锆石U-Pb年代学及锆石成因矿物学
锆石U-Pb定年工作原理及方法
“同位素年代学＝提供年龄数据”。
许多地质学家的想法,一种错误的认识！
同位素年代学需要同位素和地质两方面 的知识结构。
年龄表
数据内容 数据排列顺序 有效位数 样品多时，最好一个样品有一个表头 表注 >1.2Ga (or >1.4 Ga)锆石，尽可能用 7/6年龄，而不是上交点年龄
科学性和有利于读者阅读
鲁西地区新太古代晚期岩浆事件 （Wan et al., 2010）
鲁西地区新太古代早期岩浆事件 （万渝生未发表）
滹沱群底砾岩中石英岩砾石的碎屑锆石阴极发光图像 （万渝生等，2010）
万东 渝焦 生群 等浅 ，变 质 碎 屑 ）沉 积 岩 中 碎 屑 锆 石 特 征
( 2010
长城系
所有数据
鞍山地区古元古代变质辉长岩的斜锆石 和锆石阴极发光图像（董春艳等，2012）
鞍山地区古元古代变质辉长岩的斜锆石 和锆石二次电子图像（董春艳等，2012）
鞍山地区古元古代变质辉长岩的斜锆石 和锆石年龄图（董春艳等，2012）
鲁西新太古代变质辉石岩的锆石阴极发光和年龄图 （万渝生等，未发表）
大青山地区变质超基性岩石的锆石阴极发光和年龄图 （Wan et al., 2013）
锆石U-Pb定年
万渝生
为什么锆石U-Pb定年可信?
1、U-Pb体系 2、锆石
Zircons are forever!
锆石是最理想的测年对象
最常见副矿物，广泛存在于不同地质体中 抗风化能力强 无或很低的普通铅，而U含量适当 U-Pb同位素体系保存良好 可判断体系是否封闭 应用CL等方法，可对锆石进行成因研究 SHRIMP等原位分析方法应用
胶东中生代玲珑超单元二长花岗岩中锆石阴极发光图像
西宁盆地新生代地层碎屑锆石U-Pb年代学及其地质意义
西宁盆地新生代地层碎屑锆石U-Pb年代学及其地质意义新生代印度板块和欧亚板块的碰撞导致了喜马拉雅造山带的形成,使得喜马拉雅造山带以北近2000千米的区域隆升变形,形成了世界屋脊——青藏高原。
青藏高原隆升对亚洲内陆构造-地貌格局和气候造成了很大的影响,因此,青藏高原隆升和扩展机制及其对全球变化的影响一直是国内外地学研究热点问题之一。
随着新生代印度板块和欧亚板块的持续碰撞,青藏高原北缘构造变形及地貌演化强烈,发育了多个造山带和菱形盆地,是研究青藏高原隆升和高原扩展机制的理想地区。
沉积盆地和造山带是大陆地貌的两个基本构造单元,两者是在统一地球动力学背景和构造框架下不可分割的耦合过程和正负构造单元,沉积盆地中的陆源碎屑沉积物不仅记录了盆地的沉积演化信息,也记录了周围造山带的构造隆升信息。
本文选择青藏高原东北缘西宁盆地为研究区域,在前人研究基础上,根据盆-山耦合关系,主要通过对盆地新生代地层进行不同层位碎屑锆石U-Pb年代学研究,结合盆地新生代地层的沉积特征、古水流特征和砾石成分特征,探讨了西宁盆地新生代物源变化及区域构造演化过程,主要有以下认识:1.西宁盆地新生代沉积物碎屑锆石U-Pb年龄主要发生了五次变化:41Ma以前碎屑锆石U-Pb年龄分布以200-300Ma为主要年龄峰,400-550Ma为次要年龄峰;41->31Ma碎屑锆石U-Pb年龄分布以400-550Ma为主要年龄峰,200-300Ma和1000-2000Ma为次要年龄峰;31->22Ma碎屑锆石U-Pb年龄在前期基础上,突然出现700-1000Ma组分并成为主要年龄峰;22->12Ma碎屑锆石U-Pb年龄以200-300 Ma和400-550Ma 为主要年龄峰,1000-2000Ma为次要年龄峰;12->3.6Ma碎屑锆石U-Pb年龄以1000-2000Ma为主要年龄峰;~3.6Ma碎屑锆石U-Pb年龄以400-550Ma为主要年龄峰,200-300Ma为次要年龄峰。
