摘要
智利劳斯奎洛斯地区位于著名的安第斯中部铜金成矿带，发育大规模晚白垩世岩浆活动，是探讨安第斯陆缘弧构造-岩浆演化及其成矿背景的理想区域。本文通过对该区闪长玢岩、安山岩及凝灰岩开展全岩 K-Ar年代学与主、微量元素地球化学研究，旨在厘定其岩石成因及构造动力学背景。测年结果显示，闪长玢岩的侵入时代为81.53~70.28 Ma，表明其为晚白垩世岩浆活动的产物。地球化学分析表明，劳斯奎洛斯岩浆岩属于高钾钙碱性-钾玄质系列，表现出显著的Nb、Ta、Ti、P及Sr亏损，并强烈富集K、Ba、Rb、Th、U等大离子亲石元素；其10000 Ga/A比值较低（均值2.04），且P2O5含量随SiO2增加而递减，具有典型的中等分异I型花岗岩特征。岩浆演化主要受控于角闪石、斜长石及磷灰石的分离结晶作用。较低的Sr/Y比值（主体<35）和(La/Yb)N比值（4.10~7.97）指示其形成于中等厚度的地壳环境（30~35 km），尚未达到石榴子石稳定域。结合区域演化资料，认为劳斯奎洛斯岩浆岩产于由早期弧内伸展向秘鲁造山期挤压体制转换的过渡阶段。这一岩浆活动响应了岩浆弧东移及陆壳初始增厚的动力学过程，为认识安第斯带晚白垩世成岩-成矿背景提供了关键的地质约束。
Abstract
The Los Quilos area in central Chile, situated within the prolific Central Andean copper-gold metallogenic belt, preserves a critical record of Late Cretaceous tectono-magmatic evolution. This study presents whole-rock K-Ar geochronology and high-precision major and trace element geochemistry of diorite porphyrite, andesite, and tuff units to elucidate their petrogenesis and geodynamic setting. K-Ar dating results yield ages ranging from 70.28 to 81.53 Ma, confirming their emplacement during the Late Cretaceous. Geochemically, the Los Quilos magmatic suites belong to the high-K calc-alkaline to shoshonitic series, characterized by pronounced depletions in Nb, Ta, Ti, P, and Sr, coupled with strong enrichments in large-ion lithophile elements (LILE) such as K, Ba, Rb, Th, and U. Low 10000Ga/A ratios (averaging 2.04) and a definitive negative correlation between P2O5 and SiO2 identify these rocks as moderately differentiated I-type granitoids. Trace element modeling suggests that magmatic differentiation was primarily governed by the fractional crystallization of amphibole, plagioclase, and apatite. Relatively low Sr/Y ratios (predominantly <35) and (La/Yb)N values (4.10-7.97) indicate that the magmas evolved within a normal to moderately thickened crust (ca. 30-35 km), consistent with a setting above the garnet stability field. Integrated with regional geological evidence, we propose that the Los Quilos magmatism occurred during a transitional stage from early intra-arc extension to the compressional regime driven by the Peruvian Orogenic Phase. This magmatic pulse represents a dynamic response to the eastward migration of the magmatic arc and initial crustal thickening of the Andean margin, providing essential geodynamic constraints for understanding the regional Late Cretaceous ore-forming environment.
