白云凹陷(位于珠江口盆地)中花岗岩类岩石的岩石学、地质年代学及地球化学特征:对中国东南沿海古太平洋板块俯冲作用的意义

时间:2026年3月20日
来源:Journal of Asian Earth Sciences

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本研究通过岩石学、年代学与地球化学分析,揭示珠二围闭Baiyun凹陷基底主要由燕山期中酸至酸性侵入岩组成,具有岩浆弧特征(富集K、Rb,亏损Nb、Ta),并与华南沿海高钾钙碱性花岗岩形成对比。空间上显示从南到北岩石组合变化,揭示华南海盆北部边缘燕山期岩浆弧连续延伸的证据。

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陆范荣|赵俊峰|彭光荣|黄磊|张莉莉|梁超|潘杰|吴哲|陈书辉
中国西北大学大陆演化与早期生命国家重点实验室,西安710069

摘要

晚中生代古太平洋板块俯冲到华南地块下方所引发的岩浆活动,在近海盆地基底及相邻的陆上地区有广泛记录。然而,由于样品稀缺,晚中生代近海基底岩石的成因仍知之甚少。本研究整合了对白云凹陷新采集的基底样品的岩石学、地质年代学和地球化学分析结果,并与中国东南沿海花岗岩的对比数据进行了研究。白云凹陷的基底主要由来自相对年轻地壳的中性至酸性侵入岩构成,这与中国东南沿海地区的高钾钙碱性花岗岩(来自古老、演化成熟的地壳)形成对比。燕山期岩浆岩在南中国海北部边缘显示出向东南和东北方向逐渐年轻的趋势。白云凹陷和大鹏半岛的样品具有岩浆弧的特征,表现为大离子亲石元素(Rb、K)富集,高场强元素(Nb、Ta、Ti、P)亏损,以及轻稀土元素(REE)的分馏模式和较低的Eu负异常。相比之下,南头半岛的样品则显示出前弧扩张的特征,包括Nd富集、Ba、Sr、Eu、Ti和REE四元组元素的亏损。晚中生代岩浆弧连续延伸穿过珠江口盆地的朱I凹陷、中央隆起带和白云凹陷,连接了中国西北部与东南沿海地区。这些发现限制了白云凹陷基底的形成机制,并有助于重建珠江口盆地的俯冲相关构造背景。

引言

晚中生代古太平洋板块(PPP)俯冲到华南地块(SCB)下方所引发的广泛岩浆活动在南中国海(SCS)边缘及相邻的陆上地区都有记录(图1a;Engebretson, 1985, Isozaki et al., 2010, Lin et al., 2017, Maruyama et al., 1997)。具体而言,这些岩浆作用形成的岩石在中国东南部、SCS北部和西部边缘的近海盆地基底以及印度支那半岛上均有保存(Charvet et al., 1994, Xu et al., 1982, Zhou and Li, 2000)。这些岩石主要由花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩组成(Areshev et al., 1992, Cui et al., 2021, Liu et al., 2020, Liu et al., 2020, Wang et al., 2021)。珠江口盆地(PRMB)、琼东南盆地、珠江口盆地和万安盆地的基底在新生代沉积之前经历了长期的地壳压缩和风化作用。在这些基底的浅层风化和深部断裂带中发现了多个油气田,如白虎油田、大洪油田、HZ26-6油田和YL8气田(Hou et al., 2023, Nguyen et al., 2018, Tian et al., 2020)。大量研究表明,这些盆地的基底具有相似的构造背景和演化历史,表明在这些结晶基底中继续进行油气勘探和开发具有巨大潜力(Fyhn et al., 2009, Gao et al., 2022, Tang et al., 2017)。
作为SCS北部最大的新生代含油盆地,PRMB的油气分布具有明显特征:南部以石油积聚为主,北部以天然气积聚为主(He et al., 2012, Shi, 2013)。尽管PRMB的勘探历史主要集中在新生代沉积层,但最近的研究已扩展到中生代基底(Gao et al., 2025)。基底油气勘探主要针对PRMB东北部的惠州凹陷(Luo et al., 2019)。然而,由于上覆的新生代地层异常厚且基底钻探有限(主要集中在北部盆地的浅水区),对基底成因和构造演化的理解仍然有限。地质物理数据和有限的采样是现有解释的基础。
地质物理和钻孔数据初步揭示了基底成分。印支期岩浆复合体位于西部杨江–义同安沙断层带内,而燕山期(晚侏罗世–早白垩世)岩浆复合体分布在其东侧的北部。晚中生代前弧沉积层发育在潮汕凹陷中,变质岩则零星分布于基底中(Gao et al., 2022)。SCS北部边缘的高磁异常带可能标志着古代岩浆弧的位置(Boyd et al., 2007, Li et al., 2018, Zhou et al., 2006, Zhou et al., 2006)。钻孔数据进一步表明,朱I凹陷和中央隆起带东部的基底由燕山期花岗岩组成,形成于岩浆弧环境(Gao et al., 2022, Li et al., 1999, Liu and Wu, 2011, Luo et al., 2019, Xu et al., 2015)。此外,晚中生代前弧盆地沉积岩也发育在潮汕凹陷中(Hao et al., 2009, Lin et al., 2019)。
位于朱II凹陷东部的白云凹陷(图1b)是未来基底油气勘探的关键区域。在其新生代地层中发现的商业油气藏(如LW3-1、LH34-3和LH29-1)证实了它是PRMB中最大且最富烃的凹陷,其下伏基底中也已检测到烃类(Ji et al., 2017, Peng et al., 2024)。从构造上看,白云凹陷是一个由强烈地壳剥离和减薄形成的宽阔而深的断层控制凹陷,是PRMB的主要沉降和沉积中心。上覆的新生代地层厚度超过13公里(Li et al., 2020, Li et al., 2020, Pang et al., 2018)。尽管其重要性不言而喻,但白云凹陷基底的岩性、侵入年龄、成因和构造背景仍知之甚少。然而,从其周围隆起区新采集的基底样品为深入理解其地质演化提供了宝贵机会。
PRMB的基底位于SCS北部边缘的大陆架和斜坡上,代表了SCB基底向海外的延伸。这些连续的地壳域具有相似的构造框架和强烈的成因亲缘关系。因此,中国东南沿海地区的晚中生代花岗岩样品为理解白云凹陷的基底成分和演化提供了有价值的参考。
本研究结合了对白云凹陷新采集的基底样品的岩石学分析、U–Pb锆石地质年代学、全岩地球化学和Sr–Nd–Pb同位素数据,以及对中国东南沿海晚中生代花岗岩的对比分析,旨在:(1)描述白云凹陷基底的岩性、侵位年龄、成因和构造背景;(2)进一步明确晚中生代岩浆弧的空间范围;(3)深入了解SCS北部边缘的俯冲相关构造框架。

