延邊鬧枝銅金礦區(qū)中生代火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)及其地質(zhì)意義

李曉鵬，孫景貴，劉陽，王清海，任澤寧，谷小麗

1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061；2.吉林大學(xué) 東北亞國際地學(xué)研究與教學(xué)中心，長春 130026；3.長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，長春 130011

0 引言

鬧枝銅金礦區(qū)位于延邊地區(qū)北部，地處中國東北部陸緣東段，西側(cè)為敦密斷裂，北側(cè)為佳木斯地塊與興凱地塊，處于古亞洲構(gòu)造域與環(huán)太平洋構(gòu)造域的疊加、轉(zhuǎn)換部位[1](圖1a)。大量研究揭示，該地區(qū)是一個(gè)歷經(jīng)了古亞洲洋消減[2-4]、華北板塊與佳木斯—興凱地塊拼貼[5-6]和古太平洋板塊活動(dòng)[7]等多次構(gòu)造活動(dòng)疊加的復(fù)合構(gòu)造-巖漿-成礦區(qū)[8-10]。區(qū)內(nèi)金銅成礦作用與中生代火山巖帶關(guān)系密切[11-12]。

吉林省地礦局在《吉林省區(qū)域地質(zhì)志》[11]中將礦區(qū)及附近地區(qū)出露的中生代早期火山巖(安山巖、粗面安山巖和角閃安山巖等)劃分到中侏羅世屯田營組，將晚期火山巖(玄武巖、安山巖和凝灰?guī)r等)劃分到早白堊世金溝嶺組。在汪清縣幅(K-52-32-B)1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查中，早白堊世的地層又被進(jìn)一步細(xì)分為早期的刺猬溝組和晚期的金溝嶺組。近年來的鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，礦區(qū)內(nèi)出露的中生代早期火山巖(粗面安山巖、角閃安山巖)均形成于130 Ma前后[13-14]，應(yīng)劃歸到早白堊世熱河期刺猬溝組，而非屯田營組。但是，粗面安山巖、角閃安山巖在礦區(qū)的出露面積遠(yuǎn)少于安山巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r，且缺少對英安質(zhì)凝灰?guī)r的精確定年。因此，區(qū)內(nèi)中生代火山巖的形成時(shí)代與地層單元?dú)w屬仍存在爭議，通過前人的測年結(jié)果說明該問題也存在一定的局限性，無法真正確定安山巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r的地層單元?dú)w屬。

野外踏勘過程中，筆者在礦區(qū)東側(cè)發(fā)現(xiàn)一處完好的中生代火山巖地層剖面，包含了安山巖、英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r和英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r等礦區(qū)主要的火山巖巖性，而且其中有明顯的底礫巖夾層，具有良好的年代學(xué)指示意義。筆者在野外觀察、室內(nèi)鏡下鑒定和LA-LCP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究的基礎(chǔ)上，理清其地層單元?dú)w屬并探討其地質(zhì)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)和礦區(qū)地質(zhì)概況

延邊地區(qū)地處興蒙造山帶東端，夾于佳木斯地塊、興凱地塊與華北板塊之間[1]，獨(dú)特的大地構(gòu)造位置(圖1a)以及晚古生代—中生代(200～100 Ma)的巖漿-構(gòu)造演化造就了復(fù)雜的成礦背景[15-18]，形成了一系列內(nèi)生金屬礦床，其中以金礦床(杜荒嶺、刺猬溝和九三溝等)、金銅礦床(小西南岔、鬧枝等)及鎢礦床(楊金溝、五道溝等)最為常見。

