)點，能夠滿足對大量樣品主量元素分析的需求。微量元素分析：采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）進(jìn)行微量元素分析。將樣品經(jīng)過酸溶等前處理后，引入ICP-MS儀器中。在儀器中，樣品被高溫等離子體離子化，然后通過質(zhì)譜儀測量離子的質(zhì)荷比和強(qiáng)度，從而確定樣品中微量元素的種類和含量。ICP-MS具有極高的靈敏度和分辨率，能夠檢測出極低含量的微量元素，為研究巖漿源區(qū)和演化過程提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)支持。同位素分析：利用熱電離質(zhì)譜儀（TIMS）和多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）進(jìn)行同位素分析。對于Sr、Nd、Pb等同位素，首先通過化學(xué)分離方法將目標(biāo)元素從樣品中分離出來，然后將其制成適合質(zhì)譜分析的形式。TIMS通過加熱樣品使元素離子化，利用磁場對離子進(jìn)行分離和檢測，測量同位素的比值。MC-ICP-MS則結(jié)合了電感耦合等離子體離子化技術(shù)和多接收質(zhì)譜檢測技術(shù)，能夠更精確地測量同位素比值，特別是對于一些同位素組成變化較小的樣品，具有更高的分析精度。二、南海地質(zhì)背景概述2.1南海區(qū)域構(gòu)造特征南海處于歐亞板塊、印-澳板塊以及菲律賓板塊的交匯地帶，其獨特的區(qū)域構(gòu)造特征是多種板塊相互作用的結(jié)果。南海海盆呈現(xiàn)出菱形形態(tài)，四周被地殼斷裂和巖石圈斷裂環(huán)繞，這些斷裂在南海的形成和演化過程中起到了關(guān)鍵作用。從大地構(gòu)造單元劃分來看，南海主要包括北部大陸邊緣、洋盆和南部大陸邊緣三個部分，各部分具有不同的構(gòu)造特征。南海北部大陸邊緣屬于華夏古陸的一部分，其北邊界為江南造山帶。在新生代，該區(qū)域經(jīng)歷了強(qiáng)烈的伸展作用，形成了一系列的斷陷盆地，如珠江口盆地、瓊東南盆地等。這些盆地的形成與南海的擴(kuò)張密切相關(guān)，在南海擴(kuò)張過程中，北部大陸邊緣受到拉張應(yīng)力的作用，地殼變薄，導(dǎo)致巖石圈發(fā)生破裂，形成地塹和半地塹構(gòu)造，隨后接受了大量的沉積，形成了現(xiàn)今的盆地格局。珠江口盆地在古近紀(jì)經(jīng)歷了多期裂陷作用，形成了多個沉積旋回，其沉積地層記錄了南海北部大陸邊緣從陸內(nèi)裂谷到被動大陸邊緣的演化過程。南海洋盆是南海構(gòu)造的核心區(qū)域，由新生代洋殼組成，無前新生代基底。洋盆內(nèi)部分為中央次海盆、西北次海盆和西南次海盆，各次海盆具有不同的磁異常條帶和形成時代。中央次海盆磁異常條帶走向東西，以北緯17°為中軸，南北近對稱分布，最年輕的磁異常C5c年齡為16.5Ma，據(jù)此推斷中央次海盆洋殼形成于32-16.5Ma，持續(xù)了15.5Ma，距今16.5Ma之后在南北方向上停止了擴(kuò)張。洋盆的形成與海底擴(kuò)張作用密切相關(guān)，在南海運動期間，上地幔物質(zhì)上涌，導(dǎo)致洋殼不斷向兩側(cè)擴(kuò)張，形成了現(xiàn)今的洋盆格局。南海南部大陸邊緣構(gòu)造較為復(fù)雜，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動和板塊碰撞事件。南沙地塊在新生代從華南地塊分離，向南漂移并與婆羅洲地塊發(fā)生碰撞，形成了一系列的褶皺和逆沖斷層構(gòu)造。在碰撞過程中，南沙地塊的巖石圈發(fā)生變形和增厚，形成了南沙海槽前陸盆地等構(gòu)造單元。此外，南海南部大陸邊緣還受到印-澳板塊向北擠壓的影響，進(jìn)一步加劇了該區(qū)域的構(gòu)造復(fù)雜性。南海地區(qū)的深大斷裂對其構(gòu)造格局和巖漿活動具有重要的控制作用。紅河斷裂帶是南海西部的重要斷裂，它不僅控制了南海西部的構(gòu)造演化，還對巖漿活動起到了通道作用。沿紅河斷裂帶，巖漿活動頻繁，形成了一系列的火山巖和侵入巖。南海東部的馬尼拉海溝是菲律賓板塊向歐亞板塊俯沖的邊界，這里構(gòu)造活動強(qiáng)烈，地震頻發(fā)，同時也影響了南海東部的巖漿活動和沉積作用。這些深大斷裂相互交織，構(gòu)成了南海復(fù)雜的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，控制著南海的構(gòu)造演化和巖漿活動。2.2新生代地質(zhì)演化歷程南海新生代地質(zhì)演化歷程復(fù)雜，經(jīng)歷了多次構(gòu)造運動和地質(zhì)事件，這些事件對南海的地質(zhì)構(gòu)造格局和玄武巖的形成產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。新生代早期，南海地區(qū)經(jīng)歷了神狐運動，發(fā)生在中生代末至新生代早期，由于亞洲東南部燕山造山帶巖石圈的拆沉作用，下地殼及巖石圈上地幔向東南方向蠕動，在地表產(chǎn)生一系列北東向斷裂，以及彼此分隔的地塹、半地塹。這一時期，古新世-始新世的地塹、半地塹接受了陸相沉積，構(gòu)成南海諸沉積盆地的下構(gòu)造層。同時，神狐運動期間，亞洲東南部巖石圈向東南方向蠕動，其西界的哀牢山-紅河-鶯歌海-南海西緣-萬安大斷裂發(fā)生右旋走滑活動，沿該斷裂帶形成了鶯歌海盆地和萬安北盆地等走滑拉張盆地。始新世末至早漸新世，南海地區(qū)發(fā)生了重要的南海運動，這次運動是由于印度板塊與歐亞板塊的碰撞，導(dǎo)致南海地區(qū)產(chǎn)生向東南方向流動的上地幔流而引發(fā)。在南海運動期間，晚始新世時南沙地塊從中沙-西沙地塊分離并向東南方向運動，早漸新世時與南部的加里曼丹-西南巴拉望地塊發(fā)生碰撞，隨后在其后方發(fā)生海底擴(kuò)張，產(chǎn)生了南海西南次海盆。晚漸新世時，由于太平洋板塊（菲律賓海板塊）向亞洲東部俯沖的深度加深，阻擋了東亞上地幔向東南方向的流動，迫使其向南流動。在此地幔流作用下，禮樂-東北巴拉望地塊由亞洲邊緣分離而向南運動，早中新世與南部的加里曼丹-西南巴拉望地塊發(fā)生碰撞，在其后方通過海底擴(kuò)張產(chǎn)生了南海中央次海盆。南海中央次海盆磁異常條帶走向東西，以北緯17°為中軸，南北近對稱分布，最年輕的磁異常C5c年齡為16.5Ma，據(jù)此推斷中央次海盆洋殼形成于32-16.5Ma，持續(xù)了15.5Ma，距今16.5Ma之后在南北方向上停止了擴(kuò)張。在板塊運動和海底擴(kuò)張的過程中，南海地區(qū)的火山活動也十分活躍，這與玄武巖的形成密切相關(guān)。上地幔物質(zhì)的上涌和部分熔融是玄武巖形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，而板塊的運動和構(gòu)造應(yīng)力的變化則為巖漿的上升和噴發(fā)提供了動力和通道。在南海擴(kuò)張過程中，洋中脊與地幔柱相互作用誘發(fā)的洋脊抽吸作用，被認(rèn)為是產(chǎn)生富集型洋中脊玄武巖以及某些洋島和海山的重要地質(zhì)過程。研究發(fā)現(xiàn)，南海周邊的新生代玄武巖主要形成于南海盆地擴(kuò)張結(jié)束之后，越遠(yuǎn)離南海擴(kuò)張中心，中國東南部的南海擴(kuò)張期玄武質(zhì)巖漿活動越密集。這一現(xiàn)象可以用洋脊抽吸作用來解釋，因為上涌的地幔流會匯聚在南海擴(kuò)張中心的區(qū)域，而在遠(yuǎn)離擴(kuò)張中心的地區(qū)，地幔流的分布和活動方式可能有所不同，從而影響了玄武巖的形成和分布。南海運動之后，南海地區(qū)進(jìn)入了熱沉降和均衡沉降階段，普遍接受了晚漸新世-第四紀(jì)海陸交互相至海相沉積，組成了盆地的上構(gòu)造層。在這一時期，南海地區(qū)的構(gòu)造活動相對穩(wěn)定，但仍有一些小規(guī)模的火山活動和巖漿侵入事件發(fā)生。這些巖漿活動不僅影響了南海地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和巖石組成，還對玄武巖的后期改造和演化產(chǎn)生了一定的影響。2.3玄武巖分布特征南海新生代玄武巖在空間上呈現(xiàn)出獨特的分布格局，與該地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。通過對地質(zhì)資料的綜合分析以及實地調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)南海新生代玄武巖主要分布在南海北部大陸邊緣、洋盆內(nèi)部以及南部大陸邊緣的部分區(qū)域。在南海北部大陸邊緣，玄武巖廣泛出露于海南島、雷州半島以及北部灣盆地、珠江口盆地等地區(qū)。