南海北部沿岸(闽南龙海、粤东普宁、雷琼地区)、南海宣北海山和南海东侧的菲律宾巴坦岛的新生代火山岩中含有丰富的超镁铁岩捕虏体，在普宁和雷州英峰岭火山岩中还含有麻粒岩相捕虏体，这些深源捕虏体被认为是火山活动携带到地面的岩石圈上地幔岩石和下地壳岩石的样品。在南海北缘，深源捕虏体的寄主岩为服从跨式趋势的富钾碱性玄武岩，喷发时代主要为新近纪。在南海宣北海山，深源捕虏体的寄主岩为含标准矿物Ne的富钾碱性玄武岩，喷发时代为中新世。在菲律宾巴坦岛，深源捕虏体的寄主岩主要为钙碱性玄武岩和玄武安山岩，喷发时代为第四纪。
5.2.1 幔源捕虏体岩石类型及其主量元素地球化学特征
为便于比较，表5.9综合了华南沿海、宣北海山和菲律宾巴坦岛火山岩中的尖晶石相橄榄岩系列的捕虏体岩石类型及其主量元素地球化学特征。结合图5.10资料，显示南海及其北部沿岸岩石圈地幔岩石主要由相对饱满-弱亏损的尖晶石二辉橄榄岩组成，其M值[100Mg/(Mg+∑Fe)]一般小于90，易熔组分TiO2、Al2O3、CaO、Na2O和K2O含量总体较高，大部分样品投影于图中饱满型地幔岩石分布区间或附近；而菲律宾巴坦岛的岩石圈地幔岩石主要由相对贫瘠的尖晶石方辉橄榄岩组成，其M值大于90，易熔组分总体较低，在图中投影于贫瘠型地幔岩区，反映经历过较高程度的部分熔融。
5.2.2 幔源捕虏体岩石的矿物成分
南海及其北部沿岸地区部分幔源捕虏体岩石的矿物成分列于表5.10。由图5.11可见，区域上的幔源捕虏体橄榄岩的单斜辉石(Cpx)中MgO含量均较低，多数与洋中脊尖晶石二辉橄榄岩的Cpx相似，部分富Al并相对富Ca，显示为相对饱满型地幔岩石特点。少数方辉橄榄岩的Cpx以高Cr低Al为特征，显示为贫瘠型。在橄榄石Fo对斜方辉石含量图解中(图5.12)，南海北缘大多数幔源捕虏体橄榄岩投影于显生宙地幔范围中，但少数方辉橄榄岩和贫Cpx的二辉橄榄岩因富Opx和Fo而投影在太古宙—元古宙地幔域内。
表5.9 南海及其周缘上地幔橄榄岩捕虏体岩石类型与地球化学特征比较
注：资料来源：a—据张儒瑗等，1987；刘若新等，1990；赵海玲等，1990；邹和平，1996。其中：lher—二辉橄榄岩(17个样)，har—方辉橄榄岩(3个样)；b—据梁德华等，1991；庞学斌，1991(未刊)(4个样)；c—据Maury，et al.，1992；括号中数字为平均值。
5.2.3 幔源捕虏体岩石的微量元素与稀土元素特征
南海北部及邻区部分幔源捕虏体岩石中的单斜辉石与全岩微量和稀土元素数据列于表5.11。据研究(徐义刚等，2002)，南海北缘幔源捕虏体的稀土分布型式可分出4种类型(图5.13)。第1种为LREE亏损型(图5.13a)，它们的高场强元素(HFSE，如Nb、Ta、Zr、Hf、Ti)略具亏损(图5.13e)；第2种为LREE富集型(图5.13b)，其HFSE亏损程度较明显(图5.13f)。这两种的HREE都呈平坦分布，且随着LREE富集程度的增加，MREE由平坦型演变为富集型分布。第3种为REE分布平坦型，或有轻微的HREE分异(图5.13c)，它们的Nb-Ta亏损，但Zr-Ti的亏损程度较弱(图5.13g)。第4种REE分布为V字型(图5.13d)，这种类型的橄榄岩一般被认为是经历过高程度部分熔融的残158余物，随后又遭受了地幔交代作用。这些样品还显示了Th、U、LREE和Sr的富集，但Nb、Ta、Zr、Ti仍相对亏损(图5.13h)。
微量和稀土元素特征表明，南海北缘岩石圈地幔经历过多重地幔交代作用，至少包括富LREE、Th、Sr等不相容元素的含水流体的交代作用和富Zr-Ti的硅酸盐熔体的交代作用。
在Cpx的Sm/Nd-Sr/Nd图解中(图5.14)，南海北缘幔源捕虏体岩石多数样品Cpx的Sr/Nd值较低(10～20)，部分Cpx具有较高的Sm/Nd值，相当于DMM；部分Cpx具低Sm/Nd值，接近EM2。产于普宁的少数样品的Cpx具有较高的Sr/Nd值(76.9～78.4)，接近EM1。暗示研究区的岩石圈地幔除可能存在EM2组分外，局部还可能存在EM1组分。这与根据火山岩源区性质所推断的中国东南陆缘的岩石圈上地幔特征(Chung et al.，1995)是一致的。