延邊北部(圖1b)火山地層較為發(fā)育，占區(qū)域總面積的40%±，除了少部分新生代玄武巖，主要為古生代的淺變質(zhì)巖(形成于晚二疊世至早三疊世古亞洲洋閉合背景)以及中生代的火山巖(形成于古太平洋板塊俯沖背景)和沉積巖[10]。目前區(qū)內(nèi)燕山期的地層主要包括屯田營組、長財(cái)組、刺猬溝組、金溝嶺組和泉水村組，其中白堊世地層的出露面積相對較小。區(qū)域侵入巖可以劃歸到古亞洲洋和瀕太平洋兩大構(gòu)造域中，前者呈東西向展布，巖性主要為古生代晚期至中生代早期的輝長巖、閃長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖；后者呈孤島狀分布，主要為燕山期的花崗巖。區(qū)域內(nèi)褶皺與斷裂構(gòu)造發(fā)育，其中斷裂依據(jù)走向可以分為NE、NW和EW三組[1]，NE向的敦化—密山斷裂帶(圖1a)控制著區(qū)域內(nèi)熱液礦床的產(chǎn)出[10]。

圖1 延邊地區(qū)構(gòu)造位置圖(a)和區(qū)域地質(zhì)背景圖(b)Fig.1 Tectonic map (a) and regional geological map (b) in Yanbian Region mining area

鬧枝銅金礦區(qū)(圖2)出露的火山巖巖性主要包括古生代的淺變質(zhì)流紋巖和中生代的安山巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r。淺變質(zhì)流紋巖主要分布于礦區(qū)北部；中生代火山巖主要分布于10號(hào)礦體東側(cè)，呈南北向帶狀分布[19]。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要產(chǎn)出于燕山期，以火山噴發(fā)和巖漿侵入交替作用為特征，分為早侏羅世與早白堊世兩個(gè)旋回：早侏羅世巖漿巖主要呈大規(guī)模巖基狀產(chǎn)出，巖性以花崗閃長巖為主；早白堊世巖漿主要形成了一套呈巖株、巖脈狀產(chǎn)出的中酸性侵入巖，脈巖的走向與區(qū)內(nèi)次級斷裂的走向相一致，區(qū)內(nèi)金礦體的形成與燕山晚期的巖漿侵位活動(dòng)密切相關(guān)[20-22]。區(qū)內(nèi)成礦斷裂走向以NW和近EW為主，個(gè)別走向NEE，成礦斷裂及東部礦帶的礦體穿切安山巖與粗面安山巖[20, 23]。

1.第四紀(jì)沉積物；2.金溝嶺組英安質(zhì)凝灰?guī)r；3.刺猬溝組安山巖；4.古生代淺變質(zhì)流紋巖；5.早白堊世花崗斑巖；6.早白堊世花崗閃長斑巖；7.早白堊世花崗閃長巖；8.早白堊世輝長閃長巖；9.早侏羅世花崗閃長巖；10.三疊紀(jì)鉀長花崗巖；11.花崗閃長斑巖脈；12.閃長玢巖脈；13.主斷裂和次級斷裂；14.礦體及編號(hào)；15.銅鉬礦點(diǎn)；16.采樣位置。圖2 鬧枝銅金礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map in Naozhi copper-gold mining area

2 礦區(qū)中生代火山巖地層層序及巖性組合

本次鋯石年代學(xué)研究的樣品采集地點(diǎn)位于鬧枝銅金礦區(qū)東部采石場附近的人工露頭(圖3a)。該處火山巖地層剖面恰好處于礦區(qū)內(nèi)安山巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r的接觸部位，對于火山作用期次具有良好的指示意義(因前人已對區(qū)內(nèi)粗面安山巖做過詳細(xì)的年代學(xué)與地球化學(xué)研究[13]，本文不作詳述)。

剖面中出露的巖性主要有安山巖、底礫巖、英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r與英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r。安山巖整體呈深灰綠色，受成礦作用影響局部可見弱綠泥石化蝕變，與底礫巖或凝灰?guī)r之間為假整合接觸，接觸面傾角近直立(圖3b)。底礫巖層的厚度約為20 m，整體呈黃褐色，膠結(jié)物為泥質(zhì)，層理較清晰，層理產(chǎn)狀為70°∠85°；礫巖層底部礫石磨圓度低且直徑較大(30～50 cm)，成分主要為花崗巖、安山巖或石英巖；頂部礫石磨圓度高、直徑較小(10～20 cm)且分布均勻，成分主要為石英巖。英安質(zhì)凝灰?guī)r與礫巖層頂部之間為角度不整合接觸(圖3c)。英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r主體呈淺灰綠色，英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r主體呈灰白色，兩者之間為整合接觸關(guān)系(圖3d)，為同期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

