吉林省南部集安大石湖大臺子銅礦化區中生代中酸性雜巖巖石成因與地球動力學背景

摘要：吉林省南部集安地區大石湖-大臺子一帶熱液銅礦化發育，其礦化與該區二長閃長巖、閃長玢巖、二長斑巖及正長花崗巖等中酸性雜巖有著密切的空間關系。為了確定其成礦時代下限和地球動力學背景，在野外調研的基礎上，開展了中酸性雜巖的巖相學、鋯石U-Pb同位素年代學、元素地球化學和鋯石Lu-Hf同位素示蹤研究。結果揭示：二長閃長巖、閃長玢巖、二長斑巖及正長花崗巖均為中生代早白堊世巖漿作用的產物，鋯石U-Pb結晶年齡分別為（122.7±1.8）（122.0±1.9）（120.1±1.5）和（121.4±1.9）Ma，礦化系統的巖漿就位發生在早白堊世（122.7～120.1 Ma），指示大石湖-大臺子銅礦化區的礦化時代晚于或近似等于120.1 Ma；元素地球化學數據揭示它們均以輕稀土元素（LREEs）和大離子親石元素（LILEs）富集，相對虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素（HFSEs），Eu異常不明顯為特征，均屬高鉀鈣堿性準鋁質系列巖石，是同源巖漿不同演化序列的產物；鋯石Lu-Hf同位素分析結果表明，二長閃長巖的εHf（t）值變化范圍為-7.5～-5.2、TDM2為1 647～1 500 Ma，正長花崗巖的εHf（t）值變化范圍為-13.1～-4.2、TDM2為2 004～1 445 Ma，fLu/Hf為-0.99～-0.95，指示巖漿起源于中古元古代古老地殼物質的部分熔融，在此過程中存在地幔端元物質的加入，且在正長花崗巖漿上升就位的過程中存在古老物質的混染。結合相關研究成果，認為研究區早白堊世花崗質巖漿作用形成于古太平洋板塊向歐亞大陸俯沖回撤形成的伸展環境。

關鍵詞：集安大石湖-大臺子銅礦化區；鋯石U-Pb年代學；鋯石Lu-Hf同位素；地球化學；中酸性雜巖；巖石成因；地球動力學

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230064

中圖分類號：P581;P597;P618.41

文獻標志碼：A

Abstract： Hydrothermal copper mineralization in the DashihuDataizi area of Ji’an area， southern Jilin Province is closely related to the intermediateacid complexes such as monzonite diorite， diorite porphyrite， monzonite porphyry and syenite granite. In order to determine the lower limit of metallogenic ages and geodynamic background， the lithography， zircon U-Pb isotopic geochronology， geochemistry and zircon Lu-Hf isotope of the mediumacid complex have been studied on the basis of field investigation. The results reveal that monzonite diorite， diorite porphyrite， monzonite porphyry and syenite granite are all products of the Early Cretaceous magmatism， and the zircon U-Pb crystallization ages are （122.7±1.8）（122.0±1.9）（120.1±1.5） and （121.4±1.9） Ma， respectively. The magma emplacement of the mineralized system occurred in the Early Cretaceous （122.7-120.1 Ma）， indicating that the mineralization age of the DashihuDataizi copper mineralization area was later than or approximately equal to 120.1 Ma. The geochemical data reveal that they are all enriched in light rare earth elements （LREEs） and large ion lithophile elements （LILEs）， relatively depleted in high field strength elements （HFSEs） such as Nb， Ta and Ti， and the Eu anomaly is not obvious. All of them present high potassium calcalkaline quasialuminous rocks， which are the products of different evolutionary sequences of homologous magmas. The results of zircon Lu-Hf isotope analysis shows that εHf（t） values of monzonite diorite range from -7.5 to -5.2 and TDM2 range from 1 647 to 1 500 Ma， and εHf（t） values of syenite granite range from -13.1 to -4.2 and TDM2 range from 2 004 to 1 445 Ma， fLu/Hf ranges from -0.99 to -0.95， indicating that the magma originated from the partial melting of ancient crustal materials in the Mesoproterozoic， during which there was the addition of mantle endmember materials， and the ancient materials were mixed during the ascent and emplacement of the syenogranite magma. Combined with relevant research results， it is concluded that the Early Cretaceous granitic magmatism in the study area was formed in the extensional environment formed by the subduction and rollback of the PaleoPacific plate to Eurasia.

Key words： DashihuDataizi copper mineralization area in Ji’an; zircon U-Pb geochronology; zircon Hf isotope; geochemistry; intermediateacid complex; petrogenesis; geodynamics

0 引言

集安大石湖-大臺子銅礦化區位于吉林省南部，地處遼吉裂谷帶的東北部，是一個經歷了太古宙陸核、元古宙裂谷形成至古生代盆地演化以及中生代古太平洋俯沖疊加與改造作用復合成巖成礦區，多期次的復合地質作用使得本區成為沉積變質型鐵、斑巖-淺成熱液金銅、矽卡巖型金及鉛鋅多金屬礦集區。距今已發現各類礦床70余座，包括大型礦床（南岔銅金礦床、大橫路銅鈷礦床）、中型礦床（復興屯銅鐵礦床、金廠溝金銀礦床、西岔銅金礦床、荒溝山金礦床等）和小型礦床（大青溝銅鐵礦床、郭家嶺鉛鋅礦床、下活龍金礦床等），另外還發現礦（化）點100余處。

