斑岩型铜矿床是世界铜资源的主要来源,并以其伴生可观的钼、金、银以及PGE等有色贵金属,长期以来倍受国内外经济地质学家关注和研究;吉黑东部是西太平洋大陆边缘岩浆弧的组成部分,为了深入揭示区域斑岩铜矿的成矿潜力,本文在前期工作基础上,选取成矿带内中生代典型代表性洋灰洞子、小西南岔、农坪和二密铜矿床为主要研究对象,系统开展了成矿作用研究。通过矿床地质学、流体地质学、精细年代学、元素和同位素地球化学等方面取证,结合国内外斑岩型矿床研究现状,深入论证了矿床成因与成矿机制,从岩浆-流体演化与成矿元素卸载角度建立了成岩成矿模式;确立了热动源与成岩成矿关系,建立了不同时段斑岩铜成矿的成岩成矿动力学模式,取得的主要进展与成果概括如下:1.矿床地质研究揭示,所研究的代表性斑岩铜矿床中洋灰洞子、小西南岔和二密斑岩铜矿床矿化类型是细脉浸染型→硫化物石英脉型→角砾岩型,而农坪斑岩铜矿床为细脉浸染型→硫化物石英脉型;发育着不同程度的钾长石化、黑云母化、硅化、绢云母化、青磐岩化和碳酸盐化,具有一定的分带性;矿化以不同程度的磁黄铁、黄铁矿-辉钼矿、黄铜矿化为特征,而洋灰洞子矿床成矿早阶段明显缺乏表征强氧化环境的磁铁矿、赤铁矿等矿物;依据矿脉穿切关系,各矿床热液成矿期均大致可划分为(Ⅰ)钾长石-黑云母-磁铁矿、(Ⅱ)石英-磁黄铁矿-黄铁矿、(Ⅲ)石英-辉钼矿-黄铁矿-黄铜矿、(Ⅳ)石英-多金属硫化物和(Ⅴ)石英-碳酸盐五个成矿阶段。2.流体包裹体显微岩相学、物理化学和矿物-流体包裹体H-O以及矿石矿物S-Pb同位素地球化学特征揭示,四座矿床均广泛发育富液相水溶液包裹体、富气相水溶液包裹体和含子晶三相包裹体,少量发育纯液相包裹体和纯气相包裹体;成矿流体均具有残余岩浆水属性;其中,小西南岔、农坪和二密斑岩铜矿早期成矿流体均为高温、强氧化性的Na Cl-H₂O体系,含少量CO₂和CH₄,洋灰洞子斑岩铜矿床为中高温、还原性或弱氧化性的Na Cl-H₂O体系,少量CO₂和CH₄;流体演化过程的还原作用表现为:小西南岔、农坪和二密矿床受磁铁矿或赤铁矿等矿物的沉淀控制,而洋灰洞子矿床则受上覆地层中还原硫组分的加入制约;成矿元素卸载均通过温压降低、流体不混溶与沸腾作用以及大气降水加入等综合因素实现。3.综合同位素年代学测试结果,与洋灰洞子铜矿成矿有关的花岗闪长斑岩形成于早侏罗世(195.3±1.4 Ma,194.1±1.9Ma),与小西南岔矿床成矿关系密切的花岗闪长岩和闪长玢岩脉均形成于早白垩世晚期(107.4±1.2Ma、107.1±1.1Ma),与农坪成矿有关的花岗闪长斑岩形成于晚白垩世早期(96.6±0.9Ma、95.8±0.8Ma),与二密矿床成矿密切相关的石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗闪长斑岩和花岗斑岩均形成于晚白垩世早期(95.0±1.0M、94.2±1.4Ma、93.9±1.2Ma和92.0±1.2Ma);获得农坪矿床蚀变矿物绢云母⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄为94.80±0.86Ma,结合相关研究获得的洋灰洞子铜矿辉钼矿Re-Os等时线年龄为194.8±2.1 Ma,小西南岔矿床辉钼矿Re-Os等时线年龄为110.3±1.5Ma、二密矿床隐爆角砾蚀变岩K-Ar年龄为95Ma;确定该成矿带发育着早侏罗世(190~200Ma)、早白垩世晚期(100~115Ma)和晚白垩世早期(90~100Ma)三期岩浆与斑岩铜成矿作用。