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菲律宾海板块位于欧亚板块、太平洋板块和印澳板块的转换交接地带，呈一个近乎直立的菱形，四周几乎全部被深海沟所包围（图1）。东部边界由北向南依次为伊豆-博宁海沟、马里亚纳海沟、雅浦海沟、帕劳海沟和阿玉海槽；西部边界自北向南依次为日本南海海槽、琉球海沟、马尼拉海沟和菲律宾海沟。由于其所处的地理位置特殊，内部构造复杂，受多个板块俯冲、多期弧后扩张以及地幔柱活动等构造因素的影响，菲律宾海板块一直是国际地学界研究的热点地区，是进行板块构造格局重建（Hall，2002，2012；Wu et al.，2016），研究板块俯冲起始机制（Stern，2004；Stern and Gerya，2018；Lallemand and Arcay，2021）等地球前沿科学问题的天然实验室，也是发展和完善板块构造理论的最佳场所。
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西菲律宾海是菲律宾海板块中最大的构造单元，然而关于其起源以及构造演化过程仍存在争议。西菲律宾海盆中央大部分地区发现的NW-SE走向磁异常模式（26~13号磁条带）表明，该海盆是在约60~33 Ma期间由中央海盆扩张中心对称扩张形成（Hilde and Lee，1984）。然而，西菲律宾海盆北侧的大东海脊区、西侧的花东海盆以及南侧的帕劳海盆的岩石拖网及同位素数据显示，西菲律宾海可能存在中生代岛弧（Murauchi et al.，1968；Karig，1971）或大陆碎片（Matsuda et al.，1977）。因此，了解西菲律宾海的起源和构造演化过程，对于理解西太平洋板块运动历史和东南亚的增长至关重要。
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本文在前人研究的基础上，利用在西菲律宾海盆中央海盆扩张中心与九州-帕劳海脊交界处钻取的海底浅钻岩芯，综合运用同位素年代学和地球化学，探讨了西菲律宾海的起源。
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1 区域地质背景
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菲律宾海面积约为5.4×106 km2，是西太平洋最大的边缘海。根据地质、地球物理等方面的差异，可以将西菲律宾海划分为几个具有不同构造特征和演化历史的单元（图1），包括大东盆岭省、西菲律宾海盆、加瓜海脊、花东海盆、帕劳海盆等。西菲律宾海向东依次为九州-帕劳海脊、四国海盆、帕里西维拉海盆、伊豆-博宁岛弧、西马里亚纳岛弧、马里亚纳海槽和东马里亚纳岛弧（吴时国等，2013）。
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图1 菲律宾海构造简图
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Fig.1 Tectonic sketch map of the Philippine Sea
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底图由Global Mapper软件制作，高程数据来自http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html；磁异常数据据Hilde and Lee，1984
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The base map is produced by Global Mapper software, and the elevation data comes from http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/global.html; magnetic anomaly data according to Hilde and Lee, 1984
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1.1 西菲律宾海盆
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西菲律宾海盆位于西菲律宾海中部，平均水深5500~6000 m，中央海盆扩张中心是一个死亡的扩张中心，将西菲律宾海盆一分为二。北侧靠近冲大东海脊发育有冲大东陡崖，Karig（1971）认为其是一个残留的北倾古海沟俯冲带。南侧靠近帕劳海盆发育有弧形的棉兰老断裂。西侧靠近加瓜海脊发育有吕宋-冲绳断裂，该断裂似乎是一个早期的转换断层，其西侧的中央海盆扩张中心已沿琉球海沟俯冲殆尽（Hilde and Lee，1984）。西菲律宾海盆内还发育有两个明显的地形高地，即本哈姆海台和乌尔达内塔海台，分别位于中央海盆扩张中心南北两侧且距离大致相等，被认为是地幔柱成因的洋底高原（Ishizuka et al.，2013；Wu et al.，2016）。
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基于大洋钻探和对称于中央海盆扩张中心的磁条带（26~13号）对比，揭示西菲律宾海盆为古近纪的洋壳，年龄约为60~33 Ma（Hilde and Lee，1984）。其中26~20号磁条带（60~43 Ma）走向NW，显示NE—SW向扩张（现今方位，下同）；而19~13号磁条带（43~33 Ma）走向近EW向，显示近S—N向扩张，并且扩张速率降至早期的一半。20号磁条带以后西菲律宾海盆扩张方向改变的时间与43 Ma热点轨迹反映的皇帝-夏威夷海岭的弯折时间基本一致，反映了该时间前后西太平洋板块的重组和运动方向的改变。
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DSDP31-294站位钻遇50 Ma的基底玄武岩，始新世含放射虫的粉砂质黏土直接覆盖在基底玄武岩之上；DSDP31-291和ODP195-1201站位分别钻遇48 Ma和47 Ma的基底玄武岩，与附近识别的21号磁条带的年龄大致一致；DSDP31-293站位钻遇42 Ma基底玄武岩，与附近的20号磁条带的年龄基本一致（Ozima et al.，1977）。
