TIMING AND GENESIS OF CENOZOIC MAGMATISMS IN THE SOUTH CHINA SEA AND SURROUNDING AREAS
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摘要:
南海及其围区新生代岩浆活动具有相似的特征，根据与南海扩张时间(32~15.5 Ma)的先后关系，将岩浆活动分为三期：扩张前(>32 Ma)、扩张期(32~15.5 Ma)和停止扩张后(< 15.5 Ma)。从岩相学特征可知：扩张前的岩石以三水盆地双峰式岩浆岩组合为代表；根据最新的IODP 349航次的钻孔样品资料，南海海盆扩张期岩浆岩为典型的MORB，而少量的陆缘岩石资料显示，该期岩浆岩为碱性玄武岩；停止扩张后岩浆活动可分为两期，早期以大陆-大洋中脊过渡型拉斑玄武岩为主，晚期以碱性玄武岩为主。除了扩张期南海海盆的MORB，整个新生代的岩浆岩地球化学特征大体一致，与OIB相似，显示地幔源区具有不均一性，由一个DMM和一个EM端元组成，且岩石均表现出明显的Dupal异常特征。对于富集端元的性质和来源、Dupal异常的成因、海南地幔柱是否存在等问题目前存在较大争议。具OIB特征的岩浆除来自地幔柱作用外，地幔交代作用也是重要的产生机制。本文认为碳酸盐流体对地幔源区的交代作用可能在南海地区新生代岩浆活动中扮演了重要的角色。另外，岩浆岩成岩过程的研究也不够全面深入，这些都是在今后的研究工作中需要关注的地方，有待后来进一步的研究。
Abstract:The Cenozoic magmatic activities in the South China Sea (SCS) are similar with its surrounding areas. It may be divided into three stages following the spreading of the SCS: pre-spreading (32 Ma), syn-spreading (32~15.5 Ma), and post-spreading (< 15.5 Ma). The pre-spreading rocks are bimodal volcanic rock suite which is typically exposed in the Sanshui basin; the syn-spreading magmatic rocks in the SCS basin are typical MORB according to the data from IODP expedition 349, but the limited syn-spreading magmatic rocks in eastern Guangdong and western Taiwan are alkali basalts; the post-spreading magmatism can be subdivided into two periods: the early period dominated by tholeiites and the late predominated by alkali basalts. The geochemical characteristics of the Cenozoic magmatic rocks (expect the syn-spreading MORB) in the SCS and its surrounding areas are consistent and similar with OIB, indicating that the mantle source is heterogeneous, which is composed of a DMM and an EM end member, and show the Dupal isotope anomaly. However, there are controversies in the issues such as the nature and origin of the EM end member, cause of the Dupal isotope anomaly, and the existence of the Hainan plume. The plume may produce OIB-like magmas, but not all OIB-like magmas are produced from the plume, mantle metasomatism can also have important impact on the magmatism. In this paper, it's considered that carbonate fluids metasomatism in the mantle source may play an important role in the Cenozoic magmatism in the SCS and its surrounding areas. The research on the diagenetic process is not enough yet. These are the places where attention needs to be paid to in the future research work.