锆石在地质研究中的应用
2021.08科学技术创新锆石在地质研究中的应用夏浪(成都理工大学,四川成都610000)锆石一直被视为具有高度稳定性的矿物,具有能持久保持矿物形成时的物理化学特征,富含U 、Th 等放射性元素、离子扩散速率低、封闭温度高等特点,因此被广泛于岩石学、地球化学研究中。
近年来微区定年技术发展,锆石更加成为了U -Pb 定年的理想对象。
本文从锆石岩相学、地球化学、包裹体等方面阐述锆石在地质领域研究中的应用方向。
1锆石矿物学和岩相学特征锆石的化学式为Zr Si O 4,含有H f ,Th ,U 等混入物,在岩浆岩矿物中含量较低,一般是以副矿物的形式存在。
在岩浆结晶分异演化过程中,根据鲍文反应序列分为连续和不连续系列。
岩浆中先后结晶出橄榄石、辉石、角闪石等暗色矿物,斜长石伴随暗色矿物且牌号递减依次结晶出来,从基性向酸性斜长石演化。
Zr 在基性岩浆中不饱和,锆石难结晶出来,而在酸性岩浆中饱和可以晶出。
CL 阴极发光的原理实质上是由于矿物中可能会混入杂质离子或者是晶体生长过程中产生的缺陷、双晶、生长条纹等,这些因素都可能导致矿物颗粒内部由于成分不均一而在阴极发光图像上呈现不同,锆石环带很好的记录了岩浆演化的过程。
在对锆石的CL 阴极发光影像图中,不同岩石成因的锆石在CL 阴极发光图像下形态会有显著的区别。
岩浆锆石广泛存在于酸性岩浆岩中,而在偏基性的岩石中存在的较少,岩浆锆石具有特征的同心韵律环带,具有自形到半自形的长柱状特征。
在沉积岩中也会以少量碎屑锆石的形式存在,碎屑锆石磨圆较好。
在高级变质岩中,特别是在原岩富含锆石的高级变质岩中,锆石的结构往往较为复杂,构成由晶核和变质增生组成的复杂结构。
变质锆石指的是变质作用过程中形成的锆石,成因不同的锆石(深熔作用形成、变质流体结晶、变质重结晶等)甚至是不同变质相下形成的锆石在阴极发光图像上都具有不同的环带特征以及锆石形态,如图1。
2锆石包裹体包裹体是矿物生长过程中或形成之后被捕获包裹于矿物晶体缺陷中的,保存在主矿物至今的物质。
锆石成因矿物学研究及其对UPb年龄解释的制约
锆石成因矿物学研究及其对UPb年龄解释的制约一、本文概述本文旨在深入探讨锆石的成因矿物学研究及其对UPb年龄解释的制约。
锆石作为一种常见的副矿物，广泛存在于各类岩石中，其独特的物理化学性质使其成为地质年代学研究的理想对象。
通过精确测定锆石的UPb年龄，我们可以获取地壳演化、岩浆活动、变质作用等地质事件的重要信息。
然而，锆石的成因矿物学特征对其UPb年龄的解释具有重要影响，因此，对锆石成因矿物学的研究至关重要。
本文将首先介绍锆石的基本性质，包括其晶体结构、化学组成以及在地壳中的分布规律。
随后，我们将重点分析锆石的成因类型，包括岩浆成因、变质成因和热液成因等，并探讨各种成因类型对锆石UPb年龄的影响。
在此基础上，我们将进一步讨论锆石成因矿物学对UPb年龄解释的制约，包括锆石成因的复杂性、UPb体系的封闭温度以及锆石中Pb丢失等问题。
通过本文的研究，我们期望能够为锆石UPb年龄解释提供更加准确、可靠的地质年代学依据，并为地壳演化、岩浆活动等地质问题的研究提供新的视角和思路。
二、锆石成因矿物学的基本原理锆石，作为一种常见的副矿物，在地球科学研究中具有重要地位。
其独特的物理化学性质，如高熔点、高硬度以及抗化学风化能力，使得锆石能在各种地质环境中稳定存在，从而保留了丰富的地质信息。