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1.2 大东盆岭省
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大东盆岭省位于西菲律宾海北部，自北向南由奄美海台、大东海脊、冲大东海脊以及其间的几个小盆地组成，海脊区水深在1500~2500 m左右，盆地区水深在3000~5000 m左右，形成正负地形相间的盆岭构造。海底拖网揭示奄美-大东-冲大东海脊区有侏罗纪或白垩纪的英云闪长岩、花岗闪长岩、玄武岩、安山岩和沉积岩（Hichey-Vargas，2005；Ishizuka et al.，2013；Hall，2019），部分学者认为奄美-大东-冲大东海脊具有岛弧性质（Marauchi et al.，1968），也有学者认为其具大陆块性质（Matsuda et al.，1977）。
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DSDP58-445站位在大东海脊钻遇59 Ma的基底玄武安山岩；DSDP58-446站位在南大东海盆钻遇57 Ma的基底玄武岩，上覆下始新统含有孔虫粉砂质黏土沉积盖层（Ozima et al.，1977）。IODP351-U1438站位在北大东海盆钻遇52~50 Ma的玄武质熔岩（Arculus et al.，2015）。
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1.3 花东海盆和加瓜海脊
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花东海盆位于西菲律宾海西部，水深5500 m左右，西侧为吕宋弧，东侧为加瓜海脊。Hilde and Lee（1984）首先识别出E—W向的磁条带，磁异常为19~16号，花东海盆的海底年龄在41~36 Ma。花东海盆东缘、靠近加瓜海脊西侧的海底拖网获得辉长岩，其Ar/Ar年龄为131~119 Ma（Deschamps et al.，2000），属于早白垩世，这与吕宋弧的兰屿岛上含放射虫硅质岩的117~113 Ma的年龄大体一致（海底的硅质岩沉积于基底玄武岩之上，硅质岩年龄应小于洋壳基底年龄）。最近，Qian Shengping et al.（2021）利用加瓜海脊获得的玄武安山岩的锆石U-Pb年龄（124~123 Ma）和Hf同位素系统，与华夏地块进行了对比，提出加瓜海脊下有华夏地块的大陆碎片，认为花东海盆是早白垩世华夏地块大陆边缘的弧后盆地。
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加瓜海脊呈南北走向，约300 km长，2~4 km宽，水深2000 m左右。Deschamps et al.（2000）认为该海脊是一条前转换断层，将早白垩世的花东海盆洋壳与始新世的西菲律宾海盆洋壳分隔开来。海脊顶部拖网的岩石以中基性火山角砾岩为主，具有岛弧火山岩地球化学特征，表明受到俯冲影响（Qian Shengping et al.，2021）。
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1.4 帕劳海盆
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帕劳海盆位于西菲律宾海最南部，北以棉兰老断裂为界与西菲律宾海盆相邻，西侧为菲律宾海沟，东南侧为帕劳海沟和阿玉海槽。拖网获得的岩石有枕状熔岩、含橄榄石辉绿岩、橄榄石玄武岩等（吴时国等，2013），虽未有年龄数据，但按照其南部相邻的哈马黑拉岛、格贝岛、卫古岛的岩石推断可能有中生代的基底（Hall et al.，1990，1995）。Hall et al.（1990）认为哈马黑拉岛、卫古岛及周边一些小岛屿是菲律宾海板块的一部分，哈马黑拉岛东部的基底由与弧前火山岩和沉积岩相关的前晚白垩世肢解的蛇绿岩组成，晚白垩世至古近纪弧火山岩和新近纪碳酸盐岩不整合覆盖在蛇绿岩基底上。蛇绿岩的岩石学、地球化学和地质年代学研究表明其大部分形成于与俯冲相关的弧环境（Pubellier et al.，2003），类似的蛇绿岩也在卫古岛上发现（Hall et al.，1990，1995）。
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1.5 九州-帕劳海脊
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九州-帕劳海脊位于菲律宾海板块中部，水深2500~3000 m，长约2700 km，宽约70 km。被认为是古伊豆-博宁-马里亚纳弧盆系统的残留岛弧（Karig，1971），在马里亚纳海槽和四国-帕里西维拉海盆打开之前，二者是一体的。一般认为该海脊形成于中晚始新世，但在不同的位置，年龄有较大差异，总体呈向中央海盆扩张中心交点逐渐年轻的趋势（Ishizuka et al.，2011）。海脊最北部DSDP31-296站位钻遇始新世火山碎屑岩，年龄为48 Ma，但是直接覆盖之上的沉积物中的化石年龄则为早渐新世（30 Ma），两者之间相差约18 Ma，这个时间差被解释为海脊露出水面的原因造成（Ozima et al.，1977）。这表明，至少在48 Ma之前九州-帕劳海脊就存在活跃的弧火山活动。另外，海脊北部的驹桥第二海山的半山腰，采集到多数具备花岗斑岩和闪长岩等陆缘弧特征的岩石，其K-Ar年龄约为37.5 Ma。在稍南边的南高鹏海山上采集的花岗闪长岩的K-Ar年龄为 48.5 Ma。位于两个海山之间的驹桥海山上发现了安山岩及渐新世晚期或中新世中期的底栖有孔虫（Mizuno et al.，1977）。
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海脊中部DSDP59-448站位钻遇早渐新世玄武岩、玄武安山岩，具洋内弧火山岩特征，玄武岩年龄为34 Ma（40Ar/39Ar法）（Sutter et al.，1978），上覆凝灰岩、火山角砾岩，以及超微化石泥岩，往上火山物质减少，生物成分增加。
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1.6 四国-帕里西维拉海盆