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Key words:
- Cenozoic magmatic activities /
- magmatic genesis /
- South China Sea
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南海是西太平洋最大的边缘海，以其独特的地质构造环境，复杂丰富的地质现象吸引了国内外众多学者的关注。尤其是与南海扩张演化有关的问题，如起始时间、扩张模式、动力学背景等，一直以来都是学者们关注的焦点。对于南海的扩张时间(表 1)，目前主流观点认为是32~15.5 Ma[1-4]，但也有学者认为南海海盆的扩张开始于更早的时期，如Hsu等[5]认为其扩张始于37 Ma，姚伯初[6]则认为南海扩张于42~35 Ma之间。而关于南海的扩张模式以及动力学背景，则是众说纷纭，存在很大的争议[1-3, 7-10]，没有达成一个较为统一的认识。
长期以来，国内外学者主要从地球物理学角度对南海的形成演化做了大量研究工作，而通过岩石“探针”手段去揭示地幔深部过程进而探讨南海形成演化问题的相关资料却比较缺乏。对岩浆岩进行岩相学、年代学、地球化学研究，辨别其物质组成、反演岩浆演化历史，不仅可以帮助了解地球深部的物质组成，还可以进一步了解深部的动力学过程。因此，本文梳理了前人对南海及其围区新生代岩浆活动的研究成果，总结他们获得的认识，分析其中的不足以及仍需关注的地方，为今后的研究工作提供参考。
1. 南海及其围区新生代岩浆活动时空分布
南海及其围区新生代岩浆活动比较活跃，广泛分布于南海海盆、南海北部陆缘、中南半岛、我国华南地区、台湾及吕宋岛弧等地区(图 1)。根据与南海扩张事件(32~15.5 Ma)的前后关系，将南海及周缘的新生代岩浆活动分为三期：扩张前(>32 Ma)、扩张期(32~15.5 Ma)和停止扩张后(< 15.5 Ma)(表 2)。扩张前的岩浆活动主要分布于南海北部陆缘及华南沿海地区[13-17]，台湾西部地区也有分布[18]；扩张期岩浆活动主要集中在南海海盆内，但由于南海海盆沉积物较厚，样品获取困难，研究资料较少，IODP 349航次在南海海盆打了5口钻井，其中U1431、U1433和U1434三口钻井成功打入洋壳基底并首次获得了南海海盆基底玄武岩样品，为研究扩张期岩浆活动提供了宝贵的机会。Wang等[19]在台湾西南部附近海山获得了一些约20 Ma的拖网样品，Li X H等[20]在南海西北部的双峰海山进行浅钻获得约23 Ma的岩石样品，而扩张期南海周缘岩浆活动很少，目前在台湾的西北部及粤东的韭菜地和普寨等地发现了约20 Ma的岩浆活动[17, 21]。停止扩张后的岩浆活动非常活跃，在南海海山及周缘陆地有大量该期岩浆岩分布，因此关于该期岩浆活动的研究资料最为丰富[13, 15, 21-42]。
图 1. 南海及其围区新生代岩浆岩分布简图(据文献[43]修改)Figure 1. Distribution of Cenozoic magmatic rocks in the SCS and its surrounding areas表 2. 