南海盆地北部玄武岩溢流相的地震反射特征及年代推断

(广州海洋地质调查局广州510760)

作者简介:高，女，1971出生，博士，教授级高级工程师，主要从事海洋地质综合调查与研究。电子邮件:promap@163.com

溢流玄武岩在盆地中广泛分布。根据近三年采集的高分辨率地震剖面资料，识别了南海盆地北部玄武岩溢流相的内部结构，认为玄武岩溢流相主要发育在下中新统、上中新统和上新统地层中，地震相主要包括四种类型:海滩强振幅地震相、丘状变幅地震相、丘状中低连续地震相和龟背地震相。形成时代推测为早中新世、晚中新世和上新世-第四纪，揭示了南海扩张期间和之后盆地内溢流玄武岩的发育。形成方式主要有裂隙喷发、中央喷发和浅部侵入。

玄武岩溢流相形成时代；南海盆地

1研究区概况

研究区为南海盆地北部(图1)，包括西北盆地和中央盆地北部，北接南海北坡，东接马尼拉海沟和吕宋岛弧，西、西南接西沙海槽和中沙群岛区。水深约3500 ~ 4100 m，区内海山较为发育。主要命名的海山有玳瑁海山、笔架山海山、始兴海山、仙北海海山、仙南海海山，以及关关滩及其附近的海山群[1]。

南海盆地北部以新近纪沉积为主，有少量古近纪沉积。厚度约500~4000 m，可识别出T1、T2、T3、t 5、T6、Tg六个主要地震反射剖面，可划分出A、B、C、D、E、F六个地震层序。相比之下，地震反射界面T1是第四纪和新近纪地层的分界线，T2是上新世和中新世地层。

近三年来，在南海盆地北部获得了近万公里的高分辨率地震剖面。这些剖面更清晰地反映了地质体的内部结构特征，更有利于识别各种沉积微相和以前难以区分的特殊地质体，如玄武岩溢流相。这种地质体一般振幅强，特征明显，但由于多为层理发育，与常规地震剖面中含灰岩沉积体的反射特征相似，高分辨率地震剖面更能反映玄武岩溢流相的内部精细程度。因此，本文根据新收集的高分辨率地震剖面，在南海北部沉积物中识别出玄武岩溢流相，并初步判断其发育时代，以便从不同角度了解南海停止扩张后的岩浆作用过程。

图1研究区域位置图

2玄武岩溢流相的研究现状

玄武岩是一种基性火山岩，是一种基性喷出岩，是地球洋壳最重要的组成部分，也是地球大陆地壳的重要组成部分。根据构造环境，玄武岩一般分为四种类型:(1)在深海洋脊上发育的玄武岩。它以每年1.5×1010t的速率从洋脊中喷涌而出，属于拉斑玄武岩，故又称深海拉斑玄武岩，不同于其他玄武岩，其K2O、TiO2 _ 2、总铁、P2O5含量低，CaO含量高。由于海底的扩张，来自洋脊的深海拉斑玄武岩成为洋壳的主要成分。(2)玄武岩发育在海盆中的岛屿和海山中。一般由拉斑玄武岩和碱性玄武岩组成，其成因可能与上地幔柱活动有关。(3)岛弧和活动大陆边缘发育玄武岩。拉斑玄武岩一般在深沟附近和早期发育，规模大，分布广，可能是细碧斑岩系列的一部分。在大陆方向，碱含量增加，为碱性玄武岩，但也可以有拉斑玄武岩与之伴生。(4)大陆发育的玄武岩。包括大规模泛滥拉斑玄武岩和少量裂隙喷发的碱性玄武岩，受大陆地壳花岗岩污染。由于玄武岩浆粘度低，流动性大，溢出地表时容易形成大规模熔岩流和熔岩毯，但也有层状侵入体，如基岩[2，3]。