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四国海盆和帕里西维拉海盆属于典型的弧后扩张盆地，两者以索夫干断裂为界，已停止扩张。据推测，早渐新世，古伊豆-博宁-马里亚纳弧以东的西倾俯冲带发生俯冲回滚，该火山弧在大约30 Ma开始分裂，并在九州-帕劳弧和伊豆-博宁-马里亚纳弧之间发生弧间扩张，且逐渐发展为海底扩张，扩张首先从帕里西维拉海盆中部向北、向南传播，同时从四国盆地北部向南传播，大约在23 Ma，二者连为一体，扩张于17 Ma或15 Ma停止（Mrozowski et al.，1979）。
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四国海盆西部能够识别出的磁异常条带为7~5D。磁异常条带7位于DSDP31-297站位附近，年龄为25 Ma。磁异常条带6No（20.1 Ma）位于DSDP58-442站位附近，根据枕状玄武岩上覆的沉积层可以确定该点位的年龄为21~18 Ma（Klein et al.，1978）。四国海盆的东部识别出磁异常条带6B~5D。DSDP58-443和DSDP58-444站位分别位于磁异常条带5Dy（17.3 Ma）和5 Ey（18.3 Ma）附近，其Ar-Ar年龄分别为16~15 Ma和15~14 Ma（Klein et al.，1978）。四国海盆东部无法识别出磁异常条带7~6C，而磁异常条带6B位于Nishi-shichito海脊附近。四国海盆东部缺少这些磁异常但西部却存在，这可能是海底扩张结束后发生的火山活动导致海底发生重置（Chamot-Rooke et al.，1987）。来自Nishi-shichito海脊的安山岩样品的K-Ar年龄为6 Ma，四国海盆内海脊附近的火山活动年龄定于7~4 Ma和15~12 Ma（Klein et al.，1978）。这意味着扩张停止后整个海盆及其边缘又发生了大规模的火山活动。
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帕里西维拉海盆由中部的裂谷系分为东西两个地形区，其中西部地形区沉积薄，地形粗糙；而东部地形区被来自西马里亚纳海脊的厚火山碎屑沉积物覆盖。盆地中可识别出10（30 Ma）到5E或5D（18或~17 Ma）的海底磁异常条带，呈低振幅、近SN向对称于中央裂谷展布（Mrozowski et al.，1979）。受后扩张火山作用及洋脊跃迁的影响，最年轻磁异常条带的不确定性较大。从帕里西维拉中央裂谷附近拖网获得尖晶石二辉橄榄岩（洋底核杂岩），岩石具有糜棱结构和碎裂结构，说明帕里西维拉中央裂谷可能不是死亡的残留扩张脊，而是受拆离断层改造后的古扩张中心。盆地西部的DSDP59-449站位钻遇晚渐新世（26 Ma）基底玄武岩，位于磁异常7A附近。东部的DSDP6-53站位钻遇渐新世/中新世基底玄武岩；DSDP6-54站位钻遇中中新世基底玄武岩；DSDP59-450站位钻遇中中新世基底玄武岩，上覆凝灰岩、火山角砾岩和凝灰质火山碎屑岩（Scott et al.，1980）。钻探获得的洋壳基底岩石的年龄大致与磁异常条带数据一致。
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1.7 伊豆-博宁-马里亚纳弧及马里亚纳海槽
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伊豆-博宁-马里亚纳（IBM）弧是一条长3000 km的洋内岛弧，它经历了一系列伴随并记录俯冲起始的岩浆事件。约30 Ma前的裂谷和海底扩张将该弧分裂为西侧的九州-帕劳（残余）弧和东侧活跃的现代IBM弧，导致四国-帕里西维拉海盆的打开（Mrozowski et al.，1979）。8~6 Ma前的最后一次扩张发生在马里亚纳段，将西侧的西马里亚纳（残留）弧和活跃的东马里亚纳弧分裂开来（Stern et al.，2018）。伊豆-博宁弧目前的裂谷作用始于2 Ma左右，尚未发生海底扩张。32°N附近的一条横切伊豆-博宁弧的折射地震剖面显示，该弧地壳厚度约20 km，弧正下方发育有P波速度约6.0~6.3 km/s的中地壳，且中地壳仅存在于弧下，根据岩石特征将其解释为英云闪长岩（Takahashi et al.，1998）。17°N附近一条穿过西马里亚纳岛弧、马里亚纳海槽和东马里亚纳岛弧的折射地震剖面显示，西马里亚纳弧莫霍深度约为17 km，地壳由与东马里亚纳弧相同的四层组成，也发育速度为5.6~6.5 km/s的中地壳层（Takahashi et al.，1998，2007）。马里亚纳海槽是一个发育良好的弧后盆地，位于西马里亚纳弧和东马里亚纳弧之间，地壳厚度约为5~6 km（Takahashi et al.，2007）。
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2 分析测试方法
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2.1 浅钻岩芯样品描述
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2021年，青岛海洋地质研究所在西菲律宾海盆中央海盆扩张中心和九州-帕劳海脊的交点处钻取了一个短柱状岩芯（图1）。选择在该处钻取岩芯的最初目的是考虑到该位置既记录了西菲律宾海盆中央海盆扩张中心最晚的岩浆活动，又记录了古伊豆-博宁-马里亚纳弧的活动历史。岩芯长约30 cm，上部10 cm为铁锰氧化物结壳；下部20 cm为一套含砂生物碎屑灰岩（图2），与典型的发育在洋岛海山斜坡处的沉积物类似。岩石的薄片鉴定以及锆石的挑选、制靶和拍照是在诚谱检测技术（廊坊）有限公司完成。将来自岩芯下部20 cm的含砂灰岩分为大致相等的A、B两段，在每段各制作3个薄片用于镜下鉴定，并在每段分别挑选碎屑锆石不少于200颗，制成A、B两个靶用于测年。含砂生物碎屑灰岩砂屑组分以长石、角闪石、辉石等矿物为主，保存新鲜，暗示可能来源于附近的火山物质，记录当时该处地壳深部的信息。
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图2 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯结壳与含砂灰岩样品与镜下显微照片
