摘要
吉南集安—临江一带碱长花岗岩大地构造位置位于中亚造山带东缘，滨太平洋构造域西侧，中国东部陆缘岩浆弧北段辽吉裂谷带。为探讨集安—临江一带碱长花岗岩岩体成岩时代及成因、是否为同期同阶段岩浆活动的产物，对集安—临江一带碱长花岗岩岩体进行了系统的岩相学、地球化学和年代学研究。LA-ICP-MS锆石 U-Pb加权平均年龄分布范围 122.4~106.9 Ma，侵位时代为早白垩世晚期。岩体整体形成时间控制在16 Ma之内，岩体形成时间间隔较短，且构造、岩性、成岩时期皆相近，稀土元素配分曲线匹配较好，稀土元素配分模式一致，指示出吉南集安—临江一带碱长花岗岩为燕山晚期同期同阶段岩浆活动的产物。集安—临江一带碱长花岗岩岩体富硅、钾，贫铝、钠、钙、铁、镁，属于富 SiO2的碱性-强过铝质花岗岩；具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特点。集安—临江一带碱长花岗岩岩体呈现富集大离子亲石元素（Rb、K等元素），明显亏损Sr、Ti的特征。综合岩相学、年代学和地球化学特征，吉南集安—临江一带碱长花岗岩属于A1型非造山带的A型花岗岩，形成与鸭绿江断裂带在中生代晚期早白垩世发生走滑断裂活动有关，是早白垩世伸展地球动力学背景在吉南地区的岩浆活动体现。
Abstract
The alkali-feldspar granite in the Ji'an-Linjiang area of southern Jilin is located on the eastern margin of the Central Asian Orogenic Belt, on the western side of the Pacific Rim tectonic domain, and in the Liaoji Rift Zone in the northern segment of the magmatic arc along the eastern continental margin of China. In order to explore the emplacement age and origin of the alkali-feldspar granite plutons in the Ji'an-Linjiang area, and to determine whether they are the products of magmatic activities in the same period and stage, a systematic study of petrography, geochemistry and chronology of the alkali-feldspar granite plutons in the Ji'an-Linjiang area was carried out. The weighted average ages of LA-ICP-MS zircon U-Pb range from 122.4 Ma to 106.9 Ma, and the emplacement age is the late Early Cretaceous. The overall formation time of the plutons is controlled within 16 Ma, and the time interval of pluton formation is short. Moreover, the structures, lithologies and diagenetic periods are all similar, the rare earth element distribution curves match well, and the rare earth element distribution patterns are consistent, indicating that the alkali-feldspar granite in the Ji'an-Linjiang area of southern Jilin is the product of magmatic activities in the same period and stage in the late Yanshanian period. The alkali-feldspar granite plutons in the Ji'an-Linjiang area are rich in silicon and potassium, and poor in aluminum, sodium, calcium, iron and magnesium, belonging to the alkaline-strongly peraluminous granite rich in SiO2. They are characterized by the enrichment of light rare earth elements and the depletion of heavy rare earth elements. The alkali-feldspar granite plutons in the Ji'an-Linjiang area show the characteristics of enrichment in large ion lithophile elements (such as Rb, K and other elements), and obvious depletion of Sr and Ti. Combining the characteristics of petrography, chronology and geochemistry, the alkali-feldspar granite in the Ji'an-Linjiang area of southern Jilin belongs to A-type granite in A1 type non-orogenic zones, and its formation is related to the strike-slip fault activity of the Yalu River Fault Zone in the Early Cretaceousof the Late Mesozoic, and it is a manifestation of magmatic activity in the southern Jilin region under the extensional geodynamic background of the Early Cretaceous.