玄武岩溢流相是溢流玄武岩的地震相，黑色，致密，常有孔隙，密度相对较高，在地震反射中一般具有强振幅和低频反射[4]；由辉石和斜长石组成，柱状节理发育。地质历史时期，有大面积(几十万平方公里以上)、大厚度(厚达几千米)的玄武岩。

玄武岩的产状与其喷发方式密切相关，主要分为裂隙喷发和中心喷发两种喷发方式。喷发相对平静时，形成溢流火山喷发，大量流动的玄武质熔岩从火山口或裂缝中涌出，形成坡度平缓的盾状火山，常形成熔岩流、熔岩毯和熔岩隧道[2，3]。

裂隙喷发往往构成大面积的泛滥玄武岩，裂隙喷发通道往往表现为与玄武岩成分相似的岩壁，但往往被后期的岩流所掩埋，不易发现。一个地区的玄武岩往往是由几次或几十次喷发形成的，喷发间隔可长可短，有的长达几十万年。中央喷发构成了玄武岩锥及其邻近的熔岩流和火山碎屑岩[2-4]。

南海周围发育大量新生代玄武岩，为了解南海及其地块新生代的构造背景、岩石圈深部结构和壳幔相互作用提供了一个很好的窗口。目前珠江口盆地发现的最厚火山岩是由-7-1-1井钻遇的[5]。该井位于珠2凹陷西部，是南海大陆坡火山岩资料最丰富的一口井。早中新世火山带钻至2400~2830 m，曾多次喷发。玄武质熔岩层累计厚度为395 m，玄武岩累计厚度为36 m，橄榄石玄武岩层位于火山顶，熔岩和玄武岩的年龄分别为20 Ma和17.1±2.5Ma。在3500~3527 m处还发现了玄武质熔岩层，K-Ar年龄为35.5±2.8Ma。邹和平(1995) [6]指出珠江口盆地新生代玄武岩的Pb同位素组成具有DUPAL异常特征，并指出岩石圈底部的剥落或拆离可能是南海北部新生代大陆边缘扩张的重要动力学机制。中南半岛新生代火成岩分布在越、柬、老、泰，时代较新，几乎都是南海停止扩张后形成的。在越南南部，较早的火山喷发时间为15 ~ 10 Mabp，大量喷发发生在最近5 Ma。越南新生代火山岩的喷发中心多位于大断裂的交汇处，一般有两次喷发，即高SiO _ 2、低FeO的应时和早期张裂喷发的来自岩石圈地幔的橄榄石拉斑玄武岩， 以及后期集中喷发的来自软流圈的低SiO _ 2高FeO橄榄石拉斑玄武岩和碱性玄武岩[台湾省南部和西部的澎湖列岛和吕宋岛西部发现早中新世火山岩，而岛弧东部主要有晚中新世至第四纪火山，至今仍有活动，主要为安山岩和玄武岩[8]。

本文的研究对象是探讨洋盆构造环境下形成的玄武岩熔岩流或熔岩毯、玄武岩层状侵入体的地震相特征和形成时代。

3判断研究区玄武岩发育的依据

截至目前，公开报道的在南海深海海盆获得岩石样品的海山有四座:1979年，广州海洋地质调查局与美国拉蒙特-多尔蒂地质天文台合作在南海调查时，美国“魏玛”号调查船分别对中南海山、镇北海山和龟背海山进行了拖网调查[9]；1986年，广州海洋地质调查局调查船海阳四号在仙北海山北部拖网采集玄武岩样品[9]。用40Ar/39 Ar法和稀释法确定何苗苗海山样品为应时拉斑玄武岩，其年龄为(13.80 1.03)～(14.10 1)Mabp。镇北海山为橄榄石拉斑玄武岩，年龄为(9.50±0.92)～(9.90±1.40)MABP。中南海山为碱性玄武岩，年龄为3.49±0.58 MaBP；；碱性玄武岩和拉斑玄武岩样品均产于仙北海山。碱性玄武岩年龄为22.09±0.42Ma，拉斑玄武岩K-Ar稀释法年龄为38.72±1.25Ma[10]。