Keywords
0 引言
在太平洋的东海岸，发育着长约 6000 km 的铜矿省，包括北部安第斯、中部安第斯和南部安第斯等铜矿省，以中部安第斯铜矿省最为著名。智利安第斯型活动大陆边缘是东太平洋成矿域的重要组成部分，铜年产量约占世界的 37%（Camus and Dilles，2001）。中部安第斯铜矿省是世界铜矿主要产地，赋存了世界巨量的铜矿资源，矿床产出于洋壳俯冲背景下的岩浆-火山弧，形成于区域性挤压背景（夏斌等，2000；赵文津，2007）。智利海岸山带 IOCG 矿床大量形成于中生代洋壳俯冲机制下的陆缘火山弧-弧后盆地中，与俯冲挤压机制下的局部扩张机制有密切关系（方维萱等，2009；方维萱和李建旭，2014）。前人对这些中生代俯冲机制背景下形成的矿床开展了区域成矿动力学条件、成矿岩浆条件、成矿年代学、区域成矿规律等领域的研究工作（Cooke et al.，2005）。其中，Sillitoe（1992）将智利划分为 4 个成矿期，中侏罗纪—早、晚白垩世成矿期、古新世—始新世成矿期、中始新世—早渐新世成矿期及中新世—早上新世成矿期，并对应划分了 4 条成矿带，其中，中侏罗纪—早、晚白垩世成矿带位于科迪勒拉海岸山系带和科迪勒拉西部，该成矿带以铜矿为主。
劳斯奎洛斯地区位于智利中侏罗纪—早、晚白垩世成矿带北缘，在智利中部（32°~34°S）近海岸地区形成了重要的铜、银、金成矿区，前人在该地区陆续发现了 El Bronce 铜矿及劳斯奎洛斯铜金矿（Camus et al.，1991）。其主要赋矿岩性为侏罗纪—晚白垩世时期扩张环境下沉积的一套火山岩及碳酸盐岩，深成岩浆岩侵入于同期火山岩中（李建旭， 2012）。该地区前人关于岩浆岩的成因类型及构造演化等相关方面的领域研究工作不足，相关资料缺乏。本文对劳斯奎洛斯地区晚白垩世岩浆岩进行了详细的岩相学、全岩 K-Ar 法同位素定年及岩石地球化学研究分析，厘定了其成因类型及构造环境，以期为揭示该地区成矿地质背景提供科学依据。
1 地质背景
智利劳斯奎洛斯地区的地层走向为南北向，自西向东地层按照从老到新的顺序排列。在西部出露的地层主要是侏罗纪大陆次火山岩相的熔岩和碎屑沉积岩（图1），向东延伸则是早白垩世的 Veta Negro 组（130～113 Ma），主要由陆相次火山岩相的安山玢岩、安山岩和角砾岩夹杂碳酸盐岩组成，其中以具有红色砂岩和砾岩构成的“红层建造”为显著特征，其形成环境为近海岸浅滩。晚白垩世的 Las Chilcas组（113～88 Ma）包含了砾岩、凝灰岩、熔岩和安山质角砾岩，与下部的 Veta Negra 地层呈整合接触关系（Rivano et al.，1993）。早白垩世的 Lo Prado（约 130 Ma）分布在西部，由海相-火山沉积相的安山岩和火山角砾岩夹杂灰岩组成，代表弧前盆地环境。研究区的岩浆活动主要发生在晚白垩世，整体呈南北向的岩脉状分布，局部可见岩株出露。岩石的成分主要是黑云母花岗岩和花岗闪长岩。岩体中心是花岗闪长岩或石英闪长岩，向边缘逐渐转变为暗色矿物以角闪石和辉石为主的花岗岩。岩体的内部及外围具明显的岩相分带特征。岩体与围岩之间主要是侵入接触关系，部分地段表现为断裂接触关系。岩浆活动时间为 102～70 Ma（李建旭，2012），与 El Bronce 金矿的 Petroca 斑岩（86～79 Ma）（Camus et al.，1991）的形成时代接近。断层等与火山活动相关的构造较为发育，按构造行迹可划分为南北走向、北西走向和北东走向 3 组。这些断层多为走滑断层，倾角较陡，经历了多期次的活动并具有多向性，早期形成的断层经后期活化，其中部分北西向断层控制了岩体的展布。
2 岩石学特征
研究区主要出露晚白垩世岩浆岩。中部、北部及东部主要出露安山岩、安山质凝灰熔岩、集块岩及安山质角砾岩，南部出露凝灰岩；侵入岩以闪长玢岩为主，呈岩株状展布于研究区南部及西部，黑云母花岗闪长岩及花岗闪长岩主要出露于研究区南部，侵入闪长玢岩（图2）。
安山质凝灰熔岩新鲜面颜色多呈灰绿色，凝灰结构，块状构造（图3a）；岩石主要由火山角砾及凝灰物组成，其中火山角砾含量为5%~10%，凝灰物含量为 90%~95%。火山角砾大小一般 2~7 mm，杂乱分布，由岩屑组成，形态以次棱角状和团块状为主。凝灰物由晶屑、岩屑、玻屑及火山尘组成（图3b）。