南海及其围区新生代岩浆岩年龄Table 2. Ages of Cenozoic magmatic rocks in the SCS and its surrounding areas分期 地区 岩性 年龄/Ma 测年方法 数据来源 扩张前 三水盆地 粗面岩、流纹岩、玄武岩 43~64 K-Ar 文献[13] 台湾西部 玄武岩、英安岩、流纹岩 37.7~53.7 Ar-Ar 文献[18] 珠江口盆地 玄武岩、粗面岩、英安岩、安山岩、流纹岩 33.6~51.6 K-Ar 文献[14] 扩张期 粤东普寨和韭菜地 碱性玄武岩 20.2~20.8 Ar-Ar 文献[17] 台湾西北部 碱性玄武岩 20~23 文献[21] 台湾西南部 碱性玄武岩 21~22.1 Ar-Ar 文献[19] 双峰海山 粗面岩 23.3~23.8 Ar-Ar 文献[20] 宪北海山 碱性和拉斑玄武岩 15~38 文献[24] 停止扩张后 中南海山 碱性玄武岩 3.49 稀释法 文献[22] 珍贝海山 拉斑玄武岩 9.5 稀释法 文献[22] 黄岩海山 粗面岩 7.77 K-Ar 文献[39] 涨中海山 碱性玄武岩 4.76~5.78 K-Ar 文献[36] 玳瑁海山 拉斑玄武岩 14.1 稀释法 文献[22] 玄武质火山角砾岩 16.6 K-Ar 文献[42] 海南岛 碱性和拉斑玄武岩 0.68~12.89 Ar-Ar 文献[40] 雷琼地区 碱性和拉斑玄武岩 0.18~4.13 Ar-Ar 文献[30] 北部湾 玄武岩 1.1~5.9 K-Ar 文献[33] 越南 碱性和拉斑玄武岩 0.4~15.5 Ar-Ar 文献[29] | Show Table
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2. 南海及围区新生代岩浆活动特征
2.1 岩相学特征
从岩相学研究来看，扩张前的岩浆岩既有基性岩，也有中酸性岩，以三水盆地双峰式岩浆岩组合为代表[14, 17, 18, 37]。三水盆地岩浆岩主要为粗面岩、流纹岩和玄武岩。根据测年数据，盆地边缘岩石年龄较大，向中心变年轻，早期主要喷发粗面岩、流纹岩，后期主要喷发玄武岩[37]。从IODP 349航次报告中提供的南海洋壳玄武岩样品资料来看，扩张期海盆岩浆岩中主要矿物为斜长石、辉石、橄榄石，与典型的MORB结晶组合相似，而且均具有典型的MORB蚀变特征，结合初步的地球化学分析判断为MORB[44]，而扩张期陆缘岩浆岩主要为碱性玄武岩[17, 19, 21]。停止扩张期后的岩浆岩主要为拉斑玄武岩与碱性玄武岩组合，该期岩浆可大致分为两个阶段，早期通过拉张断裂进行的大规模溢流式喷发主要形成拉斑玄武岩，为大陆-大洋中脊过渡型，之后为火山中心式的零散喷发，形成碱性玄武岩[22, 26, 30]。
2.2 地球化学特征
2.2.1 微量元素特征
扩张前的三水盆地双峰式岩浆岩组合微量元素特征明显，粗面岩具有显著的Ba、Sr、P、Eu、Ti负异常，除了这些元素，其他不相容元素含量都比玄武岩更富集，而玄武岩的元素分布曲线较平滑，无明显异常(图 3a)。扩张期的台湾西南附近海域碱性玄武岩拖网样品具有明显的P正异常，其他元素的分布几乎与台湾西北部Kungkuan碱性玄武岩一致(图 3b)。停止扩张后各区域新生代岩浆岩的元素分布模式都比较一致，但两种岩性元素分布情况略有差异，且碱性玄武岩有轻微的P正异常，总体上碱性玄武岩系列的各不相容元素含量略高于拉斑玄武岩系列。而中国东南部地区扩张后岩浆岩不相容元素富集程度要高于其他地区，且具有K负异常(图 3c, 3d)。
图 3. 南海及其围区新生代岩浆岩微量元素蛛网图(左)和REE配分曲线(右)a.扩张前；b.扩张期；c.扩张后碱性玄武岩；d.扩张后拉斑玄武岩(图中数据为各文献报道的岩石数据的平均值。
扩张前数据来自文献[15, 18, 37]；扩张期数据来自文献[19, 21]；扩张后数据来自文献[25, 26, 31, 35, 36, 38, 41];
