大地构造与成矿学GEOTECTONICA et METALLOGENIA1999年 第23卷 第4期 Vol.23 No.4 1999

海南岛晨星玄武岩地球化学特征及其构造环境含义

唐红峰

摘要：本文报道了在海南岛东部晨星石炭系地层中发育的玄武岩，并对其主量和稀土元素地球化学特征进行了初步研究，结果表明该玄武岩具高镁、强亏损N－MORB型火山岩的特点，上述特征暗示了海南岛晚古生代古洋盆存在的可能。
关键词：稀土元素；玄武岩；海南岛
中图分类号：P599;P541　　文献标识码：A　　文章编号：1001－1552(1999)04－0323－05

GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE BASALT FROM CHENXING,HAINAN ISLAND，AND THEIR TECTONIC IMPLICATION

TANG Hong－feng
(Open Laboratory of Ore Deposit Geochemistry,Institute of Geochmistry,Academia Sinica,Guiyang 550002,China)

Abstract:The occurrence of basalt within Carboniferous strata in Chenxing, eastern Hainan Island,is reported in this paper.The major and rare earth element compositions show that the basalt is high－MgO and characterized by high－depleted N－MORB,which suggests the possible development of a Late Palaeozoic oceanic basin in Hainan Island.
Key words:rare earth element;basalt;Hainan Island

　　分布于海南岛南坤园一带的浅变质沉积碎屑岩系，前人大都将其归属于石炭系并定名为石碌群[1992,FangZetal]或石岭组[1993，卢功一等]，其形成的构造背景为大陆裂谷[1991a，夏邦栋等]。中国科学院长沙大地构造研究所海南科考队在开展金矿勘查工作时于晨星农场发现上述岩系中发育一套以浅变质基性火山岩为主的火山－沉积岩组合。本文主要对其中玄武岩的地球化学特征进行初步研究，并探讨它的构造含义。

1　地质背景和岩石特征
　　晨星玄武岩出露于屯昌县晨星农场12队到15队一带，平面上呈北东向的带状展布，长约2km，最大宽处400m（图1）。该玄武岩的北、东两侧为石炭系的浅变质碎屑岩，主要是泥砂质板岩、千枚岩，两者为断层接触。其中东南面为脆性断层，岩石表现出碎裂现象；西北侧云母片岩发育塑性变形组构和构造置换，具糜棱岩化特点。南西侧被花岗岩体侵入，见接触变质现象。

图1　海南晨星玄武岩分布区地质简图
Fig.1　Geological sketch map of Chenxing,Hainan

　　玄武岩中所夹沉积岩层的产状与围岩的不一致（图1），同时在露头上玄武岩与围岩的颜色、岩性组合迥异。玄武岩普遍发生浅变质，其矿物组成主要有绿泥石、绿帘石、阳起石等，部分见有残余的辉石，因此宏观上表现为灰绿－暗绿色。但其下部较典型的枕状构造和上部发育气孔、杏仁体的渣状熔岩流均有保存，具有典型玄武岩的特点。该玄武岩的最上部（样品27的位置），由变质形成的阳起石长达数公分，呈现特征的放射状排列。
　　镜下观察显示，样品大都发生了浅变质，但变余交织结构或间粒间隐结构可见。部分样品见到典型的显微斑状结构，如样品21－3见斑晶辉石、钛铁矿，其中辉石已大部分发生绿泥石化，部分绿泥石具辉石晶体假象并残留辉石核。

2　地球化学特征
　　在岩相学工作的基础上，精选出玄武岩原岩结构和特征保存较为完整的进行主量和稀土元素组成的测定。
　　主量元素在南京大学现代分析中心用VF－320型X－射线荧光（XRF）光谱仪进行玻璃体熔片法测定。稀土元素由中国科学院高能物理研究所用仪器中子活化法分析（INAA）。主量元素和稀土元素测定结果列于表1。
　　由表1所列主量元素分析结果表明，晨星玄武岩的化学组成较为稳定，主要氧化物含量接近。其中SiO2在44％～50％之间，平均47.12％，大部分落入玄武岩范围，极少数稍低于45％，是由于受到其它组分含量稍偏高的影响。MgO的变化较大，在9％～20％之间变化，平均达14.08％，总体上具高镁的特点。并且其M值(M=Mg/(Mg＋Fe2＋)分子数比）除样品21－3和14分别为0.68、0.69稍低于0.70外，其余都大于0.70，最高达0.80。一般认为，来源于正常地幔并与之平衡的原始岩浆具有高的M值（>0.70），且SiO2不超过50％[1989,WilsonM]。因此，形成本区玄武岩的岩浆很可能为原始岩浆，未发生明显的分异作用。
　　9个样品在Middlemost（1975）的玄武岩分类图上绝大部分落入低钾亚碱性玄武岩区（图略），由AFM图表明其为拉斑系列（图2），因此晨星玄武岩以低钾的拉斑玄武岩为特征。在格拉席（1974）的FeO*/MgO－TiO2判别图上，除样品21－3落在洋岛玄武岩区外，其余均落入大洋中脊玄武岩区（图3），该特征似可表明其形成的构造环境为大洋中脊。