0 引言
中生代以来，中国东北地区东部深受滨太平洋构造域的影响（Wu et al.，2011；许文良等，2013；王涛等，2014；张超等，2014；陈会军等，2016；王令全和陈丽娟，2024），岩浆活动强烈。碱长花岗岩在该地区广泛分布，其形成和演化过程对于揭示壳幔、板块之间相互作用等机制及其构造背景均具有重要意义（Zhao et al.，2017；肖本万，2019）。吴福元等 （2005）根据已有的年代学研究结果，建立了辽东半岛花岗岩年代学格架；隋振民（1995）、孙德有等 （2005a、2005b）对吉林省中部、南部的花岗岩进行了较为广泛的年代学研究，确定了吉林省中南部中生代花岗岩的具体年龄；陈会军等（2020）对集安—临江一带五女峰岩体（碱长花岗岩）开展了 LA-ICP-MS锆石 U-Pb 测年等相关研究工作，其加权平均年龄为（110.5±1.6） Ma。这些学者均取得了大批测年数据，但未对集安—临江一带碱长花岗岩的年代学作对比和研究。前人对鸭绿江断裂带吉林段进行了较为详细的研究，认为鸭绿江断裂带为吉林省东部山区规模较大的北东向断裂带之一，与依兰—伊通断裂带、敦化—密山断裂带基本平行展布，纵贯吉林省南部中朝准地台和北部天山—兴安地槽两个一级大地构造单元。鸭绿江断裂带在长期活动中对沉积建造、岩浆活动具有重要的控制作用（董南庭等，1989），而集安—临江一带碱长花岗岩总体排列有序，具北东向带状展布之特征，反映了碱长花岗岩与鸭绿江断裂带的密切关系。
本研究以吉南集安—临江一带碱长花岗岩为研究对象，在野外调查的基础上，对该区出露的碱长花岗岩样品开展室内岩相学、岩石地球化学和年代学方面的分析，结合区内已知的鸭绿江深大断裂等因素进行综合研究，探讨集安—临江一带碱长花岗岩岩体成岩时代及成因、是否为同期同阶段岩浆活动的产物，以期为吉南集安—临江一带燕山晚期岩浆活动以及构造演化过程提供进一步的基础研究和理论支撑。
1 区域地质背景
通过对吉林省中南部碱长花岗岩岩体调查研究，吉南集安—临江一带分布有碱长花岗岩岩体 4 处，分别为阳岔岩体、五女峰岩体、江口岩体、云峰岩体。其大地构造位置位于中亚造山带东缘，滨太平洋构造域西侧，中国东部陆缘岩浆弧北段辽吉裂谷带（林强等，1988；Yu et al.，2009；张允平，2011；图1），经历了古亚洲构造域和滨太平洋构造域发展演化过程，地质构造十分复杂。4 处岩体分布在鸭绿江断裂带附近，侵入古生代和中生代地层以及白垩纪二长花岗岩中。岩体内零散出露有古生界和中生界地层捕虏体，古元古代地层位于岩体的西部和北部，岩体内相带变化不明显。
图1研究区大地构造简图（a）和碱长花岗岩分布地质图（b）
2 岩石学特征
4 处岩体岩相变化不明显，岩性为碱长花岗岩和花岗斑岩（图2）。
碱长花岗岩：粗粒半自形结晶结构，块状构造； 主要矿物有碱性长石、石英、斜长石和少量黑云母等暗色矿物，副矿物主要有磁铁矿和磷灰石等。镜下鉴定结果显示：碱性长石，以正长石为主，少量条纹长石。碱性长石矿物粒度主要集中在 4.5~6.5 mm，含量占矿物总量的 45%~50%；石英，粒径主要集中在 3.5~5.0 mm，含量占矿物总量的 30%~35%； 斜长石，呈自形—半自形板柱状，单偏光下表面不干净，呈土褐色，表面偶见有碳酸盐化和细粒绢云母化蚀变，矿物粒度主要集中在2.5~4.0 mm，含量占矿物总量的15%~20%；黑云母，呈不规则状集合体，含量约占总矿物的1%~3%；磁铁矿，呈粒状，分布在长石石英矿物颗粒间隙，不透明，全消光，矿物粒径主要在0.2~0.5 mm，含量占矿物总量的3%~5%。
花岗斑岩：斑状结构，块状构造；斑晶含量约占总矿物的40%~45%，主要矿物有斜长石、石英、角闪石、黑云母和碱性长石等；基质含量约占总矿物的 55%~60%，主要由细粒长英质矿物组成。镜下鉴定结果显示：斜长石，为斑晶的主要组成矿物，多呈半自形板柱状，矿物表面多发生碳酸盐化蚀变，矿物粒度大小不均一，主要集中在1.0~3.5 mm，含量占斑晶总量的50%~55%；石英，呈粒状或不规则状，矿物粒径主要集中在 1.0~3.0 mm，含量占斑晶总量的 20%~25%；角闪石，呈细粒状或不规则状集合体，矿物粒径主要集中在 0.5~0.8 mm，较大斑晶粒径可达 3.0 mm，含量占斑晶总量的10%~15%；黑云母，呈片状，含量占矿物总量的5%~8%；碱性长石，主要为正长石，含量较低，多呈半自形板柱状，含量占斑晶总量的5%~8%；基质，主要为细粒斜长石和石英，另有少量细粒角闪石颗粒，呈显微细粒结构，矿物粒径均＜0.1 mm，表面多发育碳酸盐化蚀变。
