高红芳
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
作者简介：高红芳，女，1971年生，博士，教授级高工，主要从事海洋地质综合调查和研究工作。E-mail：promap＠163.com
摘要 溢流玄武岩在海盆内分布广泛，本文运用近三年来采集的高分辨率地震剖面数据，对南海海盆北部玄武岩溢流相的内部结构进行了识别，认为玄武岩溢流相主要发育于下中新统、上中新统和上新统地层内，地震相主要表现为滩状强振幅地震相、丘状变振幅地震相、丘状中-低连续地震相和龟背状地震相四种类型；形成时期推测为早中新世、晚中新世及上新世-第四纪时期，揭示出在南海扩张期间及停止扩张后，海盆都有溢流玄武岩发育；形成方式主要为裂隙式喷发、中心式喷发和浅层侵入三种。
关键词 南海海盆 玄武岩溢流相 形成时代
1 研究区概况
研究区为南海海盆北部（图1），包括西北海盆和中央海盆北部，其北边接南海北部陆坡，东部为马尼拉海沟及吕宋岛弧，西部及西南部为西沙海槽和中沙群岛区。水深约在3500～4100 m之间，区内海山比较发育，已命名的主要有玳瑁海山、笔架海山、石星海山、宪北海山、宪南海山，此外还有管事滩及其附近的海山群［1］。
南海海盆北部主要以新近系沉积为主，少量古近系沉积沉积。厚度约在500～4000 m之间，可识别T1、T2、T3、T5、T6、Tg六个主要地震反射截面，划分出A、B、C、D、E、F六个地震层序，经过对比，地震反射界面T1为第四纪与新近纪地层的分界，T2为上新世与中新世地层的分界，T3为晚中新世与中中新世地层的分界，T5为中中新世与早中新世地层的分界，T6为新近纪与古近纪地层的分界，Tg为海盆沉积层底界面。
近三年来在南海海盆北部获取了近万千米的高分辨率地震剖面，这些剖面对于地质体的内部结构特征反映的更为清晰，更有利于识别各种以前不易辨别的沉积微相和特殊的地质体，如玄武岩溢流相，该地质体一般振幅较强，特征较显著，但因为大多顺层发育，在常规地震剖面上与含灰岩质的沉积体反射特征较类似，而高分辨率地震剖面可以更好地反映玄武岩溢流相的内部精细结构，使其更加易于识别。因此，本文在最新采集的高分辨率地震剖面的基础上，对南海北部沉积层中的玄武岩溢流相进行了识别和发育时代的初步判断，以期从不同的角度了解南海扩张停止后，岩浆作用的过程。
图1 研究区位置图
2 玄武岩溢流相的研究现状
玄武岩属基性火山岩，是一种基性喷出岩，是地球洋壳的最主要组成物质，也是地球陆壳的重要组成物质。按产出的构造环境，玄武岩一般分为四种：(1)发育于深海洋脊的玄武岩。大致以每年1.5×1010t速率自洋脊涌出，属拉斑玄武岩类，故又名深海拉斑玄武岩，以低含量的K2O、TiO2、全铁和P2O5、高含量的CaO，区别于其他玄武岩。由于海底扩张，来自洋脊的深海拉斑玄武岩成为洋壳的主要组成。(2)发育于洋盆内群岛和海山的玄武岩。一般由拉斑玄武岩和碱性玄武岩复合构成，其成因可能与上地幔热柱活动有关。(3)发育于岛弧和活动大陆边缘的玄武岩。一般近深海沟一侧和早期发育的是拉斑玄武岩，规模大，分布广，并可能是细碧角斑岩系列的组成部分；向大陆方向，碱含量增高，为碱性玄武岩，但也可以有拉斑玄武岩与之共生。(4)发育于大陆内部的玄武岩。它包括由裂隙喷发的大规模泛流拉斑玄武岩和少量的碱性玄武岩，它们受陆壳花岗物质混染。由于玄武岩浆粘度小，流动性大，喷溢地表易形成大规模熔岩流和熔岩被，但也有呈层状侵入体的，如岩床等［2，3］。
玄武岩溢流相是溢流玄武岩（flood basalts）的地震相表现，溢流玄武岩，黑色，致密，常有气孔，相对密度较大，地震反射中一般为强振幅、低频反射［4］；由辉石和斜长石组成，柱状节理发育；地质历史时期中，曾有大面积（超过几十万平方千米）大厚度（厚达数千米）的玄武岩产出。
玄武岩的产状与其喷发方式密切相关，主要可分为两种喷发方式：裂隙式喷发和中心式喷发。在喷发比较平静时，形成溢流式火山喷发，从火山口或裂隙大量涌出易流动的玄武岩质熔岩，形成坡度较缓的盾形火山，而且多会形成熔岩流、熔岩被和熔岩隧道［2，3］。