海南島臨高縣多文組玄武巖是南海北部大陸邊緣玄武巖的典型代表，其主要由橄欖石、單斜輝石、斜長石、斜方輝石、鉻尖晶石和鐵鈦氧化物等組成。在雷州半島，玄武巖多以火山巖流和火山錐的形式存在，形成了獨特的火山地貌景觀。北部灣盆地和珠江口盆地的玄武巖則主要賦存于沉積地層之中，與沉積巖互層產(chǎn)出。這些地區(qū)的玄武巖形成時代主要集中在新生代晚期，從漸新世到第四紀(jì)均有分布，其形成與南海北部大陸邊緣的伸展構(gòu)造活動密切相關(guān)。在南海擴(kuò)張過程中，北部大陸邊緣受到拉張應(yīng)力的作用，地殼變薄，上地幔物質(zhì)上涌，導(dǎo)致部分熔融形成玄武巖漿，沿斷裂通道噴發(fā)至地表或侵入到沉積地層中。南海新生代玄武巖在洋盆內(nèi)部也有一定分布，主要集中在海山和洋脊附近。南海海盆存在多個海山鏈，如中沙海山、黃巖海山等，這些海山上的玄武巖多為拉斑玄武巖和堿性玄武巖。中沙海山的玄武巖具有典型的拉斑結(jié)構(gòu)，地球化學(xué)分析顯示其微量元素含量接近大洋中脊玄武巖（MORB），表明其形成與洋中脊的構(gòu)造活動有關(guān)。洋脊附近的玄武巖則是在洋殼擴(kuò)張過程中，上地幔物質(zhì)上涌并發(fā)生部分熔融形成的。洋中脊與地幔柱相互作用誘發(fā)的洋脊抽吸作用，被認(rèn)為是產(chǎn)生富集型洋中脊玄武巖以及某些洋島和海山的重要地質(zhì)過程。南海海盆的擴(kuò)張時間為～32-16Ma，在這一過程中，洋脊抽吸作用使得上地幔物質(zhì)向洋脊匯聚，部分熔融形成玄武巖漿，從而在洋盆內(nèi)部形成了一系列的玄武巖分布區(qū)。在南海南部大陸邊緣，玄武巖主要分布在南沙群島以及鄰近海域。南沙群島的部分島嶼由玄武巖組成，這些玄武巖的巖石學(xué)特征和地球化學(xué)組成與北部大陸邊緣和洋盆內(nèi)部的玄武巖存在一定差異。南沙群島的玄武巖中，部分樣品具有較高的鉀含量和稀土元素富集特征，反映其巖漿源區(qū)可能受到了大陸巖石圈地幔的影響。南海南部大陸邊緣的構(gòu)造活動復(fù)雜，經(jīng)歷了多次板塊碰撞和俯沖事件，這些構(gòu)造運動導(dǎo)致巖石圈變形和深部物質(zhì)的上涌，為玄武巖的形成提供了條件。南沙地塊在新生代從華南地塊分離，向南漂移并與婆羅洲地塊發(fā)生碰撞，在碰撞過程中，巖石圈深部的物質(zhì)發(fā)生部分熔融，形成玄武巖漿，沿斷裂上升至地表形成玄武巖。南海新生代玄武巖的分布明顯受到深大斷裂的控制。紅河斷裂帶是南海西部的重要斷裂，沿該斷裂帶，玄武巖分布較為集中，其巖漿活動可能是由于斷裂帶為上地幔物質(zhì)的上涌提供了通道。南海東部的馬尼拉海溝是菲律賓板塊向歐亞板塊俯沖的邊界，該區(qū)域的構(gòu)造活動也影響了玄武巖的分布，在海溝附近的一些島嶼上也有玄武巖出露。這些深大斷裂相互交織，構(gòu)成了南海復(fù)雜的構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)，控制著玄武巖的分布位置和噴發(fā)通道。三、南海新生代玄武巖地球化學(xué)特征3.1主量元素特征3.1.1元素組成與含量變化南海新生代玄武巖的主量元素組成主要包括硅（SiO_2）、鋁（Al_2O_3）、鐵（FeO、Fe_2O_3）、鎂（MgO）、鈣（CaO）、鈉（Na_2O）、鉀（K_2O）等，這些元素的含量及相對比例對玄武巖的巖石類型和性質(zhì)起著決定性作用。通過對南海不同區(qū)域新生代玄武巖樣品的分析，發(fā)現(xiàn)其SiO_2含量變化范圍較大，一般在45%-55%之間。在南海北部大陸邊緣的雷州半島和海南島地區(qū)，玄武巖的SiO_2含量相對較低，多集中在45%-50%之間，表現(xiàn)出基性巖的典型特征。而在南海洋盆內(nèi)部的一些海山玄武巖中，SiO_2含量則相對較高，可達(dá)50%-55%。這種SiO_2含量的差異可能與巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成以及巖漿演化過程中的分異作用有關(guān)。Al_2O_3含量通常在15%-20%之間，在不同區(qū)域的玄武巖中相對較為穩(wěn)定。鋁元素在玄武巖中主要以鋁硅酸鹽礦物的形式存在，如斜長石等。Al_2O_3含量的相對穩(wěn)定反映了巖漿源區(qū)中鋁質(zhì)成分的相對穩(wěn)定性，以及在巖漿演化過程中鋁元素的行為相對較為保守。鐵元素在玄武巖中以FeO和Fe_2O_3兩種形式存在，其總量（FeO_T=FeO+0.8998Fe_2O_3）一般在8%-15%之間。在南海新生代玄武巖中，鐵含量在不同區(qū)域也存在一定變化。在一些靠近大陸邊緣的玄武巖中，由于受到大陸巖石圈物質(zhì)的影響，鐵含量相對較高，可達(dá)到12%-15%。而在遠(yuǎn)離大陸邊緣的洋盆內(nèi)部玄武巖中，鐵含量則相對較低，多在8%-12%之間。鐵元素含量的變化與巖漿源區(qū)的氧化還原狀態(tài)以及巖漿演化過程中的結(jié)晶分異作用密切相關(guān)。MgO含量變化范圍為4%-12%，MgO是反映玄武巖巖漿源區(qū)性質(zhì)和部分熔融程度的重要指標(biāo)。一般來說，MgO含量較高的玄武巖，其巖漿源區(qū)深度較大，部分熔融程度較低。在南海新生代玄武巖中，一些具有高M(jìn)gO含量（8%-12%）的樣品，可能來自于深部地幔源區(qū)，且部分熔融程度相對較低。而MgO含量較低（4%-8%）的樣品，則可能在巖漿上升過程中經(jīng)歷了較多的結(jié)晶分異作用，導(dǎo)致鎂元素在礦物相中不斷富集，從而使巖漿中的MgO含量降低。CaO含量在8%-12%之間，CaO主要存在于斜長石和輝石等礦物中。在巖漿演化過程中，隨著礦物的結(jié)晶和分離，CaO含量會發(fā)生相應(yīng)的變化。當(dāng)巖漿中斜長石大量結(jié)晶時，CaO會優(yōu)先進(jìn)入斜長石晶格中，導(dǎo)致巖漿中的CaO含量降低。Na_2O和K_2O含量之和（Na_2O+K_2O）一般在2%-6%之間，其中Na_2O含量通常高于K_2O。在南海新生代玄武巖中，堿性玄武巖的Na_2O+K_2O含量相對較高，可達(dá)到4%-6%，表現(xiàn)出較強(qiáng)的堿性特征；而拉斑玄武巖的Na_2O+K_2O含量則相對較低，多在2%-4%之間。Na_2O和K_2O含量的差異反映了不同類型玄武巖巖漿源區(qū)的化學(xué)組成差異以及巖漿演化過程中的不同路徑。3.1.2與典型玄武巖對比將南海新生代玄武巖的主量元素特征與洋中脊玄武巖（MORB）、洋島玄武巖（OIB）等典型玄武巖進(jìn)行對比，能夠更清晰地揭示其地球化學(xué)特征的獨特性和地質(zhì)意義。洋中脊玄武巖是在大洋中脊擴(kuò)張中心，由地幔物質(zhì)減壓熔融形成的。其主量元素特征為：SiO_2含量一般在48%-53%之間，具有相對穩(wěn)定的鋁飽和指數(shù)；MgO含量較低，通常在6%-8%之間，這是由于洋中脊處的地幔物質(zhì)部分熔融程度較高，鎂元素在早期結(jié)晶的礦物中大量富集，導(dǎo)致巖漿中剩余的MgO含量較低；FeO_T含量相對較高，在8%-12%之間；CaO含量較高，一般在10%-12%之間；Na_2O含量較高，多在2.5%-3.5%之間，而K_2O含量較低，通常小于1%，Na_2O/K_2O比值較大。與南海新生代玄武巖相比，南海部分地區(qū)的玄武巖SiO_2含量與之有一定重疊，但南海玄武巖的MgO含量變化范圍更廣，部分樣品的MgO含量明顯高于MORB，這表明南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)可能存在更深部的地幔物質(zhì)貢獻(xiàn)，或者在巖漿演化過程中受到了不同程度的結(jié)晶分異作用影響。南海玄武巖的Na_2O和K_2O含量變化較大，部分堿性玄武巖的K_2O含量較高，Na_2O/K_2O比值相對較小，與MORB存在明顯差異，反映出南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)可能受到了地殼物質(zhì)混染或其他特殊地質(zhì)過程的影響。洋島玄武巖是形成于熱點或地幔柱之上的玄武巖，其主量元素特征具有多樣性，但總體上具有較高的MgO含量（8%-16%），這是因為洋島玄武巖的巖漿源區(qū)通常來自深部地幔，部分熔融程度較低，保留了較多的地幔原始特征；SiO_2含量一般在45%-52%之間；FeO_T含量相對較低，在7%-10%之間；CaO含量在8%-10%之間；Na_2O+K_2O含量較高，可達(dá)4%-8%，且K_2O含量相對較高，Na_2O/K_2O比值相對較小。南海新生代玄武巖中，部分樣品的MgO含量與OIB相近，這暗示著這些樣品的巖漿源區(qū)可能存在地幔柱的影響。