原始地幔、球粒陨石和OIB数据来自文献[45])Figure 3. Primitive mantle normalized trace element spider diagram (left) and Chondrite normalized REE distributional pattern diagram (right) of Cenozoic magmatic rocks in the SCS and its surrounding areaspattern diagram (right) of Cenozoic magmatic rocks in the SCS and its surrounding areas
a. pre-spreading; b. syn-spreading; c. post-spreading alkali basalts; d. post-spreading tholeiites总体上看，南海及其围区新生代岩浆岩都为不相容元素富集型，REE配分模式都为右倾的LREE富集型。虽然不同期次不同区域的元素富集程度略有不同，但基本上整个新生代岩浆岩的不相容元素组合和稀土元素分布特征大体一致，且都与洋岛玄武岩(OIB)平行或近于平行，表明它们之间具有成因上的联系。目前学者们一致认为，南海及其围区新生代岩浆活动的地幔源区特征与OIB相似，源区包含有一个富集的地幔端元，但不同时空分布的岩浆经历了不同的演化过程，使得最终形成的岩浆岩之间存在差异。
2.2.2 同位素特征
从同位素相关图解来看(图 4)，南海及围区整个新生代岩浆岩的同位素特征比较一致，87Sr/86Sr与206Pb/204Pb呈正相关关系(图 4a)，143Nd/144Nd与206Pb/204Pb呈负相关关系(图 4b)，扩张前的87Sr/86Sr相对高于其他两期，而143Nd/144Nd低于其他两期，扩张期的206Pb/204Pb最高。所有图解中同位素特征都反映岩浆岩源区由一个亏损的和一个富集的地幔端元组成。在207Pb/204Pb对206Pb/204Pb(图 4c)及208Pb/204Pb对206Pb/204Pb(图 4d)图中，绝大多数样品投点位于北半球参考线(NHRL)之上，且相对于大多数的MORB而言，对于给定的206Pb/204Pb比值，南海及围区新生代岩浆岩具有高的87Sr/86Sr、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb比值。利用收集的Pb同位素数据，计算得到的△7/4Pb及△8/4Pb值为：扩张前△7/4=8.91~12.77(10.44)，△8/4=50.07~70.84(61.06)；扩张期△7/4=1.86~11.99(6.82)，△8/4= 32.73~127(66.12)；停止扩张后南海海山△7/4=2.05~12.48(7.22)，△8/4=8.99~73.56(51.37)，雷琼地区△7/4=-2.13~11.71 (4.43)，△8/4=33.14~106.33 (51.36)，北部湾△7/4=8.44~14.47(11.62)，△8/4=61.47~75.46 (67.59)，海南岛△7/4=-0.39~12.15(7.65)，△8/4=50.75~93.00(66.13)，越南△7/4=2.31~15.60(9.16)，△8/4=33.5~98.89(61.75)(括号内为平均值)。根据Hart[46]给出的Dupal异常边界条件(△7/4Pb>3, △8/4Pb>10)判断，南海及其围区新生代岩浆岩具有显著的Dupal同位素异常。
