中国海南岛第四纪沿海砂矿的碎屑锆石地质年代学：物源及构造意义

《Journal of Asian Earth Sciences》：Detrital zircon geochronology of quaternary coastal placer deposits on Hainan Island, China: provenance and tectonic implications

　　

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  Lu-Hf同位素表明海南东北部物源为再造型，而西南部则增加了新生地幔物质输入。
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  沉积锆石年龄谱在海南东北部呈多峰态，在西南-西部呈双峰态。
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  沉积锆石主要来源于海南岛，仅有少量外部输入。
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  Hf同位素对比表明，中生代岩浆作用并未使地壳源区特征均匀化。

引言

确定沉积物物源是理解沉积盆地演化、地壳发育及海岸砂矿形成的基础（Weltje and von Eynatten, 2004, Reid et al., 2013, Nguyen et al., 2018, Garzanti et al., 2022）。沉积锆石因其U-Pb年龄和Lu-Hf同位素组成在多次沉积循环中均具有极强的抗蚀变能力，被广泛用于重建沉积物源和地壳演化（Fedo et al., 2003, Moecher and Samson, 2006, Hietpas et al., 2011, Cawood et al., 2012, Jian et al., 2022, Barham et al., 2022, Sundell and Macdonald, 2022, Wang et al., 2024）。传统的沉积锆石物源研究主要依赖U-Pb年龄谱，但在多个岩浆事件产生重叠年龄峰值的区域，这些记录可能难以解释（Cawood et al., 2012, Gehrels, 2014）。在这种情况下，Lu-Hf同位素提供了重要的补充约束，通过记录地壳滞留时间并区分新生地幔来源与再造地壳来源（Howard et al., 2009, Belousova et al., 2010, Xu et al., 2014, Athira et al., 2023）。因此，ε_Hf(t)的变化可以进一步细化仅基于U-Pb年龄的物源解释。

海南岛位于南海北缘，保存了复杂的岩浆作用和构造演化记录（Hsü et al., 1990, Wang et al., 1991, Metcalfe, 1993, Li et al., 2002, He et al., 2018, Kong et al., 2022）。全岛广泛分布的侵入岩代表了沉积物的多种潜在物源（Wang et al., 2015, Liu et al., 2021a）。海南岛周边分布着多个具有重要经济价值的第四纪海岸砂矿，包括文昌、万宁、九所和东方（Chen et al., 2006, Han et al., 2017, Tong et al., 2018）。这些矿床为利用沉积锆石年代学和同位素综合方法研究沉积物源提供了绝佳机会。以往研究主要集中在单一河流系统或局部沉积单元（Wang et al., 2015, Liu et al., 2021b）。海南岛沉积锆石年龄谱通常被认为以两个主要年龄群为特征，分别对应于约238–254 Ma的 Hercynian–Indosinian（ Hercynian–Indosinian）岩浆事件和约90–110 Ma的燕山晚期岩浆事件。然而，全岛系统性的对比研究仍然有限。此外，很少有研究结合Lu-Hf同位素数据在大空间尺度上评估沿岸沉积物源的差异。因此，海南岛周边海岸沉积物的物源组成及其记录地壳域空间差异的能力仍有待进一步研究。

本研究整合了文昌、万宁、九所和东方四个第四纪海岸砂矿的新沉积锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素数据，并结合已发表的河流和近岸沉积物沉积锆石数据，旨在回答三个主要问题：(1)海南岛东北部与西南部第四纪海岸砂矿的物源差异；(2)这些物源差异所指示的地壳亲缘性的空间变化；(3)沉积锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素组成对区域地壳构造提供的约束。通过刻画这些砂矿的物源框架和沿岸变异性，本研究为未来海南岛的物源研究和区域地质调查提供了基础。

章节摘要

区域地质背景

海南岛是一个位于华南地块（SCB）南缘的大陆岛，通过琼州海峡与中国大陆相隔。该岛被多个边缘盆地环绕，包括珠江口盆地、琼东南盆地、莺歌海盆地和北部湾盆地（Shi et al., 2011）。南海北部和西部大陆边缘以山地地形为特征，而沉积平原主要发育于三角洲

样品采集与制备

基于前人工作（Wang et al., 2015），本研究聚焦于四个代表性的第四纪海岸砂矿，即文昌、万宁、九所和东方。从这四个矿床共采集了13件沉积物样品。采样位置和样品编号见图1a，样品基本信息列于补充材料1。选择这四个研究区域旨在对海南岛周边主要海岸砂矿系统提供一阶空间覆盖

锆石形态、Th/U特征及定年结果

阴极发光（CL）图像（图3）显示，大多数采样的沉积锆石为黄色、无色或玫瑰色，颗粒尺寸在50至250 μm之间，形态为次棱角状至棱角状。大多数锆石还显示典型的振荡环带，而仅有少数颗粒表现出平面结构或缺乏明显环带（图3）。

共分析了来自13件样品的1039颗沉积锆石颗粒，其中大部分Th/U比值大于0.2（图4）。不同年龄的锆石Th/U比值略有变化

海南岛的物源分析

在多沉积物输入体系中，可靠的物源分析不仅需要识别潜在的物源区，还需要建立可检验的证据线索来评估各物源对沉积汇区的相对贡献（Fedo et al., 2003, Condie et al., 2009, Thomas, 2011）。沉积锆石U-Pb年代学提供了对岩浆和构造事件的敏感记录，被广泛用于研究沉积物源和地壳

结论

(1) 代表性海岸砂矿区共同指示了海南岛周边沉积物源的一阶沿岸变化。以文昌为代表的东北部海岸区呈现广泛的多峰态年龄谱，以早古生代和中生代群体为主。以九所为代表的西南部海岸区和以东方为代表的西部海岸区则以双峰态的Indosinian（约250–230 Ma）和中生代晚期

CRediT作者贡献声明

陈皎皎：撰写—原始草稿，形式分析，数据整理。刘良明：撰写—审阅与编辑，监督指导。林亚芬：资源支持，形式分析，数据整理。梁磊：软件，数据整理。许国强：监督指导，形式分析。张德贤：撰写—审阅与编辑。胡紫琪：撰写—原始草稿，监督指导，软件，形式分析，数据整理。

未引用参考文献

Xu et al., 2012, Zeng et al., 2024.

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

我们衷心感谢海南省地质调查院对本研究的支持。我们也感谢中山大学王策教授提供的宝贵帮助。本工作得到了国家重点研发计划"深地"专项（2025ZD1009002）、海南省自然科学基金（425RC851）、海南省地质局地质调查项目（HNDZDC-2025-3）以及中国地质调查局项目（DD2026021102,

陈皎皎|刘良明|林亚芬|梁磊|许国强|张德贤|胡紫琪