图2　晨星玄武岩的AFM图
Fig.2　AFM diagram for the basalt from Chenxing
（■－N－MORB，据文献[1983,SchillingJGetal]）

图3　玄武岩构造类型的FeOt/MgO－TiO2判别图
Fig.3　FeOt/MgO－TiO2 diagram

　　所测定的5件样品的部分稀土元素含量也列于表1，其球粒陨石标准化曲线如图4。从表中数据可以看出，晨星玄武岩的稀土总量很低，8个元素的总量都在10ppm左右。玄武岩的(La/Sm)N比值均小于1，与典型的亏损型大洋中脊玄武岩（N－MORB）的特点[1989,WilsonM]相似。其(La/Yb)N比值很低（0.25～0.45），球粒陨石标准化配分模式也显示出轻稀土元素（LREEs）亏损的特征，且LREEs是球粒陨石的2～5倍，重稀土元素（HREEs）是球粒陨石的10倍左右，总体上与位于66.51°N，17.34°W的大西洋中脊玄武岩的稀土元素特征[1983,SchillingJGetal]非常接近(图4)。

表1　晨星玄武岩主量元素和稀土元素分析结果
Table　1　Major and rare earth element analyses for the basalt from Chenxing
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 平均 N－MORB
样品号 6 9 12 14 K－2 21－2 21－3 24 27 (n=9)
主量元素(×10－2，byXRF)
SiO2 44.39 46.73 44.99 49.71 47.62 50.50 44.38 47.51 48.28 47.12 47.00
TiO2 0.50 0.53 0.52 0.72 0.55 0.51 2.74 0.33 0.57 0.77 1.10
Al2O3 10.22 8.95 9.13 12.91 13.50 13.23 13.50 11.75 14.03 11.91 14.82
FeO 8.56 8.90 8.55 8.90 7.65 6.63 8.04 6.91 8.28 8.05 8.88
Fe2O3 2.98 3.22 3.34 1.27 1.28 0.74 1.71 1.61 1.01 1.91 1.63
MnO 0.20 0.23 0.19 0.18 0.17 0.14 0.16 0.13 0.15 0.17 0.18
MgO 19.49 17.38 19.34 10.95 11.40 11.97 9.77 15.08 11.37 14.08 12.92
CaO 7.89 9.15 8.48 11.57 12.34 13.56 10.80 12.67 12.35 10.98 11.40
Na2O 0.20 0.35 0.08 1.52 1.13 0.62 1.89 1.20 1.18 0.91 1.89
K2O 0.02 0.04 0.02 0.16 1.05 0.08 1.49 0.04 0.22 0.35 0.01
P2O5 0.04 0.03 0.04 0.05 0.04 0.02 0.54 0.01 0.03 0.09 0.04
烧失量 5.07 3.97 5.01 1.32 2.33 1.55 3.98 2.07 1.79 3.01 0.25
总量 99.56 99.48 99.69 99.26 99.06 99.55 99.00 99.31 99.26 99.35 100.12
M 0.80 0.78 0.80 0.69 0.73 0.76 0.68 0.80 0.71 0.75 0.72
稀土元素(×10－6，byINAA)
La 0.86 　 0.71 1.59 　 0.86 　 　 1.08 　 1.0
Ce 2.87 　 2.86 4.04 　 2.83 　 　 2.99 　 2.6
Nd 2.60 　 2.84 3.79 　 2.50 　 　 3.16 　 3.2
Sm 1.04 　 1.11 1.71 　 1.31 　 　 1.31 　 1.8
Eu 0.46 　 0.42 0.69 　 0.52 　 　 0.47 　 0.7
Tb 0.30 　 0.47 0.66 　 0.33 　 　 0.55 　 0.6
Yb 1.92 　 1.91 2.32 　 1.79 　 　 1.62 　 2.3
Lu 0.35 　 0.32 0.57 　 0.32 　 　 0.33 　 0.32
(La/Sm)N 0.51 　 0.39 0.57 　 0.40 　 　 0.50 　 0.34
(La/Yb)N 0.30 　 0.25 0.45 　 0.32 　 　 0.44 　 0.29