a.安山巖、底礫巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r的野外接觸關(guān)系；b.安山巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r之間為假整合接觸；c.底礫巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r之間為角度不整合接觸；d.英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r與英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r之間為整合接觸；e.英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r中含木化石；f.英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r中含安山巖角礫；g.英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r中含安山質(zhì)巖屑(鏡下照片)；h.英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r手標(biāo)本照片；i.英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r手標(biāo)本照片；j.安山巖手標(biāo)本照片。圖3 鬧枝銅金礦床中生代火山巖野外地質(zhì)關(guān)系、手標(biāo)本照片與顯微鏡下特征Fig.3 Outcrops, specimen and microscopic photos showing characteristics of Mesozoic volcanic rocks in Naozhi copper-gold mining area

筆者在英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)大量黑色木化石(圖3e)，說明英安質(zhì)凝灰?guī)r出現(xiàn)之前該地區(qū)已經(jīng)由干旱的河湖相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴?，后被火山灰覆蓋，植物殘骸以化石的形式被保存在凝灰?guī)r中。同時(shí)，在英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)大量大小不一(直徑5～30 mm)、棱角狀的深灰綠色安山巖角礫(圖3f)，并在室內(nèi)鏡下觀察中，亦發(fā)現(xiàn)英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r中含有大量安山巖巖屑(圖3g)，結(jié)合剖面中底礫巖層的特征，筆者判斷英安質(zhì)凝灰?guī)r對應(yīng)的火山活動(dòng)時(shí)間應(yīng)該明顯晚于區(qū)內(nèi)安山巖的形成時(shí)間。

3 樣品特征及測試方法

3.1 樣品特征

筆者在礦區(qū)東部的人工露頭(圖3a)采集了中生代火山巖的代表性巖石，綜合定名分別為英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r(NZ18-1，圖3h)、英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r(NZ18-4，圖3i)與安山巖(NZ18-6，圖3j)。

(1)英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r：淺灰綠色，似層狀產(chǎn)出；巖石呈凝灰結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造；碎屑成分主要為晶屑、巖屑和少量巖屑角礫；晶屑含量為20%～25%，主要為斜長石(占晶屑80%±，自形-半自形長柱狀，發(fā)育聚片雙晶，可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)，大小不均，粒度(0.2×0.3)～(0.5×1.5) mm2，部分發(fā)生絹云母化)、石英(占晶屑10%±，次圓狀，粒徑0.1～0.3 mm，表面干凈，可見波狀消光)和黑云母(占晶屑10%±，片狀，粒度<(0.5×0.75) mm2)；巖屑含量為15%～20%，主要為流紋質(zhì)(占巖屑45%±，棱角狀，流紋構(gòu)造，粒徑0.5～3 mm)、安山質(zhì)(占巖屑45%±，次棱角狀，可見交織結(jié)構(gòu)，粒徑0.5～2 mm)和少量硅質(zhì)(占巖屑10%±，主要為石英顆粒的集合體，次棱角-次圓狀，粒徑0.5～1 mm)；巖屑角礫主要為流紋質(zhì)，直徑最大可達(dá)5 mm，含量約占總體的3%；膠結(jié)物為凝灰質(zhì)火山灰和火山玻璃質(zhì)等。

(2)英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r：灰白色或灰紫色，似層狀產(chǎn)出；巖石呈凝灰結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造；碎屑成分主要為剛性火山角礫和少量巖屑、晶屑；火山角礫的成分主要為流紋巖和安山巖，呈棱角狀，粒徑最大可達(dá)30 mm，含量占總體的25%～30%；巖屑、晶屑的成分和礦物特征與灰綠色晶屑巖屑凝灰?guī)r相近，含量為5%～10%；膠結(jié)物為凝灰質(zhì)火山灰和火山玻璃質(zhì)等。