裂隙式喷发往往构成大面积的泛流玄武岩，裂隙式喷发通道经常表现为与玄武岩成分相仿的岩墙群，但它们往往被后来的岩流掩埋而不易发现。一个地区的玄武岩往往由几次或几十次喷发形成，喷发间隔时间可长可短，有的长达几十万年。中心式喷发构成玄武岩火山锥及其邻近的熔岩流和火山碎屑岩［2-4］。
南海周缘发育有大量的新生代玄武岩，为认识新生代时期南海及其领域大地构造背景、深部岩石圈结构及壳幔相互作用提供了很好的窗口。珠江口盆地目前发现最厚的火山岩由BY-7-1-1井钻遇［5］。该井位于珠二坳陷西部，是南海陆坡火山岩资料最丰富的井。在2400～2830 m处钻遇早中新世火山丘，为多次喷发，玄武质熔岩层累计厚度达395 m，玄武岩累计厚度36 m，橄榄石玄武岩层位于火山丘顶部，其中熔岩和玄武岩测年分别为20 Ma和17.1±2.5 Ma；3500～3527 m也见有玄武质熔岩层，K-Ar测年为35.5±2.8 Ma。邹和平等（1995）［6］研究指出，珠江口盆地的新生代玄武岩Pb同位素组成具有DUPAL异常特征，并指出岩石圈底层剥落或拆离作用可能是南海北部新生代陆缘扩张的一种重要动力学机制。中南半岛的新生代火成岩在越南、柬埔寨、老挝和泰国都有分布，时代较新，几乎都是在南海扩张停止以后才形成的。在越南南部较早的火山喷发时间是15～10 MaBP，大量喷发则是最近5 Ma以来，越南新生代火山岩喷发中心大都位于大断裂交汇处，一般都具有两期喷发，即前期从张裂隙喷发的源自岩石圈地幔的高SiO2、低FeO石英及橄榄拉斑玄武岩，以及后期中心式喷发的源自软流圈的低SiO2高FeO橄榄拉斑玄武岩和碱性玄武岩［7］。台湾南部和西部澎湖列岛区以及吕宋岛西部都见有早中新世火山岩，而在岛弧东部主要是晚中新世至第四纪火山，至今仍有活动，以安山岩和玄武岩为主［8］。
本文的研究对象就是洋盆构造环境下形成的玄武岩熔岩流或熔岩被以及玄武岩的层状侵入体的地震相特征和形成时代的探讨。
3 研究区玄武岩发育的判别依据
南海深海盆区，到目前为止，见有公开报道取到岩石样品的海山主要有四个：1979年，广州海洋地质调查局与美国拉蒙特-多尔蒂地质观察所合作在南海调查时，由美国“维玛号” 调查船分别在中南海山、珍贝海山和玳瑁海山上用拖网采集到岩石样品［9］；1986年，广州海洋地质调查局“海洋四号” 调查船在宪北海山北部用拖网采集到玄武岩样品［9］。用40Ar/39 Ar法和稀释法，测得玳帽海山样品为石英拉斑玄武岩，年龄为（13.80±1.03）～（14.10±1.1）MaBP；珍贝海山为橄榄拉斑玄武岩，年代为（9.50±0.92）～（9.90±1.40）MaBP；中南海山为碱性玄武岩，年代为3.49±0.58 MaBP；宪北海山既取得碱性玄武岩又取得了拉斑玄武岩样品，碱性玄武岩时代为22.09±0.42 Ma，其拉斑玄武岩K-Ar稀释法年龄为38.72±1.25 Ma［10］。
由此可见，研究区火山岩可能为由于海底扩张，来自洋脊的深海拉斑玄武岩；以及发育于洋盆内群岛和海山的玄武岩，一般由拉斑玄武岩和碱性玄武岩复合构成，这是玄武岩溢流相由地震相转为岩石相的重要证据。
4 研究区玄武岩溢流相地震相特征及形成时代推断
通过地震解释分析，发现南海海盆北部玄武岩溢流相主要发育于地震层序B、C、E中，即下中新统、上中新统、上新统地层之中。
4.1 地震层序E（Tg-T5）
下中新统内玄武岩溢流相主要表现为两种地震相特征：
丘状变振幅地震相，在研究区多处区域发育，在南部和东北部尤其发育，地震反射特征呈杂乱结构，丘状外形（图2），振幅强中弱交替出现，总体振幅较强，中-低频、同相轴连续性差。该地震相下部紧接洋盆基底而且周缘火山较发育。根据地震内部反射结构和邻近地层地震相特征，该玄武岩溢流相沿断层和裂隙发育，为裂隙式喷发的产物，局部以中心式喷发为主。在该地震相周缘可以见到强振幅的玄武岩物质与深海沉积物互层发育，主要发育于层序E中上部和顶部，因此推测该玄武岩溢流相形成时期在早中新世中晚期到末期，与白云凹陷BY-7-1-1钻遇的早中新世火山丘时代相当。