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Fig.2 Sample and microscopic photographs of ferromanganese crust and sandstone-bearing limestone from drilling core in the West Philippine basin
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（a）—岩芯样品；（b）—岩芯素描；（c）、（d）、（e）—单偏光；（f）、（g）、（h）—正交偏光；Pl—斜长石；Am—角闪石；Cpx—单斜辉石
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(a) —core sample; (b) —core sketch; (c) , (d) , (e) —plane polarized light; (f) , (g) , (h) —perpendicular polarized light; Pl—plagioclase; Am—amphibole; Cpx—clinopyroxene
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2.2 锆石U-Pb年代学测试
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锆石U-Pb年代学测试在诚谱检测技术（廊坊）有限公司的LA-ICP-MS联用分析系统完成，该系统由美国NewWave公司生产的准分子激光器（型号：NWR193； 波长：193 nm）和德国Analytik Jena AG 公司设计的PlasmaQuant MS elite四级杆质谱组成。
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以Plesovice为外标进行U-Th-Pb同位素分馏效应和仪器漂移校正，以Qinghu作为监控标样对仪器状态进行监控，以保证标准和样品的仪器条件完全一致。数据采用GLITTER（ver4.0）程序处理，各样品的加权平均年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot4.15（Ludwig，2003）。作为外标含量矫正的NIST SRM 610的值参考Pearce et al.（1997）。年龄大于1000 Ma采用207Pb/206Pb年龄，小于1000 Ma采用206Pb/238U年龄，谐和度小于90%或大于110%的不纳入年龄谱统计计算中，数据结果见附表1。
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2.3 锆石Hf同位素分析
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锆石Hf同位素分析在U-Pb定年的原位或相邻区域进行。锆石Hf同位素分析在诚谱检测技术（廊坊）有限公司完成，实验过程中激光束斑直径为50 μm。
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Hf同位素数据处理过程：① 首先采用179Hf/177Hf=0.7325，获得Hf同位素质量歧视因子βHf；② 通过西北大学地质学系陈开运（陈开运等，2012）博士人工合成的高Yb锆石（176Yb/177Hf≈0.20）自身的172Yb/173Yb实测数据，获得Yb同位素质量歧视因子βYb；再采用176Yb/172Yb=0.5887（Vervoort et al.，2004）扣除176Yb对176Hf的同量异位干扰；③ 由于Lu只有175Lu与176Lu两个同位素，我们假定βLu=βHf，并采用176Lu/175Lu=0.02655（Vervoort et al.，2004）扣除176Lu对176Hf的同量异位干扰；④ 有的文献假定βLu=βYb：由于锆石中的Lu含量很低，再加上176Lu自然丰度只有2.59%，无论是假定βLu=βHf 或βLu=βYb，分别扣除后的176Hf/177Hf比值几乎没差别。
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3 分析结果
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3.1 锆石U-Pb年代学和地球化学
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将来自岩芯下部20 cm的含砂灰岩分为大致相等的A、B两段，并在每段分别挑选碎屑锆石。采用LA-ICP-MS方法对100个碎屑锆石进行了U-Pb同位素测试，扣除掉7个不谐和的年龄外，其余93个年龄为谐和年龄，皆分布在谐和曲线附近（图3）。93个年龄中，始新世—渐新世锆石4颗，年龄范围约41~31 Ma；白垩纪锆石1颗，106±3 Ma；三叠纪锆石13颗，246~204 Ma；二叠纪锆石1颗，275±7 Ma；石炭纪锆石7颗，358~307 Ma；泥盆纪锆石2颗，369±10 Ma、418±11 Ma；志留纪锆石3颗，426±11 Ma、427±9 Ma、441±11 Ma；奥陶纪锆石5颗，474~446 Ma；寒武纪锆石5颗，538~488 Ma；新元古代锆石21颗，951~547 Ma；中元古代锆石12颗，1542~1049 Ma；古元古代锆石14颗，2498~1617 Ma；太古宙锆石5颗，2759~2558 Ma。锆石阴极发光（CL）图中大部分锆石发育有明显的振荡环带（图4），且具有较高的Th/U比值（大于0.4），表明大部分为岩浆锆石。在新元古代末期—寒武纪集中出现较低的Th/U比值（图5）。
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锆石稀土元素配分图显示轻稀土亏损，重稀土富集，明显Ce正异常和Eu负异常的左倾模式（图6），与典型的岩浆锆石一致；与幔源锆石的弱Eu异常或没有Eu异常、重稀土部分相对平缓、稀土总量低的等特点不一致，样品表现出壳源锆石特征（Siebel et al.，2009）。据（U-Yb）-Y和（U-Yb）-Hf含量进行投图（图7）判别其形成环境，投点几乎全部落入大陆地壳来源的范围内（Grimes et al.，2007）。