集安大石湖-大臺子銅礦化區是吉林省南部集安地區重要的與斑巖作用有關的礦化區，處于鴨綠江裂谷邊緣的遼東—吉南成礦帶之中，自2008年發現多處銅礦化以來，倍受吉林省地礦工作者的關注，但之后尚未有重大突破。集安大石湖-大臺子銅礦化區內礦化與中生代二長閃長巖、二長斑巖、閃長玢巖以及正長花崗巖有著密切的關系。為此，我們在野外工作的基礎上，對其開展了系統的巖石學、單顆粒鋯石U-Pb同位素年代學、元素地球化學、鋯石Lu-Hf同位素工作，探討了研究區中酸性花崗質雜巖的形成時代、成因類型以及地球動力學背景，以期為進一步找礦提供方向。

1 區域地質概況和銅礦化區地質特征

1.1 區域地質概況

集安地區位于吉林省南部，大地構造位置處于華北地臺所轄的遼吉裂谷帶的東北部（圖1a），該區出露的地層以中生代火山-沉積巖建造為主，晚古生代地層、第四紀現代碎屑沉積物以及元古宙地層次之。區內斷裂以北東向為主，北西向次之。最大的斷裂為北東向鴨綠江大斷裂，其次級斷裂為黃柏大石湖斷裂（圖1b）。鴨綠江大斷裂長期多次活動，沿斷裂形成了復雜的中生代火山-巖漿巖帶，其中大石湖-大臺子一帶形成侏羅紀火山盆地。黃柏—大石湖斷裂西南起集安，經由黃柏一帶向北東經大石湖一帶延至區外臨江一帶，總體走向為北東向，略呈彎曲狀。研究區以發育大面積中生代花崗巖為特征，出露的巖漿巖主要是中生代花崗斑巖、二

長花崗巖等，以及少量古元古代堿性花崗巖。研究區處于國家16個重點成礦帶之一的遼東吉南成礦帶之中，成礦潛力巨大，發育著地下水熱液鉛鋅礦床（荒溝山Pb-Zn礦床等）、矽卡巖型鐵銅鉛鋅多金屬礦床（西岔Cu-Au礦床、南岔Cu-Au礦床、郭家嶺Pb-Zn礦床、下活龍Au礦床等）、中溫熱液金礦床（金英Au礦床、荒溝山Au礦床等）、斑巖型銅礦床（大橫路Cu-Co礦床等）等（圖1b）。

1.2 銅礦化區地質特征

大石湖-大臺子銅礦化區位于吉南地區的集安市北部，大地構造位置處于鴨綠江大斷裂與其次級斷裂黃柏大石湖斷裂之間，包括大石湖礦段和大臺子礦段（圖2）。該區出露的地層以中生代火山-沉積地層為主，新生代地層和元古宙地層次之。中生代地層由上及下分別為林子頭組暗灰色安山巖、安山質凝灰巖和粗面安山巖，鷹咀砬子組灰色砂礫巖、粉砂巖與粉砂質泥巖互層和頁巖，果松組流紋質凝灰巖、凝灰質砂巖和少量流紋巖。新生代地層主要為第四系沿溝谷分布的松散堆積物。元古宙地層包括新元古代地層和古元古代地層，其中：新元古代地層為細河群釣魚臺組，巖石類型為含礫長石石英粗砂巖、石英砂巖；古元古代地層為集安群變質巖-沉積

巖系，包括荒岔溝組硅質條帶大理巖、變粒巖等。區內斷裂構造發育，鴨綠江大斷裂從該區西北部穿過，其次級斷裂構造十分發育，主要為東西向、北東向及北西向，其中：東西向斷裂主要為大石湖溝斷裂；最大的北東向斷裂貫穿大石湖礦段和大臺子礦段，斷裂切割了果松組秋皮溝火山碎屑巖以及頭道溝序列和幸福山序列巖體，為區內的主要導礦構造；北西向斷裂在大臺子礦段發育普遍且規模較大，為區內的主要容礦構造。區內中生代侵入巖發育廣泛，包括正長花崗巖、二長斑巖、二長閃長巖等，區內脈巖主要為閃長玢巖以及花崗斑巖。

大石湖-大臺子礦化區礦化體發育較多，主要受到北西向壓扭性構造破碎帶控制，走向近東西向，以細脈浸染狀產出，呈斜列式排列（圖2），大石湖礦段礦石類型主要為破碎蝕變安山巖和二長斑巖；大臺子礦段礦石類型主要為閃長玢巖和正長花崗巖，其次為蝕變安山巖以及少量白云質大理巖和流紋巖。礦石礦物主要為黃鐵礦、磁黃鐵礦、毒砂、黃銅礦，其次為閃鋅礦、方鉛礦等（圖3）；脈石礦物主要為石英、絹云母，其次為綠泥石、方解石等。礦石主要發育半自形—他形結構、交代結構以及少量骸晶結構和碎裂結構；礦石構造以脈狀構造、浸染狀構造和塊狀構造為主，其次為晶簇狀構造等。該區熱液蝕變發育，主要為硅化、鉀化、絹英巖化、青磐巖化和碳酸鹽化等（圖4）；其中，硅化、鉀長石化和絹英巖化普遍發育在中酸性花崗質雜巖巖體內，與浸染狀Cu礦化聯系密切，青磐巖化疊加在硅化、絹英巖化之上。總的來看，在近礦化體處發育有硅化和絹英巖化，在遠離礦化體處發育青磐巖化。