图2碱长花岗岩和花岗斑岩照片
a—细粒碱长花岗岩岩石手标本照片；b—细粒碱长花岗岩显微照片；c—花岗斑岩岩石手标本照片；d—花岗斑岩显微照片；Qtz—石英；Kfs—钾长石；Bt—黑云母
3 样品采集与分析测试
本文共采集22块碱长花岗岩样品，所取样品为新鲜岩石，颜色为肉红色，花岗结构，块状构造。从每个岩体中选择 1 件代表性样品开展激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）锆石 U-Pb 同位素测试分析工作。实验在吉林大学东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室完成。激光剥蚀使用德国相干公司（Coherent）COMPExPro 型 ArF 准分子激光器，质谱仪为美国安捷伦公司7900型四极杆等离子质谱。激光条件为：激光束斑直径32 μm，激光能量密度10 J/cm2，剥蚀频率8 Hz。剥蚀样品前首先采集30 s的空白，随后进行30 s的样品剥蚀，剥蚀完成后在样品池进行 2 min的冲洗。载气使用高纯度 He气，气流量为600 mL/min；辅助气为Ar气，气流量为 1.15 L/min。对于不用同位素的采集时间，204Pb、 206Pb、207Pb 和208Pb 为 20 ms，232Th、238U 为 15 ms，49Ti为 20 ms，其余元素为6 ms。使用标准锆石91500（1062 Ma）作为外标进行同位素比值校正，标准锆石 PLE/ GJ-1/Qing Hu 为监控盲样。元素含量以国际标样 NIST610 为外标，Si 为内标元素进行计算，NIST612 和 NIST614为监控盲样。使用 Glitter 软件进行同位素比值及元素含量的计算。谐和年龄及图像使用 Isoplot/Ex（3.0）给出（Ludwig，2003）。普通铅校正使用Andersen（2002）给出的程序计算。分析数据及锆石U-Pb谐和图给出误差为1σ，表示95%的置信度。
主量、稀土、微量元素测试均在吉林省有色金属地质勘查局研究所完成。主量元素用X射线荧光光谱（XRF）方法完成（其中 FeO 分析采用的是重铬酸钾容量法），精度为 1%~5%；稀土、微量元素用 ICP质谱方法分析完成，精度优于10%。
4 分析结果
4.1 定年结果
利用 LA-ICP-MS 对 4 件碱长花岗岩样品进行锆石 U-Pb 定年实验。CL 图像显示，通化集安—白山三道沟一带碱性岩体花岗岩中的多数锆石颗粒晶形较好，呈自形—半自形长柱状，长轴粒径 80~280 μm，长宽比为1∶1~1∶4，锆石颗粒震荡环带非常清晰，少数锆石晶棱被溶蚀，锆石中的 Th（402.0× 10-6~13143.0×10-6）、U（4719.98×10-6~72865.8×10-6） 比值为0.106~2.16，均＞0.1，符合典型的岩浆成因锆石特征。并对各件测年样品测试分析了10余个点，具体结果见图3。
图3阳岔、五女峰、江口、云峰岩体碱长花岗岩锆石阴极发光图像
图4碱长花岗岩岩体锆石U-Pb谐和图
a—阳岔岩体；b—五女峰岩体；c—江口岩体；d—云峰岩体
阳岔岩体测年样品206Pb/238U 年龄变化范围为 124~121 Ma，Th/U 比值为 0.81~1.57，平均值 1.07（表1）。五女峰岩体测年样品206Pb/238U年龄变化范围为 118~114 Ma，Th/U 比值为 0.15~1.46，平均值 0.57（表2）。江口岩体测年样品206Pb/238U 年龄变化范围为 109~105 Ma，Th/U 比值为 0.76~3，平均值 0.89（＞ 0.1）（表3）。云峰岩体测年样品206Pb/238U 年龄变化范围为 124~121 Ma，Th/U 比值为 0.73~1.72，平均值 1.47（表4）。在U-Pb谐和图中4件样品各自的有效点投影均在谐和线及附近（图4），谐和度较好，应为同期岩浆事件的产物，阳岔岩体样品的加权平均年龄为（122.4±2.1） Ma，五女峰岩体样品206Pb/238U的加权平均年龄为（116.3±1.9） Ma，江口岩体样品的加权平均年龄为（106.9±1.2） Ma，云峰岩体样品206Pb/238U 的加权平均年龄为（120.9±1.8） Ma。锆石 U-Pb 年代学研究表明，集安—临江一带分布的碱长花岗岩岩体年龄值应为 122.4~106.9 Ma，属于中生代早白垩世岩浆产物，为同期同阶段岩浆活动的产物。