可以看出，研究区的火山岩可能是由于海底扩张而来自洋脊的深海拉斑玄武岩；而洋盆中岛屿和海山发育的玄武岩一般由拉斑玄武岩和碱性玄武岩组成，是玄武岩溢流相由地震相转变为岩石相的重要证据。

研究区玄武岩溢流相的地震相特征及其形成时代推断

通过地震解释分析发现，南海盆地北部玄武岩溢流相主要发育在地震层序B、C和E中，即下中新统、上中新统和上新统地层中。

4.1地震序列E(Tg-T5)

下中新统玄武岩溢流相主要以两种地震相为特征:

在研究区的许多区域，特别是南部和东北部，形成了丘陵状的可变振幅地震相。地震反射特征杂乱无章，呈丘陵状(图2)，强振幅与弱振幅相间，整体振幅强，中低频与同相轴连续性差。地震相的下部靠近海盆的基底，周围的火山非常发育。根据地震的内部反射结构和邻近地层的地震相特征，玄武岩溢流相沿断层和裂隙发育，是裂隙喷发的产物，局部喷发以中央为主。地震相周围可见强振幅玄武岩与深海沉积物互层，主要发育在E层序的中上部，因此推测玄武岩溢流相形成于早中新世中晚期，相当于白云凹陷BY-7-1-1钻遇的早中新世火山丘陵时代。

研究区许多地区发育海滩状强振幅地震相，特别是南部和东北部的火山易发区，具有波状结构、海滩状外观和斑块(图2)；反射特征为超振幅、低频、中等连续性，局部连续性增强；周围有火山岩，推测为玄武岩溢流相，呈片状分布，厚度约150 ~ 250 m，面积数十平方公里。玄武岩溢流相主要发育在层序E的上部，与具有丘状变幅地震相的玄武岩溢流相相邻，与上覆地层产状相似。可见与层序E沉积物混合沉积的地震反射特征，推测形成时期也是早中新世。

图2东北盆地玄武岩溢流相的地震反射特征

4.2地震序列C(T3-T2)

地震序列C，即晚中新世地层中的玄武岩溢流相，也表现为两个地震相，即一个山丘状的变幅地震相和一个海滩状的强振幅地震相(图2)。

研究区多处发育丘状变幅地震相，尤其是盆地中南部和东北部。内反射为混沌小丘状结构，呈山形，强振幅与弱振幅相间，但以强振幅、中低频、连续性差为主。玄武岩溢流相分布在层序C的中上部，与两侧地层呈之字形相交。顶部界面与上覆岩层平行并呈层间接触。推测地震相形成于晚中新世中晚期，可能是多次喷发的结果。其形状类似火山锥，与附近断层关系不明显。推断是中部火山喷发的产物。

海滩状强振幅地震相在盆地火山易发区广泛发育，主要分布在图面南部，在盆地东北部也有发育；波浪状结构，海滩状，强振幅，中低频，连续性中好。玄武岩溢流相分布在层序c的中部和顶部，顶部溢流玄武岩多与丘状变幅地震相溢流玄武岩相连或接近，与下伏地层和上覆层序呈整体接触，非侵入性。因此，认为层序C顶部溢流玄武岩与中央喷发晚期溢流玄武岩同期形成，推测形成于晚中新世末，平面上呈岩片状，厚度约100 m，层序C中部溢流玄武岩与周围地层呈弱侵入接触，其形成时代应在中新世末或更晚，厚度约150 ~ 250 m。

4.3地震序列B(T2-T1)

层序B(T2-T1)是上新世最发育的玄武岩溢流相，在盆地中南部广泛发育，地震相类型较多，主要表现为以下三种形式。

盆地地区多处发育龟背地震相，但规模普遍较小。形态为龟背或平丘，外反射同相轴为双相强振幅、高连续反射，形成玄武岩顶部反射波；内反射被顶面强反射屏蔽，呈现波状-非反射结构，振幅中弱，频率中低，连续性中低。在地震相的下部有时可以看到断层状的发射波，这可能是火山气体通道(图3)。断层周围有一个具有方向性构造的小凹陷，凹陷内有一个向上超充的反射波，与周围地层呈明显的侵入接触。根据地震相与周围地层的接触关系，推测玄武岩溢流相形成较晚，可能是第四纪岩浆活动的产物。