然而，南海玄武巖的SiO_2含量分布范圍更廣，且部分樣品的SiO_2含量高于OIB的常見范圍，這可能是由于南海地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境，導(dǎo)致巖漿在上升和演化過程中受到了更多因素的影響，如地殼物質(zhì)的混染、不同源區(qū)巖漿的混合等。南海玄武巖的FeO_T含量變化也較大，部分樣品高于OIB，這可能與巖漿源區(qū)的氧化還原狀態(tài)以及巖漿演化過程中的結(jié)晶分異作用有關(guān)。通過與MORB和OIB的對比，可以看出南海新生代玄武巖的主量元素特征既具有與典型玄武巖相似的部分，又存在明顯的差異。這些差異反映了南海地區(qū)獨特的地質(zhì)構(gòu)造背景和復(fù)雜的巖漿演化過程，表明南海新生代玄武巖的形成可能受到了多種因素的共同控制，包括地幔源區(qū)的不均一性、板塊運動、地殼物質(zhì)混染以及巖漿的混合與分異作用等。3.1.3對巖漿源區(qū)性質(zhì)的初步指示南海新生代玄武巖的主量元素特征為推斷巖漿源區(qū)的性質(zhì)提供了重要線索，有助于我們了解地幔的成分和狀態(tài)。MgO含量是判斷巖漿源區(qū)性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。前文提到，南海新生代玄武巖的MgO含量變化范圍為4%-12%。一般來說，高M(jìn)gO含量（>8%）的玄武巖表明其巖漿源區(qū)深度較大，部分熔融程度較低，可能來自于深部地幔。在南海地區(qū)，一些具有高M(jìn)gO含量的玄武巖樣品，其巖漿源區(qū)可能與地幔柱或深部地幔熱異常有關(guān)。地幔柱是深部地幔物質(zhì)上涌形成的熱柱結(jié)構(gòu)，其溫度較高，部分熔融程度較低，能夠產(chǎn)生高M(jìn)gO含量的巖漿。這種深部地幔源區(qū)的存在，暗示著南海地區(qū)可能受到了深部地幔動力學(xué)過程的影響，如地幔柱活動對板塊運動和巖漿演化的作用。Al_2O_3含量在一定程度上也能反映巖漿源區(qū)的性質(zhì)。南海新生代玄武巖的Al_2O_3含量通常在15%-20%之間，相對較為穩(wěn)定。當(dāng)Al_2O_3含量較高時，可能暗示巖漿源區(qū)中含有較多的鋁質(zhì)礦物，如石榴子石等。石榴子石通常存在于深部地幔中，其穩(wěn)定存在的壓力和溫度條件較高。因此，高Al_2O_3含量的玄武巖可能指示巖漿源區(qū)深度較大，且源區(qū)物質(zhì)中含有石榴子石等深部地幔礦物組合，這進(jìn)一步支持了部分南海新生代玄武巖巖漿源區(qū)來自深部地幔的推斷。Na_2O和K_2O含量及其比值對巖漿源區(qū)性質(zhì)也有重要指示意義。南海新生代玄武巖中，堿性玄武巖的Na_2O+K_2O含量相對較高，Na_2O/K_2O比值相對較小。高Na_2O+K_2O含量可能與巖漿源區(qū)受到地殼物質(zhì)混染有關(guān)。地殼物質(zhì)中富含鉀、鈉等元素，當(dāng)巖漿上升過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生混合時，會導(dǎo)致巖漿中Na_2O和K_2O含量升高。而Na_2O/K_2O比值較小則可能暗示巖漿源區(qū)存在富集地幔組分。富集地幔中含有較多的大離子親石元素，如鉀、鈉等，其Na_2O/K_2O比值相對較低。這表明南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)可能存在地殼物質(zhì)與富集地幔物質(zhì)的混合，這種混合可能是由于板塊俯沖、碰撞等構(gòu)造活動導(dǎo)致地殼物質(zhì)進(jìn)入地幔，或者是地幔內(nèi)部不同組分之間的相互作用所引起的。FeO_T含量的變化也能為巖漿源區(qū)性質(zhì)提供信息。在南海新生代玄武巖中，F(xiàn)eO_T含量一般在8%-15%之間。較高的FeO_T含量可能與巖漿源區(qū)的氧化還原狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)巖漿源區(qū)處于相對氧化的環(huán)境時，鐵元素更容易以高價態(tài)（Fe_2O_3）存在，導(dǎo)致FeO_T含量升高。這種氧化環(huán)境可能是由于巖漿源區(qū)受到俯沖洋殼或其他氧化物質(zhì)的影響。俯沖洋殼在深部地幔中脫水分解，釋放出的氧化性物質(zhì)會改變地幔源區(qū)的氧化還原狀態(tài)。因此，高FeO_T含量的南海新生代玄武巖可能暗示其巖漿源區(qū)受到了俯沖洋殼等氧化物質(zhì)的影響，反映了南海地區(qū)復(fù)雜的板塊構(gòu)造活動對巖漿源區(qū)的改造作用。3.2微量元素特征3.2.1稀土元素分布模式稀土元素（REE）在南海新生代玄武巖中的分布模式對揭示巖漿源區(qū)性質(zhì)和巖漿演化過程具有重要指示意義。通過對南海不同區(qū)域新生代玄武巖樣品的稀土元素分析，繪制出其稀土元素配分模式圖（圖1），以球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值為參照，能夠清晰地展現(xiàn)出稀土元素的富集或虧損情況。從稀土元素總量（\sumREE）來看，南海新生代玄武巖的\sumREE變化范圍較大，一般在50×10^{-6}-250×10^{-6}之間。在南海北部大陸邊緣的雷州半島和海南島地區(qū)，玄武巖的\sumREE相對較高，部分樣品可達(dá)200×10^{-6}-250×10^{-6}。這種較高的稀土元素總量可能與巖漿源區(qū)中富含稀土元素的礦物有關(guān)，或者在巖漿演化過程中受到了地殼物質(zhì)混染，因為地殼物質(zhì)通常具有較高的稀土元素含量。而在南海洋盆內(nèi)部的一些海山玄武巖中，\sumREE相對較低，多在50×10^{-6}-150×10^{-6}之間，這可能反映了洋盆內(nèi)部玄武巖的巖漿源區(qū)相對較為純凈，受地殼物質(zhì)混染的程度較低。在輕、重稀土元素的富集或虧損方面，南海新生代玄武巖表現(xiàn)出明顯的特征。輕稀土元素（LREE，La-Eu）相對重稀土元素（HREE，Gd-Lu）呈現(xiàn)出不同程度的富集。在稀土元素配分模式圖上，曲線向右傾斜，即（La/Yb）_{N}比值（球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的La與Yb含量比值）大于1，一般在5-15之間。在海南島臨高縣多文組玄武巖中，（La/Yb）_{N}比值可達(dá)10-15，表明其輕稀土元素顯著富集。這種輕、重稀土元素的分異特征與巖漿源區(qū)的部分熔融程度和礦物組成密切相關(guān)。當(dāng)巖漿源區(qū)發(fā)生部分熔融時，輕稀土元素由于其離子半徑較大，更容易進(jìn)入熔體相中，而重稀土元素則傾向于保留在殘留礦物中，如石榴子石、輝石等。因此，輕稀土元素的富集可能暗示巖漿源區(qū)的部分熔融程度較低，或者源區(qū)中存在富含重稀土元素的礦物相，如石榴子石，在部分熔融過程中優(yōu)先殘留，導(dǎo)致熔體相中輕稀土元素相對富集。此外，在稀土元素配分模式圖上，部分南海新生代玄武巖樣品還出現(xiàn)了明顯的銪（Eu）異常。銪異常通常用δEu（δEu=Eu_{N}/\sqrt{Sm_{N}×Gd_{N}}，其中下標(biāo)_{N}表示球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值）來衡量。當(dāng)δEu>1時，表現(xiàn)為正異常；當(dāng)δEu<1時，表現(xiàn)為負(fù)異常。在南海新生代玄武巖中，部分樣品的δEu值在0.8-1.2之間，接近1，表明銪異常不明顯。然而，也有一些樣品出現(xiàn)了微弱的負(fù)銪異常，δEu值約為0.7-0.9。銪異常的產(chǎn)生與斜長石的結(jié)晶分異作用密切相關(guān)。在巖漿演化過程中，斜長石是主要的結(jié)晶礦物之一，銪在斜長石中的分配系數(shù)較大，當(dāng)斜長石大量結(jié)晶時，會優(yōu)先捕獲巖漿中的銪元素，導(dǎo)致熔體相中銪含量降低，從而出現(xiàn)負(fù)銪異常。因此，南海新生代玄武巖中出現(xiàn)的微弱負(fù)銪異常可能暗示巖漿在上升和演化過程中經(jīng)歷了一定程度的斜長石結(jié)晶分異作用。綜上所述，南海新生代玄武巖的稀土元素分布模式呈現(xiàn)出輕稀土元素富集、重稀土元素虧損以及部分樣品存在微弱負(fù)銪異常的特征，這些特征為深入研究巖漿源區(qū)性質(zhì)和巖漿演化過程提供了重要線索。3.2.2高場強(qiáng)元素與大離子親石元素特征高場強(qiáng)元素（HFSE，如鈮（Nb）、鉭（Ta）、鋯（Zr）、鉿（Hf）等）和大離子親石元素（LILE，如銣（Rb）、鋇（Ba）、鍶（Sr）等）在南海新生代玄武巖中的含量及比值變化，對于揭示巖漿演化過程具有重要意義。