表1阳岔岩体碱长花岗岩锆石U-Pb同位素定年数据
表2五女峰岩体碱长花岗岩锆石U-Pb同位素定年数据
表3江口岩体碱长花岗岩锆石U-Pb同位素定年数据
表4云峰岩体碱长花岗岩锆石U-Pb同位素定年数据
4.2 岩石主量元素特征
从表5中可以看出，4 处岩体具有富硅、钾，贫铝、钠、钙、铁、镁的特点，SiO2 含量变化范围为 69.08%~77.17%，显示出硅过饱和的特征，在全碱-硅（TAS）图解中（图5a），岩体数据投点全部落入碱性花岗岩范围内，与所观察到的岩相学特征相一致。样品全碱（ALK）（Na2O+K2O）质量分数值较高，为 8.36~10.27，Al2O3 含量相对较低（12.35%~14.34%），碱度率 AR 值为 2.39~5.40，里特曼指数为 1.34~2.66。岩石 A/CNK 为 1.06~3.03，平均 1.35，在 （A/CNK）-（A/NK）图解中，岩石表现出过铝质特征 （图5b），根据地球化学特征显示，认为岩体中的碱长花岗岩应属于富SiO2的碱性-强过铝质花岗岩。
图5碱长花岗岩岩石系列判别图
a—碱长花岗岩TAS分类图解（底图据Maniar and Piccolip，1989）；b—碱长花岗岩（A/NK）-（A/CNK）图解（底图据Maniar and Piccolip，1989）
4.3 岩石稀土、微量元素特征
鸭绿江断裂相关岩体花岗岩的稀土元素特征主要表现为（表6），ΣREE=104.92×10-6~282.27× 10-6，LREE/HREE 变化较小，范围为 0.8~4.96，平均值 3；（La/Yb）N值变化范围为 1.55~16.5，平均值 8.51，属于轻稀土富集型，LREE的总量与ΣREE呈同消长关系，HREE总量则变化较小，表明岩体的 ΣREE差别主要是LREE引起的。花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线总体呈燕式分布（图6a），除江口岩体内个别样品呈现Eu弱异常或弱正异常，多数样品呈 Eu 强烈亏损，δEu 值为 0.07~1.53，平均值 0.4，指示岩浆演化过程中发生了与斜长石结晶分离作用，其异常大小反映分离结晶的程度变化。说明该地区碱长花岗岩具有重熔和同化混染作用。各岩体岩石的稀土配分模式一致，反映各岩体具有同源性。δCe 值为 0.81~3.37，稀土元素配分型式表现出 A 型花岗岩类似特征（张旗等，2012；张旗，2013；龚良信等，2024）。
4 处岩体微量元素显示（表7），Rb（116×10-6~298×10-6）、Yb（1.23×10-6~4.43×10-6）含量较高，Sr （13.4×10-6~284×10-6）、Ti（0.021×10-6~0.16×10-6）含量低，高场强元素 Nb（4.37×10-6~38.5×10-6），Zr （77.4×10-6~338×10-6）、Hf（2.54×10-6~8.47×10-6）、Ta （0.28×10-6~2.15×10-6）含量偏低，Nb/Ta 比值为 12.85~25.54，个别样品与幔源岩浆相近或高于幔源岩浆比值，总体低于幔源岩浆比值（汪洋，2009）。 Rb/Sr（0.76~12.46），Rb/Sr 比值变化不大，Y/Nb （0.44~8.81），Ce/Nb（1.86~10），比值偏低。微量元素地幔标准化蜘蛛网图显示（图6b），岩体富集Rb、Yb 等元素，贫 Sr、Ti 等元素。在花岗岩 10000×Ga/Al-Nb 图解（图7a）和（Zr+Nb+Ce+Y）-（K2O+Na2O）/CaO 图解（图7b）中，所有岩体样品的投点均位于 A型花岗岩区，进一步表明4处岩体属于A型花岗岩。
表5碱长花岗岩主量元素测试结果（%）
图6球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（a，球粒陨石数据据Taylor and McLennan，1985；Sun and Mcdonough，1989）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b，原始地幔数据据Sun and Mcdonough，1989；Pearce et al.，1995）
图7碱长花岗岩岩石类型判别图