(3)安山巖：深灰綠色，似層狀產(chǎn)出；巖石呈斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造；斑晶為斜長石和少量角閃石，占礦物總含量10%～15%，其中斜長石占80%～85%，角閃石占10%～13%，另含有少量不透明礦物；斑晶礦物中，斜長石呈自形-半自形板狀，大小不一，粒度在(0.1×0.3)mm2～(1.5×2)mm2±，最大可達(dá)(3×5)mm2，可見聚片雙晶，個(gè)別晶體可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)；角閃石呈自形-半自形長柱狀，可見菱形切面，粒度(0.25×1)～(1×1.5)mm2；基質(zhì)占礦物總量85%～90%，由細(xì)小的斜長石組成，顯示為顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。

3.2 測試方法

本次測試的鋯石分選、制靶、陰極發(fā)光圖像觀察與照相工作在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司完成。

樣品NZ18-1、NZ18-4的鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年測試工作在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測試儀器為美國相干公司的GeoLas Pro 193納米激光剝蝕系統(tǒng)，激光波長193 nm，激光束斑32 μm，激光分析頻率6 Hz，激光能量密度30 J/cm2。質(zhì)譜儀為美國熱電公司的iCAP RQ ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。樣品NZ18-6的鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素定年測試工作在自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測試儀器為德國相干公司的COMPExPro型ArF準(zhǔn)分子激光器，激光波長193 nm，激光束斑32 μm。質(zhì)譜儀為美國安捷倫公司7900型四級桿等離子質(zhì)譜儀。

實(shí)驗(yàn)中，由激光剝蝕系統(tǒng)與等離子體質(zhì)譜儀相連接，對固體樣品進(jìn)行微區(qū)激光剝蝕取樣，剝蝕出來的樣品物質(zhì)以氣溶膠的形式被He氣等載氣攜帶至等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。鋯石同位素年齡校正以91500為外標(biāo)，U、Th和Pb等微量元素校正以國際標(biāo)樣NIST610為外標(biāo)，29Si為內(nèi)標(biāo)元素[24]，具體分析方法見文獻(xiàn)[25]，普通鉛校正方法見文獻(xiàn)[26]。采用ICP MS Data Cal軟件對同位素比值和元素含量等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[27]。樣品NZ18-1、NZ18-4的鋯石原位測試點(diǎn)U-Pb年齡由Glitter 4.5程序計(jì)算，樣品NZ18-6的鋯石原位測試點(diǎn)U-Pb年齡由Glitter 4.0程序計(jì)算。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均值計(jì)算采用Isoplot 3.0完成[28]。

4 鋯石U-Pb年齡

筆者分別對1個(gè)淺灰綠色英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r樣品、1個(gè)灰白色英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r樣品和1個(gè)深灰綠色安山巖進(jìn)行了鋯石U-Pb定年。鋯石的CL圖像和測點(diǎn)位置、U-Pb同位素測試結(jié)果見圖4、表1。

圖4 英安質(zhì)凝灰?guī)r與安山巖的鋯石CL圖像、測點(diǎn)和年齡Fig.4 CL images of analytical zircons and ages of dacitic tuffs and andesite

表1 英安質(zhì)凝灰?guī)r與安山巖的鋯石LA--ICP--MS U--Pb年齡結(jié)果Table 1 Zircon LA--ICP--MS U--Pb age data of dacitic tuffs and andesite

(1)NZ18-1：淺灰綠色英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r中共測試15顆鋯石，其中有5顆鋯石的年齡偏老且數(shù)據(jù)不集中，為捕獲于圍巖的鋯石年齡，其他10個(gè)測點(diǎn)的年齡代表晶屑巖屑凝灰?guī)r的實(shí)際年齡；鋯石多數(shù)呈自形柱狀，個(gè)別呈半自形橢圓狀，未受熔蝕，粒徑為100～200 μm，長寬比(1∶1)～(2∶1)，全部發(fā)育有清晰的震蕩環(huán)帶，Th/U值范圍為0.71～1.17，為典型的巖漿成因鋯石[29-31]；測試點(diǎn)206Pb/238U年齡變化范圍為110～105 Ma，加權(quán)平均年齡為(107.5±1.5)Ma(置信度為95%，MSWD=1.3)(圖5a)，對應(yīng)早白堊世遼西期的巖漿事件(圖5d)。