高場強(qiáng)元素具有離子半徑小、電荷高、離子電位大等特點，在巖漿演化過程中化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定，不易受流體作用和地殼物質(zhì)混染的影響，因此能夠有效地反映巖漿源區(qū)的性質(zhì)和部分熔融程度。在南海新生代玄武巖中，Nb和Ta的含量變化范圍較大，Nb含量一般在10×10^{-6}-50×10^{-6}之間，Ta含量在0.5×10^{-6}-3×10^{-6}之間。部分樣品中，Nb和Ta出現(xiàn)虧損現(xiàn)象，這可能與巖漿源區(qū)中存在俯沖洋殼物質(zhì)有關(guān)。俯沖洋殼在深部地幔中發(fā)生脫水和部分熔融，釋放出的流體相中富含大離子親石元素，但高場強(qiáng)元素相對虧損。當(dāng)這些流體相參與地幔源區(qū)的部分熔融時，會導(dǎo)致形成的巖漿中高場強(qiáng)元素相對虧損。此外，Zr和Hf的含量也存在一定變化，Zr含量通常在100×10^{-6}-300×10^{-6}之間，Hf含量在2×10^{-6}-8×10^{-6}之間，它們之間的比值（Zr/Hf）在40-50之間，相對較為穩(wěn)定。Zr/Hf比值可以作為判斷巖漿源區(qū)性質(zhì)的一個重要指標(biāo)，當(dāng)Zr/Hf比值偏離正常地幔值（約為36-40）時，可能暗示巖漿源區(qū)受到了地殼物質(zhì)混染或其他特殊地質(zhì)過程的影響。南海新生代玄武巖中Zr/Hf比值略高于正常地幔值，這可能反映了巖漿源區(qū)存在一定程度的地殼物質(zhì)混入，或者在巖漿演化過程中經(jīng)歷了與地殼物質(zhì)的相互作用。大離子親石元素具有離子半徑大、電荷低、易溶于水等特點，在巖漿演化過程中容易受到流體作用和地殼物質(zhì)混染的影響。在南海新生代玄武巖中，Rb、Ba、Sr等大離子親石元素的含量變化顯著。Rb含量一般在5×10^{-6}-30×10^{-6}之間，Ba含量在100×10^{-6}-500×10^{-6}之間，Sr含量在100×10^{-6}-400×10^{-6}之間。部分樣品中，Rb、Ba、Sr出現(xiàn)明顯的虧損現(xiàn)象。這種虧損可能是由于巖漿在上升過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生了相互作用，地殼物質(zhì)中的大離子親石元素含量相對較低，導(dǎo)致巖漿中的大離子親石元素被稀釋。此外，大離子親石元素在巖漿演化過程中還容易受到流體作用的影響。當(dāng)巖漿與富含大離子親石元素的流體相發(fā)生反應(yīng)時，會導(dǎo)致巖漿中這些元素的含量發(fā)生變化。在俯沖帶環(huán)境中，俯沖洋殼脫水產(chǎn)生的流體相中富含大離子親石元素，這些流體相可以與地幔楔中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而改變地幔源區(qū)的化學(xué)組成。因此，南海新生代玄武巖中部分樣品大離子親石元素的虧損，也可能與俯沖帶流體的作用有關(guān)。高場強(qiáng)元素與大離子親石元素之間的比值變化也能為巖漿演化過程提供重要信息。例如，Nb/Ta比值在正常地幔中約為17-19，而在南海新生代玄武巖中，部分樣品的Nb/Ta比值偏離了這個范圍，在15-20之間變化。這種偏離可能反映了巖漿源區(qū)的不均一性，或者在巖漿演化過程中受到了特殊地質(zhì)過程的影響。當(dāng)巖漿源區(qū)存在俯沖洋殼物質(zhì)時，由于俯沖洋殼中Nb和Ta的行為不同，可能導(dǎo)致巖漿中的Nb/Ta比值發(fā)生變化。此外，Rb/Sr比值也是一個重要的地球化學(xué)指標(biāo)。在南海新生代玄武巖中，Rb/Sr比值一般在0.01-0.1之間，較低的Rb/Sr比值可能暗示巖漿源區(qū)相對較為虧損，或者在巖漿演化過程中Sr元素相對富集。Sr元素在斜長石中具有較高的分配系數(shù)，當(dāng)斜長石大量結(jié)晶時，會導(dǎo)致巖漿中的Sr含量降低，從而使Rb/Sr比值升高。因此，南海新生代玄武巖中較低的Rb/Sr比值可能反映了巖漿在演化過程中斜長石的結(jié)晶分異作用相對較弱。3.2.3源區(qū)與演化過程的示蹤微量元素特征為追蹤南海新生代玄武巖巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和巖漿在上升過程中的演化路徑提供了有力手段。通過對稀土元素、高場強(qiáng)元素和大離子親石元素等微量元素的綜合分析，可以深入了解巖漿源區(qū)的性質(zhì)和巖漿演化的復(fù)雜過程。從稀土元素特征來看，南海新生代玄武巖中輕稀土元素富集、重稀土元素虧損以及部分樣品存在微弱負(fù)銪異常的特征，暗示了巖漿源區(qū)的部分熔融程度較低，且源區(qū)中可能存在富含重稀土元素的礦物相，如石榴子石。在部分熔融過程中，輕稀土元素由于其離子半徑較大，更容易進(jìn)入熔體相中，而重稀土元素則傾向于保留在殘留礦物中，導(dǎo)致熔體相中輕稀土元素相對富集。部分樣品出現(xiàn)的微弱負(fù)銪異常，與斜長石的結(jié)晶分異作用密切相關(guān)，表明巖漿在上升和演化過程中經(jīng)歷了一定程度的斜長石結(jié)晶分異。這說明巖漿源區(qū)可能位于深部地幔，且在巖漿形成和上升過程中受到了深部礦物相和結(jié)晶分異作用的影響。高場強(qiáng)元素的特征進(jìn)一步支持了巖漿源區(qū)的推斷。部分樣品中Nb和Ta的虧損，可能與巖漿源區(qū)中存在俯沖洋殼物質(zhì)有關(guān)。俯沖洋殼在深部地幔中發(fā)生脫水和部分熔融，釋放出的流體相中富含大離子親石元素，但高場強(qiáng)元素相對虧損。當(dāng)這些流體相參與地幔源區(qū)的部分熔融時，會導(dǎo)致形成的巖漿中高場強(qiáng)元素相對虧損。Zr/Hf比值略高于正常地幔值，反映了巖漿源區(qū)存在一定程度的地殼物質(zhì)混入，或者在巖漿演化過程中經(jīng)歷了與地殼物質(zhì)的相互作用。這表明南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)并非單一的地幔物質(zhì)，而是可能受到了俯沖洋殼和地殼物質(zhì)的共同影響，體現(xiàn)了源區(qū)的復(fù)雜性和不均一性。大離子親石元素的虧損以及它們與高場強(qiáng)元素之間比值的變化，也為巖漿演化過程提供了重要線索。部分樣品中Rb、Ba、Sr的虧損，可能是由于巖漿在上升過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生了相互作用，或者受到了俯沖帶流體的影響。較低的Rb/Sr比值可能暗示巖漿源區(qū)相對較為虧損，或者在巖漿演化過程中Sr元素相對富集，反映了巖漿在演化過程中斜長石的結(jié)晶分異作用相對較弱。這些特征表明，巖漿在上升過程中經(jīng)歷了復(fù)雜的物理化學(xué)變化，與地殼物質(zhì)和俯沖帶流體發(fā)生了相互作用，導(dǎo)致了大離子親石元素的含量和比值發(fā)生改變。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，南海處于歐亞板塊、印-澳板塊以及菲律賓板塊的交匯處，經(jīng)歷了復(fù)雜的板塊構(gòu)造活動，包括俯沖、碰撞、伸展等過程。這些板塊運動導(dǎo)致了深部地幔物質(zhì)的混合和不均一性，為南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)提供了多樣的物質(zhì)組成。俯沖洋殼的脫水和部分熔融，以及地殼物質(zhì)的混入，使得巖漿源區(qū)包含了多種不同的組分。在巖漿上升過程中，受到構(gòu)造應(yīng)力的作用，巖漿沿著斷裂通道上升，并與周圍的巖石和流體發(fā)生相互作用，進(jìn)一步改變了巖漿的化學(xué)成分和性質(zhì)。南海北部大陸邊緣的伸展構(gòu)造活動，為巖漿的上升提供了通道，同時也可能導(dǎo)致地殼物質(zhì)與巖漿發(fā)生混合。而南海東部的俯沖帶，使得俯沖洋殼的物質(zhì)參與到巖漿源區(qū)中，影響了巖漿的地球化學(xué)特征。綜上所述，通過對南海新生代玄武巖微量元素特征的研究，可以推斷其巖漿源區(qū)具有復(fù)雜性和不均一性，可能受到俯沖洋殼、地殼物質(zhì)和深部地幔物質(zhì)的共同影響。巖漿在上升過程中經(jīng)歷了與地殼物質(zhì)和俯沖帶流體的相互作用，以及結(jié)晶分異等復(fù)雜的演化過程。這些認(rèn)識為深入理解南海地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造演化和巖漿活動提供了重要依據(jù)。3.3同位素特征3.3.1鍶-釹-鉛同位素組成鍶（Sr）、釹（Nd）、鉛（Pb）同位素在南海新生代玄武巖中呈現(xiàn)出獨特的組成特征，這些特征為研究玄武巖的物質(zhì)來源和演化歷史提供了關(guān)鍵線索。