2 樣品及分析方法

2.1 樣品地質、巖相學特征

二長閃長巖、二長斑巖采自大石湖礦段，閃長玢巖、正長花崗巖采自大臺子礦段；地質、巖相學特征表明它們均與成礦密切相關。具體描述如下。

二長閃長巖（DSH-24）：呈不規則侵入體在大石湖礦段大面積產出（圖2a），巖石新鮮面呈灰綠色，細粒半自形粒狀結構，塊狀構造。主要礦物為斜長石（體積分數約為60％）、堿性長石（體積分數約為20％）、普通角閃石（體積分數約為10％）、黑云母（體積分數約為5％）、石英（體積分數約為5％）。其中：斜長石為自形—半自形板狀，粒徑大小為1.0～3.0 mm，礦物晶體常出現程度不同的絹英巖化和綠簾石化，可見聚片雙晶；堿性長石種屬為具卡式雙晶的正長石，礦物晶體呈粒狀，粒徑大小為0.5～2.0 mm；普通角閃石為半自形柱狀，粒徑大小為0.5～1.5 mm；黑云母呈片狀，粒徑大小約為1.0 mm；石英呈他形粒狀，粒徑大小為0.2～0.5 mm。副礦物可見磁鐵礦、鋯石、磷灰石等（圖5a，b）。

二長斑巖（DSH-4）： 呈不規則侵入體在大石湖礦段中部產出，局部呈巖株狀或脈狀產在果松組火山-沉積巖系中（圖2b），新鮮面呈灰白色，斑狀結構，塊狀構造。斑晶體積分數約為50%，主要為斜長石、鉀長石、石英和少量黑云母。其中：斜長石斑晶體積分數約為20%，為自形—半自形板狀，粒徑大小為1.0～3.0 mm，可見明顯的聚片雙晶，少數具有斜長石環帶，絹英巖化、綠簾石化較為嚴重；鉀長石斑晶體積分數約為15%，為自形板狀，粒徑大小為0.5～2.0 mm，發育卡式雙晶；石英斑晶體積分數約為8%，呈他形粒狀，粒徑大小為0.3～1.0 mm；黑云母斑晶體積分數約為7%，呈片狀，粒徑大小為0.2～0.8 mm?；|為隱晶質結構，體積分數約為50%，主要由斜長石（體積分數約為20%）、鉀長石（體積分數約為10%）、石英（體積分數約為10%）、黑云母（體積分數約為10%）組成。副礦物為鋯石、磷灰石和磁鐵礦等（圖5c，d）。

閃長玢巖（DTZ11-3）：主要零散分布在大臺子礦段，多為隱伏巖體（圖2b），新鮮面為暗綠色，明顯的斑狀結構，塊狀構造。斑晶體積分數約為40%，礦物組成為斜長石、普通角閃石、石英以及少量黑云母。其中：斜長石為自形—半自形板狀，粒徑大小為1.0～4.0 mm，具有明顯聚片雙晶，體積分數約為20%；普通角閃石多為他形短柱狀，粒徑大小為0.5～2.0 mm，發育綠泥石化和綠簾石化，體積分數

約為10%；石英為他形粒狀，粒徑大小為0.3～0.8 mm，表面光滑，具有波狀消光，一級黃白干涉色，體積分數約為6%；黑云母體積分數約為4%，為半自形片狀，粒徑大小為0.2～0.5 mm。基質體積分數約為60%，主要為斜長石（體積分數約為30%）、石英（體積分數約為15%）、角閃石（體積分數約為10%）和少量的黑云母（體積分數約為5%），多為細粒結構，極個別發育自形粒狀結構。副礦物有磁鐵礦、鋯石和磷灰石等（圖5e，f）。

正長花崗巖（DTZ11-5）：呈不規則侵入體在大石湖礦段和大臺子礦段西部產出，與北西向斷裂相伴生（圖2b），新鮮面呈淺肉紅色，具有花崗結構，致密塊狀構造。礦物組成為鉀長石（體積分數約為60%）、斜長石（體積分數約為15%）、石英（體積分數約為25%）和副礦物磷灰石等。其中：鉀長石形態較規則，多呈自形板狀，少量晶體呈他形粒狀，粒徑大小為1.0～4.0 mm，具有明顯的卡式雙晶，另外可見部分條紋長石呈條紋構造；斜長石呈自形—半自形板狀，粒徑大小為1.0～2.0 mm，發育聚片雙晶，偶見斜長石環帶；石英多呈他形粒狀，粒徑大小為1.0～2.5 mm，晶面干凈，呈現波狀消光特征（圖5g，h）。

2.2 實驗方法

2.2.1 鋯石U-Pb測年

鋯石U-Pb同位素分析在吉林大學油氣重點實驗室進行，樣品分離和實驗過程分為3個步驟：1）首先用水清洗樣品并稱質量，然后將其洗凈后破碎并粉碎，最后在雙目鏡下選擇了純鋯石晶體，樣品分離在河北廊坊尚藝巖礦檢測技術服務有限公司實驗室完成；2）鋯石制靶和CL圖像在南京宏創科技有限公司完成；3）使用連接到193 nm ArF準分子激光燒蝕系統的Agilent 7500質譜儀進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析。測定過程中激光束斑直徑為63 μm，激光脈沖寬度為15 ns，采用He作為剝蝕物質載氣，鋯石年齡采用國際標準鋯石91500（1 062 Ma）作為外標標注物質。袁洪林等和Jackson等描述了詳細的實驗和分析過程。樣品所測單點的同位素比值及其各元素質量分數采用GLITTER程序進行計算，之后對所有的數據采用文獻的方法進行普通鉛校正，樣品年齡諧和圖采用Isoplot3.0繪制，實驗數據結果列于表1。