地质背景

SCS位于欧亚板块、太平洋板块和印度-澳大利亚板块的交汇处,是西太平洋最大的大陆边缘海(图1a;Wang et al., 2017)。PRMB沿SCS北部边缘呈NE–NEE方向延伸,从北到南依次分为北部隆起带、朱I凹陷、朱III凹陷、中央隆起带、朱II凹陷、南部隆起带和朱IV凹陷(图1b)。作为最大的新生代

数据与方法

近年来,共有27口井穿透了白云凹陷的基底。大多数井提供了多个采样深度,本研究选择了来自最深处的、风化程度最小的基底样品进行岩石学和地球化学分析。样品采集自白云凹陷周围的番禺低隆起、云东低隆起、云里低隆起和云开低隆起(图1b)。此外,还采集了8个对比岩石样品

岩石学

白云凹陷基底的侧墙岩芯显示全结晶结构(图2a–c)。初步观察表明,这些岩石主要由石英、斜长石、钾长石和基性矿物组成(图2d–i)。基底岩石的颜色变化反映了这些矿物相对比例的差异(图2a–i)。
显微分析证实,白云凹陷基底具有

岩石成分的空间变化模式

PRMB的基底包含多种岩石类型,从中性–基性到酸性岩石都有(图4),其中花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩最为常见(图8a–b)。地球化学数据显示,PRMB的成分从北向南存在变化,从肖肖纳岩系列向低钾钙碱性系列过渡。大多数花岗岩属于钙碱性和高钾钙碱性系列,Rittman指数(σ)< 3.3。在不同的区域观察到明显的地球化学趋势

结论

  • 白云凹陷的基底岩石主要由燕山期中性-酸性侵入岩组成。其中,花岗岩是主要岩性。单斜长花岗岩出现在云开和云东低隆起区,闪长岩零星分布于番禺低隆起区东部,而沉积岩仅限于东南凹陷区。
  • 白云凹陷北部斜坡的基底岩石形成于晚侏罗世至早白垩世期间相对年轻的地壳。

未引用参考文献

Allègre and Othman, 1980, Chappell and White, 1983, Ding, 2021, Hao, 2023, Li, 2000, Li and Li, 2007, Shen et al., 1993, Wang et al., 2021, Yang, 2021, Zhang et al., 2012, Zhang et al., 2015.

CRediT作者贡献声明

陆范荣:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 原稿,可视化,软件应用,方法学研究,数据分析,概念构思。赵俊峰:撰写 – 审稿与编辑,项目监督,项目管理,资金筹集,概念构思。彭光荣:资源获取,项目管理。黄磊:项目管理,概念构思。张莉莉:资源协调。梁超:可视化,概念构思。潘杰:软件应用,资源协调。吴哲:

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(资助编号:42172123、42230815、42202124)的支持。作者衷心感谢中国海洋石油总公司深圳分公司提供白云凹陷的基底样品。同时,我们也感谢西北大学地质系的杨鹏副教授和秦阳博士在数据解释和图表设计方面提供的宝贵建议。此外,我们还要感谢编辑和审稿人的辛勤工作

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