图4　稀土元素球粒陨石标准化配分模式
Fig.4　Chondrite－normalized REE patterns

注：M=Mg/(Mg＋Fe2＋)分子数比；N－MORB的数据引自文献[1983,Schilling J G et al]

3　讨论
　　海南岛石炭纪火山岩发现于七十年代后期[1977，袁奎荣等]，前人对其有一定研究，其中夏邦栋等通过系统的岩石地球化学特征的研究，提出了石炭纪双峰式火山岩的存在[1991b，夏邦栋等]，并将其作为主要依据论证了海南岛晚古生代裂谷的发育[1991a，夏邦栋等]。Fang等进一步对上述火山岩进行了元素和Nd同位素的深入研究，指出了它们对于裂谷作用的重要构造意义[1992,Fang Z et al]。值得注意的是，上述研究集中于海南岛西部，而对岛的东部未有报道。本文所研究的晨星玄武岩，出露于海南岛东部的石炭系地层中，层位上与海南岛西部兰洋、军营等地的火山岩相当。因此，尽管没有它们形成的准确、可信的同位素年龄的对比，但根据生物地层所限定的时代，可以将晨星玄武岩与该岛西部石炭纪火山岩统一起来研究它们的构造含义。
　　晨星玄武岩的前述地球化学特征表明，它与现代N－MORB有相似的地球化学组成，两者无论是主量元素还是稀土元素均很接近，因此它是N－MORB型岩石，其岩浆来源于亏损型地幔。与晨星玄武岩LREE高度亏损特征相一致的玄武岩，在海南岛西部的军营也有发现，其εNd(t)值为6.82，岩浆同样是来源于亏损地幔[1992,Fang Z et al]。对现代板块构造体制下各种火山岩的地球化学研究表明，LREE亏损的N－MORB可以出现于成熟的大洋中脊、弧后盆地等构造环境[1989,Wilson M]，这两种构造环境具有相似的扩张背景。鉴于海南岛石炭纪火山岩除有上述LREE高度亏损的N－MORB型玄武岩外，尚发育有LREE相对富集的玄武岩和流纹岩，构成大陆裂谷的双峰式火山岩[1991b，夏邦栋等]。因此，海南岛LREE高度亏损的玄武岩很可能是晚古生代大陆裂谷发育到出现洋壳阶段的产物，标志了海南岛晚古生代古洋盆存在的可能。考虑到军营、晨星现在的空间位置，可以推测海南岛晚古生代古洋盆有一定的规模。如果上述结论确实，则表明海南岛发育与古特提斯同时的古洋盆，该认识将对海南岛的成因及其与华南地质关系的研究具一定意义。
　　野外工作始终得到海南屯昌晨星农场的大力支持，李献华研究员对玄武岩时代的认识提出了建设性的意见，在此表示衷心的感谢。

基金项目：中国科学院“八五”黄金攻关课题资助，参加野外和部分室内工作的还有:侯威、杨心宜、胡惠东、梁新权、佘仁富、钟建华等.
作者简介：唐红峰(1963－),男，博士后，岩石学和地球化学专业.
作者单位：中国科学院地球化学研究所矿床开放实验室，贵州　贵阳　550002

参考文献：
1977　袁奎荣，梁金城，李公时，等.海南岛西部地槽的发现及其对找铁矿的意义[J].中南矿冶学院学报，(3):13～45.
1983　Schilling J G,Zajac M,Evans R et al.Petrologic and geochemical variations along the Mid－Atlantic Ridgefrom 29°N to 73°N[J].Am.J.Sci.,283:510～584.
1989　Wilson M.Igneouse petrogenesis:a global tectonic approach[M].London:Unwin Hyman.
1991a　夏邦栋，施光宇，方中,等.海南岛晚古生代裂谷作用[J].地质学报，65(2):103～115.
1991b　夏邦栋，于津海，方中,等.海南岛石炭纪双峰式火山岩及其板块构造背景[J].岩石学报，7(1):54～62.
1992　Fang Z,Zhao J X,McCulloch M T.Geochemical and Nd isotopic study of Palaeozoic bimodal volcanics in Hainan Island,South China—Implications for rifting tectonics and mantle reservoirs[J].Lithos,29:127～139.
1993　卢功一，徐鹏彪，冯振兴,等.海南岛南渡江中游一带浅变质岩系的划分及时代归属[J].地层学杂志，17(2):100～107.

收稿日期：1999－03－29；改回日期：1999－11－10