图 4. 南海及围区新生代岩浆岩同位素相关图解扩张前数据来自文献[15, 18]; 扩张期数据来自文献[17, 19, 21]；扩张后数据来自文献[25, 26, 28, 36, 38, 41]；DMM, EMⅠ, EMⅡ, HIMU端元数据引自文献[47]; OIB数据引自文献[45]; 印度洋型MORB引自文献[48]; NHRL数据来自文献[46]Figure 4. Plots of 87Sr/86Sr vs. 206Pb/204Pb (a), 143Nd/144Nd vs. 206Pb/204Pb (b), 207Pb/204Pb vs.Plots of 87Sr/86Sr vs. 206Pb/204Pb (a), 143Nd/144Nd vs. 206Pb/204Pb (b), 207Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb (c), 208Pb/204Pb vs. 206Pb/204Pb (d) for Cenozoic magmatic rocks in the SCS and its surrounding areas综上所述，南海及围区新生代岩浆岩地化特征比较相似，类似于板内洋岛玄武岩(OIB)，地幔源区存在不均一性，由一个亏损的和一个富集的地幔端元组成，且具有Dupal异常特征。
3. 南海及围区新生代岩浆成因
南海新生代岩浆岩具有似OIB的特征，源区至少包含一个富集的和一个亏损的地幔端元，岩石之间存在一定的成因联系，但不同时空分布的岩浆经历了不同的演化历史。针对地幔端元的性质及来源，岩浆所经历的演化过程，根据地球化学数据进行分析探讨，不同学者提出了不同的观点。
3.1 扩张前
三水盆地的双峰式岩浆岩组合极具特点，为了解释其成因，Chung等[15]提出了一个“双扩散”的岩浆房模型：岩浆房是个封闭体系，边缘是一层冷凝边，阻止了岩浆受到围岩的混染。岩浆房被一个扩散界面分为上下两部分，这个扩散界面是浮力造成的岩浆分离所形成，通过这个界面可以在物质转移很少的情况下进行热量的有效传递。岩浆房下部主要为幔源的玄武质岩浆在进行强烈的对流及分离结晶作用，结晶析出的辉长质晶体下沉到岩浆房底部，剩余的较轻流体将沿着岩浆房边缘通过边界层进入到岩浆房上部，然后在上部发生分异作用产生粗面岩/流纹岩熔体。而关于河源及连平盆地同期岩浆的成因，作者则认为AFC(同化混染和分离结晶)过程起了主导作用，并且同化混染作用的影响要大于分离结晶作用。
Zhou等[37]同样对三水盆地双峰式岩浆岩进行研究，他们认为Chung等[15]提出的“双扩散”模型不能解释其成因，原因有两点：(1)“双扩散”模型要求玄武质和长英质岩浆共存于同一体系中，这势必会发生岩浆的混合，但在野外调查、测井及地球化学数据中均未出现这一现象；(2)玄武质岩浆黏度比长英质低，岩浆上升速度更快，如果这两种岩浆处于同一岩浆房中，玄武岩质岩浆会先于长英质岩浆喷出，但他们观察到的却正好相反，长英质岩浆喷发在先。他们认为三水盆地的这种岩石组合的形成主要受到分离结晶作用的控制，玄武岩演化过程中主要经历了单斜辉石和橄榄石的分离结晶，且岩浆房位置较浅(< 25 km)；粗面岩和流纹岩主要经历了单斜辉石和斜长石的分离结晶，岩浆房位置较深(> 25 km)，且在演化过程中受到地壳物质的混染。不过，他们也认为这两个不同系列的岩浆来自同一地幔源区。
Chung等[15]还提出中国南部陆缘自晚中生代以来的岩浆源区发生过一次明显的变化，早期岩浆来自受古俯冲作用影响的岩石圈地幔，而随着岩石圈的持续拉张减薄，在中新世岩浆来源变为上升的软流圈地幔。邹和平等[49]在对珠江口盆地古近纪岩浆岩的研究中及Wang等[18]在对台湾西部始新世岩浆岩的研究中也都获得了同样的认识，他们还认为分离结晶作用并不是形成扩张前双峰式岩浆岩组合的主要原因。Zhou等[37]认为三水盆地与中国东南地区及南海北部陆缘的晚中生代及新生代裂谷盆地之间存在着空间和时间上的联系，包括珠江口、茂名、河源、连平、北部湾和南海盆地，这些盆地的岩浆应该来自于相同的或至少是非常相似的地幔源区，并且他们认为地幔柱确实存在，并对这些盆地的岩浆活动造成了影响。
3.2 扩张期
