利用锆石形态、成分组成及年龄分析进行沉积物源区示踪的综合研究

从 图 中 可 以 看 出 ，&D/C:EF/ 山 南 部 的 ;AA(1 B/C?841? 砂岩和 GH/C? I/11E41 盆地中的 J/1?’44K 砂 表明这两个砂岩层 岩锆石具有相似的 78 组分组成， （ 可能具有同一物质来源 &’() ， 。 !*"+） 此外，有些学者还通过对锆石微量元素分布特 征研究， 来进行锆石成因矿物学的探讨， 进而揭示母 岩的岩石学成因特征。在高温幔源型的花岗岩锆石 中， 铪与其它较大离子半径的金属元素 （ 铀、 钇、 钍） 的含量呈反相关消长，而后三者之间的含量呈正相 关消长； 相反， 在低温壳源型的花岗岩锆石中， 铪与 其它较大半径的金属元素的含量呈正相关消长，其 中钇与磷的含量呈非常明显的正相关消长（ 汪相等， 。 !**$）
第$期
闫义等： 利用锆石形态、 成分组成及年龄分析进行沉积物源区示踪的综合研究
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形态特点与其形成时的物理、化学环境是密切相关 的（ 汪相等， 。作为岩浆成因的花 $---； ./01/， !**2） 岗岩类岩石， 其中的锆石一般为细长柱状， 多数为具 直线生长纹的自形晶体，常为简单的四方双锥或复 四方双锥， 锥面和柱面发育完善。 而变质锆石最显著 的特征是由众多的晶面组成， 包括浑圆粒状、 椭圆粒 状及粒状等形态的锆石， 在双目镜下， 变质锆石呈粒 状， 表面光洁、 清晰。 由于变质锆石发育多晶面， 没有 锥面和柱面之分， 即使是外形呈现长粒状的锆石， 其 “ 柱面” 实际上也是由众多的晶面组成的， 但其顶端 的多晶面更为发育。变质重结晶锆石常具有较多的 暗色包体、 浑圆状的生长纹和浑圆形内核 （ 简平等， 。 $--!； 314)(1 !" #$% 5 !**2） 锆石的颜色也是判别母岩性质的良好标志，锆 石的颜色深浅与铀、 铅含量有关， 颜色愈深， 其铀、 铅 含量愈高， 母岩形成的时代越老， 颜色愈浅， 母岩形 成的时代愈新。 此外， 锆石的颜色还与母岩结晶时的 酸碱程度有关，偏酸性岩石中的锆石一般为无色透 明或带不同程度的黄色，而偏基性岩石中的锆石晶 体颜色除了无色透明的外， 还常见到肉红色、 玫瑰色 的晶体 % 修群业等， $--! , 。
卷 , -#*./"） 期（ 总 , 56) 7 81 01 ， 2./3"4） 0， 页 , 9(+":）;<= > ;8? ， 0??@ ， A（ )(BC 0??@ ）
大地构造与成矿学
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利用锆石形态、 成分组成及年龄分析 进行沉积物源区示踪的综合研究
颜色对源区的示踪 ; 锆石的形态、
锆石属四方晶系， 对称型为 S==S0A9K， 单晶体常 呈柱状习性， 以四方柱及四方双锥的聚形为特征， 具 有多种不同的颜色， 如红棕色、 黄色、 灰色、 绿色及无 色（ 武汉地质学院岩矿教研室， 。 一般认为锆石 ;818）
收稿日期： 改回日期： 0??0 H ?8 H ;8 ； 0??@ H ?0 H ;< 基金项目： 国家自然科学基金项目 , =8810?=A 7 和中科院知识创新工程重要方向项目 , IJKL0 H ;;@ 7 资助 F 作者简介： 闫义 , ;81@ H 7 ， 男， 内蒙古赤峰市人， 在站博士后， 从事沉积与构造关系研究 F M/(’*N BB%(4*O :’&(F %#/
图! /012 !