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图3 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩碎屑锆石U-Pb年龄谐和图
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Fig.3 Concordia diagram of U-Pb dating of detrital zircons from drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin
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图4 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩代表性锆石阴极发光（CL）图像及LA-ICP-MS U-Pb和Lu-Hf测试点位
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Fig.4 Representative cathodoluminescence (CL) images with LA-ICP-MS U-Pb and in-situ Lu-Hf analytical spots of zircon grains from drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin
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图5 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩锆石 U-Pb年龄与Th/U比值
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Fig.5 U-Pb ages versus Th/U ratios of zircon grains from drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin
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图6 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩锆石稀土元素球粒陨石标准化配分模式图
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Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of zircon grains from drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin
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3.2 锆石Lu-Hf同位素
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对来自A、B两段已做U-Pb测年的代表性碎屑锆石进行原位Lu-Hf同位素分析（图4），总计81个点位，测试结果见附表2。分析结果显示，2颗最年轻锆石的εHf（t）值为9.76（36 Ma）、10.52（41 Ma），二阶段模式年龄TCDM分别为489 Ma、443 Ma；白垩纪锆石εHf（t）值为-6.43，对应的二阶段模式年龄为1572 Ma；时代为三叠纪的锆石除206 Ma与246 Ma的2颗εHf（t）值分别为8.53、6.43外，其余均为负值，范围-0.40~-16.76，二阶段模式年龄范围2324~700 Ma；二叠纪锆石（275 Ma）对应的εHf（t）值为2.27，二阶段模式年龄为1153 Ma；石炭纪锆石的εHf（t）值范围为-5.17~11.02，二阶段模式年龄范围1650~659 Ma；2颗泥盆纪锆石的εHf（t）值分别为-6.0（369 Ma）、3.12（418 Ma），对应的二阶段模式年龄分别为1751 Ma、1211 Ma；3颗志留纪锆石的εHf（t）值分别为0.93（426 Ma）、-1.77（427 Ma）、-1.09（441 Ma），二阶段模式年龄分别为1357 Ma、1529 Ma、1497 Ma；4颗奥陶纪锆石的εHf（t）值范围-2.27~-13.06，二阶段模式年龄范围2261~1591 Ma；4颗寒武纪锆石的εHf（t）值范围-0.22~-21.15，二阶段模式年龄介于3157~1502 Ma；17颗新元古代锆石的εHf（t）值范围-24.26~6.52，二阶段模式年龄范围为3229~1215 Ma；9颗中元古代锆石的εHf（t）值范围-16.92~7.45，二阶段模式年龄范围为3163~1807 Ma；13颗古元古代锆石的εHf（t）值范围-9.57~6.42，二阶段模式年龄范围3112~2120 Ma；5颗太古宙锆石的εHf（t）值范围-13.87~6.82，二阶段模式年龄范围3965~2685 Ma。
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图7 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩锆石形成环境地球化学判别图解
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Fig.7 Geochemical discriminant diagrams for zircon forming environments from drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin
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碎屑锆石二阶段模式年龄谱范围很广（图8），从3965 Ma延伸至443 Ma，集中于中—古元古代（51/80），次要部分为太古宙（21/80），少量早古生代—新元古代组分（6/80）。此外，出现2颗锆石的二阶段模式年龄为冥古宙（3945 Ma、3965 Ma）。