a—碱长花岗岩10000Ga/Al-Nb图解（底图据Joseph et al.，1987）；b—碱长花岗岩（Zr+Nb+Ce+Y）-（Na2O+K2O）/CaO图解（底图据Joseph et al.，1987）
5 岩石成因与构造意义
5.1 成因类型探讨
目前对于A型花岗岩的物质来源和成因解释有不同的认识（Keer and Fryer，1993；许保良等，1998； 吴福元等，2007；张旗等，2008a，2008b）。A 型花岗岩具有富硅、富碱、贫水、地球化学上以贫 Al、Sr、 Eu、Ti等为特征，形成在低压高温条件下，对源岩没有选择，产于地壳减薄的构造环境（张旗等， 2012）。
研究资料显示A型花岗岩的成岩物质来源一般较浅（蔡剑辉等，2006），岩浆源区主要为起源于地幔的年轻地壳物质组成（高源等，2013）。4 处岩体属于典型的A型花岗岩，是花岗岩中形成深度最浅的，该类花岗岩的形成可能与幔源岩浆的底侵促使下地壳物质发生部分熔融的作用有关，微量元素原始地幔标准化蜘蛛图显示该区花岗岩亏损Ti、Sr等元素，这些元素的贫化被认为是岩浆源于地壳物质的指示剂。Ti作为高场强元素，因不易进入熔体而残留在岩浆源区，因此，岩体中花岗岩元素 Ti 的亏损表明其成岩岩浆可能有壳源物质的参与或者直接来源于下地壳。该区域内花岗岩具有低 Sr及负 Eu异常的地球化学特征，这些特征被认为是岩体成岩物质来源于较浅岩浆源区的主要标志（蔡剑辉等，2006）。根据上述讨论，结合前人研究成果，认为4处岩体的岩浆源区较浅，其成岩物质应主要以壳源物质为主。
5.2 构造环境探讨
通过锆石 U-Pb 年龄定年，其年龄分布范围为122.4~106.9 Ma，岩体整体形成时间控制在16 Ma之内，岩体形成时间间隔较短，且构造、岩性、成岩时期皆相近，同时通过岩石地球化学样品分析结果解析，稀土元素配分曲线匹配较好，稀土元素配分模式一致，因而推断 4 处岩体的形成，为同一时代、同一构造事件形成的A型花岗岩岩体。
A型花岗岩的实质是在低压条件下部分熔融形成的花岗岩类，大多产于地壳伸展-减薄的构造背景中（蔡剑辉等，2006；张旗，2013），将其进一步分为 A1、A2两个亚类（Eby，1990），其中 A1型花岗岩形成于非造山环境，A2型花岗岩形成于造山后环境。在Nb−Y−3Ga构造环境判别图解中（图8），样品的投点均在 A1型花岗岩区域内，表明 4处岩体均属于 A1 型非造山带的A型花岗岩。
表6碱长花岗岩稀土元素测试结果（10-6）
表7碱长花岗岩微量元素测试结果（10-6）
鸭绿江断裂带在该期表现为左行正走滑断裂活动，组成区域大型走滑断裂系统，在主干走滑断裂的东侧形成拉分盆地，并控制了白垩纪的火山喷发和沉积，断陷盆地的构造型式为半地堑式，该时期为鸭绿江断裂带及主干断裂的主要活动期，也是走滑断裂带的主要形成时期，朝鲜境内沿江对应出露数个白垩纪岩体（120~100 Ma）（张国仁等， 2006）。
综合分析，认为该系列岩体的形成，受鸭绿江断裂带在中生代晚期早白垩世发生走滑断裂活动影响。鸭绿江断裂带在此之前，已发生过多次构造运动，岩石圈厚度不均匀变化，经过晚白垩世构造运动，该地区岩石圈处于伸展-减薄状态，导致软流圈隆起，幔源岩浆沿断裂带发生底侵作用，促使上覆地壳发生部分熔融从而形成该碱性花岗岩。
6 结论
（1）岩石学和地球化学特征表明，吉南集安— 临江一带碱长花岗岩岩体富硅、钾，贫铝、钠、钙、铁、镁，属于富 SiO2的碱性-强过铝质花岗岩；具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特点；呈现富集大离子亲石元素（Rb、K 等元素），明显亏损 Sr、Ti 的特征；吉南集安—临江一带碱长花岗岩属于 A 型花岗岩。
（2）吉南集安—临江一带碱长花岗岩岩体 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 加权平均年龄分布范围 122.4~106.9 Ma，岩体整体形成时间控制在 16 Ma 之内，岩体形成时间间隔较短，且构造、岩性、成岩时期皆相近，稀土元素配分曲线匹配较好，稀土元素配分模式一致，指示出吉南集安—临江一带碱长花岗岩为燕山晚期同期同阶段岩浆活动的产物。
（3）吉南集安—临江一带碱长花岗岩属于A1型非造山带的A型花岗岩。该岩体的形成发生在岩石圈处于伸展-减薄阶段，岩体就位受鸭绿江断裂带在中生代晚期早白垩世发生走滑断裂活动有关。