"##$% &’()*+%) 和 ,’%)-++. 地层砂岩锆石 铪含量频率分布图 % 引自 &’()， !*"+ , /%$34$5(6 .078%09480+5 +* :’*504; -$01:8 #$%($58
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锆石的成分分析对源区的示踪
*%+; 4##$% &’()*+%) 7’5.78+5$ ’5. 8:$ ,’%)-++. /+%;’80+5
其 61、 78 、 9: 、 ; 是锆石中最重要的组成元素， 中 78 、 不同 9: 、 ; 皆作为 61 的类质同象形式存在。 类型岩石中， 锆石中的铪含量， 特别是 61 < 78 值具有 明显的区别，同一成因类型的不同侵入体之间也有 。 此外， 从晶体的核部到边缘， 不 差别（ 汪相等， !**$） 同类型的锆石具有不同的成分变化规律。 研究表明， 岩浆成因锆石成分变化总的趋势是：从晶体核部至 边缘（ 环带不明显的晶体） 及晶体每个环带的内侧至 外侧 78&$ 、 ;&$ = 9:&$ 含量升高， 61&$ 含量及 61&$ < 78&$ 值降低。从基性到中性至酸性岩中 61&$ < 78&$ 值下降，从超基性岩到基性岩到中性岩至酸性岩 9: 、 ; 含量上升。 变质成因锆石具有从晶体中心到边缘 61&$ 含 量上升， 78&$ 和 ;&$ = 9:&$ 含量下降及 61&$ < 78&$ 值上升的特点， 这同岩浆锆石恰好相反。 对不同变质 程度变质岩的化学成分研究表明，随着变质程度的 增加，岩石中 61 含量逐渐增大，至紫苏辉石带才显 下降趋势，从角闪岩相至麻粒岩相的英云闪长岩显 示 9: 、 。因此， 通过对锆 鲍学昭， ; 含量下降（ !**#） 石中微量元素分布特征来反演源区较为有效，不同
来源锆石具有明显不同的微量元素分布特征。 对于物源相对复杂的砂岩体，仅通过锆石微量 元素分布并不能很好地进行物源示踪，但锆石中微 量元素分布特征可以用来进行不同砂岩体的物源对 比研究， 确定不同砂岩体是否具有相同的源区。 &’() 对 >1?/)@/@ ;AA(1 B/C?841? 砂岩物源进行 了研究， 以确定 ;AA(1 B/C?841? 砂岩与其它砂岩体之 间的物源关系。 从不同露头采集标本选出锆石， 对锆 石中铪的频率分布进行了统计分析并进行了非参数 检验， 结果如图 ! 所示。
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沉积盆地的形成是内外动力地质作用的综合结 果，盆地碎屑沉积物既是盆地沉积和构造演化的直 接证据和重要标志，也是区域构造背景控制下的物 源区与沉积盆地有机结合配置的产物，记录了海陆 变迁、 盆 H 山构造格局形成及与周围环境相互作用 的演化历史 , P’%Q’&:#& !" #$% C ;818、 因此通过 ;8<@ 7 。 盆地沉积物研究恢复再造造山过程、 造山事件， 探讨 陆内造山过程中盆 H 山演化及热构造格局已成为大 陆动力学研究新的方法和突破口 , 肖庆辉等， 很早人们就开始利用盆地陆源沉积物碎屑组 ;88A 7 。 分、 副（ 重） 矿物及元素地球化学特征来示踪源区， 进 而探讨源区构造演化的研究，并形成了多种物源示 踪方法 （ 和政军， 刘立 R#**# ， ;880； S"’::， ;880； ;88?； ， 但由于盆地中的碎屑沉积物 等， ;880； )’(**， ;88?） 来源非常复杂， 它涉及到地表出露的各种岩石， 如火 成岩、 变质岩和沉积岩， 而且沉积岩的形成不是一次 的， 常常是经历了多阶段循环、 混合的结果， 同时还 受到碎屑物搬运过程中的分异作用影响，使得单纯