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图8 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩碎屑锆石U-Pb年龄谱、εHf（t）及模式年龄谱图
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Fig.8 U-Pb age spectrum, εHf (t) and model age spectrum of detrital zircon from drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin
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4 讨论
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菲律宾海是世界上最大的边缘海，研究最为广泛，然而关于西菲律宾海的起源仍存在众多争议。
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大洋钻探和磁异常条带对比揭示西菲律宾海大部分地区为古近纪的洋壳，年龄约为60~33 Ma（Hilde and Lee，1984）。Uyeda and Ben-Avraham（1972）最早提出，该海盆最初是太平洋板块的一部分，二者以转换断层联接，在大约43 Ma前太平洋板块改变其运动时（即43 Ma弯折事件），转换断层变为俯冲带，从而捕获圈闭而成为边缘海。然而，海底拖网揭示西菲律宾海北部的奄美-大东-冲大东海脊区有侏罗纪或白垩纪的英云闪长岩、花岗闪长岩、安山岩和沉积岩（Hichey-Vargas，2005；Hall；2019），部分学者认为奄美-大东-冲大东海脊具有岛弧性质（Murauchi et al.，1968；Tokuyama，1995），也有学者认为其具大陆块性质（Matsuda et al.，1977）。西菲律宾海最西部的花东海盆，拖网获得的辉长岩也同样得到了早白垩世的年龄（131~115 Ma），与来自台湾兰屿岛的含放射虫硅质岩提供的117~113 Ma的年龄一致（Deschamps et al.，2000）。Qian Shengping et al.（2021）利用加瓜海脊获得的玄武安山岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素系统，提出加瓜海脊下有华夏地块的大陆碎片，花东海盆是早白垩世华夏地块大陆边缘的弧后盆地。西菲律宾海南部帕劳海盆毗邻的哈马黑拉岛、卫古岛等出露有前晚白垩世肢解的蛇绿岩（Hall et al.，1990，1995），蛇绿岩的岩石地球化学特征显示其形成于上俯冲带（SSZ）环境（Pubellier et al.，2003）。在菲律宾海板块东部的博宁弧前深处也发现有中生代岩石碎片（Ishizuka et al.，2011）。
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菲律宾北部吕宋岛（Isabela、Rapu-Rapu）、中部（Samar、Tacloban、Malitbog、Bohol）和棉兰老岛东部（Dinagat、Pujada）等地出露中生代上俯冲带型（SSZ）蛇绿岩（Dimalanta et al.，2020）。据此，原菲律宾海板块的概念被提出（Tamayo et al.，2004；Dimalanta et al.，2020），用以解释现今发育在菲律宾陆上中东部地区以及西菲律宾海部分地区的中生代岛弧及蛇绿杂岩体。Lewis et al.（1982）认为，菲律宾中、东部的大部分地区在晚白垩世形成于弧环境中，古近纪的弧间伸展和海底扩张将大东盆岭省与东棉兰老-萨马尔弧裂离。
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本文获得海底岩芯的93个碎屑锆石年龄范围在2759~31 Ma之间，除了3颗年轻锆石与西菲律宾海盆的新生代海底扩张有关外，＞95%的年龄早于新生代。由于岩芯所在位置位于地形高点，远离被深海沟隔离的周边大陆，陆源碎屑物质无法到达该位置，表明大多数碎屑来自更古老的、早先存在的岩石单元，且位于大陆边缘而不是洋内弧。大量元古宙—太古宙的碎屑锆石年龄以及Lu-Hf的模式年龄表明存在古老的再循环陆壳物质。锆石的稀土元素配分模式和形成环境图解均显示陆壳来源（图6、图7）。锆石年龄谱显示出有2532 Ma、2022 Ma、1500 Ma、792 Ma、426 Ma、210 Ma等数个年龄峰，与冈瓦纳大陆的年龄谱有相似性（图8、图9），如新元古代年龄峰值与冈瓦纳大陆800~530 Ma之间泛非期汇聚事件有关，中元古代年龄峰值与罗迪尼亚大陆的聚合有关（Stern，1994；Trompete，1997），中、晚古生代年龄与澳大利亚东北部新英格兰造山带广泛发育的中、晚古生代俯冲相关岩浆活动有关（Cawood，1991），而该时期西冈瓦纳整体为被动边缘，表明西菲律宾海（相当于原菲律宾海板块或原菲律宾海陆块）可能起源于东冈瓦纳大陆澳大利亚东北边缘。
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图9 西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩锆石 U-Pb年龄直方图及与其他地区对比
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Fig.9 Comparison of zircon U-Pb age spectrum from drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin and other regions
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（a）—西菲律宾海盆海底钻孔岩芯含砂灰岩（据本文）；（b）—加瓜海脊（据Qian Shengping et al.，2021）；（c）—澳大利亚东北部（据Fergusson et al.，2007）