2.2.2 全巖主、微量元素分析

全巖地球化學數據（主量元素和微量元素）測試實驗在北京核工業分析測試中心完成。主量元素采用X熒光光譜（XRF）玻璃熔片法分析，這種方法能夠分析80多種元素，其檢測的質量分數范圍可以從10-2變化到10-6，分析精度優于±1％。微量和稀土元素分析采用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）進行，采用BHVO-1、AVG-1、G-2等國際標準物質進行質量監控，并作空白樣進行質量監控，分析精度優于±2％。具體測試方法和流程詳見文獻，本次實驗數據列于表2。

2.2.3 鋯石Lu-Hf同位素分析

鋯石的微區原位Hf同位素測試分析在中國地質科學院生態地球化學重點實驗室完成。Lu-Hf同位素測試分析實驗采用193 nm激光的Neptune多接電感耦合等離子體質譜（LA-MC-ICP-MS）進行，激光束直徑為50 μm，激光脈沖頻率為11 Hz、100 mJ的激光強度，氦氣作為燒蝕氣溶膠的載氣，詳細的操作流程和分析方法見參考文獻。樣品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf采用176Lu/175Lu值0.026 55和176Yb/172Yb值0.585 45進行同質異位的干擾校正。外標為標準鋯石GJ-1，推薦標準值為0.282 006±0.000 240。鋯石εHf值的計算采用176Lu衰變常數為1.867×10-11a-1，球粒隕石的176Hf/177Hf值為0.282 772，176Lu/177Hf值為0.033 2，Hf虧損地幔二階段模式年齡（TDM2）的計算采用平均陸殼的176Lu/177Hf值0.015。具體Hf同位素數據結果列于表3。

3 分析結果

3.1 鋯石U-Pb年代學

3.1.1 二長閃長巖（DSH-24）

從CL圖像和分析結果可知：單顆粒鋯石普遍為灰白色自形—半自形結構，粒狀晶體居多，部分為長柱狀、短柱狀，粒徑為200 μm左右（圖6）。17個測試分析點數據具有良好的諧和性，206Pb/238U表面年齡變化范圍介于127～120 Ma之間，測定鋯石的U質量分數為（105.66～643.27）×10-6，Th質量分數為（119.62～891.58）×10-6，Th/U值范圍為0.79～1.43（表1），均大于0.1，且大部分鋯石具有明顯振蕩環帶結構，為典型的巖漿成因鋯石。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖（圖7）上，分析點均位于諧和曲線上或其附近，206Pb/238U加權平均年齡為（122.7±1.8）Ma（n=17，MSWD=0.30）；指示二長閃長巖侵位發生在早白堊世。

3.1.2 二長斑巖（DSH-4）

從CL圖像和分析結果可知：單顆粒鋯石普遍為灰白色自形半自形結構，長柱狀晶體居多，環帶結構發育明顯，長軸長度為160～300 μm，長短軸之比為2∶1～4∶1（圖6）。16個測試分析點數據具有良好的諧和性，206Pb/238U表面年齡變化范圍介于127～117 Ma之間，測定鋯石的U質量分數為（56.60～111.47）×10-6，Th質量分數為（45.74～120.03）×10-6，Th/U值范圍為0.63～1.08（表1），均大于0.1，且大部分鋯石具有明顯振蕩環帶結構，為典型的巖漿成因鋯石。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖（圖7）上，分析點均位于諧和曲線上或其附近，206Pb/238U加權平均年齡為（120.1±1.5）Ma（n=16，MSWD=0.71）；指示二長斑巖侵位發生在早白堊世。

3.1.3 閃長玢巖（DTZ11-3）

從CL圖像和分析結果可知：單顆粒鋯石普遍為灰白色自形半自形結構，長柱狀晶體居多，環帶結構發育明顯，長軸長度為140～350 μm，長短軸之比為2∶1～4∶1（圖6）。17個測試分析點數據具有良好的諧和性，206Pb/238U表面年齡變化范圍介于129～115 Ma之間，測定鋯石的U質量分數為（45.37～725.32）×10-6，Th質量分數為（22.95～806.06）×10-6，Th/U值范圍為0.40～1.21（表1），均大于0.1，且大部分鋯石具有明顯振蕩環帶結構，為典型的巖漿成因鋯石。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖（圖7）上，分析點均位于諧和曲線上或其附近，206Pb/238U加權平均年齡為（122.0±1.9）Ma（n=17，MSWD=0.92）；指示閃長玢巖侵位發生在早白堊世。