从目前的研究资料来看，扩张期陆上岩浆岩岩性单一，都为碱性玄武岩；地球化学特征相似，均呈现典型的OIB特征，且均表现出EM2的富集特征。学者们认为该期岩浆地幔源区已由岩石圈地幔转为上升的软流圈地幔，而其中的富集地幔物质来自上覆的岩石圈地幔(曾受到古太平洋俯冲物质的交代)。岩石的演化过程比较简单，其间会受到分离结晶作用的影响，但影响程度较低，因此该期岩浆岩的特征可较好地反映其地幔源区的性质[17, 19, 21]。由于南海海盆沉积物很厚，岩石样品的获取十分困难，而IODP 349航次获得的基底岩石样品还在进行后续研究，有关其成岩过程的研究还未报道，因此目前对于南海扩张期岩浆活动的成因还是未知的。然而，扩张期南海海盆的岩浆活动与南海的扩张直接相关，对其进行研究将是解决南海扩张问题的关键，因此，今后的研究重点应放在对扩张期南海海盆的岩浆活动上。
3.3 停止扩张后
停止扩张后的岩浆活动活跃，在南海及围区各区域都有分布，因此关于本期岩浆成因的研究资料比较丰富，不同学者观点不一。
从岩相学研究可以发现，停止扩张后的岩浆岩主要为拉斑玄武岩和碱性玄武岩，早期以拉斑玄武岩为主，随着时间演化逐渐变为碱性玄武岩。杨蜀颖等[50]在总结对南海海山岩石的研究时，认为南海海山岩浆的这种变化趋势主要是分离结晶作用造成的。任江波等[51]在对玳瑁海山岩石进行研究时，提出岩石圈的“顶盖效应”也会促使南海拉斑玄武岩向碱性玄武岩演化，即岩石圈的厚度控制了地幔物质减压熔融时的平衡压力，岩石圈越厚，熔融区间越小，岩浆表现越碱性并富集不相容元素；岩石圈越薄，则会向拉斑玄武岩过渡，而扩张后南海岩石圈厚度整体上随时间演化慢慢增厚。而南海周缘扩张后岩浆的这种变化趋势，学者们认为是地幔源区物质不同程度的部分熔融与不同比例或不同性质的富集物质混合造成[25, 30, 38, 40]。
关于岩浆地幔源区中富集端元的性质，在对北部湾、雷州半岛、海南岛等地的岩浆岩研究中，学者们获得一致的认识，即岩浆源区的富集端元为EM2型[23, 30, 31, 41]。但关于南海海山玄武岩源区富集端元的性质出现了争议，Tu等[26]和鄢全树等[36]认为富集端元为EM2型，而邢光福[52]和杨蜀颖等[50]则认为富集端元为EM1型。此外，Hoang等[28]在对越南中南部晚期玄武岩及Chung等[21]对台湾西北部晚中新世玄武岩进行研究时，认为其源区富集端元为EM1型。
这些富集物质是从何而来的呢？根据前人的研究，目前主要存在两种观点：一种观点认为富集物质来源于受古俯冲物质交代的大陆岩石圈地幔，在南海扩张之前，古太平洋板块持续向东南亚板块下俯冲，俯冲产生的流体与富集的大陆岩石圈地幔发生交代作用，使其具有EM2特征，随着岩石圈的持续拉张减薄，软流圈地幔上升，引发岩石圈中EM物质的熔融，与软流圈熔体混合形成了扩张后的岩浆[23, 25, 26, 30, 35, 38, 51]；另一种观点则认为富集物质来源于海南地幔柱，地幔柱不仅是本期岩浆的物质来源，同样也为岩浆的形成提供热量[34, 36, 39, 41]。另外，李昌年等[34]在研究涠洲岛第四纪火山岩时提出，涠洲岛地区存在一个从属于海南地幔柱的亚地幔柱，并且该亚地幔柱的中心就位于涠洲岛。
3.4 Dupal异常
Dupal异常的概念最早由Hart [46]提出，他识别出南半球的一个明显的大规模富集地幔实例，在整个南半球0°~60°S纬度区间内呈连续分布，并且仅在南半球分布，主要集中在印度洋中脊附近。学者们对印度洋中脊的这种异常进行了持续的研究，目前主要的观点认为这种异常来源于古冈瓦纳大陆，随着冈瓦纳大陆的裂解，部分陆下岩石圈地幔(Sub-continental lithosphere mantle, SCLM)物质剥落，已经裂解的冈瓦纳大陆板块在再次运移过程中于核幔边界处捕获了剥落的SCLM，最终与地幔软流圈物质混合形成Dupal异常[48, 53, 54]。