锆石的成因矿物学研究，主要基于其晶体结构、化学成分以及微量元素含量等特征，揭示其形成环境和过程，进而为UPb年龄解释提供重要的制约。
锆石的晶体结构决定了其稳定性和元素容纳能力。
锆石属于硅酸盐矿物，其晶体结构中的硅酸盐四面体为阳离子提供了稳定的配位环境。
特别是锆离子（Zr4+）在硅酸盐四面体中的占位，使得锆石对许多元素，特别是稀土元素（REE）和高场强元素（HFSE）具有高度的容纳能力。
这种特性使得锆石在记录地质历史过程中，能够保存这些元素的原始信息。
锆石的化学成分是反映其成因的重要标志。
根据锆石中不同元素的含量和比例，可以推断其形成的环境和过程。
锆石定年原理 锆石U-Pb定年(1)
锆石一般无色透明，但常具浅棕，粉红，
有时深棕色。一般颜色深成因复杂，多为
老锆石或U、Th含量高的。其比重达 4.5-
4.6，无磁性，是分选的有利条件。
h
2
锆石的结构
锆石是四方晶系矿物
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3
单偏光下
h
4
正交偏光下
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5
常 呈 矿 物 包 裹 体
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6
锆 石 的 晶 面
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7
Zircon typological classification Pupin (1980)
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8
锆石的形成
岩浆结晶形成：超基性－酸性，形成温度 很广，（锆石饱和温度计）。
变质作用：
• 深熔锆石； • 变质重结晶； • 变质增生； • 热液沉淀锆石； • 热液蚀变锆石。
h
9
锆石内部结构的观察
Smiling zircon 背散射电子图像（BSE imaging)
HF酸蚀刻法
阴极发光电子成相（CL imaging)
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10
岩浆成因锆石
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11
变质成因
岩浆结晶的
变质结晶的
岩浆结晶的on Geochronology
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1
锆石的组成
锆石(zircon)是一个极其常见的副矿物。 它的化学成分是ZrSiO4，在Zr位置会有Hf, U, Th, Y等置换，Si位置会有少量P的置换。
一般锆石中含ZrO2 = 65.9%, SiO2 = 32%, HfO2 =1.0 2.0%, Th, U, HREE, P微量。
锆石成因矿物学与锆石微区定年的综述
锆石成因矿物学与锆石微区定年的综述发布时间：2021-05-31T13:49:05.760Z 来源：《基层建设》2021年第3期作者：李璇[导读] 摘要：锆石是一种硅酸盐矿物，在中酸性火成岩中很常见，也存在于变质岩和其他沉积物中。
河北地质大学河北石家庄 050031摘要：锆石是一种硅酸盐矿物，在中酸性火成岩中很常见，也存在于变质岩和其他沉积物中。
锆石是地球上形成最古老的矿物之一，因其稳定性好而成为同位素地质年代学最重要的定年矿物。