3.1.4 正長花崗巖（DTZ11-5）

從CL圖像和分析結果可知：單顆粒鋯石普遍為灰白色自形—半自形結構，粒狀晶體居多，部分為長柱狀、短柱狀，粒徑大小為120～210 μm（圖6）。19個測試分析點數據具有良好的諧和性，206Pb/238U表面年齡變化范圍介于130～113 Ma之間，測定鋯石的U質量分數為（23.99～314.97）×10-6，Th質量分數為（14.27～233.70）×10-6，Th/U值范圍為0.37～0.96（表1），均大于0.1，且大部分鋯石具有明顯振蕩環帶結構，為典型的巖漿成因鋯石。在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖（圖7）上，分析點均位于諧和曲線上或其附近，206Pb/238U加權平均年齡為（121.4±1.9）Ma（n=19，MSWD=1.2）；指示正長花崗巖侵位發生在早白堊世。

3.2 巖石地球化學特征

3.2.1 主量元素地球化學特征

從表2可知：深成巖相中的2件二長閃長巖的w（SiO2）分別為52.38%和52.74%，屬于中性侵入巖，w（Al2O3）分別為17.22%和17.30%，w（Fe2O3）分別為7.53%和7.63%，w（FeO）分別為3.81%和3.86%，w（TiO2）均為1.03%，w（MgO）分別為3.71%和3.78%，w（P2O5）分別為0.37%和0.38%，w（CaO）分別為5.65%和5.79%，w（K2O）分別為1.90%和2.06%，w（Na2O）分別為4.33%和4.46%，w（K2O+Na2O）分別為6.36%和6.39%，A/CNK值分別為0.84和0.85，A/NK值分別為1.71和1.72；深成巖相中的2件正長花崗巖的w（SiO2）分別為67.81%和73.86%，屬于酸性侵入巖，w（Al2O3）分別為13.55%和14.84%，w（Fe2O3）分別為1.69%和2.77%，w（FeO）分別為0.40%和1.17%，w（TiO2）分別為0.14%和0.33%，w（MgO）分別為0.38%和0.60%，w（P2O5）分別為0.04%和0.10%，w（CaO）分別為1.73%和1.82%，w（K2O）分別為3.89%和4.32%，w（Na2O）分別為4.15%和4.38%，w（K2O+Na2O）分別為8.27%和8.47%，A/CNK值分別為0.84和0.92，A/NK值分別為1.04和1.16。二長閃長巖和正長花崗巖在TAS圖解（圖8a）上成分點分別落在二長閃長巖區域內和花崗巖區及其與石英二長巖區分界線附近，均屬高鉀鈣堿性系列侵入巖系（圖8b）；在w（Na2O）-w（K2O）圖解（圖8c）上落入I型花崗巖區域；在A/NK-A/CNK圖解（圖8d）中落入準鋁質區域。

淺成巖相的二長斑巖和閃長玢巖兩者具有相似的元素地球化學特征。2件二長斑巖的w（SiO2）分別為59.18%和62.73%，屬于中性侵入巖，w（Al2O3）分別為15.28%和15.70%，w（Fe2O3）分別為5.12%和5.85%，w（FeO）分別為3.55%和3.76%，w（TiO2）均為0.85%，w（MgO）分別為1.78%和3.32%，w（P2O5）均為0.25%，w（CaO）分別為3.36%和4.23%，w（K2O）分別為2.91%和3.09%，w（Na2O）分別為3.55%和4.69%，w（K2O+Na2O）分別為6.64%和7.60%，A/CNK值分別為0.85和0.87，A/NK值分別為1.28和1.53。2件閃長玢巖的w（SiO2）分別為59.41%和60.14%，屬于中性侵入巖，w（Al2O3）分別為15.24%和15.55%、w（Fe2O3）分別為5.87%和6.03%，w（FeO）分別為3.56%和3.62%，w（TiO2）分別為0.90%和1.02%，w（MgO）分別為2.16%和2.56%，w（P2O5）分別為0.27%和0.32%，w（CaO）分別為5.79%和6.39%，w（K2O）分別為2.04%和2.72%，w（Na2O）分別為4.27%和4.38%，w（K2O+Na2O）分別為6.42%和6.99%，A/CNK值分別為0.67和0.72，A/NK值分別為1.37和1.42。二長斑巖和閃長玢巖在TAS圖解（圖8a）上成分點落在二長巖-閃長巖分界線附近，均屬高鉀鈣堿性系列侵入巖系（圖8b）；在w（Na2O）-w（K2O）圖解（圖8c）上落入I型花崗巖區域；在A/NK-A/CNK圖解（圖8d）中落入準鋁質區域。

此外，從二長閃長巖、閃長玢巖到二長斑巖的Al2O3、CaO、TiO2、P2O5和Na2O質量分數隨著SiO2質量分數升高而降低，推測可能與暗色礦物（角閃石、黑云母）、磁鐵礦等造巖礦物以及副礦物參與了分離結晶有關，并且P2O5質量分數的降低體現了其I型花崗巖的性質，而K2O質量分數與SiO2質量分數為明顯正相關，顯示出礦物分離結晶的趨勢。大石湖礦段二長閃長巖、二長斑巖以及大臺子礦段閃長玢巖均落入演化趨勢內，暗示其經歷了明顯的結晶分異作用，它們應為同源巖漿不同演化階段的產物。

3.2.2 稀土和微量元素地球化學特征

對礦化區二長閃長巖、二長斑巖、閃長玢巖和正長花崗巖各2個樣品稀土元素進行球粒隕石標準化，二長閃長巖、二長斑巖、閃長玢巖和正長花崗巖的稀土和微量元素的特征揭示，它們具有相似的地球化學特征，稀土元素配分曲線均呈稀土元素低分餾、右傾模式（圖9a），與吉林省南部地區典型斑巖型銅礦（常發溝、小西南岔、農坪、二密）巖體元素配分模式基本相似。在微量元素原始地幔標區域斑巖型銅礦巖體數據據文獻。a圖球粒隕石標準化值據文獻；b圖原始地幔標準化值據文獻。