(2)NZ18-4：灰白色英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r中共測試16顆鋯石，其中有9個(gè)測點(diǎn)年齡為捕獲于早期圍巖的鋯石年齡，其他7個(gè)測點(diǎn)的年齡代表角礫凝灰?guī)r的實(shí)際年齡；鋯石多數(shù)呈自形-半自形柱狀、短柱狀，個(gè)別呈半自形橢圓狀或它形不規(guī)則粒狀，未受熔蝕，粒徑為60～150 μm，長寬比 (1.5∶1)～(3∶1)，震蕩環(huán)帶清晰，Th/U值范圍為0.74～1.26，屬于巖漿鋯石；測試點(diǎn)206Pb/238U年齡變化范圍為110～105 Ma，加權(quán)平均年齡為(107.6±2)Ma(置信度為95%，MSWD=1.3)(圖5b)，與淺灰綠色英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r的鋯石年齡基本一致，對應(yīng)早白堊世遼西期的巖漿事件(圖5d)。

圖5 英安質(zhì)凝灰?guī)r與安山巖的鋯石U--Pb諧和圖(a,b,c)和年齡曲線圖(d)Fig.5 Zircon U--Pb age concordia diagrams (a,b,c) and age spectum (d) of dacitic tuffs and andesite

(3)N18-6：深灰綠色安山巖中共測試12個(gè)測點(diǎn)的鋯石年齡；鋯石多數(shù)呈自形-半自形柱狀，個(gè)別呈自形長柱狀或它形不規(guī)則粒狀，粒徑為50～200 μm，長寬比(1∶1)～(4∶1)，震蕩環(huán)帶較清晰；根據(jù)鋯石的測年結(jié)果與內(nèi)部結(jié)構(gòu)將鋯石分為兩組。

第一組： 該組鋯石為3顆， Th/U值范圍為1.40～1.43，屬于巖漿鋯石；測試點(diǎn)206Pb/238U年齡變化范圍為126～125 Ma，加權(quán)平均年齡為(125.8±2.5)Ma(置信度為95%，MSWD=0.045)(圖5c)，對應(yīng)早白堊世熱河期的巖漿事件(圖5d)。

第二組： 該組鋯石為8顆； Th/U值范圍為0.27～0.60，測試點(diǎn)206Pb/238U年齡變化范圍為171～190 Ma，加權(quán)平均年齡為(179.9±4.6)Ma(置信度為95%，MSWD=2.8)(圖5c)，具有相對較窄的環(huán)帶，受到較輕的熔蝕作用，為捕獲于圍巖(早侏羅世花崗閃長巖)[32]的鋯石(圖5d)。

5 地球化學(xué)特征

由于凝灰?guī)r穩(wěn)定性較低，含雜質(zhì)較多，不利于指示巖漿源區(qū)與構(gòu)造環(huán)境。因此，筆者收集了前人文獻(xiàn)[13,33]中兩個(gè)地層單元的火山巖(粗面安山巖、玄武安山巖、玄武巖和安山巖)地球化學(xué)數(shù)據(jù)。

5.1 主量元素

屯田營組(刺猬溝組)火山巖(粗面安山巖)Mg#值為43～52(均值47)，趨近于下地殼巖漿的Mg#值(<40)；Na2O/K2O為1.73～2.25(均值為1.935)，鉀鈉含量較高，鐵鎂含量較低。金溝嶺組火山巖(玄武安山巖、玄武巖和安山巖)Mg#值為56～65(均值61)，明顯高于前者，趨近于原生幔源巖漿的Mg#值(65～70)；該組火山巖相對富鈉低鉀(Na2O/K2O=1.50～3.40，均值為2.245)，其鉀鈉含量明顯低于前者，鐵鎂含量明顯高于前者。

在TAS圖解(圖6a)中，屯田營組火山巖的成分點(diǎn)全部落于粗面安山巖區(qū)域，金溝嶺組火山巖的巖性分別為玄武安山巖、玄武巖和安山巖，與前人定名[13,33]一致。在SiO2-K2O圖解(圖6b)中，屯田營組火山巖的成分點(diǎn)全部落于高鉀鈣堿性系列區(qū)域內(nèi)，金溝嶺組的成分點(diǎn)落于高鉀鈣堿性-鈣堿性系列區(qū)域內(nèi)。