滩状强振幅地震相主要分布在研究区的南部盆地地区，更多分布在火成岩发育区附近。地震特征为滩状、波状-近平行结构、强振幅、中低频、中高连续性。它发育在层序B的下、中、上部，中下部分布较多(图4)。与层序周围的沉积层呈整体接触，一般呈岩片状，局部呈岩床状，厚度约100 ~ 300 m，推测该玄武岩的溢流相大多形成于上新世，部分溢流玄武岩中可能有第四纪侵入体。

丘陵中低连续地震相主要分布在研究区南部盆地，在海山发育区附近分布较多。山形外观，波状-混沌结构，强弱振幅交替，但以弱振幅为主，中低频，中低连续。在这个地震相的周围有一个海滩状的强振幅地震相，与顶部层序A中的地层呈侵入接触，与周围地层的上部呈侵入接触，主要与中下部呈整合接触(图4)，呈火山锥形状，断层不发育。推测玄武岩溢流期主要为中心喷发，形成期为上新世-第四纪，为多次喷发。

5讨论和结论

根据以上分析，研究区玄武岩溢流相主要发育在下中新统、上中新统和上新统-第四纪地层中，形成时期推测为早中新统、晚中新统和上新统-第四纪，表明溢流玄武岩是在南海扩张期间和之后在盆地中发育的。地震相主要有四种类型，即滩状强振幅地震相、丘状变幅地震相、丘状中低连续地震相和龟背状中弱振幅地震相。它们主要是裂隙喷发、中央喷发和浅部侵入的产物，尤其是龟背玄武岩相，一般在上新世-第四纪沿层内断层或裂隙侵入，滞留在近地表的浅层。盆地溢流玄武岩的这些特征与南海相似，但与南海不同。形成时期与南海基本相同，但在中新世中晚期，南海及其周边地区发育溢流玄武岩和海山，而盆地玄武岩溢流相不太发育。此外，盆地内溢流玄武岩规模普遍较小，只有几十至几百平方公里，而中南半岛玄武岩喷发面积可超过8000 km2。这些差异表明了不同的构造背景和不同的岩浆活动特征。

图3龟背玄武岩溢流相和火山气通道的地震反射特征

图4层序b中滩和丘玄武岩溢流相的地震反射特征。

参考

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[2]McKenzie D . Keith O . N . R .地幔储层和大洋岛玄武岩。自然，1983，301:229~231。

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梁德华，李阳。南海仙北海玄武岩中的超镁铁质捕虏体。南海地质研究(四)，武汉:中国地质大学出版社，191，122 ~ 133。

[10]李，邱志立，秦社才，等。南海海山玄武岩形成条件研究。矿物学报，1991，1 (4): 327 ~ 333。

南海北大洋盆地溢流玄武岩相地震反射特征及年龄推断

高

(广州海洋地质调查局，广州，5 10760)

文摘:溢流玄武岩广泛分布于南海深海盆地。利用最近三年的高分辨率地震资料，分析和识别了南海北海盆溢流玄武岩的地震相组合和内部特征。发现溢流玄武岩相主要发育在下中新世、上中新世和上新世层序中，地震反射特征主要表现为海滩式强振幅地震相、小丘式变幅地震相、小丘式中孔连续性地震相和龟背式地震相四种类型。这些溢流玄武岩的生长时代推测为早中新世、晚中新世和上新世—第四纪。研究表明，溢流玄武岩不仅在洋扩张期间发育，而且在洋扩张停止后也有发育。其活动方式基本包括断裂型喷发、震源型喷发和侵入浅地层型喷发三种。

关键词:南海海盆洪水玄武岩相年龄推断