準化蛛網圖（圖9b）上，8個樣品的曲線形態較為一致，呈現明顯富集大離子親石元素（LILEs，如Ra、Ba、Sr、K等），虧損高場強元素（HFSEs，如Nb、P、Ta、Ti等），體現了其與島弧或活動大陸邊緣巖漿巖地球化學特征相似的親緣性。

二長閃長巖和閃長玢巖的w（∑REE）介于（116.38～152.07）×10-6之間，LREE/HREE為13.54～14.37，（La/Yb）N為11.17～14.09，w（Th）為5.01～5.40，w（U）為1.09～1.33，具有較弱的正銪異常（δEu為1.05～1.47），表明從二長閃長巖到閃長玢巖斜長石的分離結晶作用不明顯，主要分離結晶礦物相是角閃石、黑云母以及副礦物磁鐵礦、鋯石等；而二長斑巖具有較高的w（∑REE）值（分別為142.06×10-6和146.32×10-6）、LREE/HREE分別為15.21和15.44、（La/Yb）N分別為13.42和14.17、w（Th）分別為8.64×10-6和9.45×10-6、w（U）均為2.08×10-6，同時具有較弱的負銪異常（δEu為0.85和0.93），暗示二長閃長巖、閃長玢巖到二長斑巖的巖漿演化過程中除了角閃石、黑云母以及副礦物的分離結晶外，還存在較為明顯的斜長石的分離結晶作用。另外，從整體上來看，從早階段二長閃長巖到二長斑巖的分異指數ID從49.74～69.98逐漸升高，指示二長閃長巖、閃長玢巖、二長斑巖的巖漿分異程度也在逐漸增高。

3.2.3 Hf同位素地球化學特征

在完成鋯石U-Pb同位素測年的基礎上，開展二長閃長巖和正長花崗巖的鋯石Lu-Hf同位素測定，測點位置見圖6。本次獲得二長閃長巖（約122.7 Ma）和正長花崗巖（約121.4 Ma）巖體鋯石的Hf同位素表明：二長閃長巖的176Yb/177Hf值變化范圍為0.018 809～0.047 650，176Lu/177Hf值變化范圍為0.000 722～0.001 553，176Hf/177Hf值變化范圍為0.282 490～0.282 555，對應的εHf（t）值變化范圍為-7.5～-5.2、單階段Hf模式年齡TDM1為1 082～988 Ma、二階段Hf模式年齡TDM2為1 647～1 500 Ma（平均值為1 578 Ma）、fLu/Hf為-0.98～-0.95（表3）；正長花崗巖的176Yb/177Hf值變化范圍為0.011 947～0.057 815，176Lu/177Hf值變化范圍為0.000 402～0.001 719，176Hf/177Hf值變化范圍為0.282 327～0.282 578，對應的εHf（t）變化范圍為-13.1～-4.2、單階段Hf模式年齡TDM1為1 314～962 Ma、二階段Hf模式年齡TDM2為2 004～1 445 Ma（平均值為1 640 Ma）、fLu/Hf為-0.99～-0.95（表3）。另外，本次測試鋯石中176 Lu/177Hf值均小于0.002，表明鋯石在形成后具有相對較低的放射成因Hf積累，可以很好地反映鋯石形成時巖漿的Hf同位素組成特征。

4 討論

4.1 成巖時代

雖然前人對吉林省南部地區火成巖的研究較為深入，并取得了一定的突破性成果，但是針對集安地區的研究仍缺乏高精準的年代學和地球化學數據，這也制約了對集安地區不同時代火成巖的成因及構造機制進行更深的討論。為此，筆者對集安地區與大石湖-大臺子銅礦化區密切相關的礦化巖體二長閃長巖、閃長玢巖、二長斑巖、正長花崗巖進行了高精度LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素測年研究。測得二長閃長巖、閃長玢巖和二長斑巖的206Pb/238U年齡加權平均值分別為（122.7±1.8）（122.0±1.9）和（120.1±1.5）Ma，正長花崗巖的206Pb/238U年齡加權平均值為（121.4±1.9）Ma，均代表了巖漿結晶成巖的時代，限定大石湖-大臺子銅礦化體系的中酸性雜巖體的就位年齡為122.7～120.1 Ma，指示大石湖-大臺子銅礦化區的礦化時代晚于或近似等于120.1 Ma。這與集安地區下活龍金礦床閃長玢巖的鋯石LA-ICP-MS年齡（（124.1±1.9）Ma）、南岔銅金礦床成礦相關花崗巖巖體的鋯石LA-ICP-MS年齡（（120.0±1.0）Ma）相一致，證明早白堊世期間研究區發生了一期與礦化作用密切相關的巖漿活動事件，這為集安地區銅礦化作用提供了有力的證據。