通过微区原位定年技术，能够给出有关寄主岩石的地质演化历史等重要信息，这可以为地质过程的精细年代学格架的建立提供有效的证据。
文章主要对锆石的微区原位测试技术、锆石的成因类型进行综述，并阐述其存在问题和发展方向。
关键词：锆石成因；微区原位测试；锆石U-Pb法引言传统意义上，锆石一直被视为具有高度稳定性的矿物，能持久保持矿物形成时的物理和化学特征，特别是元素和同位素特征。
普通铅含量低，富含U,Th等放射性元素，离子扩散速率低，封闭温度高等特点，因此被广泛应用于岩石学、矿物学和地球化学研究中。
以精细的锆石矿物学研究为基础，开展同位素定年工作，锆石已成为U-Pb法定年的理想对象。
1.研究现状对锆石的研究现状从以下几个方面进行讨论：锆石按照成因分类分为岩浆锆石、变质锆石和热液锆石。
第一类为岩浆岩中的锆石，岩浆锆石是指在岩浆中结晶形成的锆石，一般锆石自形程度较高，在双目镜下呈现无色透明。
锆石在硅中等饱和-饱和的岩浆岩中较多，在硅不饱和的岩浆岩中则较少，变质岩、沉积岩中可以保留部分原岩岩浆锆石残留核。
岩浆锆石一般具有岩浆振荡环带，通过观察发现一般中基性的岩浆锆石具有较宽的振荡环带，这是因为高温条件下微量元素扩散快；而酸性的岩浆锆石形成的振荡环带较窄，是因为低温条件下微量元素的扩散速度慢。
第二类为变质岩中的锆石，在变质作用过程中形成的锆石。
具有变质成因的锆石可以分为以下三类，包括变质结晶锆石，变质增生锆石和变质重结晶锆石。
锆石U-Pb同位素年代学测试技术概论及定年方法-文档资料
Ratios
1E+02
2 0 7 P b/2 0 6 P b 208Pb/232T h
2 0 7 P b/2 3 5 U 238U/232T h
2 0 6 P b/2 3 8 U In t egral
1E+01
1E+00
1E-01
1E-02
1E-03 0
20
40 T ims 60
80
100
37
年龄不确定度与MSWD
16
SIMS基体效应显著，高U样品难以分析
17
LA-ICP-MS/LA-MC-ICP-MS
MC-ICP-MS
Laser Ablation system
ICP-MS
18
ICP-MS vs. MC-ICP-MS
U-Pb年龄 微量元素含量
Hf同位素 Sr-Nd-Pb-……同位素
U-Pb年龄
19
LA-ICP-MS在不同学科的应用情况
MSWD = 2.0, probability = 0.001
680
Wtd by data-pt errs only, 0 of 33 rej. MSWD = 0.50, probability = 0.992
640
(error bars are 2s)
660
(error bars are 2s)
640 620
620 600
600
580 580
560
560
540
540
520
520
39
4. U-Th-Pb数据的处理与表达
Wetherill谐和曲线图 Tera-Wasserburg谐和曲
线图 普通Pb校正
内蒙古四子王旗头号岩体锆石U-Pb同位素年代、岩石成因及构造意义
关键词
锆石
地球化 学 构造 意义
文章编 号：１ ０ ０ ６—５ ２ ９ ６（ ２ ０ １ ３ ）０ ３— ０ １ ４ ３—０ ８
规模 岩浆 底 侵作用 导 致地 壳熔 融 的结果 ¨ 。 公呼 都格 岩 体为 壳源花 岗岩 ，侵 位 时代 为 ３ ０ ６ ． ４ Ｍａ ， 属 晚古 生代 中期 ，形 成于 中朝 板块 与西 伯利 亚板
及 面 广且 持 续时 间长 的构 造一 岩浆 活 动 ，具有 独
