雷琼地区新生代构造-热演化过程及与海南地幔柱的关系

Hainan mantle plume in recent years, is one of the most important discovery of the deep structure study in South China Sea，but there are still in disagreement. Experimental simulation show that there is a rapid uplift in crust resulted from the dynamic impact with the lithospheric and the invasion effect of the mass magma. However, the Leiqiong area, as an exposed area in the northern margin of South China Sea, is a window to understand the Hainan mantle plume. The thermal history information recorded by the surface rocks has not been taken seriously enough. The shallow crust exhumation process deduced from the thermal history is the result of deep crustal tectonic activity and surface processes, which is a key to reveal the tectonic thermal evolution process and the geodynamics of south China continental margin. Therefore, this project intends to combine the means of apatite fission track (FT), (U-Th)/He, and to central on the Cenozoic tectonic uplift and thermal evolution history. The thermal evolution will be constrained by the combination of analysis of apatite fission track ages with modeling of fission track length distribution. Combining with the previous results, we will conclude the spatial and temporal variation of the thermal histories and inspect the geological evidences of mantle plume model from the perspective of geothermy. At the same time, this project will build up the tectonic-thermal evolution model, and explore the tectonic deformation process and geodynamics characteristics in northwest margin of South China Sea.

海南地幔柱是近年南海深部结构研究的重要发现之一，然而目前对海南地幔柱的认识仍存在分歧。实验模拟表明地幔热柱对岩石圈的动力冲击或大规模岩浆底侵作用会造成地壳快速抬升。雷琼地区作为深部热异常体的中心区域，其地表岩石记录的大量热史信息，一直以来还未引起足够的重视。这些热史信息记载了地壳浅部的剥露过程，是地壳深部构造活动和地表过程的综合结果，承载着丰富的地质信息，是揭示雷琼地区构造-热演化过程及地球动力学研究的关键。为此，本项目拟利用磷灰石裂变径迹、(U-Th)/He等多体系低温年代学相结合的手段，采用古温标年龄空间分布特征定性分析和径迹长度定量模拟计算，以雷琼地区新生代热史为核心，约束研究区新生代以来地表抬升剥露过程，总结抬升冷却史的时空变化规律，构建构造-热演化关系模型，从地热学角度定性检验地幔柱理论预测的地质证据；最后结合前人研究成果，深入探讨南海北部边缘构造变形作用过程及其地球动力学特征。

本项目选择雷琼半岛粤西沿海造山带及海南岛北部中生代岩体为研究对象，利用磷灰石裂变径迹、磷灰石与锆石(U-Th)/He等多体系低温年代学方法相结合，反演计算了晚中-新生代热演化历史，约束了研究区新生代以来地表抬升剥露过程，深入探讨了南海北部大陆边缘构造变形作用及其地球动力学过程。研究结果表明：14个磷灰石裂变径迹年龄在30.9±2.8-59.4±9.3Ma之间，径迹长度在11.82±0.5-13.7±0.1μm，均为单峰式分布特征，Dpar值在1.11-1.39μm；13个磷灰石(U-Th)/He年龄30.3±1.9-114.9±7.1Ma之间，单颗粒峰值年龄在30-40Ma之间；锆石He单颗粒年龄范围在113.3±7.0-37.1±2.3Ma之间，其峰值年龄在90-100Ma之间。根据AFT及AHe年龄分布特征分析，可能表明雷琼半岛上地幔中的低速异常体并未向浅部传递出足够高的热量从而引起上地壳岩体热演化过程。热史反演结果表明雷琼地区花岗岩体自100Ma以来，粤西沿海造山带岩体经历了多期次的抬升冷却剥蚀过程，按地温度梯度25℃/km计算，剥蚀量约4km。在80-60Ma基本上仍然跟随前期的冷却过程，以较慢的速度，仅最北东方向的云浮岩体YF02快速抬升冷却到AFT部分退火带的上边界处，这可能与古太平洋板块俯冲后撤导致伸展作用有关。60-40Ma西南部的样品快速抬升到AFT部分退火带的上边界，阳江岩体仍缓慢抬升冷却，这一期快速抬升过程可能与青藏高原碰撞挤压的远程效应有关。约40-25Ma雷琼半岛沿海样品经历快速抬升过程，这可能与南海扩张的伸展作用有关。在约15Ma后西南方向的岩体快速抬升冷却至地表，与此同时，南海北部盆地沉积速率显著增加，这可能与亚洲季风造成剥蚀作用增强有关。