圖6 屯田營組與金溝嶺組火山巖的w (SiO2) -w (K2O + Na2O)化學(xué)分類圖(a)和w(SiO2) - w(K2O)(b)圖解(數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13，33])Fig.6 Diagrams of w(SiO2) -w(K2O + Na2O) (a) and w(SiO2) -w(K2O) (b) of volcanic rocks of Tuntianying and Jingouling formations

5.2 稀土和微量元素

前人測得屯田營組火山巖的稀土總量為(109.50～185.54)×10-6，LREE/HREE為8.75～13.16，(La/Yb)N為9.09～15.54，稀土元素配分曲線 (圖7a) 表現(xiàn)為明顯右傾，稀土配分模式高度分異，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，輕重稀土元素分餾明顯，具有弱的負(fù)銪異常(δEu為0.87～0.99)。其原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)中，大離子親石元素(如K、Ba、Rb)相對富集，高場強(qiáng)元素(Ta、Nb)和 Ti、P則表現(xiàn)為相對虧損。

前人測得金溝嶺組火山巖的稀土總量為(97.57～147.32)×10-6，LREE/HREE為6.83～8.74，(La/Yb)N為7.03～9.04，稀土元素配分曲線(圖7a)與屯田營組火山巖具有較高的相似性。其原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)也表現(xiàn)為大離子親石元素(K、Ba、Rb)相對富集，高場強(qiáng)元素(Ta、Nb)和 Ti、P相對虧損，但屯田營組火山巖的Gr含量明顯低于金溝嶺組。

圖7 屯田營組與金溝嶺組火山巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13，33])Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) of volcanic rocks of Tuntianying and Jingouling formations

6 討論6.1 火山作用期次厘定

延邊地區(qū)中生代大面積的巖漿作用存在兩期，即：早—中侏羅世和早白堊世[8]，這兩期巖漿作用又可以分為多次火山噴發(fā)和淺成巖漿侵入，形成的區(qū)域地層單元有屯田營組、刺猬溝組和金溝嶺組。本次研究結(jié)果表明，鬧枝銅金礦區(qū)的安山巖與英安質(zhì)凝灰?guī)r之間存在明顯的沉積間斷與捕獲關(guān)系，屬于兩個(gè)不同的地層單元。年代學(xué)的研究結(jié)果亦表明礦區(qū)內(nèi)的中生代火山巖均來自于早白堊世的火山活動(dòng)，刺猬溝組于1993年在延邊汪清縣刺猬溝一帶創(chuàng)建。林博磊[14]獲得該組井下角閃安山巖的鋯石年齡為(130±6)Ma，劉金龍等[13]獲得粗面安山巖的鋯石年齡為(130±2)Ma。本次安山巖的測年結(jié)果與前人刺猬溝組火山巖的測年結(jié)果(表2)相一致。刺猬溝組已被歸入屯田營組[34-35]，不再使用。Sun et al.對延邊地區(qū)白堊系地層中的屯田營組、泉水村組模式剖面安山巖進(jìn)行測年，獲得屯田營組底部年齡(125.1±2.7)Ma,泉水村組底部年齡(116.8±1.4)Ma[36-37]。本文贊同將刺猬溝組改為屯田營組。金溝嶺組于1980年在延吉親河屯金溝嶺一帶創(chuàng)建，后被歸入屯田營組[34]或泉水村組[35],亦不再使用。Chen et al.對延吉三道溝五風(fēng)金礦火山巖進(jìn)行了鋯石測年，獲得(103.6±1)Ma的年齡[38]。李超文[39]獲得金溝嶺組玄武巖的Ar-Ar平均年齡為(106.1±0.6)Ma；紀(jì)偉強(qiáng)[33]獲得金溝嶺組安山巖的鋯石U-Pb年齡為(106.6±2.1)Ma。由此可見，延邊地區(qū)確實(shí)存在106 Ma的火山噴發(fā)，較屯田營組和泉水村組晚得多，因此，本文不贊同將金溝嶺組納入屯田營組或泉水村組。本次礦區(qū)內(nèi)英安質(zhì)凝灰?guī)r的測年結(jié)果與前人對金溝嶺組火山巖的測年結(jié)果(表2)相近。同時(shí)，野外剖面信息表明，英安質(zhì)凝灰?guī)r上覆于底礫巖，其形成時(shí)間應(yīng)明顯晚于下伏于底礫巖的安山巖，這與本次鋯石U-Pb測年結(jié)果指示的結(jié)論相一致。因此，區(qū)內(nèi)英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r與英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r的地層單元為早白堊世金溝嶺組。