滩状强振幅地震相，研究区多处区域发育，以南部和东北部火山多发区域更为常见，呈波状结构，滩状外形，成片发育（图2）；反射特征为超强振幅、低频、中连续，局部连续性增强；其周缘有火山岩发育，推测为呈岩席状展布的玄武岩溢流相，厚度约为150～250 m，面积可达到几十平方千米。该玄武岩溢流相主要发育于层序E上部，紧邻具丘状变振幅地震相的玄武岩溢流相，和上覆地层产状相似，可以看到和层序E沉积物混杂沉积的地震反射特征，推测形成时期也是早中新世。
图2 海盆东北部玄武岩溢流相地震反射特征
4.2 地震层序C（T3-T2）
地震层序C即晚中新世地层内玄武岩溢流相也是表现为丘状变振幅地震相和滩状强振幅地震相两种地震相特征（图2）。
丘状变振幅地震相，研究区多处发育，在海盆中南部和东北部尤其发育，内部反射特征呈杂乱-乱岗状结构，丘状外形，振幅强中弱交替出现，但以强振幅为主，中-低频、连续性差。该玄武岩溢流相分布于层序C中上部，与两侧地层呈锯齿状交叉相接，顶界面与上覆地层为平行互层状接触，由此推测该地震相形成于晚中新世中期到末期，可能为几次喷发的结果，其形态类似于火山锥，且与附近的断层关系不明显，推测为中心式火山喷发的产物。
滩状强振幅地震相，在海盆火山多发区域发育较广泛，主要分布于图幅南部，海盆东北部也有发育；为波状结构，滩状外形，强振幅，中-低频为主，中等-好连续性。该玄武岩溢流相分布于层序C中部和顶部两处区域。其顶部溢流玄武岩多与丘状变振幅地震相型溢流玄武岩相连或相近，与下伏地层及上覆层序为整合接触，非侵入接触关系，因此认为层序C顶部玄武岩溢流相形成时期与中心式喷发晚期的溢流玄武岩为同期产物，推测形成于晚中新世末期，平面上呈岩席状，厚度约100 m。层序C中部的溢流玄武岩与周围地层为弱侵入接触关系，其形成时代应为中新世末期或更晚时期，厚度约150～250 m。
4.3 地震层序B（T2-T1）
层序B（T2-T1）即上新统内玄武岩溢流相最为发育，在海盆中部和南部较为广泛发育，地震相类型较多，主要以下三种地震相形式显示。
龟背状地震相，在海盆区多处发育，但规模一般不大。外形为龟背状或扁平的丘形，外部反射同相轴为双相位强振幅高连续反射，形成玄武岩顶面反射波；内部反射被顶面强反射屏蔽，显示为波状-无反射结构、中-弱振幅、中-低频、中-低连续。该地震相下部有时可见似断层发射波，可能为火山气体通道（图3），断层周围呈向形结构的小凹陷，凹陷内为上超充填型反射波，与周围地层为明显的侵入接触关系，根据地震相与周围地层接触关系推测该玄武岩溢流相形成时期较晚，可能为第四纪岩浆活动的产物。
滩状强振幅地震相，主要分布在研究区南部海盆区，在火成岩体发育区附近分布较多。地震特征为滩状外形、波状-近平行结构、强振幅为主、中-低频、中-高连续。在层序B下部、中部和上部都有发育，以中下部分布较多（图4），与层序周围沉积层为整合接触，总体呈岩席状，局部呈岩床状，厚度约100～300 m，推测该玄武岩溢流相大部分形成时期为上新世，局部溢流玄武岩内可能存在第四纪侵入体。
丘状中-低连续地震相，主要分布在研究区南部海盆区，在海山发育区附近分布较多。丘状外形，波状-杂乱状结构，强中弱振幅交替出现，但以中弱振幅为主、中-低频，中-低连续。该地震相周缘有滩状强振幅地震相发育，与顶部层序A的地层为侵入接触，与围区地层上部为侵入接触关系，中下部以整合接触关系为主（图4），外形呈火山锥状，无断层发育。推测该玄武岩溢流相以中心式喷发为主，形成时期为上新世-第四纪时期，为多次喷发。
5 讨论与结论