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(a) —drilling core sandstone-bearing limestone in the West Philippine basin (from this study) ; (b) —Gagua Ridge (from Qian Shengping et al., 2021) ; (c) —northeastern Australia (from Fergusson et al., 2007)
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图10 原菲律宾海陆块起源及演化重建图（据朱日祥等，2022修改）
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Fig.10 Reconstruction of the origin and evolution of the Proto-Philippine Sea Block (modified from Zhu Rixiang et al., 2022)
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SIB—西伯利亚克拉通；EUR—东欧克拉通；NCC—华北克拉通；SCC—华南克拉通；TA—塔里木克拉通；IND—印度克拉通；MON—蒙古陆块；IC—印支陆块；QT—羌塘陆块；AT—安纳托利德-陶里德陆块；AD—亚德里亚陆块；IR—伊朗陆块；AF—阿富汗陆块；SM—滇缅泰马陆块；IN—印度尼西亚陆块；LS—拉萨陆块；WB—西缅陆块；AR—阿拉伯陆块； TH —特提斯喜马拉雅陆块；K-P—科拉布-佩拉戈兰陆块；KA—科西斯坦岛弧；PPS—原菲律宾海陆块；EP—东菲律宾地体；HW—哈马黑拉-卫古地体；ADO—奄美-大东-冲大东地体；Pi—品都斯洋；M-M—梅里亚塔-马里亚克洋；I-A—伊兹米尔-安卡拉洋；Tuzo（LLSVP）—土佐大型剪切波低速区
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SIB—Siberia Craton; EUR—Eastern Europe Craton; NCC—North China Craton; SCC—South China Craton; TA—Tarim Craton; IND—India Craton; MON—Mongolia Block; IC—Indochina Block; QT—Qiangtang Block; AT—Anatolide-Tauride Block; AD—Adria Block; IR—Iran Block; AF—Afghanistan Block; SM—Sibumasu Block; IN—Indonesia Block; LS—Lhasa Block; WB—Western Burma Block; AR—Arab Block; TH —Tethys Himalaya Block; K-P—Korabl-Pelagonlane Block; KA—Kohistan Arc; PPS—proto-Philippine Sea Block; EP—East Philippine Terrane; HW—Halmahera-Waigeo Terrane; ADO—Amami-Daito-Oki Daito Terrane; Pi—Pindos Ocean; M-M—Meliata-Maliac Ocean; I-A—Izmir-Ankara Ocean; Tuzo (LLSVP) —Tuzo large low shear-wave velocity province
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东亚和东南亚的许多大陆地体都起源于冈瓦纳大陆边缘，可能位于印度和澳大利亚北部边缘（Metcalfe，1994；Hall et al.，2002，2012）。众所周知，晚侏罗纪时期，澳大利亚北部曾发生过一次重要的裂谷作用（Powell et al.，1988；Metcalfe，1994）。伴随着新特提斯洋打开，西南婆罗洲陆块、印尼陆块（包括东爪哇和西苏拉威西）以及原菲律宾海陆块（包括大东海脊区、加瓜海脊、东菲律宾地体、哈马黑拉-卫古地体等）先后从澳大利亚北缘裂解后快速向北漂移（图10），在早白垩世末—晚白垩世初，西南婆罗洲陆块和印尼陆块先后拼贴到巽他陆块边缘，而东侧的原菲律宾海陆块则随后伴随着西菲律宾海盆的打开而发生分裂，裂离的各个部分则位于目前的西菲律宾海北部大东海脊区、西部加瓜海脊、南部哈马黑拉—卫古岛，以及东菲律宾的吕宋—萨马儿—棉兰老东部。
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5 结论
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（1）西菲律宾海盆海底浅钻岩芯的碎屑锆石年龄范围在2759~31 Ma之间，绝大部分的年龄早于新生代，表明大多数碎屑来自更古老的、早先存在的岩石单元，且位于大陆边缘而不是洋内弧。大量元古宙—太古宙的碎屑锆石年龄以及Lu-Hf的模式年龄表明存在古老的再循环陆壳物质。
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（2）海底浅钻岩芯中锆石的稀土元素配分模式和形成环境图解，均显示陆壳来源。锆石年龄谱显示出有2532 Ma、2022 Ma、1500 Ma、792 Ma、426 Ma、210 Ma等几个峰值，与冈瓦纳大陆的年龄谱有相似性。
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（3）西菲律宾海（原菲律宾海陆块）可能起源于东冈瓦纳大陆澳大利亚东北边缘。伴随着新特提斯洋打开，原始菲律宾海板块（包括大东海脊区、加瓜海脊、东菲律宾地体、哈马黑拉-卫古地体等）从澳大利亚北缘裂解后快速向北漂移，随后伴随着西菲律宾海盆的打开而发生分裂，裂离的各个部分则位于目前的西菲律宾海北部大东海脊区、西部加瓜海脊、南部哈马黑拉—卫古岛，以及东菲律宾的吕宋—萨马儿—棉兰老东部。
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本人及团队多年来参与任纪舜院士主持的“中国大地构造演化和国际亚洲大地构造图编制”项目，在项目执行过程中深受任院士的学术思想启发，受益匪浅，值此任院士90华诞之际，谨向任纪舜院士致以崇高的敬意和衷心的祝贺。
