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从阴极发光图像和微量元素特征看锆石成因
发表时间：2020/1/2
来源：《基层建设》2019年第27期
作者：张夏炜 许旭
[导读]
摘要：锆石是一种重要的矿物，分布广泛，稳定性极强，可以指示源区的信息，本文主要从锆石的阴极发光图像进行讨论研究，不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型，具有复杂演化历史的变质岩中的锆石保留了多期生长结构和区域，往往给出多组年龄，结合锆石的微量元素特征可以对这些年龄做出合理的解释。
河北地质大学 石家庄 050031
摘要：锆石是一种重要的矿物，分布广泛，稳定性极强，可以指示源区的信息，本文主要从锆石的阴极发光图像进行讨论研究，不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型，具有复杂演化历史的变质岩中的锆石保留了多期生长结构和区域，往往给出多组年龄，结合锆石的微量元素特征可以对这些年龄做出合理的解释。锆石的微量元素特征还能够反映岩浆的成分演化、共生分离结晶相、熔融源区性质以及流体组成等诸多信息。锆石作为矿物包裹体储存器、地球化学示踪剂、时间舱，已成为研究地球的地质历史必不可少的一个工具。
关键词：锆石 成因 阴极发光 微量元素特征
引言：锆石成因分辨对于锆石年龄地质意义的正确解释至关重要。不同成因锆石大多具有其自身的特点，为锆石成因分辨提供了可能。锆石成因分辨是一个综合的方法，不仅是锆石本身的问题，基本思路是确定各种作用过程形成的岩石中的锆石的特征，比较它们的异同，确定可能的变化规律。因此，在进行锆石地质年代学研究之前应先对锆石进行阴极发光电子（CL）图像和（或）背散射电子（BSE）图像等成因矿物学和锆石内部结构的深入研究，这样才有可能使测得的年龄数据得到合理的地质解释，才有可能对岩石成因、成矿年代学和地质体的构造演化历史有更深入的了解。
1.研究现状
1.1岩浆锆石
经过对岩浆成因锆石的晶体形态及其环带观察研究，岩浆锆石一般较为自形，为四方柱，四方锥，复四方双锥形，而且一般具有典型的振荡环带，查阅文献获知振荡环带的宽度可能与锆石结晶时岩浆的温度有关，在基性岩中由于成岩温度较高，微量元素扩散较快，环带较宽；在偏酸性岩石中由于成岩温度较低，微量元素扩散较慢，环带较窄且CL为亮色。
锆石中许多微量元素都具有相关性，利用微量元素相关图解，可以判别岩浆锆石的生长环境。P-（∑REE+Y）正相关，反映了置换关系（Y，REE）3++P5+=Zr4＋+Si4+。U和Th可以置换锆石中的Zr，Th、U分别和Y、REE正相关，反映了主岩微量元素组成的变化趋势，即演化程度高的岩浆中不相容元素的含量趋于更高。Yb/Sm与Y相关，反映出主岩分离结晶程度的差异：随Y含量和Yb/Sm比值的升高，分离结晶程度增加。利用U-Yb、U/Yb-Hf等图解可区分锆石源自陆壳岩浆结晶还是洋壳岩浆结晶。岩浆自身的演化过程（熔体抽取、矿物结晶和原始组分的不均一）和岩浆混合作用同时影响着岩浆组分的变化，进而影响锆石的微量元素组成。
岩浆锆石可以得到以下几点结论：
1）组成相同的喷出岩、浅成岩和深成岩中，岩浆锆石的形态和内部结构可相同，也可不同，据此可为判断岩浆形成和演化提供依据；
2）岩浆锆石的Th/U比值会随着岩浆基性程度增大而增大；
3）一些岩浆锆石的岩浆玻璃包体可提供锆石结晶时的岩浆组成；
4）残余锆石和捕获锆石的有无可作为岩浆是否遭受陆壳物质影响的判断依据。
1.2变质锆石
变质锆石可以根据当时形成的变质作用可大致分为变质增生、深熔、蜕晶化、重结晶和流体改造五种，由于其成因、形成环境等的差异，也就决定了其内部结构也十分的复杂。变质锆石较为典型的结构有无分带、弱分带等。而对于不同成因的锆石，又具有其优势的内部结构，为区别锆石成因提供了一定的依据。
变质锆石U-Pb测年显示的不一致年龄，常常源于原岩锆石程度不一的固态重结晶，固态重结晶锆石所测年龄介于原岩年龄和变质事件年龄，最老的上交点年龄可能代表原岩年龄，最小的下交点年龄代表变质年龄；变质增生锆石会产生一致的年龄，代表变质事件发生的时间。
锆石中的矿物包裹体是超高压变质的直接记录，所以结合矿物包裹体的鉴定结果及微区定年，锆石的生长环带可用来揭示俯冲和折返的动力学过程。
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对变质锆石的研究得到了以下几点结论与问题：
1）变质锆石是从继承原锆石形态特征向等轴方向演化。
2）变质锆石中通常包裹有早期锆石，其形态特征可作为原岩类型辨别的重要依据。
3）矿物包裹体可能是一种锆石成因很好的指示物。
4）形成变质锆石的Zr的来源是先存锆石反应提供的。
1.3热液锆石
完全从流体或流体饱和的熔体中形成的热液锆石，也会形成类似于岩浆锆石的振荡环带或扇形分带。被热液叠加改造的锆石常常显示复杂的次生内部结构，并穿插原生结构。基于再平衡机制，次生区域含有高含量的Ca、Al、Fe等微量元素，并出现许多磷酸盐硅酸盐的包裹体。热液脉中的锆石，或热液矿物中的锆石包裹体，如果具有岩浆锆石型稀土配分模式且缺少流体包裹体，那么并不一定是热液成因。因为在热液脉形成的过程中，锆石是唯一来自同化围岩的不完全溶解的矿物相。锆石热液成因的判据包括其作为包裹体与其他的热液矿物和流体包裹体出现在热液石英或碳酸盐矿物中，以及锆石本身含有热液矿物包裹体。热液锆石的其他特征包括：高的普通Pb含量，流体对先存锆石改造移走了Zr留下F、LREE、Nb、Ta以及其他不相容元素。
热液锆石可形成类似岩浆锆石的生长环带，锆石中流体包裹体、热液矿物包裹体的存在可以指示锆石确切的热液成因。岩浆热液锆石微量元素特征可能反映了其热液矿物组合。同一岩石中变质热液锆石微量元素组成可能反映了流体组成的变化，研究变质热液锆石的微量元素组成能够帮助理解复杂的流体作用历史。
2.存在问题
（1）变质锆石结构复杂，其微量元素特征可以反映锆石的生长机制、共生矿物和形成环境，传统利用Th/U比值来区分锆石成因的方法，有很大局限性。
（2）岩浆期后热液锆石继承原岩浆锆石形态，可有可无平行环带。具有U、Th含量高、Th/U比值低的组成特点，是否与U、Th在岩浆作用过程中的行为有关.
参考文献：
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