图5.10 南海北部及其邻区幔源捕虏体岩石易熔组分对100Mg/Mg+∑Fe)值投影
1—华南沿海样品；2—南海宣北海山样品；3—巴坦岛样品投影区；KD和KF分别为南非金伯利岩中亏损型和饱满型样品的投影区(Nixon，et al.，1984)
5.2.4 幔源捕虏体岩石的同位素特征
幔源超镁铁岩捕虏体的同位素组成特征反映(表5.12)，南海北缘岩石圈地幔长时期处于Rb(相对于Sr)和Nd(相对于Sm)的亏损状态。其87Sr/86Sr一般小于0.704，143Nd/144Nd一般大于0.5129，εNd(t)多为正值，类似于MORB OIB型地幔域；仅普宁的一个方辉橄榄岩样品的87Sr/86Sr为0.703827，143Nd/144Nd为0.512587，εNd(t)=-0.9(赵海玲等，1990)，具EM1趋向。这与捕虏体矿物化学成分和微量元素组成表现出来的特征吻合。与此成鲜明对照的是，菲律宾巴坦岛的橄榄岩捕虏体同位素组成总体上表现为相对富集型[87Sr/86Sr为0.70429～0.70556，143Nd/144Nd为0.512380～0.512595，εNd(t)＜0](Dupuy et al.，1989)，显示较明显的EM1趋向。
5.2.5 岩石圈上地幔热状态
根据对南海宣北海山和南海北部雷琼、粤东、闽南沿海40余个橄榄岩捕虏体样品的矿物温压数据(采用二辉石地质温压计方法所得)(表5.13)的整理，并按Avelallement等(1980)提出的公式：
D=4.2+0.0303p
将压力值(p，单位为MPa)换算成深度(D，单位为km)。然后将温度和深度数据进行投影，并用最小二乘法计算了温度T(单位为℃)与深度D之间或地温增温率的相关方程，得到最佳拟合直线。该直线方程为
表5.10 南海及其北部沿岸地区幔源捕虏体的矿物组成(wB/%)
续表
注：除H1、H3和HF98-3为尖晶石方辉橄榄岩外，其余岩石样品均为尖晶石二辉橄榄岩。
资料来源：①梁德华等，1991；②张明等，1996；③徐义刚等，2002；④张儒媛等，1987。
图5.11 南海北部幔源捕虏体橄榄岩的Cpx中MgO对其他主量元素和Yb变化图
1—二辉橄榄岩；2—方辉橄榄岩；K为克拉通方辉橄榄岩中的Cpx(Cox et al.，1987)；MO为洋中脊尖晶石二辉橄榄岩中的Cpx(Johnson et al.，1990)；HA为高Al的Cpx分布范围(张明等，1996)
T=836.74+3.55D(相关系数r=0.79)
从南海及其北部沿岸地区橄榄岩捕虏体矿物温压数据推导出来的岩石圈上地幔地温增温率相关方程与由同样方法推导出来的整个中国东部的上地幔地温增温率相关方程(T=830.9+3.67D)基本一致，但比中国东北地区(T=812.4+3.59D)和华北地区(T=814.86+3.74D)的上地幔地温增温率更高。说明南海及其北部沿岸岩石圈上地幔具有高温热状态。按上述方法推导出的上地幔地温增温率估算，南海及其北部沿岸区在100km深度下，地温可能大于1200℃。在这个温度下，橄榄岩的熔融温度比大于0.7，开始塑性流动和软化，即已接近软流圈的顶面状态。
图5.12 南海北部幔源捕虏体中橄榄石的Fo对斜方辉石(Opx)变化图解(徐义刚等，2002)
表5.11 南海北部及邻区幔源捕虏体单斜辉石与全岩微量和稀土元素组成(wB/10-6)
续表
续表
注：样品号中具*号者为全岩分析，其余均为单斜辉石分析。
资料来源：①徐义刚等，2001；②张明等，1996；③徐义刚等，2002；④梁德华等，1991；⑤Maury R C et al.，1992。
表5.12 南海周缘幔源捕虏体岩石Sr、Nd、Pb同位素组成
续表