鍶同位素以^{87}Sr/^{86}Sr比值來表示，其在南海新生代玄武巖中的變化范圍較大。通過對多個樣品的分析，發(fā)現(xiàn)^{87}Sr/^{86}Sr比值一般在0.703-0.707之間。在南海北部大陸邊緣的一些玄武巖樣品中，^{87}Sr/^{86}Sr比值相對較高，接近0.707，這可能暗示巖漿源區(qū)受到了地殼物質(zhì)的混染。地殼物質(zhì)中富含放射性鍶同位素^{87}Sr，其^{87}Sr/^{86}Sr比值較高。當(dāng)巖漿在上升過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生混合時，會導(dǎo)致巖漿中^{87}Sr含量增加，從而使^{87}Sr/^{86}Sr比值升高。而在南海洋盆內(nèi)部的部分海山玄武巖中，^{87}Sr/^{86}Sr比值相對較低，約為0.703-0.705，表明這些玄武巖的巖漿源區(qū)相對較為純凈，受地殼物質(zhì)混染的程度較低。釹同位素通常用\varepsilon_{Nd}(t)值來衡量，它反映了樣品相對于球粒隕石的釹同位素組成差異。在南海新生代玄武巖中，\varepsilon_{Nd}(t)值一般在-2-+5之間。部分樣品具有較高的\varepsilon_{Nd}(t)值，接近+5，這意味著其巖漿源區(qū)具有虧損地幔的特征。虧損地幔中相對富集^{143}Nd，使得\varepsilon_{Nd}(t)值為正值且較大。這種虧損地幔源區(qū)可能與地幔柱活動或深部地幔的長期演化有關(guān)。而一些\varepsilon_{Nd}(t)值較低，接近-2的樣品，則暗示巖漿源區(qū)存在富集地幔組分。富集地幔中^{147}Sm衰變產(chǎn)生的^{143}Nd相對較少，導(dǎo)致\varepsilon_{Nd}(t)值為負(fù)值。富集地幔組分的存在可能是由于俯沖洋殼物質(zhì)的再循環(huán)，或者是地幔中不同化學(xué)儲庫之間的混合作用。鉛同位素包括^{206}Pb/^{204}Pb、^{207}Pb/^{204}Pb和^{208}Pb/^{204}Pb比值，它們在南海新生代玄武巖中的變化也較為顯著。^{206}Pb/^{204}Pb比值一般在18.0-19.5之間，^{207}Pb/^{204}Pb比值在15.4-15.7之間，^{208}Pb/^{204}Pb比值在37.5-39.0之間。這些比值的變化與巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和演化歷史密切相關(guān)。高^{206}Pb/^{204}Pb比值可能與古老地殼物質(zhì)的混入有關(guān)，因為古老地殼中^{238}U衰變產(chǎn)生的^{206}Pb相對較多。而^{207}Pb/^{204}Pb和^{208}Pb/^{204}Pb比值則受到^{235}U和^{232}Th衰變的影響。不同的U-Th-Pb體系演化歷史會導(dǎo)致鉛同位素比值的差異，從而反映出巖漿源區(qū)的復(fù)雜性和不均一性。綜上所述，南海新生代玄武巖的鍶-釹-鉛同位素組成具有明顯的變化特征，這些特征反映了巖漿源區(qū)的多樣性和演化過程的復(fù)雜性，為深入研究南海地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和巖漿活動提供了重要的地球化學(xué)依據(jù)。3.3.2同位素體系對巖漿源區(qū)和演化的約束鍶-釹-鉛同位素體系為限定南海新生代玄武巖巖漿源區(qū)的范圍和性質(zhì)，以及揭示巖漿在演化過程中與地殼物質(zhì)的相互作用提供了重要約束。從鍶同位素來看，前文提到的^{87}Sr/^{86}Sr比值變化能夠有效指示巖漿源區(qū)是否受到地殼物質(zhì)混染。當(dāng)^{87}Sr/^{86}Sr比值較高時，表明巖漿源區(qū)可能混入了大量地殼物質(zhì)。地殼物質(zhì)中^{87}Sr的富集主要是由于放射性衰變，其^{87}Sr/^{86}Sr比值明顯高于地幔物質(zhì)。在南海北部大陸邊緣，部分玄武巖的^{87}Sr/^{86}Sr比值接近0.707，這強(qiáng)烈暗示了巖漿在上升過程中與地殼物質(zhì)發(fā)生了混合。這種混合可能是由于大陸邊緣的伸展構(gòu)造活動，使得地殼巖石發(fā)生破裂，巖漿得以與地殼物質(zhì)相互作用。相反，南海洋盆內(nèi)部海山玄武巖較低的^{87}Sr/^{86}Sr比值（0.703-0.705），說明其巖漿源區(qū)相對純凈，受地殼物質(zhì)混染程度低，更接近原始地幔源區(qū)的特征。釹同位素的\varepsilon_{Nd}(t)值對巖漿源區(qū)的性質(zhì)有重要指示作用。高\varepsilon_{Nd}(t)值（接近+5）表明巖漿源區(qū)具有虧損地幔特征。虧損地幔通常是由于長期的部分熔融作用，使得大離子親石元素等相對虧損，而^{143}Nd相對富集。在南海新生代玄武巖中，具有高\varepsilon_{Nd}(t)值的樣品可能與地幔柱活動有關(guān)。地幔柱從深部地幔上升，帶來了虧損地幔物質(zhì)，這些物質(zhì)在上升過程中發(fā)生部分熔融，形成了具有高\varepsilon_{Nd}(t)值的巖漿。而低\varepsilon_{Nd}(t)值（接近-2）則暗示巖漿源區(qū)存在富集地幔組分。富集地幔的形成可能與俯沖洋殼物質(zhì)的再循環(huán)有關(guān)。俯沖洋殼在深部地幔中發(fā)生脫水和部分熔融，釋放出的物質(zhì)富含大離子親石元素，這些物質(zhì)參與地幔源區(qū)的混合，導(dǎo)致源區(qū)具有富集地幔特征。鉛同位素的^{206}Pb/^{204}Pb、^{207}Pb/^{204}Pb和^{208}Pb/^{204}Pb比值變化，能夠反映巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和演化歷史。高^{206}Pb/^{204}Pb比值可能與古老地殼物質(zhì)的混入有關(guān)。古老地殼中^{238}U經(jīng)過長期衰變，積累了較多的^{206}Pb。當(dāng)古老地殼物質(zhì)混入巖漿源區(qū)時，會導(dǎo)致^{206}Pb/^{204}Pb比值升高。不同的U-Th-Pb體系演化歷史會導(dǎo)致鉛同位素比值的差異。^{235}U和^{232}Th的衰變分別對^{207}Pb/^{204}Pb和^{208}Pb/^{204}Pb比值產(chǎn)生影響。通過分析這些比值的變化，可以推斷巖漿源區(qū)中不同放射性元素的含量和衰變歷史，從而揭示巖漿源區(qū)的復(fù)雜性和不均一性。在南海新生代玄武巖中，鉛同位素比值的變化表明其巖漿源區(qū)可能包含了多種不同的物質(zhì)組分，這些組分在地質(zhì)歷史時期經(jīng)歷了不同的演化過程。綜上所述，鍶-釹-鉛同位素體系從不同角度對南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)和演化過程進(jìn)行了約束。通過對這些同位素特征的綜合分析，可以更準(zhǔn)確地限定巖漿源區(qū)的范圍和性質(zhì)，深入了解巖漿在上升和演化過程中與地殼物質(zhì)的相互作用，為全面認(rèn)識南海地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和巖漿活動提供有力支持。3.3.3與區(qū)域地質(zhì)演化的關(guān)聯(lián)南海新生代玄武巖的同位素特征與該區(qū)域復(fù)雜的地質(zhì)演化事件緊密相連，特別是板塊運動和海底擴(kuò)張等過程，深刻影響了玄武巖的物質(zhì)來源和地球化學(xué)特征。在板塊運動方面，南海處于歐亞板塊、印-澳板塊以及菲律賓板塊的交匯處，這些板塊的相互作用對巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成產(chǎn)生了重要影響。前文提到的鍶-釹-鉛同位素特征中，俯沖洋殼物質(zhì)的再循環(huán)是導(dǎo)致巖漿源區(qū)復(fù)雜性的重要因素之一。在南海東部，菲律賓板塊向歐亞板塊俯沖，俯沖洋殼在深部地幔中發(fā)生脫水和部分熔融，釋放出的物質(zhì)富含大離子親石元素和特定的同位素組成。這些物質(zhì)參與地幔源區(qū)的混合，使得巖漿源區(qū)具有富集地幔特征，反映在釹同位素的低\varepsilon_{Nd}(t)值和鉛同位素的特定比值變化上。這種板塊俯沖作用不僅改變了地幔源區(qū)的物質(zhì)組成，還為巖漿的形成提供了額外的能量和物質(zhì)來源，影響了玄武巖的形成和分布。海底擴(kuò)張是南海地質(zhì)演化的重要過程，對玄武巖的同位素特征也有顯著影響。在南海擴(kuò)張過程中，洋中脊與地幔柱相互作用誘發(fā)的洋脊抽吸作用，使得上地幔物質(zhì)向洋脊匯聚并發(fā)生部分熔融，形成玄武巖漿。