特 而 复杂 的 构造演 化 历史 。在 华 北板块 北 缘 、兴 蒙造 山带 南侧 发育 一 条规 模 巨大 的构造 岩 浆活 动 带 Ⅲ，其 内发 育许 多 规模 巨大 的花 岗岩 体 ，查 明
这 些侵 入 体 的地质 特 征 、侵 位 时代 和成 因机制 ，
对 研 究华 北板 块 与西伯 利 亚板 块碰 撞演 化 具有 重 要 意 义 。前人 对该 地 区岩 浆岩 做 了大量 的工作 。 前 人认 为 阿玛 乌苏 花 岗 闪长岩 ， 形 成于 中 二叠世 ， 为 大规 模岩 浆 底侵 作 用下 的岩 浆 混合 成 因 。 格 尔 图 白云母 正 长花 岗岩 ¨ 侵位 于 （ ２ ３ ８ ￣ ６ ）Ｍａ ， 为 非真 正 意义 上 的 Ｓ型花 岗岩 ，属 于造 山后岩浆 热 事件 ，代 表造 山的 结束 。章永 梅 等 ¨ 对 大庙 岩 体进 行详 细研 究 ，认 为大 庙 岩体 研 究院 ， 河北涿 州 ，０ ７ ２ ７ ５ ４
锆石的矿物成因学与U-Pb微区定年研究进展
锆石的矿物成因学与U-Pb微区定年研究进展摘要：锆石是岩石中一种常见的副矿物，分布广，稳定性强，可以指示源区的构造背景等成因信息。
不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构以及成分特征，准确判断锆石属于哪种成因类型才能正确理解锆石U- Pb年龄的意义。
而锆石的成因通常很复杂，单独以任何一种指标作为判别标志都可能对锆石成因类型判定的准确性造成影响。
目前锆石U-Pb定年与微量元素同时测定的原位微区分析是应用最广泛的地质测年方法之一，而在进行锆石U-Pb定年的同时，对锆石进行形貌特征、显微结构、矿物包裹体及微量元素特征等方面的综合研究，限定锆石的形成环境，才可能对具有复杂内部结构的锆石的同位素及化学成分分析结果做出正确合理的地质解释，对锆石成因做出正确的判断。
关键词：锆石；微量元素；U-Pb定年；成因学0.引言锆石作为一种常见的副矿物，普遍存在于沉积、岩浆和变质岩中。
因其具有特别稳定的晶体结构，极强的抗风化能力和物理、化学稳定性，能够完好地在各种环境中保存下来。
不仅如此，锆石的U-Pb体系封闭温度可以达到750℃以上，而形成后的Pb扩散封闭温度更高达900℃。
因此锆石成为了目前对峰期变质作用年龄、岩浆结晶年龄的测定和地质温度计的最理想的对象。
但是随着形成环境的不同，锆石往往会有不同的特点。
例如岩浆岩只具有单一阶段的演化历史，其中锆石U-Pb定年通常能够给出准确的年龄信息；而对具有复杂演化历史的变质岩来说，其中所包含的锆石则具有多期生长的复杂内部结构，如果只通过锆石微区U-Pb定年方法无法对获得的多组U-Pb年龄给与准确的地质解释。
因此需要再通过对锆石不同的区域进行系统的显微结构、微量元素特征和包裹体成分等进行综合研究，给出锆石中不同晶域的成因机制，对锆石的形成环境进行限定，进而为锆石U-Pb年龄的合理解释提供有效和重要的制约参数。
1.研究现状1.1不同成因锆石内部结构特征通常用来对锆石内部结构进行分析的方法有三种，分别是HF酸蚀刻法、背散射电子图像（BSE）和阴极发光图像（CL）。
锆石成因矿物学研究及其对UPb年龄解释的制约
锆石成因矿物学研究及其对UPb年龄解释的制约一、本文概述1、锆石的概述：介绍锆石的基本性质，包括化学组成、晶体结构及其在地质体中的分布等。
锆石，作为一种重要的副矿物，具有独特的物理化学性质和广泛的地质分布，为地质年代学和矿物学研究提供了重要的信息。
其基本性质主要包括化学组成、晶体结构以及在各类地质体中的分布等。