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附件：本文附件（附表1、2）详见http://www.geojournals.cn/dzxb/dzxb/article/abstract/202501093?st=article_issue
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摘要
已死亡的西菲律宾海是菲律宾海板块上最大的构造单元，然而关于西菲律宾海的起源仍存在争论。本文基于海底浅钻岩芯的同位素年代学研究，对西菲律宾海的起源进行了研究。研究表明，海底岩芯的93个碎屑锆石年龄范围在2759~31 Ma之间，除了3颗年轻锆石与西菲律宾海盆的新生代海底扩张有关外，＞95%的年龄早于新生代，表明大多数碎屑来自更古老的、早先存在的岩石单元，且位于大陆边缘而不是洋内弧。大量元古宙—太古宙碎屑锆石年龄以及Lu-Hf的模式年龄表明存在古老的再循环陆壳物质。锆石的稀土元素配分模式和形成环境图解，均显示陆壳来源。锆石年龄谱显示有2532 Ma、2022 Ma、1500 Ma、792 Ma、426 Ma、210 Ma等几个峰值，与冈瓦纳大陆的年龄谱有相似性，表明西菲律宾海(原菲律宾海陆块)可能起源于东冈瓦纳大陆澳大利亚东北边缘。伴随着新特提斯洋打开，原菲律宾海陆块(包括大东海脊区、加瓜海脊、东菲律宾地体、哈马黑拉-卫古地体等)从澳大利亚北缘裂解后快速向北漂移，随后伴随着西菲律宾海盆的打开而发生分裂，裂离的各个部分则位于目前的西菲律宾海北部大东海脊区、西部加瓜海脊、南部哈马黑拉-卫古岛，以及东菲律宾的吕宋-萨马儿-棉兰老东部。该研究为进一步约束东南亚-西太平洋的古板块构造格局及演化提供了证据。
Abstract
The West Philippine Sea, the largest tectonic unit on the Philippine Sea Plate, remains a subject of debate regarding its origin. This article investigates its origin using isotopic dating of submarine drilling core samples. The research reveals that the age range of 93 detrital zircons from the drilling core spans from 2759 to 31 Ma. Except for 3 young zircons related to Cenozoic seafloor spreading of the West Philippine Basin, over 95% of the ages predate the Cenozoic. This suggests that most of the debris originated from older, pre-existing rock units located on the continental margin rather than within an intra-oceanic arc. A significant proportion of Proterozoic-Archean ages and Lu-Hf model ages indicate the existence of recycled ancient continental crust material. The rare earth element distribution pattern and formation environment diagrams of zircons further support a continental crust source. The zircon age spectrum shows several peaks at 2532, 2022, 1500, 792, 426, and 210 Ma. These peaks closely resemble the age spectrum of the Gondwana continent, indicating that the West Philippine Sea (proto-Philippine Sea Block) may have originated from the northeastern edge of Australia on the East Gondwana continent. With the opening of the Neo-Tethys Ocean, the proto-Philippine Sea Block (including the Daito Ridge region, the Gagua Ridge, the East Philippine terranes, and the Hamahira-Waigeo terranes) rapidly drifted northward after splitting from the northern edge of Australia. Subsequently, the opening of the West Philippine Sea Basin led to the fragmentation of this block, with its components now located in the Daito Ridge region to the north, the Gagua Ridge to the west, the Hamahira-Waigeo Islands to the south, and the Luzon-Samar-Mindanao region in the East Philippines. This study provides critical evidence for better understanding the plate tectonic patterns and evolution of the Southeast Asia-Western Pacific region.