随着研究的深入，学者们在北半球一些地区也识别出了这种Dupal异常，如菲律宾岛弧[55]、日本海地区[56]、中国东部[31]、中国西藏南部罗布莎蛇绿岩[57]、南海地区[23]等，这就表明Dupal异常并不具有地区专属性。从整理的同位素数据发现，南海及其围区新生代岩浆岩均具有Dupal异常特征，指示存在一个环南海盆地的Dupal异常地幔域，这引发了学者们的思考，这种Dupal异常特征从何而来？与南半球的Dupal异常之间是否存在联系？目前仅有南海新生代扩张后岩浆岩Dupal异常来源的研究资料，根据这些资料，主要存在两种观点：第一种观点认为二者之间是存在联系的，它们的Dupal异常特征都与古冈瓦纳大陆的裂解有关。古生物、古地磁、古气候资料都认为中国南方大陆的大部分地区曾是古冈瓦纳大陆的一部分[58-60]，部分裂解的古冈瓦纳大陆板块向北漂移到达现今的位置。在南海扩张之前，古太平洋板块向东南亚的持续俯冲使得已经富集的SCLM具有EM2、高Th/Ta和Th/Ce比值的特征，随着中国南部岩石圈的拉张减薄，软流圈上涌引发SCML物质熔融，最终使得岩浆具有Dupal异常特征[23, 25, 26, 31]。另一种观点则认为南海地区的Dupal异常与南半球的Dupal异常无关，为一内生的Dupal异常区，它的形成与海南地幔柱有密切联系[34, 36, 41]。
综合前人的研究，可以总结出南海及围区新生代岩浆活动的大致演化过程：裂解的冈瓦纳大陆向北漂移至当前位置，在漂移过程中捕获了脱落的陆下岩石圈地幔(SCLM)，古太平洋向东南亚的持续俯冲将富集物质注入SCLM，南海北部陆缘的拉张减薄引发岩石圈地幔及SCLM物质的减压熔融，形成扩张前的岩浆；随着南海海盆的张开，南海北部陆缘的拉张减薄加剧，在中新世时，上升的软流圈地幔发生减压熔融成为岩浆的主要源区，并且软流圈物质的上涌引发岩石圈地幔中的SCLM物质的部分熔融，使软流圈熔体受到SCLM物质“污染”，这一过程一直持续到南海扩张停止之后，形成了扩张期及扩张后的岩浆。不过，随着“海南地幔柱”概念的提出，部分学者认为，扩张后的岩浆来源及演化过程主要受到地幔柱的控制。
地幔柱作用形成的岩浆应具有OIB特征，但并非具有OIB特征的岩浆都为地幔柱成因，地幔交代作用也会对岩浆作用产生很大的影响。地幔交代过程中由于流体的加入导致产生了玄武岩浆和碱性岩浆，地幔交代作用的强弱决定了所生成岩浆的碱性程度[61]。Dasgupta等[62]提出碳酸盐化的橄榄岩低熔融程度(1%~5%)形成的熔体可匹配许多高碱OIB的地球化学特征。邢光福[52]在对Dupal异常成因的研究中提出，碳酸盐流体的交代作用是Dupal异常形成的关键因素。而且Li等[41]在对北部湾地区新生代玄武岩的研究中指出其源区受到了碳酸盐流体的交代作用。综上并结合南海及围区的地质环境与构造背景以及该区新生代岩浆岩的地化特征来看，笔者认为碳酸盐流体对地幔源区的交代作用在南海及围区的新生代岩浆活动中可能扮演了重要的角色。
4. 总结与展望
据前人研究成果可知，南海及其围区新生代岩浆岩具有相似的特征，地幔源区不均一，为一个亏损的DMM端元与一个富集的EM端元混合，均表现出Dupal异常特征。但对EM端元的性质及来源，Dupal异常的形成原因等还存在很大的争议，而且当前的多数研究只是停留在报道岩浆岩的年龄及岩性、地球化学特征的层面，研究不够深入，对岩浆的演化过程及其与南海构造演化之间联系的研究比较缺乏。此外，扩张期的岩浆活动与南海海盆的扩张直接相关，对该期岩浆活动的研究将是解决南海海盆扩张过程中其深部的动力学过程问题的关键，但受制于采样难度太大，目前该期岩浆活动的研究资料非常匮乏。最后，“海南地幔柱”的概念一经提出就争议不断，如果它被证实的确存在，将彻底改变整个南海地区的构造演化格局，不过目前没有足够的证据证明它的存在是否属实。