化学组成方面，锆石主要由锆和氧组成，其化学式为ZrSiO₄。
锆石中的锆元素是一种高场强元素，具有较高的离子半径和电荷，因此在矿物中通常以四面体配位形式存在。
锆石中还可能含有少量的其他元素，如Hf、Th、U等，这些元素的存在对锆石的成因和演化过程具有重要的指示意义。
晶体结构方面，锆石属于四方晶系，具有高度的结晶性。
其晶体结构中，锆离子与四个氧离子形成四面体配位，而硅离子则与四个氧离子形成硅氧四面体。
这些四面体结构在空间中相互连接，形成了锆石的独特晶体结构。
在地质体中的分布方面，锆石广泛存在于各类岩石中，特别是在火成岩和变质岩中更为常见。
锆石在岩石中的分布和形态受到多种因素的控制，如岩浆成分、温度、压力、时间等。
因此，锆石的研究不仅可以揭示岩石的形成和演化过程，还可以为地质年代学提供重要的年代信息。
锆石的基本性质决定了其在地质学研究中的重要地位。
通过深入研究锆石的成因矿物学特征，我们可以更好地理解地球的形成和演化历史，为地质学的发展提供新的思路和方法。
锆石中的UPb年龄信息也是制约我们理解地球历史的关键因素之一。
通过对锆石UPb年龄数据的精确测定和分析，我们可以更加准确地推断出岩石的形成时间、岩浆活动历史以及地壳演化过程等。
因此，锆石成因矿物学研究及其对UPb 年龄解释的制约是地质学研究领域中的一个重要课题。
2、锆石成因矿物学的重要性：阐述锆石成因矿物学在地球科学领域的研究意义，特别是在理解地壳演化、岩浆活动、变质作用等方面的作用。
锆石成因矿物学在地球科学领域的研究意义重大，其研究不仅有助于深入理解地壳演化、岩浆活动、变质作用等关键地质过程，同时也为地球内部物质循环和成矿作用提供了重要的制约。
锆石的成因和U_Pb同位素定年的某些进展_谢桂青
文章编号:1008-0244(2002)01-0064-07锆石的成因和U 2Pb 同位素定年的某些进展谢桂青1,2,胡瑞忠1,蒋国豪1,2,赵军红1,2(1.中科院地球化学研究所矿床开放实验室,贵州贵阳550002;2.中科院研究生院,北京100039)摘 要:锆石是岩浆岩、变质岩、沉积岩和月岩中最重要的副矿物。
本文分别从锆石的形态、以及影响锆石形态的因素、锆石的主量、微量、稀土元素地球化学和氧同位素特征等方面进行系统综述。
同时,论述了目前国内外有关锆石U 2Pb 法定年的研究进展,并对各种方法的局限性加以总结。
关键词:锆石;地球化学特征;U 2Pb 法中图分类号:P597;P581 文献标识码:A收稿日期:2001204205;修回日期:2001208229基金项目:国家杰出青年科学基金(49925309);国家重大基础研究规划项目(G 1999043200)第一作者简介:谢桂青(19752),男,现正在攻读博士学位,地球化学专业。
锆石是岩浆岩、变质岩、沉积岩和月岩中最重要的副矿物。
由于锆石具有特殊的矿物性质,能够用来讨论岩石成因和地质事件的形成时代。
为了深入讨论锆石的成因,不少学者分别从锆石的形态、主量、微量和稀土元素以及氧同位素等方面进行了一系列研究[1～29],特别是近十几年离子探针开发以来,人们逐渐认识到同一地质体的不同锆石颗粒以及同一锆石颗粒内部的不同区域,均可能具有不同的成因,故只有对大量锆石颗粒进行全面分析,才可以得出具有地质意义的锆石成因,在此方面已取得了一定研究进展。
同时,因锆石具有富含U 和Th 、普通铅含量低及封闭温度高的特征,是U 2Pb 法确定地质事件时代最理想的矿物。
由于离子探针和激光等离子质谱的技术发展,特别后者近几年取得很大进展,利用颗粒锆石微区的U 2Pb 法讨论地质事件形成时代成为国际地质学界研究热点[30～56]。