表2 屯田營組與金溝嶺組火山巖測年結(jié)果一覽表Table 2 Dating results of volcanic rocks of Tuntianying and Jingouling formations

6.2 地質(zhì)意義

6.2.1 形成構(gòu)造環(huán)境

Y-Sr/Y分類圖解(圖8a)的投圖結(jié)果表明，屯田營組火山巖與金溝嶺組火山巖均來源于鈣堿性弧巖漿。Ta/Yb-Th/Yb巖漿成因和形成環(huán)境判別圖解(圖8b)顯示，兩者成分點(diǎn)的分布特征符合富集地幔源的演化趨勢。對比主量元素、微量元素?cái)?shù)據(jù)，兩者的Mg#值均介于下地殼的Mg#值與原生幔源巖漿的Mg#值之間，且兩者的Nb/Ta、Rb/Sr、Ba/La等微量元素特征比值(表3)絕大部分介于地殼平均值與地幔平均值之間。兩組火山巖的Th-Th/Nd和La-La/Sm圖解(圖8c,d)反映出的線性關(guān)系亦表明其巖漿演化的主要過程為部分熔融。以上特征顯示，兩組火山巖的巖漿均起源于地幔部分熔融，并在上升演化過程中發(fā)生殼幔混合。但屯田營組火山巖相對較高的Rb/Sr值及K含量和較低的Mg#值及Gr含量，又說明兩組巖漿中殼源物質(zhì)和幔源物質(zhì)的貢獻(xiàn)程度有所不同，暗示屯田營組與金溝嶺組的火山巖并不是一期火山作用的產(chǎn)物。

圖8 屯田營組與金溝嶺組火山巖的Y-Sr/Y圖解(a)、Ta/Yb-Th/Yb圖解(b)、Th-Th/Nd圖解(c)和La-La/Sm圖解(d)(數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13，33])Fig.8 Diagrams of Y-Sr/Y (a),Ta/Yb-Th/Yb (b), Th-Th/Nd(c) and La-La/Sm(d) of volcanic rocks of Tuntianying and Jingouling formations

表3 屯田營組與金溝嶺組特征元素比值一覽表Table 3 Characteristic element ratio of volcanic rocks of Tuntianying and Jingouling formations

為活動(dòng)大陸邊緣。

在Th-Hf/3-Ta構(gòu)造判別圖解(圖9a)中，多數(shù)屯田營組與金溝嶺組火山巖的成分點(diǎn)落入島弧型鈣堿性火山巖系列范圍(CAB)內(nèi)。在MnO×10-TiO2-P2O5×10構(gòu)造判別圖解(圖9b)中，屯田營組的成分點(diǎn)全部落入CAB內(nèi)，而金溝嶺組除一個(gè)成分點(diǎn)落于島弧型拉斑系列(IAT)與CAB邊界外，其他成分點(diǎn)也均落入CAB內(nèi)。結(jié)合兩者的La/Nb值(表3)普遍>2以及SiO2-K2O投圖結(jié)果(圖6b)，兩者均為一套島弧型準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性火山巖系[40]，具有活動(dòng)大陸邊緣的地球化學(xué)特征[41]。