a—劳斯奎洛斯地区位置图；b—劳斯奎洛斯地区区域地质图
图2劳斯奎洛斯研究区地质图（据李健旭，2012修改）
闪长玢岩新鲜面为灰白色，斑状结构、块状构造，野外多发生球型风化（图3c）。岩石由斑晶和基质组成。斑晶主要由斜长石组成，少量为角闪石等暗色矿物。斜长石呈半自形板状，大都发生绢云母化，局部可见绿帘石化。角闪石呈半自形柱状，局部可见少量辉石呈粒状。基质由斜长石和暗色矿物假像构成，粒径一般小于0.4 mm（图3d）。
安山岩新鲜面呈灰绿色，斑状结构，块状构造 （图3e）。岩石由斑晶和基质组成。斑晶主要为斜长石和角闪石，基质以微晶斜长石和玻璃质为主。斑晶直径差别较大，0.1~9 mm，定向分布。斜长石主要呈半自形板状，绢云母化普遍，偶见碳酸盐化。暗色矿物主要是角闪石呈半自形柱状等，此外还可见辉石假像发育（图3f）。
凝灰岩新鲜面呈灰黑色，凝灰结构，纹层构造 （图3g）。岩石由晶屑、玻屑及火山尘组成。晶屑可见斜长石和钾长石，呈棱角状、次棱角状，零散定向分布，为直径小于0.2 mm的凝灰物。玻屑呈弧面棱角状、尖棱角状等，与火山尘混杂状定向分布（图3h）。
图3劳斯奎洛斯岩浆岩野外照片及显微照片
a—安山质凝灰熔岩手标本；b—安山质凝灰熔岩显微照片（正交偏光）；c—闪长玢岩野外露头；d—闪长玢岩显微照片（正交偏光）；e—安山岩手标本；f—安山岩显微照片（正交偏光）；g—凝灰岩手标本；h—凝灰岩显微照片（正交偏光）；Pl—斜长石；Cal—方解石；Ser—绢云母；Chl—绿泥石；Qtz—石英
3 采样位置及分析方法
本研究选取智利北部劳斯奎洛斯地区中性岩浆岩为研究对象，共采集 11 件样品，对这些样品进行全岩主量和微量元素地球化学分析。样品的主、微量元素以及稀土元素分析由河北省区域地质调查院实验室完成，样品的加工流程皆在无污染设备里进行。主量元素通过碱溶法来制备样品，借助 X 射线荧光光谱仪（Axiosmax X）达成分析测试，烧失量、H20-、H2O+ 使用电子天平（P1245）进行分析，精度超过 5%。使用酸溶法对样品的稀土及微量元素开展分析工作，分析制备仪器为电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）（X Serise2）。
全岩 K-Ar 法年代测试由中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验完成。选取劳斯奎洛斯弱蚀变的3件闪长玢岩进行K-Ar定年，采样位置见图2。首先将样品粉碎至40～60目，通过Frantz磁力分离仪（电流强度设为0.4～0.8 A）进行磁选，从而去除了可能含有过剩氩的早期辉石斑晶，确保了定年结果的可靠性。实验前进行至少 1 h 的 250°C 烘烤去气处理，用于提高放射性 Ar 含量。通过 MM1200 质谱仪，采用同位素稀释剂完成 Ar 的测定。采用 HG-5火焰光度计开展 K 元素测定。岩石粉末量为 200 mg±，稀释剂采用 99.98% 的38Ar。稳定后，分别分析40Ar，38Ar，36Ar 的量，采用线性回归法分析初始值，最终表面的年龄采用K-Ar年龄公式计算。计算过程中的衰变常数及其他系数为：40Ar/36Ar=295.5，λ =5.543×10-10，λβ=4.962×10-10，λe=0.581×10-10，40K/K= 1.167×10-10（Steiger and Jäger，1977；Le Maitre et al.， 1989；徐旭明等，2018）。测年结果见表3。
4 分析结果
4.1 主量元素地球化学特征
由于矿区热液蚀变发育，本次在 265 个岩石薄片研究的基础上，挑选了11件较新鲜的岩石样品进行了岩石化学全分析和微量元素分析，分析结果见表1、表2。