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锆石年代学特征对源区的示踪
锆石由于富含放射性元素，如 ;、9: 等而成为
良好的年代学计时器，能够提供源区的重要热 M 构 造事件信息。来源于不同源区的碎屑物沉积于盆地
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大地构造与成矿学
第 !" 卷
内的某一层位后，该层位的岩石中就包含了多个源 区的综合信息，由于不同来源的碎屑物具有不同的 年龄组成，那么该层位中的颗粒锆石必然具有多个 频率峰值。近年来国外研究者开始尝试应用同位素 年代学方法进行沉积物源区示踪的研究，如通过对 沉积物中锆石 O P Q; 年龄谱及裂变径迹 （ 3R）年龄 的研究来获取源区构造演化的年代学信息，结合对 比周缘岩体出露情况及构造演化特征，进而界定源 区（ ID0/0)-D ". ()/0 #SS"； T-(DU ". ()/ * #SS%V W’17’( 。 利用沉积物同位素 ". ()/ * #SS"V ,’KU ". ()/ * #SS%） 年代学进行源区示踪，反演源区构造演化具有其独 特的优势，即可以从沉积物中获取源区年龄组成的 信息， 更加全面地了解源区信息， 拓展了由盆地陆源 沉积物示踪源区的途径和方法。 年龄分析对源区的示踪 >< # 锆石裂变径迹（ 3R） 裂变径迹方法用于物源区研究是新发展起来 的， 研究物源区最常用的矿物是锆石， 这是因为锆石 的退火温度较高， 约为 !#= X Y=Z M .’/(-D* #SS! N ， 不易受退火影响，如果在沉积之后，沉积物存在于 #"[ \ #$[Z 之下时，碎屑锆石将保持沉积前的裂变 径迹特征。裂变径迹年龄的退火趋势和物源趋势是 很容易区分的， 因而能较好地反映物源区的性质。 首 先把这种方法应用于物源区研究的是 GE,2K8D)EF 和 。 随着裂变径迹分析技术在近年来的 ,K-’82]（ #S""） 不断进步，利用单颗粒裂变径迹示踪物源有了更为 广阔的应用前景。 但是， 目前存在的最主要问题是单 颗粒锆石裂变径迹年龄精度很低，因此必须在同一 砂岩样品中测量 [= 或更多颗粒锆石的裂变径迹年 龄， 以提高裂变径迹年龄的精确度。 同一样品的不同 颗粒可能出现不同的年龄值，亦即在统计学上一个 样品的年龄可能属于不同的组分。 对沉积岩来说， 如 果沉积后样品未经完全退火，则其单颗粒年龄实际 上可能是各物源区母岩组分的混合。 由于裂变径迹年龄具有统计意义，且不同来源 锆石具有不同的径迹年龄组成，因此，如何更加精 确地提取年龄信息就变得非常重要。利用视图法 （ D’8)2 @K2A）和 ID’(82( 等提出了两种确定总体混合 成分的分解方法， "! 法和高斯峰拟合法 （ ,’0CC)’( @-’FB)AA)(/）对所测样品进行单颗粒年龄分析，可避 免单个颗粒锆石年龄精确度较低的缺点 （ ID’(82(， 。 #SS!；ID’(82( ". ()/ * #SSY）
利用上述方法并不能定量地确定盆地源区类型、性 质。 盆地碎屑沉积物中的锆石不但分布广泛， 而且稳 定性极强，既使岩石受过部分熔融或区域变质作用 的影响，也不会把锆石中的所有源区信息全部丢 失。 锆石常具有良好的晶形、 特殊的晶体习性以及颜 色和环带等现象， 而且它们随着形成环境的不同， 会 有不同的特点。此外， 锆石由于富含放射性元素， 如 能够提供源区 6、 TU 等而成为良好的年代学计时器， 因此， 不同来源锆 所经历的重要热 H 构造事件信息。 石的形态、 成分组成及年龄就成为示踪源区， 反演区 域构造演化的重要探针。