根据上文分析，研究区玄武岩溢流相主要发育于下中新统、上中新统和上新统地层内，形成时期推测为早中新世、晚中新世及上新世-第四纪时期，揭示出在南海扩张期间及停止扩张后，海盆内都有溢流玄武岩发育。地震相主要表现为四种类型，分别为滩状强振幅地震相、丘状变振幅地震相、丘状中-低连续地震相和龟背状中-弱振幅地震相，主要为裂隙式喷发、中心式喷发和浅层侵入的产物，尤其是龟背状玄武岩相，一般在上新世-第四纪时期，沿层内断层或裂隙侵入，在近地表的浅地层内停留下来。海盆区溢流相玄武岩的这些特征和南海周围玄武岩既有相似之处，又有所不同，其形成时期与南海周缘玄武岩的发育时期基本一致，但中中新世中晚期在南海及周缘有溢流玄武岩和海山发育，而海盆玄武岩溢流相则不太发育；此外，海盆区溢流玄武岩的规模一般不大，仅为几十到几百平方千米，而在中南半岛玄武岩的喷发面积可超过8000 km2，这些差异说明不同的大地构造背景，岩浆活动的不同特色。
图3 龟背状玄武岩溢流相及火山气体通道地震反射特征
图4 层序B滩状及丘状玄武岩溢流相地震反射特征
参考文献
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Flood Basalts Facies’Seismic Reflect Characteristic and Age Deducing in Northern Ocean Basin of South China Sea
Gao Hongfang
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，5 10760）
Abstract：Flood Basalts distributes widely in deep Ocean Basin of South China Sea.Using the re-cent high resolution seismic data in three years，the writer analyses and identifies the seismic faci-es combination and inner feature of flood basalts of the northern Ocean Basin of South China Sea.It is found that flood basalts facies mostly develops in sequences of low-Miocene，upper-Mioceneand Pliocene，seismic reflect characteristic mainly exhibits four types including beach style strongamplitude seismic facies，hillock style changing amplitude seismic facies，hillock style middle orpoor continuity seismic facies and tortoise’s back style seismic facies.The growing age of theseflood Basalts speculates in early Miocene，late Miocene and Pliocene—Quaternary.It is indicatedthat Flood Basalts develop not only during ocean spreading but after ocean stopping spreading.The activity modes basically comprise three kinds of fracture-type eruption，focus-type eruptionand intruding shallow stratum type。
Key word：Ocean basin of South China Sea Flood basalts facies Age deducing