数据显示，岩石中SiO2含量为49.60%~59.79%、 TiO2 含量为 0.75%~1.14%、Al2O3 含量为 14.92%~18.54%、Fe2O3 含量为 2.51%~7.92%、FeO 含量为 2.1%~5.15%、MnO 含量为 0.03%~0.33%、MgO 含量为 0.98%~5.06%、CaO 含量为 3.31%~9.51%、Na2O 含量为 2.64%~5.23%、K2O 含量为 1.2%~3.89%、P2O5含量为 0.10%~0.47%。其中，绝大多数样品的 Na2O含量大于 K2O，表现出富钠贫钾特征；全碱含量 K2O+ Na2O（ALK）较高（3.96%~9.02%，平均 6.09%），火山岩样品投点在 TAS 岩石分类图中落入了玄武粗安岩区域，少部分落入粗安岩及玄武安山岩区域，另有2件样品落入了玄武岩区域中（图4）；闪长玢岩样品在 TAS 岩石分类图解（Middlemost，1994）落入了二长闪长岩及二长岩区域（图5）。
在 SiO2-（Na2O+K2O-CaO）图解中（Frost et al.， 2001）（图6），同样显示样品主要落入碱性与钙碱性系列，少数样品落入碱钙性系列中；A/CNK为0.77~0.99， A/NK-A/CNK图解（Ewart，1982）显示样品落于准铝质区域（图7）；SiO2-K2O图解（Peccerillo and Taylor，1976）（图8）中显示样品绝大多数落入钾玄岩区域及高钾钙碱性系列中，少部分落入钙碱性系列中。DI=53.02~63.02，暗示岩浆经历了中等程度的分异演化过程。
4.2 稀土及微量元素地球化学特征
岩石中稀土元素总量 ΣREE 为 87.3×10-6~177.56×10-6；LREE/HREE=4.97~6.48，（La/Yb）N 为 4.10~7.97，比值均较大，（La/Sm）N为 2.85~3.67，（Gd/ Yb）N为1.73~2.28，反映在轻稀土及重稀土内部分馏程度均相对较低，轻稀土相对于重稀土其分馏程度较高；Sm/Nd=0.20~0.25 较小，并且球粒陨石标准化配分曲线在图中显示其整体呈右倾斜特征（图9a），暗示样品存在轻稀土相对富集的特征；总体呈弱铕负异常，δEu=0.46~1.03，均值为0.82。
表1主量元素（%）、化学参数及CIPW标准矿物含量结果
表2稀土及微量元素分析结果（10-6）
劳斯奎洛斯晚白垩世岩浆岩的微量元素特征 （表2）及原始地幔标准化配分曲线（图9b）显示：微量元素总体含量较高，不同岩性样品的微量元素配分模式较为相似，相对富集大离子亲石元素 K、Ba、 U、La、Hf 和 Zr，亏损高场强元素 Nb、Sr、P 和 Ti 等元素（Sun and McDonough，1989；张晓飞等，2018）。 Nb/Ta为5.17~17.59，Sr/Y为1.2~48.5，暗示岩浆演化过程中角闪石发生了一定程度的分离结晶作用（Li et al.，2017）。
4.3 全岩K-Ar法年代结果
本次工作在研究区内采集了 4 件闪长玢岩样品，经全岩 K-Ar法年代测试，其结果表明闪长玢岩的侵入时间为（81.53±1.79）~（70.28±2.02） Ma（表3），属于晚白垩世岩浆作用的产物。
表3研究区闪长玢岩K-Ar法年代测试结果
5 讨论
5.1 岩石成因
研究区劳斯奎洛斯晚白垩世岩浆岩岩石化学特征显示，铝饱和指数 A/CNK 值为 0.77~0.99，为准铝质系列岩浆岩（Defant and Drummond，1990）；前文中指出，本文劳斯奎洛斯岩浆岩为富钠贫钾的安山岩-闪长岩系列；绝大多数样品的 FeOT /MgO 值为 1.80~8.51，相对较低；稀土配分曲线图呈右倾式，微量元素分析结果显示样品具备富集大离子亲石元素并亏损高场强元素的特征，10000Ga/Al值为1.51~2.34（平均值 2.04），相对较低，与 I型花岗岩具有相似的地球化学特征（张旗和李承东，2012）。CIPW 矿物计算磷灰石结果（表1）显示，样品中磷灰石含量相对较少（Ap=0.23~1.08），且其含量随 SiO2含量的增加而降低，为 I 型花岗岩的特征（Wolf and London，1994；Chappell，1999）。绝大多数样品在 10000Ga/Al-（Na2O+K2O）和 10000Ga/Al-Y 图（图10，Chappell and White，1974）上的投点，均落在 I 型花岗岩区。
绝大多数样品的 Rb/Sr值较低（0.02~0.3<2），说明岩石处于部分熔融过程中含水的初始阶段（邱瑞龙，1998）；Zr/Hf=34.11~40.37，显示中等分异程度特征（吴福元等，2017）。综上所述，劳斯奎洛斯岩浆岩具备中等分异的I型花岗岩特征。
5.2 构造演化