4.与成矿密切的岩浆热事件的元素和Sr-Nd-Hf同位素地球化学特征揭示,早侏罗世(190~200Ma)洋灰洞子矿床成矿斑岩具有高Sr/Y埃达克质岩特征,是加厚的新生大陆下地壳部分熔融的产物;早白垩世晚期(100~115Ma)小西南岔矿床成矿岩浆是俯冲大洋板块部分熔融的埃达克质岩浆与地壳重熔形成的钙碱性岩浆混合与岩浆房结晶的产物;晚白垩世早期(90~100Ma)成矿岩浆具有两种属性,产在兴蒙造山带的农坪矿床成矿岩浆具有来自受少量幔源岩浆混入的俯冲大洋板片的部分熔融产生的埃达克质岩浆属性;而产在华北板块的二密矿床成矿岩浆是元古代下地壳物质部分熔融产生的岩浆(存在少量富集岩石圈地幔端员物质的加入)分离结晶的产物。5.与成矿密切的岩石矿物地球化学特征揭示:(1)早侏罗世洋灰洞子矿床花岗闪长斑岩结晶温度在679~781℃之间,压力为1.46~1.74 kbar,对应岩体的侵位深度在5.5~6.6 km;早白垩世晚期(100~115Ma)小西南岔矿床花岗闪长岩的黑云母结晶压力为1.22~1.76 kbar,对应岩体的侵位深度为4.6~6.6 km;晚白垩世早期(90~100Ma)产在兴蒙造山带的农坪矿床花岗闪长斑岩结晶温度在711~729℃,黑云母结晶压力为1.63~2.26 kbar,对应岩体的侵位深度为6.1~7.9km;晚白垩世早期(90~100Ma)产在华北陆台的二密石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗闪长斑岩和花岗斑岩结晶温度在635~789℃,随着岩浆的演化结晶温度逐渐降低,各岩相黑云母和角闪石结晶压力介于0.51~1.38 kbar,对应岩体的侵位深度为1.9~5.2km。(2)早侏罗世洋灰洞子矿床成矿斑岩花岗闪长斑岩具有较低的Fe₂O₃/Fe O的比值(0.23~0.47,平均值为0.35),为钛铁矿系列花岗岩,具有较低的氧逸度特征,角闪石、黑云母以及锆石计算获得的氧逸度ΔFMQ均值分别为-0.92、-0.48和-3.71;小西南岔花岗闪长岩、农坪花岗闪长斑岩和二密花岗斑岩具有相对较高的Fe₂O₃/Fe O的比值(平均值分别为0.76、0.54和0.62),均为磁铁矿系列花岗岩。相比之下,小西南岔花岗闪长岩中黑云母估算ΔFMQ为1.08~1.86(均值为1.26);农坪矿床花岗闪长斑岩中黑云母和锆石估算ΔFMQ为-2.86~5.05(均值为1.85);二密石英闪长岩角闪石、黑云母和锆石估算ΔFMQ介于-3.06~3.21(均值为-0.04),花岗闪长岩黑云母和锆石估算ΔFMQ介于-2.73~3.83(均值为1.36),花岗闪长斑岩锆石估算ΔFMQ介于-2.98~5.51(均值为2.51),花岗斑岩黑云母和锆石估算ΔFMQ介于0.25~4.00(均值为1.19)。