解决上述问题的关键在于获取足够的岩浆岩样品，尤其是南海海盆的岩石样品，因此，采样技术的提高显得尤为重要。目前获得的南海岩浆岩样品为零星的拖网样品，但由于缺乏样品产出构造位置的精确确定，样品的时空分布远达不到系统的程度，难以满足约束南海形成过程的要求。在今后的采样工作中需要进行合理系统的布局，尽可能运用钻探手段去获取样品。IODP349航次在我国南海海盆实施的钻探获得了宝贵的洋壳玄武岩样品，对于南海扩张期岩浆活动的研究意义重大，今后应更多发挥我国作为IODP计划参与成员国的权利，多组织多参与，使南海地质研究更全面深入。
另外，利用铂族元素(PGE)和Re-Os同位素对岩浆岩进行研究是目前国际研究的一种趋势，这种方法在很多海区和陆地的岩浆岩研究中得到了很好的应用，而在南海及围区的新生代岩浆岩研究中还未见到。利用PGE和Re-Os同位素进行岩浆岩研究具有一定的优势，表现为：(1)PGE和Re都为亲铜元素，主要富集在地核和硫化物相中；(2)PGE为相容元素，Re是中等不相容元素，岩浆演化过程中Re-Os会发生分异；(3)PGE元素之间的相容性也存在差异，导致PGE内部在岩浆演化过程中也会发生分异；(4)PGE和Re的化学性质不活泼，具有较强的抗蚀变和流体交代的能力，能更好反映岩浆源区的性质[63-66]。因此，在今后的研究工作中，可以采取这一方法，以期为南海及围区岩浆岩的研究提供更多的科学依据。
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表 2 南海及其围区新生代岩浆岩年龄
Table 2. Ages of Cenozoic magmatic rocks in the SCS and its surrounding areas
分期 地区 岩性 年龄/Ma 测年方法 数据来源 扩张前 三水盆地 粗面岩、流纹岩、玄武岩 43~64 K-Ar 文献[13] 台湾西部 玄武岩、英安岩、流纹岩 37.7~53.7 Ar-Ar 文献[18] 珠江口盆地 玄武岩、粗面岩、英安岩、安山岩、流纹岩 33.6~51.6 K-Ar 文献[14] 扩张期 粤东普寨和韭菜地 碱性玄武岩 20.2~20.8 Ar-Ar 文献[17] 台湾西北部 碱性玄武岩 20~23 文献[21] 台湾西南部 碱性玄武岩 21~22.1 Ar-Ar 文献[19] 双峰海山 粗面岩 23.3~23.8 Ar-Ar 文献[20] 宪北海山 碱性和拉斑玄武岩 15~38 文献[24] 停止扩张后 中南海山 碱性玄武岩 3.49 稀释法 文献[22] 珍贝海山 拉斑玄武岩 9.5 稀释法 文献[22] 黄岩海山 粗面岩 7.77 K-Ar 文献[39] 涨中海山 碱性玄武岩 4.76~5.78 K-Ar 文献[36] 玳瑁海山 拉斑玄武岩 14.1 稀释法 文献[22] 玄武质火山角砾岩 16.6 K-Ar 文献[42] 海南岛 碱性和拉斑玄武岩 0.68~12.89 Ar-Ar 文献[40] 雷琼地区 碱性和拉斑玄武岩 0.18~4.13 Ar-Ar 文献[30] 北部湾 玄武岩 1.1~5.9 K-Ar 文献[33] 越南 碱性和拉斑玄武岩 0.4~15.5 Ar-Ar 文献[29]
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期刊类型引用(1)
1. 陈梅，施小斌，任自强，徐子英，刘凯，刘航. 南海西北部沉积盆地晚新生代沉降、沉积特征: 对深部异常过程的响应. 地球物理学报. 2019(02): 587-603 . 
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