劳斯奎洛斯晚白垩世岩浆岩微量元素具备富集大离子亲石元素及亏损高场强元素的岛弧岩浆岩特征，与右倾具有弱负铕异常的稀土元素配分曲线图特征相一致（韩宇等，2025）。在Rb-（Y+Nb）图解中（Pearce et al.，1984；张晓飞等，2018）（图11a），样品主要落入了火山弧花岗岩区域中。在 Logτ-Logσ 图解中（Rittmann，1973；张晓飞等，2018）（图11b），样品投点均落入 B 区及 C 区，即造山带（岛弧及活动大陆边缘）岩浆岩及碱性、偏碱性岩浆岩，代表岛弧靠大陆一侧的构造背景，可见劳斯奎洛斯晚白垩世岩浆岩的成因与岛弧岩浆作用有关。另外，研究区岩浆岩投点 Sr/Y-Y 图解（Defant and Drummond，1990；熊秋伟等，2015）（图11c）中均位于正常岛弧安山岩-英安岩-流纹岩区域，在 Sc/Ni-La/Yb 图（Bailey，1981；熊秋伟等，2015）（图11d）中，研究区岩浆岩投点绝大多数位于大陆弧附近。
图11劳斯奎洛斯岩浆岩 Rb-（Y+Nb）（a，据 Pearce et al.，1984修改）、Logτ-Logσ（b，据 Rittmann，1973修改）、Y-Sr/Y（c，据 Defant and Drummond，1990修改）及Sc/Ni-La/Yb判别图解（d，据Bailey，1981修改）
劳斯奎洛斯晚白垩世岩浆岩（81.53~70.28 Ma） 形成于秘鲁造山运动期。前人研究表明，智利中部自侏罗纪—早白垩世（130~113 Ma）经历了一个长期的、以受拉张控制的大规模弧内扩张为特征的阶段，形成了厚达 10 km 的富钠钙碱性火山序列（如 Veta Negra 组）（Morata and Aguirre，2003）。
然而，进入晚白垩世后，随着板片会聚速率的增加以及俯冲角度的调整，区域构造应力场开始发生转换：研究区内Las Chilcas组（105~83 Ma）表现为同构造沉积，其底部与下伏地层呈局部不整合接触，是早期伸展盆地的构造转换的记录。本文研究的岩浆岩组合以安山岩和闪长玢岩为主，缺乏早白垩世典型的双峰式火山岩组分（胡应友等，2026）。这一组合特征暗示，由于挤压应力的作用，地壳的拉伸减薄作用已经减弱，构造体制已由扩张转变为转换-挤压模式。
另外，劳斯奎洛斯岩浆 Sr/Y 比值较低（Sr/Y<35），小于 50，表明地壳厚度仍保持在 30~35 km，尚未达到石榴子石稳定的临界深度（40~45 km），反映了正常或略微拉张的地壳厚度环境（Chiaradia， 2015），这与Haschke et al.（2002）对该纬度晚白垩世地壳厚度30~35 km的估算高度吻合。
从空间演化看，劳斯奎洛斯岩浆岩呈现的高钾钙碱性至钾玄质特征，是大陆弧向内陆方向（向东） 迁移的地球化学响应。随着板片俯冲角度的变化或会聚速率的调整，岩浆弧从海岸向内陆迁移，陆壳在挤压环境下成熟度增高，原始岩浆分离结晶作用程度也逐渐变高。
综上所述，劳斯奎洛斯地区晚白垩世岩浆作用并非处于简单的弧环境，而是形成于伸展-转换大陆弧向中等伸展大陆弧过渡的特殊阶段。由秘鲁造山运动驱动的构造体制转换，不仅导致了地壳的初始增厚和岩浆弧东移，更通过诱发深部岩浆房的频繁补给与流体分馏，为区域内El Bronce等热液成矿系统提供了理想的动力学背景（Creixell et al.， 2020）。
6 结论
（1）全岩 K-Ar 定年表明该区智利劳斯奎洛斯地区岩浆岩形成于 82~70 Ma，处于秘鲁造山运动期。
（2）智利劳斯奎洛斯地区岩浆岩为具备高钾钙碱质-钾玄质、准铝质-过铝质、中等分异的I型花岗岩型特征的岩浆岩。
（3）该区处于构造体制由强伸展向转换挤压过渡的阶段，指示了 30~35 km 的中等厚度地壳环境。这一岩浆活动响应了岩浆弧东移及陆壳初始增厚的动力学过程，为认识安第斯带晚白垩世成岩-成矿背景提供了关键的地质约束。
致谢 本篇文章成文过程中得到了两位审稿人和编辑部老师提出的修改意见，使本文不断完善和提高，在此表示感谢；该项目团队成员的参与，才使得工作取得初步成果；室内测试得到了河北省区域地质调查院和中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验人员等的指导和帮助，在此一并表示感谢。