闫义， 林舸， 李自安
（ 中国科学院广州地球化学研究所， 广东 广州 A;?D=?）
摘 要： 通过盆地碎屑沉积物分析示踪源区， 进而探讨区域构造演化已成为当前地学研究的热点。盆地沉积物中的
锆石不但分布广泛， 而且稳定性极强， 因而能保存大量的源区信息。 随着锆石裂变径迹及 6E93 年龄谱分析等新测试 技术的发展， 锆石的形态、 成分组成及年龄分析已成为盆地沉积物源区示踪的重要探针。 本文结合实例， 介绍了目前 在综合利用锆石的形态、 成分组成及年代学特征进行物源示踪的一些主要进展。由于物源示踪的复杂性， 在利用锆 石进行物源示踪时， 应充分了解区域地质背景， 密切结合其它物源示踪方法。 关键词： 物源示踪； 矿物年代学； 锆石裂变径迹； 锆石 6E93 年龄谱 中图分类号：91<F 8= ；9A8 文献标识码： G 文章编号： ;??; H ;AA0 （ 0??@ ） ?0 H ?;<= H ?1
把单颗粒的测试精度与年龄 视图法 （ D’8)2 @K2A） 结果表示在同一图上，不但可以表示裂变径迹年龄 大小，而且可以直观地表示裂变径迹年龄的分组情 况。 对于同一来源的锆石径迹年龄，可直接对这组 数据进行平均， 得到样品的径迹年龄。 但对于不同来 源锆石组成的径迹年龄， 不能直接对其平均， 这样得 到的年龄没有实际意义。"! 年龄法可用来判断颗粒 年龄是否服从泊松分布，亦即所有颗粒是否属于同 一组分，如果样品未能通过 "! 检验，则表明被测颗 粒来自不同的物源区，或者具有不同的化学成分或 化学动力学行为， 需对样品进行进一步的分析。 通过 "! 年龄法可以分离出最年轻的似合理径迹年龄部 分， 作为沉积地层的最大沉积年龄。具体作法如下： 把这组数据按由小到大顺序排列， 然后计算 A9当 @ M "! N 大于 [ 时的 A9- C07 ’/C07 ’/- 和 @ M "! N ， 即为这组年龄的 "! 年龄 M ,’K;D’)A9* #S$#V ,D--( * #S$# N 。 利用 "! 法仅能分离出最年轻组分的径迹年龄 * 而用 ,’0CC)’( @-’F^B)AA)(/ 法则可以从一组年龄中区 分出不同来源的径迹年龄组分* 这种方法利用 T0DB2D8 组分概率图* 把径迹年龄看成是一条连续的 组分概率曲线 M T0DB2D8 * #S$Y N 。计算公式如下： 1’ 2 3 4 _ M -‘@ a P M M 3 5 +’ 4 6 7’ N ! b ! c N b !# 8. 1 . 2 3 4 _ $ 1 ’ 2 3 4 6 8. 9_# 其中：1’ 2 3 4 为第 9 个颗粒在 3（ G’）时间的概 率；3 是时间；+’ 第 9 个颗粒测试年龄；7’ 是相关系 数误差；’ 是样品颗粒；1. 2 3 4 为 . 个样品在 3（ G’） 时间的概率； 8. 为样品总数。 目前对锆石进行裂变径迹分析示踪源区的研究 尚不多见，&’( &) 等对辽西北票盆地晚侏罗世砂岩 样品进行了单颗粒磷灰石裂变径迹年龄分析，结果 ! 如图 ! 所示 （ 。 &’( &) ". ()/ * !==>） 从图中可以看出， 样品具有三个峰值： 较年青年 龄组分大约落在 >= \ Y= G’ 之间 * 中间年龄组分大 约为 "= \ $= G’， 较老年龄组分大于 #[= G’。 综合盆 地中生代的构造演化、碎屑组分特征及盆地充填序 列特征，这三组年龄所代表的物源应分别为中生代 火山碎屑物质、前中生代碎屑沉积物质及古老变质 岩。盆地西缘的太古代变质岩及结晶基底在晚侏罗