注：普宁资料据1)赵海玲等(1990)；2)朱炳泉(1998)；3)夏群科等(1997)；4)徐夕生等，(1999)。其中J08为方辉橄榄岩，Cpx为单斜辉石；g为石榴子石；A为角闪石；QLJ1，QLJ3，QLJ5为绿钙闪石巨晶；QLH为透辉石巨晶；QLS为寄主岩；Q8906为辉长麻粒岩。龙海、徐闻、文昌资料据范蔚茗等(1993)；邹和平(1996)。其中lher为二辉橄榄岩；Sp lher为尖晶石二辉橄榄岩；Clinop.为单斜辉石岩；Cpx为单斜辉石；括号内数字为样品数。巴坦岛资料据 Dupuy et al.，1989。
另据研究(徐义刚等，2002)，南海北缘饱满型二辉橄榄岩的平衡温度通常高于方辉橄榄岩和贫Cpx的二辉橄榄岩，具有异常高Opx含量的方辉橄榄岩的平衡温度最低(800～950℃)。如考虑平衡温度的高低与平衡压力呈正比关系，温度的变化反映捕虏体来源深度的变化，则意味着研究区的岩石圈地幔存在分层结构，即岩石圈地幔岩石主量元素的易熔组分亏损程度随着深度的增大而逐渐减小。结合前述捕虏体岩石化学、矿物化学、微量元素和同位素组成特征，反映南海北缘岩石圈地幔的主体由高温型的或大洋型的二辉橄榄岩组成，但岩石圈地幔的顶部，还残留有相对低温型的、古老的方辉橄榄岩。
图5.13 南海北部幔源捕虏体的稀土和微量元素分布特征(据徐义刚等，2002)
5.2.6 南海北缘下地壳组成
在广东普宁麒麟和雷州英峰岭的晚新生代玄武质岩石中含有辉长岩质麻粒岩和石榴子石麻粒岩捕虏体，它们是玄武岩浆上升过程中捕获的下地壳岩石的样品。
广东麒麟玄武质角砾岩筒中的辉长岩质麻粒岩矿物主要由单斜辉石(Wo24.5～42.0，En40.1～60.2，Fs12.8～19.0)、斜方辉石(Wo1.1～3.9，En54.9～79.1，Fs17.1～43.7)及中—基性斜长石组成，有的含少量钾长石(徐夕生等，1995)。雷州英峰岭玄武质火山碎屑岩中含二辉麻粒岩和石榴子石麻粒岩捕虏体。根据矿物温压计估算，其中石榴子石麻粒岩形成于1130～1160℃和1.4～1.7GPa的温压条件下，形成深度大于35km，甚至大于50km(于津海等，1998)。火山岩中的石榴子石麻粒岩捕虏体，可能代表了拉伸张裂前的下地壳组分(Goodwin et al.，1988；Wilshire，1991)。
图5.14 南海北部幔源捕虏体中Cpx的Sm/Nd值Sr/Nd值变化
1—二辉橄榄岩；2—方辉橄榄岩；EM1、EM2、DMM和PREMA为Zindler(1986)定义的地幔端元
表5.13 南海及其北部沿岸上地幔岩石捕虏体矿物温度、压力和来源深度一览表
续表
注：资料来源：①庞学斌，1991(未刊)；②张儒瑗等，1987；③林传勇等，1994；④Fan Qicheng et al.，1989；⑤彭松柏等，1990；⑥张儒瑗等，1985；⑦赵勇，1988。
据研究(于津海等，2002)，南海北缘新生代玄武岩质岩石中所含的麻粒岩捕虏体均为镁铁质成分，并可划分为岩浆麻粒岩和堆晶麻粒岩两类。岩浆麻粒岩相对富集Al2O3、K2O、P2O5、Ba、Sr、Pb和LREE，明显亏损Nb、Zr、Hf和Th，具有较高的87Sr/86Sr比值(0.7059～0.7081)和相对较低的143Nd/144Nd比值[0.512371～0.512437，εNd(t)为3.0～4.0]，与华南沿海中生代晚期玄武质岩石的地球化学特征和同位素组成非常相似，反映母岩浆在下地壳分离结晶时可能受到了围岩(古—中元古代变质岩)的混染。而堆晶麻粒岩的K2O、P2O5和大离子亲石元素相对亏损，并具有相当原始的同位素组成。它们的87Sr/86Sr比值低(0.7030～0.7033)，143Nd/144Nd比值较高[0.512948～0.513016，εNd(t)为+5.5～+7.2]，基本反映了母岩浆的组成。麒麟堆晶麻粒岩全岩、辉石和斜长石的Sm-Nd等时线年龄为112.3Ma±17.8Ma，Rb-Sr等时线年龄为79.1Ma±1.1Ma。它代表了由上地幔部分熔融产生的基性岩浆底侵于地壳的底部，约在112Ma前结晶成岩，后又在约79Ma前经历过变质作用改造的下地壳岩石(徐夕生等，1999)。