從同位素特征來看，洋中脊玄武巖通常具有相對均一的同位素組成，接近虧損地幔的特征。在南海新生代玄武巖中，部分海山玄武巖的鍶-釹-鉛同位素組成與洋中脊玄武巖具有一定的相似性，這可能與海底擴(kuò)張過程中的洋脊抽吸作用有關(guān)。洋脊抽吸作用使得深部地幔物質(zhì)上涌，這些物質(zhì)在上升過程中發(fā)生部分熔融，形成的巖漿具有虧損地幔的同位素特征。然而，南海地區(qū)的海底擴(kuò)張并非孤立發(fā)生，還受到板塊運動和區(qū)域構(gòu)造背景的影響。在南海擴(kuò)張后期，板塊運動的變化導(dǎo)致地幔物質(zhì)的流動和混合方式發(fā)生改變，這也反映在玄武巖同位素特征的變化上。隨著南海擴(kuò)張的停止，板塊間的相互作用逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎埠蛿D壓，導(dǎo)致地殼物質(zhì)的混入和地幔源區(qū)的進(jìn)一步復(fù)雜化，從而使得玄武巖的同位素組成更加多樣化。南海新生代玄武巖的同位素特征還與區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造演化階段相關(guān)。在南海新生代早期，區(qū)域處于陸內(nèi)裂谷階段，此時的玄武巖可能受到大陸巖石圈地幔的影響較大，同位素組成可能顯示出與大陸巖石圈相關(guān)的特征。隨著海底擴(kuò)張的開始和進(jìn)行，地幔物質(zhì)的上涌和部分熔融成為主導(dǎo)，玄武巖的同位素組成逐漸向洋中脊玄武巖或地幔柱相關(guān)的特征轉(zhuǎn)變。而在南海擴(kuò)張后期，板塊碰撞和俯沖作用的加強(qiáng)，使得俯沖洋殼物質(zhì)和地殼物質(zhì)對巖漿源區(qū)的影響增大，導(dǎo)致玄武巖的同位素組成更加復(fù)雜多樣。通過對不同時期玄武巖同位素特征的研究，可以重建南海地區(qū)的構(gòu)造演化歷史，了解板塊運動和海底擴(kuò)張等地質(zhì)事件的發(fā)生順序和相互關(guān)系。綜上所述，南海新生代玄武巖的同位素特征與區(qū)域地質(zhì)演化事件密切相關(guān)。板塊運動和海底擴(kuò)張等過程通過影響巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和地幔物質(zhì)的流動，進(jìn)而控制了玄武巖的同位素特征。對這些同位素特征的研究，為深入理解南海地區(qū)的地質(zhì)演化歷史和地球動力學(xué)過程提供了重要依據(jù)。四、基于地球化學(xué)特征的巖漿演化啟示4.1巖漿源區(qū)性質(zhì)推斷4.1.1地幔柱或地幔熱柱的證據(jù)南海新生代玄武巖的地球化學(xué)特征為地幔柱或地幔熱柱的存在提供了多方面證據(jù)。從微量元素角度來看，南海新生代玄武巖中輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的特征，與地幔柱來源的巖漿特征相契合。在地球深部，地幔柱是深部地幔物質(zhì)上涌形成的熱柱結(jié)構(gòu)，其溫度較高，部分熔融程度較低。在這種情況下，輕稀土元素由于其離子半徑較大，在部分熔融過程中更容易進(jìn)入熔體相中，而重稀土元素則傾向于保留在殘留礦物中，如石榴子石、輝石等。這就導(dǎo)致了地幔柱來源的巖漿中輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損，與南海新生代玄武巖的稀土元素分布模式一致。海南島臨高縣多文組玄武巖的（La/Yb）_{N}比值可達(dá)10-15，顯示出明顯的輕稀土元素富集特征，暗示其巖漿源區(qū)可能與地幔柱有關(guān)。同位素特征也為地幔柱的存在提供了支持。南海新生代玄武巖中部分樣品具有較高的\varepsilon_{Nd}(t)值，接近+5，表明其巖漿源區(qū)具有虧損地幔的特征。地幔柱通常起源于深部地幔，那里的物質(zhì)經(jīng)歷了長期的演化，相對富集^{143}Nd，使得\varepsilon_{Nd}(t)值為正值且較大。這種虧損地幔源區(qū)與地幔柱活動密切相關(guān)，地幔柱從深部地幔上升，帶來了虧損地幔物質(zhì)，這些物質(zhì)在上升過程中發(fā)生部分熔融，形成了具有高\varepsilon_{Nd}(t)值的巖漿。此外，單斜輝石作為玄武巖中的重要礦物相，其地球化學(xué)特征也顯示出與地幔柱的關(guān)聯(lián)。南海新生代玄武巖中的單斜輝石稀土元素含量不高，HREE及LREE虧損，而MREE富集；大離子親石元素Rb、Ba、Sr均出現(xiàn)明顯的虧損，高場強(qiáng)元素Nb、Zr出現(xiàn)虧損而Hf略富集。研究發(fā)現(xiàn)南海新生代玄武巖中的單斜輝石為地幔柱的直接產(chǎn)物，并沒有受到洋中脊—地幔柱相互作用的影響。這進(jìn)一步表明南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)存在地幔柱活動，單斜輝石在與寄主巖同源的巖漿中形成，記錄了地幔柱的地球化學(xué)信息。南海地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造背景也為地幔柱的存在提供了間接證據(jù)。南海處于歐亞板塊、印-澳板塊以及菲律賓板塊的交匯處，區(qū)域構(gòu)造活動復(fù)雜。地幔柱的活動可能與板塊運動相互作用，影響了南海地區(qū)的巖漿活動和地質(zhì)演化。在南海擴(kuò)張過程中，洋中脊與地幔柱相互作用誘發(fā)的洋脊抽吸作用，被認(rèn)為是產(chǎn)生富集型洋中脊玄武巖以及某些洋島和海山的重要地質(zhì)過程。這表明地幔柱活動在南海地區(qū)的巖漿演化中起到了重要作用，與南海新生代玄武巖的形成密切相關(guān)。4.1.2源區(qū)物質(zhì)組成與深度南海新生代玄武巖的地球化學(xué)特征為深入探究巖漿源區(qū)物質(zhì)組成和深度提供了關(guān)鍵線索。主量元素中，MgO含量是推斷巖漿源區(qū)深度和物質(zhì)組成的重要指標(biāo)。南海新生代玄武巖的MgO含量變化范圍為4%-12%，一般來說，高M(jìn)gO含量（>8%）的玄武巖表明其巖漿源區(qū)深度較大，部分熔融程度較低，可能來自于深部地幔。在南海地區(qū)，一些具有高M(jìn)gO含量的玄武巖樣品，其巖漿源區(qū)可能與地幔柱或深部地幔熱異常有關(guān)。深部地幔物質(zhì)中，橄欖石等礦物含量較高，這些礦物富含鎂元素，當(dāng)深部地幔物質(zhì)發(fā)生部分熔融時，形成的巖漿會具有較高的MgO含量。Al_2O_3含量也能反映巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和深度信息。南海新生代玄武巖的Al_2O_3含量通常在15%-20%之間，相對較為穩(wěn)定。當(dāng)Al_2O_3含量較高時，可能暗示巖漿源區(qū)中含有較多的鋁質(zhì)礦物，如石榴子石等。石榴子石通常存在于深部地幔中，其穩(wěn)定存在的壓力和溫度條件較高。因此，高Al_2O_3含量的玄武巖可能指示巖漿源區(qū)深度較大，且源區(qū)物質(zhì)中含有石榴子石等深部地幔礦物組合。在一些南海新生代玄武巖樣品中，較高的Al_2O_3含量表明其巖漿源區(qū)可能位于深部地幔，且源區(qū)物質(zhì)組成中富含石榴子石等礦物。微量元素和同位素特征進(jìn)一步揭示了巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成。稀土元素分布模式顯示，南海新生代玄武巖中輕稀土元素富集、重稀土元素虧損以及部分樣品存在微弱負(fù)銪異常。輕稀土元素的富集可能暗示巖漿源區(qū)的部分熔融程度較低，或者源區(qū)中存在富含重稀土元素的礦物相，如石榴子石，在部分熔融過程中優(yōu)先殘留，導(dǎo)致熔體相中輕稀土元素相對富集。部分樣品出現(xiàn)的微弱負(fù)銪異常，與斜長石的結(jié)晶分異作用密切相關(guān)，表明巖漿在上升和演化過程中經(jīng)歷了一定程度的斜長石結(jié)晶分異。這說明巖漿源區(qū)可能存在深部地幔礦物相，且在巖漿形成和上升過程中受到了結(jié)晶分異作用的影響。同位素特征方面，鍶-釹-鉛同位素組成的變化反映了巖漿源區(qū)的復(fù)雜性和物質(zhì)組成的多樣性。鍶同位素的^{87}Sr/^{86}Sr比值變化能夠指示巖漿源區(qū)是否受到地殼物質(zhì)混染。釹同位素的\varepsilon_{Nd}(t)值對巖漿源區(qū)的性質(zhì)有重要指示作用，高\varepsilon_{Nd}(t)值表明巖漿源區(qū)具有虧損地幔特征，低\varepsilon_{Nd}(t)值則暗示巖漿源區(qū)存在富集地幔組分。