变质锆石成因类型及内部结构＼地球化学特征

变质锆石成因类型及内部结构＼地球化学特征

测年的样品中变质锆石因其可能记录了多次的变质事件的信息，所以往往具有多期生长的、复杂的内部结构。不同的晶域具有不同的年龄，记录了不同地质事件的信息，若不能有效区分所测锆石成因，会给所得年龄的解释带来很大困难。本文阐述了不同成因变质锆石的内部结构及地球化学特征，以期为变质锆石的成因分析及测年数据合理解释提供参考。

标签：变质锆石；U-Pb测年；成因类型

目前对于锆石的成因主要通过锆石的CL图像及Th/U比值来区分锆石为岩浆成因还是变质成因的。一般认为具有振荡环带且Th/U比值较高的（>0.4）锆石为典型岩浆成因的，但并非所有具有这种特征的锆石都是岩浆成因的，有些变质过程中形成的锆石不仅可能具有振荡环带，而且其Th/U比值也有可能较高（>0.7），若将这类锆石鉴定为岩浆锆石，就可能得出错误的结论。因此在判别锆石成因时，还应结合地球化学、基础地质等因素进行合理解释。

1 内部结构

变质锆石根据其形成时的变质作用大体可分为变质增生、深熔、蜕晶化、重结晶和流体改造五种，由于其成因、形成环境等的多样性，决定了其内部结构也非常繁杂，典型的内部结构有无分带、弱分带，扇形分带等（图1）。而对于不同成因的锆石，又具有其优势的内部结构（图2），为鉴别锆石成因提供了一定的依据。

2 各成因类型地球化学特征

2.1 变质增生

变质增生锆石从结构上可分为无继承核和有继承核两类，前者属完全变质新生锆石，其具有多晶面状-不规则状-规则外形；后者在继承核外围形成增生边，与原岩残留锆石之间界限清楚，边界截然，晶核形态变化多样，内部通常较均匀，晶核中有时可保留原生的生长结构。增生锆石中是否含晶核与原岩中是否富含碎屑锆石密切相关，若富含碎屑锆石，变质锆石中则多含有晶核。

变质增生锆石的Th/U比值受变质流体、共生矿物组成及变质锆石的生长速率等因素的影响[1]。U在流体中的活动性比Th强，所以变质流体一般富U贫Th，从这种类型的流体中结晶的锆石常常具有较低的Th/U比值。此外，在锆石结晶同时如有富Th矿物结晶同样会造成Th/U比值的降低。REE含量主要取决于变质流体中REE含量及形成时的环境，其形成时如有富含HREE的矿物晶出，则锆石HREE含量显著降低。

2.2 深熔

深熔锆石通常自形程度较高，呈规则的长柱状或短柱状自形晶[2]。少量的深熔锆石内部均匀，但在深熔片麻岩中，大部分锆石的特征是存在晶核和增生，二者界线清晰。晶核可能是继承性的、原岩的锆石，增生则是深熔作用的结果。深熔片麻岩中锆石组成较复杂，包括原岩的继承锆石，深熔锆石和具核深熔增生结构的三种锆石。

深熔锆石微量元素含量与原岩密切相关，混合岩化地区的深熔增生锆石具有与岩浆锆石类似的特征，HREE明显富集、Ce正异常和Eu负异常等特征。深熔锆石REE的组成与原岩锆石相似或略低，这可能与部分熔融程度和深熔熔体与残留相之间是否达到平衡有关。

2.3 蜕晶化

锆石的蜕晶化表现为U和Th衰变导致晶格结构损伤，锆石逐渐丧失有序的结晶状态。蜕晶化使锆石对铅的保存能力降低，在流体的作用下容易丢失铅，流体沿裂隙渗透而带出放射成因铅，导致U-Pb年龄偏离一致线而使年龄值降低。锆石蜕晶化作用与锆石经历的时间、环境及锆石中铀、钍含量等因素有关，时间越长，越容易发生蜕晶化作用，蜕晶化作用程度与U、Th含量呈正相关，与地质作用没有直接关系。蜕晶化可造成锆石中同一晶域的不同位置或同成因的不同颗粒的年龄常年龄不同。

锆石中的REE含量决定于蜕晶化过程是否有流体的参与，若无流体参与，则蜕晶化的锆石仍保持与原岩锆石相似的REE组成，若此过程有流体的参与，则REE含量在很大程度上受流体中REE组成及流体作用时间等因素控制。

2.4 重结晶

辐射损伤引起的蜕晶锆石，由于晶格破坏变得不稳定，易通过化学蚀变、淋滤和扩散作用而丢失铅。蜕晶锆石遭受变质作用和热扰动时，重结晶作用使受辐射损伤的晶格愈合，在大约600～650℃温度下，最容易发生锆石的重结晶作用[4]。此过程没有新的锆石生成，只是对原有锆石进行了改造。由于Pb2+离子半径相对锆离子过大，在晶格愈合过程中锆石会把放射成因铅排除在晶格之外，导致铅丢失。而Th4+与Zr4+的半径差与U4+相比偏大[3]，在重结晶过程中更容易被净化而逐出锆石晶格，重结晶越彻底，Th含量下降就越明显。重结晶锆石REE 组成对原岩锆石有继承性，重结晶越彻底，继承性越弱。锆石晶格重结晶时，微量元素被不同程度地逐出，导致其含量比原岩低。轻稀土的稳定性小于重稀土，因此更易被逐出锆石的晶格，所以，变质重结晶锆石的HREE/LREE一般比原岩锆石高。

2.5 流体改造

热液实验表明，变质流体中的H2O和CO2不会造成锆石的蚀变和放射性成因铅丢失。但是，若流体中含足量的F，Cl，Na等成分，可在数小时内对锆石，甚至无蜕晶化的锆石产生强烈的蚀变和Pb丢失，侵蚀性流体使Pb从无蜕晶化的锆石中淋漓的过程是事件性的。受流体改造的边部年龄集中于一个十分狭小范围内，说明这种流体的作用可使U-Pb体系完全重置。由于受流体改造的锆石边部U含量低，产生放射性损伤可能性降低，因而其年龄可记录最后一次地质事件时间。其REE含量含量受控因素与蜕晶化锆石相同。

3 结束语

不同成因的锆石在内部结构、Th/U、及稀土微量元素之间存在较大差异，可以为鉴别变质锆石的成因提供参考依据，此外还应结合地质背景等因素来确定锆石的具体成因，从而准确解释测年数据所代表的地质意义。

参考文献

[1]吴元保，等.锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J].科学通报，2004，16(49).

[2]简平，等.变质锆石成因的岩相学研究-高级变质岩U-Pb年龄解释的基本依据[J].地学前缘，2001，3(8).

[3]陈道公，等.变质岩中锆石U-Pb计时问题评述[J].岩石学报，2001，1(17).

[4]倪涛，等.大别山变质岩锆石微区稀土元素和Th-U特征[J].高校地质学报，2006，2(12).

周广法(1986-），男，汉族，山东曹县人，长安大学地球科学与资源学院在读硕士研究生，矿产普查与勘探专业。

曾现虎(1987-），男，汉族，山东临沂人，长安大学地球科学与资源学院在读硕士研究生，矿物学、岩石学、矿床学专业。