(3)在挥发组分含量方面,上述斑岩铜矿床成矿岩浆均具有较高的Al₂O₃/Ti O₂和V/Sc,表现出富水特征;如:洋灰洞子成矿花岗闪长斑岩岩浆含水量为5.7~6.5%,二密成矿石英闪长岩岩浆含水量为5.0~5.6%。将上述特征与矿化蚀变、成矿流体特征相结合,厘定早侏罗世洋灰洞子斑岩铜矿成矿岩浆与成矿流体为相对还原或“还原性”(相对氧化性而言)的斑岩铜矿床,而早白垩世小西南岔和晚白垩世农坪、二密矿床为相对典型的“氧化性”斑岩铜矿床。6.综合上述研究成果,结合成矿带动力学背景与地壳演化、幔壳岩浆作用,从形成的代表性矿床成矿属性角度出发,将成矿带中生代斑岩铜矿岩浆过程与相应的成矿作用划分4种形式,即:(1)早侏罗世古太平洋板片俯冲+加厚下地壳部分熔融-岩浆房演化-成矿流体出溶与成岩成矿、(2)早白垩世古太平洋板片后撤+俯冲洋壳部分熔融+地壳重熔-岩浆房混合与演化-流体出溶与成岩成矿、(3)晚白垩世早期古太平洋板片加速后撤+俯冲洋壳部分熔融-岩浆房演化-流体出溶与成岩成矿和(4)晚白垩世早期古太平洋板片加速后撤+地壳减薄-幔源玄武岩浆底侵-下地壳部分熔融-岩浆房演化-流体出溶与成岩成矿,并建立了成矿模式;具体概述如下:第一种:板片俯冲-加厚下地壳部分熔融-岩浆房演化-成矿流体出溶与成岩成矿该方式系指吉黑东部早侏罗世斑岩铜成矿系统,该时段处于古太平洋板块的俯冲作用的开始阶段,强烈的俯冲作用引发佳木斯-兴凯地块地壳横向缩短加厚,在高温压条件下角闪石榴辉岩相下地壳发生部分熔融作用,形成富含成矿物质和挥发分的埃达克质岩浆,随后上升侵位到地壳浅部发生成矿流体出溶,矿化形成了洋灰洞子铜矿床。第二种:板片后撤-俯冲洋壳部分熔融+地壳重熔-岩浆房混合-岩浆房演化-流体出溶与成岩成矿该方式系指吉黑东部早白垩世富金斑岩铜成矿系统,该时段俯冲的古太平洋板块开始后撤、并进入伸展环境,压力降低引发古太平洋板块发生部分熔融形成初步富集成矿物质的埃达克质岩浆,岩浆在壳幔边界与下地壳重熔的岩浆混合经过充分的MASH过程形成更加富水、氧化,富Cu、Au和S的成矿母岩浆,之后侵位到地壳浅部经历充分的结晶分离作用和流体出溶形成小西南岔大型富金斑岩铜矿床。第三种:板片加速后撤-俯冲洋壳部分熔融-岩浆房演化-流体出溶与成岩成矿系指延边地区晚白垩世早期富金斑岩铜成矿,高角度俯冲的古太平洋板块后撤加速,延边地区处于强烈伸展环境,俯冲的古太平洋板块发生部分熔融作用形成富集成矿物质的埃达克质岩浆直接发生浅成就位、流体出溶与成矿作用,形成农坪斑岩铜金矿床。第四种:板片加速后撤-玄武岩浆底侵-下地壳部分熔融-岩浆房演化-流体出溶与成岩成矿系指发生在吉南地区的二密成矿作用,该时段虽然与延边地区成矿地质背景相同,但是引发的地质过程是:强烈伸展环境诱发幔源玄武质岩浆上侵,上覆岩石圈地幔及下地壳发生大规模熔融,玄武质岩浆底侵减薄破坏了的克拉通下部地壳,使其发生部分熔融,形成钙碱性成矿母岩浆,岩浆房演化与晚阶段岩浆流体出溶形成二密斑岩铜矿床。