鉛同位素的^{206}Pb/^{204}Pb、^{207}Pb/^{204}Pb和^{208}Pb/^{204}Pb比值變化，能夠反映巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和演化歷史。這些同位素特征表明，南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)可能包含了多種不同的物質(zhì)組分，既有深部地幔物質(zhì)，也可能受到了俯沖洋殼和地殼物質(zhì)的影響。4.1.3源區(qū)與板塊構(gòu)造的關(guān)系南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)與該區(qū)域復(fù)雜的板塊構(gòu)造活動緊密相連，板塊運動對巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成和巖漿活動產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。南海處于歐亞板塊、印-澳板塊以及菲律賓板塊的交匯處，這些板塊的相互作用導(dǎo)致了深部地幔物質(zhì)的混合和不均一性，為南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)提供了多樣的物質(zhì)組成。在板塊俯沖方面，南海東部菲律賓板塊向歐亞板塊俯沖，俯沖洋殼在深部地幔中發(fā)生脫水和部分熔融，釋放出的物質(zhì)富含大離子親石元素和特定的同位素組成。這些物質(zhì)參與地幔源區(qū)的混合，使得巖漿源區(qū)具有富集地幔特征，反映在釹同位素的低\varepsilon_{Nd}(t)值和鉛同位素的特定比值變化上。俯沖洋殼脫水產(chǎn)生的流體相中富含大離子親石元素，這些元素會改變地幔源區(qū)的化學(xué)組成，影響巖漿的形成和地球化學(xué)特征。在南海新生代玄武巖中，部分樣品的地球化學(xué)特征顯示出俯沖洋殼物質(zhì)的影響，如高場強(qiáng)元素的虧損和大離子親石元素的富集，這與俯沖帶環(huán)境下的巖漿形成機(jī)制相符。板塊碰撞也對巖漿源區(qū)產(chǎn)生重要影響。南海南部大陸邊緣經(jīng)歷了南沙地塊與婆羅洲地塊的碰撞事件，在碰撞過程中，巖石圈深部的物質(zhì)發(fā)生部分熔融，形成玄武巖漿。碰撞還導(dǎo)致地殼物質(zhì)的混入，改變了巖漿源區(qū)的物質(zhì)組成。從同位素特征來看，碰撞區(qū)域的玄武巖可能具有較高的^{87}Sr/^{86}Sr比值，暗示其受到了地殼物質(zhì)的混染。這種地殼物質(zhì)的混入可能會改變巖漿的化學(xué)成分和物理性質(zhì)，影響巖漿的上升和噴發(fā)過程。南海的海底擴(kuò)張是板塊構(gòu)造活動的重要表現(xiàn)形式，對巖漿源區(qū)和巖漿活動也有顯著影響。在南海擴(kuò)張過程中，洋中脊與地幔柱相互作用誘發(fā)的洋脊抽吸作用，使得上地幔物質(zhì)向洋脊匯聚并發(fā)生部分熔融，形成玄武巖漿。洋中脊附近的玄武巖通常具有相對均一的地球化學(xué)特征，接近虧損地幔的特征。南海新生代玄武巖中部分海山玄武巖的地球化學(xué)組成與洋中脊玄武巖具有一定的相似性，這可能與海底擴(kuò)張過程中的洋脊抽吸作用有關(guān)。然而，南海地區(qū)的海底擴(kuò)張并非孤立發(fā)生，還受到板塊運動和區(qū)域構(gòu)造背景的影響。隨著南海擴(kuò)張的停止，板塊間的相互作用逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎埠蛿D壓，導(dǎo)致地殼物質(zhì)的混入和地幔源區(qū)的進(jìn)一步復(fù)雜化，從而使得玄武巖的地球化學(xué)組成更加多樣化。綜上所述，南海新生代玄武巖的巖漿源區(qū)受到板塊俯沖、碰撞和海底擴(kuò)張等多種板塊構(gòu)造活動的影響。這些板塊運動導(dǎo)致了深部地幔物質(zhì)的混合、地殼物質(zhì)的混入以及地幔源區(qū)的不均一性，進(jìn)而控制了南海新生代玄武巖的巖漿活動和地球化學(xué)特征。對巖漿源區(qū)與板塊構(gòu)造關(guān)系的研究，為深入理解南海地區(qū)的地質(zhì)演化和巖漿活動提供了重要依據(jù)。4.2巖漿演化過程解析4.2.1部分熔融機(jī)制巖漿的部分熔融是形成南海新生代玄武巖的初始關(guān)鍵步驟，其過程受到多種因素的綜合影響，這些因素共同決定了巖漿的初始成分和后續(xù)演化路徑。熔融程度是影響巖漿成分的重要因素之一。當(dāng)深部地幔物質(zhì)發(fā)生部分熔融時，不同礦物的熔融程度存在差異。在低壓條件下，地幔橄欖巖中的易熔組分，如單斜輝石，會首先發(fā)生熔融。隨著熔融程度的增加，其他礦物也逐漸參與熔融過程。部分熔融程度較低時，形成的巖漿相對富集難熔元素，如鎂、鐵等。這是因為難熔元素主要存在于難熔礦物相中，在低程度部分熔融時，這些難熔礦物相未完全熔融，導(dǎo)致巖漿中難熔元素相對富集。南海新生代玄武巖中，部分具有高M(jìn)gO含量的樣品，可能是由于其巖漿源區(qū)的部分熔融程度較低，使得巖漿中保留了較多來自深部地幔的鎂元素。隨著部分熔融程度的提高，巖漿中的易熔元素含量逐漸增加，如硅、鋁等。這是因為易熔礦物相在較高程度的部分熔融中大量熔融進(jìn)入巖漿，從而改變了巖漿的成分。溫度對部分熔融過程起著關(guān)鍵的控制作用。較高的溫度能夠促進(jìn)礦物的熔融，使得部分熔融程度增加。在南海地區(qū)，地幔柱或地幔熱柱的活動可能提供了高溫環(huán)境。地幔柱從深部地幔上升，帶來了高溫的地幔物質(zhì)，這些物質(zhì)在上升過程中發(fā)生部分熔融，形成玄武巖漿。當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時，地幔橄欖巖中的礦物開始發(fā)生熔融，且溫度越高，熔融程度越高，形成的巖漿成分也會相應(yīng)改變。高溫還會影響礦物的結(jié)晶順序和巖漿的分異作用。在高溫條件下，早期結(jié)晶的礦物可能會重新熔融，參與后續(xù)的巖漿演化過程，從而改變巖漿的成分和礦物組成。壓力也是影響部分熔融機(jī)制的重要因素。在深部地幔，壓力較高，礦物的熔點會相應(yīng)升高。隨著地幔物質(zhì)的上升，壓力逐漸降低，礦物的熔點也隨之降低，從而促進(jìn)部分熔融的發(fā)生。這種減壓熔融過程是形成玄武巖漿的重要機(jī)制之一。在南海地區(qū)，板塊運動和構(gòu)造活動導(dǎo)致巖石圈的變形和破裂，使得深部地幔物質(zhì)能夠沿著這些通道上升，在上升過程中經(jīng)歷減壓熔融。壓力還會影響礦物的穩(wěn)定性和結(jié)晶順序。在高壓條件下，一些礦物相可能更加穩(wěn)定，而在減壓過程中，這些礦物相可能發(fā)生分解或轉(zhuǎn)變，影響巖漿的成分和礦物組成。在高壓下，石榴子石是穩(wěn)定的礦物相，它在部分熔融過程中對巖漿的稀土元素組成有重要影響。隨著壓力降低，石榴子石可能發(fā)生分解，其所含的稀土元素等進(jìn)入巖漿，改變巖漿的稀土元素分布模式。4.2.2分離結(jié)晶作用分離結(jié)晶作用在南海新生代玄武巖的巖漿演化過程中扮演著至關(guān)重要的角色，它通過礦物的結(jié)晶順序和成分分異，深刻地改變了巖漿的化學(xué)成分和物理性質(zhì)。在巖漿演化過程中，礦物的結(jié)晶順序遵循鮑溫反應(yīng)系列。在高溫條件下，橄欖石首先從巖漿中結(jié)晶析出。橄欖石是一種鎂鐵硅酸鹽礦物，其結(jié)晶會優(yōu)先消耗巖漿中的鎂和鐵元素。隨著巖漿溫度的降低，單斜輝石開始結(jié)晶。單斜輝石也是富含鎂、鐵、鈣等元素的礦物，它的結(jié)晶進(jìn)一步改變了巖漿中這些元素的含量。斜長石在相對較低的溫度下結(jié)晶。斜長石是由鈣、鈉、鋁等元素組成的鋁硅酸鹽礦物，其結(jié)晶會對巖漿中的鈣、鈉、鋁等元素產(chǎn)生重要影響。在南海新生代玄武巖中，通過對礦物組合和結(jié)構(gòu)的觀察，可以推斷礦物的結(jié)晶順序。一些玄武巖樣品中，橄欖石斑晶周圍存在單斜輝石的反應(yīng)邊，這表明橄欖石先結(jié)晶，然后單斜輝石在橄欖石周圍結(jié)晶，與橄欖石發(fā)生反應(yīng)。這種礦物結(jié)晶順序的確定，為研究巖漿演化過程提供了重要依據(jù)。隨著礦物的不斷結(jié)晶，巖漿的成分也發(fā)生相應(yīng)的變化。在橄欖石結(jié)晶階段，由于橄欖石優(yōu)先消耗巖漿中的鎂和鐵元素，使得巖漿中的MgO和FeO含量逐漸降低。單斜輝石結(jié)晶時，會消耗巖漿中的鈣、鎂、鐵等元素，進(jìn)一步改變巖漿的成分。斜長石結(jié)晶過程中，會大量消耗巖漿中的鈣、鈉、鋁等元素，導(dǎo)致巖漿中這些元素的含量明顯降低。在南海新生代玄武巖的演化過程中，隨著礦物的分離結(jié)晶，巖漿的SiO_2含量相對增加。