4.2 巖石成因

4.2.1 巖石成因類型與巖漿作用

本次工作地質、巖相學表明：大石湖-大臺子礦化區早白堊世花崗質雜巖主要由深成巖相二長閃長巖、正長花崗巖以及淺成巖相二長斑巖、閃長玢巖組成，發育中細粒結晶結構和斑狀結構，主要礦物組成為斜長石、鉀長石、石英、普通角閃石和黑云母，副礦物為榍石、磁鐵礦、磷灰石和鋯石等，不存在典型的A型花崗巖所具有的堿性暗色礦物，同時不含白云母、堇青石和石榴石等富鋁礦物，有別于S型花崗巖，而具有I型花崗巖巖相學特征。大石湖-大

臺子礦化區花崗質雜巖均屬于高鉀鈣堿性、準鋁質系列（A/CNKlt;0.92）巖石，在w（Na2O）-w（K2O）圖解（圖8c）中樣品的數據點均落入I型花崗巖區域。綜上所述，本文所采樣品均屬于I型花崗巖。

二長閃長巖、閃長玢巖、二長斑巖具有相對連續變化的SiO2質量分數（52.38%～62.73%），在相關元素的Hark圖解（圖10）中樣品點呈線性分布，具體表現為TiO2、Al2O3、TFe2O3、CaO、Sr等主微量元素質量分數及Sm/Nd、Nb/Ta等微量元素比值隨著SiO2質量分數升高而降低，顯示二長閃長巖、閃長玢巖、二長斑巖處于同一分離結晶演化趨勢內；表明它們為同源巖漿演化和結晶分異作用的產物，形成順序為深成巖相二長閃長巖淺成巖相閃長玢巖淺成巖相二長斑巖，這與其成巖時代順序一致。正長花崗巖則具有相對較高的SiO2質量分數（67.81%和73.86%），成巖時代（（121.4±1.9）Ma）與二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖（（120.1±1.5）Ma）演化序列的時代一致，在Hark圖解中與二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖的結晶分異趨勢線不同，且巖漿組分的演化應由基性中性酸性的順序。因此，正長花崗巖不是通過上述巖漿分異作用產生的，與二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖應為同期巖漿不同演化序列的產物。

4.2.2 巖漿起源與源區性質

目前研究表明，對I型花崗巖巖漿起源的解釋有多種觀點，主要有：1）幔源玄武質巖漿分離結晶形成，或與酸性巖漿混合結晶形成；2）由古老或新生玄武質下地殼部分熔融產生；3）由俯沖板片部分熔融產生；4）由與俯沖板片有關的流體或熔體交代富集的巖石圈地幔發生部分熔融產生。研究表明，中酸性的花崗質巖石不可能由地幔玄武質巖漿直接形成，必須經過高壓下持續的分離結晶作用，而這一過程會產生大量的鐵鎂質基性巖漿巖，但在礦化區及其外圍發現的基性巖漿巖十分匱乏，排除了鐵鎂質巖漿分離結晶的可能，暗示地殼物質部分熔融作用主導了巖漿房的形成。同時，二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖和正長花崗巖均為高鉀鈣堿性、準鋁質系列巖石，顯示高硅、富堿、貧鎂和鐵的特征，并且富集大離子親石元素（如Rb、K）和高場強元素（如Th、U），虧損高場強元素（如Nb、Ta、Ti和P）（圖9b），與地殼物質熔融作用形成的巖石特征一致，不具有地幔源區來源的巖漿屬性；且二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖和正長花崗巖微量元素特征比值基本接近：La/Nb=1.6～3.9（平均值為2.7）、Ba/Nb=34.8～79.2（平均值為61.3）、Sm/Nd=0.17～0.19（平均值為0.18），與陸殼端元成分相近（La/Nb=2.2、Ba/Nb=54、Sm/Nd=0.17～0.25），與幔源巖漿（La/Nb=1、Ba/Nb=9、Sm/Nd=0.33）差異很大，表明二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖和正長花崗巖為同源巖漿的產物，巖漿起源于古老地殼物質的部分熔融。

鋯石Hf同位素對于巖漿源區的示蹤具有重要意義，若εHf（t）值為正值，說明來源于虧損地?；蜉^多幔源物質參與新生地殼部分熔融；當εHf（t）值為負值時，證明源區存在古老地殼物質。本文獲得早白堊世二長閃長巖的鋯石εHf（t）值（-7.5～-5.2）和正長花崗巖的鋯石εHf（t）值（-13.1～-4.2）均為負值，且正長花崗巖鋯石εHf（t）值變化范圍較大；二長閃長巖fLu/Hf（-0.98～-0.95）和正長花崗巖fLu/Hf（-0.99～-0.95）變化范圍較小，證明巖漿成分均一；數據點基本落入球粒隕石演化線與下地殼演化線之間（圖11），表明樣品相對于CHUR（球粒隕石均一儲庫）虧損放射性成因176Hf，指示有古老物質的循環改造；另一方面，兩階段Hf模式年齡（TDM2）代表了鋯石寄主巖石源區物質脫離虧損地幔進入地殼時間，大體反映了地殼生長時間，樣品對應的二階段Hf模式年齡（TDM2）為2.0～1.5 Ga（均值1.6 Ga）遠大于結晶年齡（約121.4 Ma），表明鋯石寄主巖石源于古老下地殼深熔。根據以上證據可以指示二長閃長巖和正長花崗巖巖漿來源于中—古元古代下地殼物質的部分熔融，并且正長花崗巖漿在上升就位的過程中存在古老物質的混染作用。