IAT：島弧拉斑玄武巖；CAB：島弧鈣堿性玄武巖；N-MORB：正常型洋脊玄武巖；E-MORB：異常型洋脊玄武巖；WPAB：板內(nèi)玄武巖；MORB：正常洋脊玄武巖；OIT：洋島拉斑玄武巖；OIA：洋島堿性玄武巖。圖9 屯田營組與金溝嶺組火山巖的Th-Hf/3-Ta圖解(a)和MnO×10-TiO2-P2O5×10圖解(b)(數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[13，33])Fig.9 Diagrams of Th-Hf/3-Ta (a), MnO×10-TiO2-P2O5×10 (b) of volcanic rocks of Tuntianying and Jingouling formations

前人研究表明， 延邊地區(qū)在早白堊世晚期 (130～100 Ma)，古太平洋板塊又再次向興蒙造山帶東端俯沖，造成區(qū)域內(nèi)廣泛而強(qiáng)烈的火山作用[10]，延邊地區(qū)在該段時(shí)間內(nèi)形成以花崗閃長巖、二長花崗巖、花崗斑巖、閃長玢巖為代表的中酸性侵入巖組合[10,15,18,42]在形成時(shí)代、構(gòu)造背景上與屯田營組和金溝嶺組火山巖相一致。結(jié)合年代學(xué)、地球化學(xué)的分析結(jié)果，筆者認(rèn)為研究區(qū)早白堊世晚期的火山作用可以進(jìn)一步細(xì)分為兩期，分別對應(yīng)屯田營組與金溝嶺組的火山巖，兩者構(gòu)造背景相同，均形成于活動(dòng)大陸邊緣板塊俯沖環(huán)境。兩組火山巖的定年結(jié)果亦與中國白堊世地層的劃分[43]相吻合，分別屬于熱河期和遼西期。

6.2.2 火山作用與成礦的關(guān)系

筆者將延邊地區(qū)早白堊世的金屬礦床按形成時(shí)間范圍分為兩個(gè)部分。第一部分(130～120 Ma)對應(yīng)的地層單元為熱河期屯田營組，形成了主要為以鬧枝銅金礦床為代表的中硫化型淺成低溫?zé)嵋旱V床；將表4與表2比較，可以看出該礦床的成礦作用發(fā)生在屯田營組火山作用后期，巖漿對于殼源物質(zhì)的混染作用較強(qiáng)，巖漿活動(dòng)晚期的次火山熱液活動(dòng)是導(dǎo)致成礦的主要因素[12,14,44]。第二部分(110～100 Ma)對應(yīng)的地層單元為遼西期金溝嶺組，處于古太平洋板塊向大陸邊緣陸殼俯沖的伸展環(huán)境，典型礦床主要有小西南岔、馬滴達(dá)北山、杜荒嶺和九三溝等斑巖型金銅礦-高硫化型淺成低溫?zé)嵋盒徒鸬V；該部分礦床Au、Cu等成礦物質(zhì)為殼?；煸?，與區(qū)域內(nèi)石英閃長玢巖及石英閃長巖關(guān)系密切[10]。

表4 典型礦床成礦時(shí)代一覽表Table 4 Metallogenic age of typical deposits

7 結(jié)論

(1)延邊北部鬧枝銅金礦區(qū)在早白堊世晚期的火山作用可以分為兩期，分別對應(yīng)屯田營組與金溝嶺組的火山巖。兩者均在活動(dòng)大陸邊緣板塊俯沖環(huán)境下，起源于地幔部分熔融，并在上升過程中發(fā)生殼?；旌稀?/p>

(2)鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)安山巖、英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r和英安質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r形成的時(shí)代依次為(125.8±2.5)Ma、(107.6±2)Ma、(107.5±1.5)Ma。為早白堊世熱河期屯田營組安山巖、早白堊世遼西期金溝嶺組英安質(zhì)凝灰?guī)r。

(3)屯田營組巖漿與地殼物質(zhì)的混染作用、火山噴發(fā)及次火山熱液活動(dòng)與鬧枝銅金礦床的成礦作用密切相關(guān)，而金溝嶺組的火山噴發(fā)與淺成作用則與區(qū)域內(nèi)富金斑巖銅礦-淺成熱液金礦床的成礦作用密切相關(guān)。

致謝在野外工作中得到了吉林省第六地質(zhì)調(diào)查所的大力支持和幫助，在此致以誠摯謝意。