這是因為早期結(jié)晶的礦物，如橄欖石和單斜輝石，相對富鎂、鐵等元素，而貧硅元素。隨著這些礦物的結(jié)晶分離，巖漿中的硅元素相對富集，使得SiO_2含量增加。巖漿中的其他主量元素，如Al_2O_3、CaO、Na_2O、K_2O等，也會隨著礦物的結(jié)晶順序和程度發(fā)生相應(yīng)的變化。微量元素在分離結(jié)晶過程中也會發(fā)生分異。一些微量元素在礦物中的分配系數(shù)不同，導(dǎo)致它們在巖漿和結(jié)晶礦物之間的分布發(fā)生變化。稀土元素在斜長石中的分配系數(shù)較大，當(dāng)斜長石大量結(jié)晶時，稀土元素會優(yōu)先進(jìn)入斜長石晶格中，導(dǎo)致巖漿中的稀土元素含量降低，特別是輕稀土元素。大離子親石元素和高場強(qiáng)元素在不同礦物中的分配系數(shù)也存在差異。大離子親石元素如Rb、Ba等，在云母等礦物中的分配系數(shù)較大，而高場強(qiáng)元素如Nb、Ta等，在副礦物中的分配系數(shù)較大。在分離結(jié)晶過程中，這些元素會根據(jù)其在礦物中的分配系數(shù)，在巖漿和結(jié)晶礦物之間重新分配，從而改變巖漿的微量元素組成。在南海新生代玄武巖中，通過對微量元素含量和比值的分析，可以推斷巖漿在演化過程中經(jīng)歷的分離結(jié)晶作用程度。一些樣品中輕稀土元素的虧損和重稀土元素的相對富集，可能是由于斜長石結(jié)晶過程中輕稀土元素的優(yōu)先進(jìn)入，而重稀土元素相對保留在巖漿中導(dǎo)致的。4.2.3巖漿混合與同化作用巖漿在上升過程中，與其他巖漿或地殼物質(zhì)的混合、同化作用是其演化的重要過程，這些作用顯著改變了巖漿的成分和性質(zhì)，對南海新生代玄武巖的形成和特征產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。巖漿混合是指不同來源或不同成分的巖漿相互混合的過程。在南海地區(qū)，由于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造背景，可能存在多種巖漿源。地幔柱活動產(chǎn)生的巖漿與巖石圈地幔部分熔融產(chǎn)生的巖漿，或者不同時期、不同區(qū)域的地幔源巖漿，都有可能在上升過程中相遇并發(fā)生混合。當(dāng)兩種不同成分的巖漿混合時，其化學(xué)成分會發(fā)生改變。如果一種富含鎂、鐵的巖漿與一種富含硅、鋁的巖漿混合，混合后的巖漿成分將介于兩者之間。這種混合作用會導(dǎo)致巖漿的主量元素和微量元素組成發(fā)生變化。在主量元素方面，MgO、FeO、SiO_2、Al_2O_3等元素的含量會根據(jù)混合比例發(fā)生相應(yīng)改變。在微量元素方面，稀土元素、大離子親石元素和高場強(qiáng)元素的含量和比值也會發(fā)生變化。通過對南海新生代玄武巖中礦物的成分和結(jié)構(gòu)分析，可以發(fā)現(xiàn)一些巖漿混合的證據(jù)。在一些樣品中，可見到具有不同成分的礦物共生，或者礦物的成分呈現(xiàn)出過渡特征，這可能是巖漿混合的結(jié)果。同化作用是指巖漿在上升過程中與周圍地殼物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使地殼物質(zhì)融入巖漿的過程。南海地區(qū)的地殼物質(zhì)組成復(fù)雜，包括各種巖石類型。當(dāng)巖漿上升通過地殼時，會與地殼巖石發(fā)生接觸和反應(yīng)。如果巖漿與富含硅鋁質(zhì)的地殼巖石發(fā)生同化作用，巖漿中的SiO_2、Al_2O_3含量可能會增加。這是因為地殼巖石中的硅鋁質(zhì)成分被巖漿吸收，從而改變了巖漿的化學(xué)成分。同化作用還會導(dǎo)致巖漿中微量元素和同位素組成的變化。地殼物質(zhì)中通常含有較高含量的大離子親石元素，如Rb、Ba、Sr等，以及特定的同位素組成。當(dāng)巖漿同化地殼物質(zhì)后，這些大離子親石元素會進(jìn)入巖漿，使巖漿中的大離子親石元素含量增加。同位素組成也會受到影響，例如鍶同位素的^{87}Sr/^{86}Sr比值可能會升高，因為地殼物質(zhì)中^{87}Sr含量相對較高。在南海新生代玄武巖中，一些樣品的^{87}Sr/^{86}Sr比值較高，可能是由于巖漿在上升過程中同化了地殼物質(zhì)導(dǎo)致的。巖漿混合與同化作用還會影響巖漿的物理性質(zhì)，如黏度和密度?；旌虾屯饔脮淖儙r漿的化學(xué)成分，進(jìn)而影響巖漿的黏度。當(dāng)巖漿中硅含量增加時，巖漿的黏度通常會增大。這是因為硅氧四面體之間的聚合程度增加，使得巖漿的流動性降低。巖漿的密度也會受到影響。如果巖漿同化了密度較大的地殼物質(zhì)，巖漿的密度可能會增大，這會影響巖漿的上升速度和噴發(fā)方式。在一些情況下，巖漿的密度增大可能導(dǎo)致巖漿在深部地殼中聚集，形成巖漿房，而不是直接噴發(fā)至地表。4.3對地殼生長與演化的意義4.3.1新生地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn)南海新生代玄武巖作為地幔部分熔融的產(chǎn)物，對新生地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn)具有重要意義，在地球表面物質(zhì)循環(huán)中扮演著關(guān)鍵角色。從物質(zhì)來源上看，南海新生代玄武巖主要源自地幔深部物質(zhì)的部分熔融，其攜帶了大量深部地幔的物質(zhì)信息。這些物質(zhì)在噴發(fā)至地表或侵入地殼后，成為新生地殼的重要組成部分。在地球表面物質(zhì)循環(huán)中，玄武巖的噴發(fā)和侵入活動是深部地幔物質(zhì)與地殼物質(zhì)交換的重要方式。南海新生代玄武巖的噴發(fā)，將深部地幔中的物質(zhì)帶到地表，這些物質(zhì)包含了豐富的礦物質(zhì)和元素。玄武巖中的橄欖石、單斜輝石等礦物，是地幔物質(zhì)的典型代表。這些礦物在地表環(huán)境中，經(jīng)過風(fēng)化、侵蝕等作用，逐漸分解，釋放出其中的元素，參與到地表物質(zhì)的循環(huán)中。玄武巖中的鐵、鎂等元素，在風(fēng)化作用下進(jìn)入土壤和水體，為生物的生長提供了必要的營養(yǎng)元素。同時，這些元素也會隨著河流等水體的搬運，最終進(jìn)入海洋，參與海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。從地球化學(xué)特征來看，南海新生代玄武巖的同位素組成反映了其物質(zhì)來源的深部地球化學(xué)過程。鍶-釹-鉛同位素系統(tǒng)表明，南海新生代玄武巖的物質(zhì)主要來源于地幔部分熔融產(chǎn)生的新生地殼物質(zhì)。這些同位素特征為研究地殼的生長與演化提供了重要線索。在地球漫長的演化歷史中，地幔物質(zhì)不斷通過巖漿活動進(jìn)入地殼，使得地殼得以生長和演化。南海新生代玄武巖的形成，是這一過程的具體體現(xiàn)。其攜帶的地幔物質(zhì)，在與地殼物質(zhì)相互作用的過程中，改變了地殼的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了地殼的生長和演化。在南海地區(qū)，由于板塊運動和構(gòu)造活動的影響，玄武巖的噴發(fā)和侵入活動頻繁，使得該地區(qū)的地殼生長和演化過程更為復(fù)雜和活躍。綜上所述，南海新生代玄武巖對新生地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn)顯著，在地球表面物質(zhì)循環(huán)中起到了連接深部地幔與地表環(huán)境的橋梁作用，對地球的地質(zhì)演化和生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。4.3.2地殼演化階段的指示南海新生代玄武巖的演化特征猶如一部地質(zhì)史書，為推斷南海地殼在新生代時期的演化階段和過程提供了關(guān)鍵線索。在新生代早期，南海地區(qū)處于陸內(nèi)裂谷階段，此時的玄武巖可能受到大陸巖石圈地幔的影響較大。從地球化學(xué)特征來看，這一時期的玄武巖可能具有相對較高的^{87}Sr/^{86}Sr比值，暗示其受到了地殼物質(zhì)的混染。大陸巖石圈地幔中的放射性鍶同位素^{87}Sr含量較高，當(dāng)?shù)蒯Ｎ镔|(zhì)發(fā)生部分熔融形成玄武巖漿時，會混入一定量的地殼物質(zhì)，導(dǎo)致^{87}Sr/^{86}Sr比值升高。這一時期的玄武巖在主量元素上可能表現(xiàn)出與大陸巖石圈相關(guān)的特征，如較高的硅、鋁含量等。隨著海底擴(kuò)張的開始，南海進(jìn)入了洋盆形成階段。在這一階段，洋中脊與地幔柱相互作用誘發(fā)的洋脊抽吸作用，使得上地幔物質(zhì)向洋脊匯聚并發(fā)生部分熔