本文就国内外关于锆石以上方面的研究成果进行综述。
锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约
评述第49卷第16期 2004年8月锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约吴元保郑永飞(中国科学技术大学地球与空间科学学院, 合肥 230026. E-mail: ybwu@)摘要锆石U-Pb定年是同位素年代学研究中最常用的方法, 如何对所得到的年龄值给予合理的地质解释是锆石U-Pb年代学研究的重点. 本文对近年来锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约方面有关的进展进行了系统的总结和评述. 不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型: 岩浆锆石具有典型的振荡环带和/或扇形分带结构; 变质锆石有其特征的内部结构, 主要有无分带、弱分带、云雾状分带、扇形分带、面状分带和斑杂状分带等, 不同成因变质锆石具有其特征的内部结构特点. 岩浆锆石的微量元素特征与其岩石类型有关, 从超基性岩到酸性岩中的锆石的微量元素含量逐渐升高; 不同成因变质锆石具有不同的微量元素特征, 变质锆石的微量元素特征可以反映变质锆石的形成环境. 通过锆石与石榴石之间微量元素的配分, 可以很好地确定含石榴石的高级变质岩中变质锆石形成的具体P-T条件. 锆石中原生包裹体矿物组成同样可以为锆石的形成环境提供明确的限定. 因此, 在进行锆石U-Pb定年的同时, 对锆石进行显微结构、微量元素特征和矿物包裹体成分等方面的综合研究, 限定锆石的形成环境, 能够为锆石U-Pb年龄的合理解释提供有效的制约.关键词锆石 显微结构 微量元素 包裹体 U-Pb年龄测定各种地质事件的准确时间是放射成因同位素研究的主要任务之一. 由于锆石广泛存在于各类岩石中, 富含U和Th, 低普通Pb以及非常高的矿物稳定性, 使得锆石U-Pb定年成为同位素年代学研究中最常用和最有效的方法之一. 锆石U-Pb体系是目前已知矿物同位素体系中封闭温度最高的, 锆石中Pb 的扩散封闭温度高达900℃[1,2], 是确定各种高级变质作用峰期年龄和岩浆岩结晶年龄的理想对象. 对于只有单阶段演化历史的岩浆岩, 锆石U-Pb定年往往可以给出非常准确的年龄信息. 但是对于具有复杂演化历史的变质岩, 锆石往往具有多期生长和/或重置区域的复杂内部结构. 虽然锆石记录了相应岩石经历的多期演化历史, 同时它也给常规热电离质谱(TIMS)分析方法获得复杂类型锆石的精确年龄及获得年龄的准确解释带来了困难.高分辨离子探针(SIMS)[3~5]及激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)[6~11]可以对锆石进行微区定年. 这对具有复杂结构的锆石定年具有非常重要的意义, 可以得到锆石不同结构区域的多组年龄, 这些年龄可能分别对应于锆石寄主岩石的原岩时代、变质事件时间(一期和/或多期)及源区残留锆石的年龄等. 对于复杂的变质岩而言, 这些样品中锆石的多组年龄如何进行合理的地质解释, 是目前锆石U-Pb年代学研究的重点和难点[12,13]. 最近研究表明, 锆石的显微结构、微量元素特征和矿物包裹体成分等可以用来对锆石的形成环境进行限定, 进而为锆石U-Pb年龄的合理解释提供有效和重要的制约[14~29]. 