值得注意的是，二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖Zr/Hf值為31.76～38.73（平均值為36.47）、Nb/Ta值為12.76～15.37（平均值為13.99），正長花崗巖Nb/Ta值為12.19和12.70（平均值為12.44），均介于殼源巖石的相應值（Zr/Hf=33、Nb/Ta=11）與幔源巖石的相應值（Zr/Hf=37、Nb/Ta=17）之間；二長閃長巖閃長玢巖二長斑巖Mg#值的平均值（63.6）較高，正長花崗巖Mg#值的平均值（46.9）較低，但均大于下地殼部分熔融形成的花崗巖的Mg#值（40.0）；并且在εHf（t）-t圖解（圖11）上，部分樣品點靠近華北克拉通富集型地幔區域。綜上表明，中古元古代下地殼物質部分熔融的過程中存在地幔端元物質的加入。

4.3 地球動力學背景

研究區位于華北克拉通北緣東段，是中國東北亞大陸邊緣的重要組成部分，自晚古生代古亞洲洋閉合、華北克拉通與西伯利亞板塊碰撞拼合以來，區域中生代構造演化主要與古太平洋板塊俯沖作用有關。關于古太平洋板塊向中國東北亞地區俯沖作用發生的起始時間，大量巖石學證據表明發生在早侏羅世，具體表現為陸緣發育增生雜巖和一套弧型鈣堿性火成巖，陸內發育雙峰式火成巖和A型花崗巖組合。至早白堊世，古太平洋板塊變為NNW向俯沖并發生板塊回撤作用，促使研究區甚至整個東亞洋陸過渡帶由擠壓背景轉變為伸展背景，華北克拉通東部發生持續且強烈的巖石圈減薄作用，具體表現為大量的變質核雜巖形成、廣泛的斷陷盆地出現、伸展斷層活動與大規模的火山噴發及巖體侵入。

集安地區廣泛發育白堊紀安山質火山巖和花崗質巖石（圖1b），均表現為鈣堿性—高鉀鈣堿性系列巖石，被解釋為形成于活動大陸邊緣環境或俯沖背景下的伸展環境。大石湖-大臺子礦化區花崗質巖石顯示出與集安地區白堊紀花崗質巖石相似的地球化學特征，富集Rb、K等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、Ti、P等高場強元素，顯示出與俯沖作用有關的活動大陸邊緣火成巖類似的地球化學特征；另外，本文通過與吉林南部地區典型斑巖型銅礦二密礦床對比發現其主微量元素特征相似，具體表現在：Sr/Y-w（Y）和（La/Yb）N-YbN構造判別圖解（圖12a，b）中，多數樣品點均位于經典島弧巖漿區域；在Th/Yb-Nb/Yb構造判別圖解（圖12c）中，多數樣品點靠近大陸地殼端元，落在大陸島弧巖漿區域；在w（Ta）-w（Yb）花崗巖構造環境判別圖解（圖12d）中，樣品點均位于火山弧花崗巖區。綜合年代學、微量元素特征以及區域地質構造演化，認為大石湖-大臺子銅礦化區中酸性花崗質雜巖的動力學背景為古太平洋板塊向歐亞大陸俯沖回撤形成的伸展環境。推測大石湖-大臺子銅礦化區成巖動力學模式如下：研究區早白堊世處于古太平洋板塊俯沖回撤階段，強烈的伸展環境使華北克拉通遭到破壞，誘發幔源玄武質巖漿發生底侵作用并提供大量熱能，從而促使下地殼部分熔融形成富含成礦物質的中酸性成礦母巖漿，母巖漿不斷上升運移，隨著多期次的巖漿侵位、結晶分異作用，形成了不同的演化序列。其中，二長閃長巖—閃長玢巖—二長斑巖的巖漿演化序列和大石湖-大臺子銅礦化區的礦化作用密切相關。

二密銅礦床數據據文獻。A.部分熔融曲線，具有榴輝巖殘留體；B.分離結晶趨勢（橄欖巖+斜長石+單斜輝石+斜方輝石）；Ga10.10%石榴角閃巖；GFA.角閃石+金云母+石榴石；Ga25.25%石榴角閃巖；ECL.榴輝巖；MORB.洋中脊玄武巖；OIB.洋島玄武巖；E-MORB.富集地幔；PM.原始地幔；N-MORB.正常地幔。

5 結論

1）與大石湖-大臺子銅礦化區密切相關的成礦巖體二長閃長巖、二長斑巖、閃長玢巖和正長花崗巖鋯石U-Pb結晶年齡分別為（122.7±1.8）（120.1±1.5）（122.0±1.9）和（121.4±1.9）Ma，屬于中生代早白堊世巖漿作用的產物，限定大石湖-大臺子銅礦化體系的中酸性雜巖體的就位年齡為122.7～120.1 Ma，指示大石湖-大臺子銅礦化區的礦化時代晚于或近似等于120.1 Ma。

2）研究區早白堊世二長閃長巖、二長斑巖、閃長玢巖和正長花崗巖均為高鉀鈣堿性、準鋁質系列巖石，屬于 I 型花崗巖，是同源巖漿不同演化序列的產物，原始巖漿主要起源于華北克拉通中—古元古代下地殼物質的部分熔融，在此過程中存在地幔端元物質的加入，且在正長花崗巖漿上升就位的過程中存在古老物質的混染。

3）集安地區大石湖-大臺子銅礦化區的礦化作用形成于古太平洋板塊向歐亞大陸俯沖回撤形成的伸展環境。

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