本文将对这些方面的研究进展进行系统的总结和评述, 以期抛砖引玉, 引起同行们对这些方面的注意, 在进行锆石U-Pb定年的同时, 加强锆石成因矿物学方面的研究, 对所得到的U-Pb年龄赋予更加合理的地质解释.1不同成因锆石的内部结构特征常用揭示锆石内部结构的方法有HF酸蚀刻图像、背散射电子(BSE)图像和阴极发光电子(CL)图像等. HF酸蚀刻法的应用原理是由于锆石不同区域表面的微量元素含量和蜕晶化程度的差异导致其稳定性和抗HF酸腐蚀能力的不同, 在HF酸的作用下, 这些锆石的内部结构就会显示出来[30](图1(a)). 这种方法简单易行, 不需要大型仪器设备, 但它可能会对锆石表面造成不同程度的破坏作用. BSE图像揭示的是锆石表面平均分子量的差异[32]. 除可以揭示锆石的内部结构外, 锆石的BSE图像还可以很好地显示锆石的表面特征(如包裹体的分布和裂隙的发育情况等)(图1(b)). 而CL图像显示的则是锆石表面部分微量元素(如: U, Y, Dy和Tb等)的含量和/或晶格缺陷的差异, 一般锆石中U, REE和Th等微量元素含量越高, 锆石阴极发光的强度越弱[32~35]. 锆石的CL图像和第49卷 第16期 2004年8月评 述图1 HF 酸蚀刻、BSE 和CL 图像显示的锆石内部结构(a) HF 酸蚀刻图像; (b) BSE 图像; (c) CL 图像. (a) 引自Pidgeon 等人[30], (b) 引自Nasdala 等人[31], (c) 引自Vavra 等人[26]图2 不同类型岩浆锆石的CL 图像(a) 辉长岩中的岩浆锆石; (b) 花岗岩中的岩浆锆石和残留核; (c) 花岗岩中的扇形分带锆石. (a) 引自赵子福等人[41], (b)和(c)分别为大别山主薄源和北淮阳花岗岩样品(本文)BSE 图像的明暗程度往往具有相反的对应关系. 在绝大多数情况下, CL 图像反映锆石的内部结构最清楚, 也是锆石内部结构研究中最常用和最有效的方法.岩浆锆石通常为半自形到自形, 粒径20~250 µm [36]. 产于金伯利岩及其相关岩石中的锆石常常为它形(少数情况下为半自形), 较大的粒径(毫米级到厘米级)[34,37,38]. 部分基性-超基性岩中的锆石同样具有不规则的形状和较大的粒径[39,40]. 火山岩中的锆石具有较大的长宽比值(比值可以高达12), 一般为长柱状或针状的外形特征[36].岩浆锆石一般具有特征的岩浆振荡环带(图2(a), (b)). 振荡环带的宽度可能与锆石结晶时岩浆的温度有关, 高温条件下微量元素扩散快, 常常形成较宽的结晶环带(如辉长岩中的锆石)(图2(a)); 低温条件下微量元素的扩散速度慢, 一般形成较窄的岩浆环带(如I 型和S 型花岗岩中的锆石)(图2(b))[35]. 岩浆锆石中还可能出现扇形分带的结构(图2(c)), 这种扇形分带结构是由于锆石结晶时外部环境的变化导致各晶面的生长速率不一致造成的[25]. 部分地幔岩石中的锆石表现出无分带或弱分带的特征. 在岩浆锆石中往往有继承锆石的残留核(图2(b)).变质锆石是指在变质作用过程中形成的锆石. 变质锆石的形成主要有如下五种机制: (1) 深熔过程中从熔体中结晶[26,42,43]; (2) 固相矿物分解产生的Zr 和Si, 成核和结晶[44,45]; (3) 从变质流体中结晶[20,23,46,47]; (4) 原岩锆石的变质重结晶作用[36,48~52]; (5) 热液蚀变作用对原有锆石的淋滤和溶蚀[26,34,51,53,54]. 因此, 变质锆石的形成既可以是变质过程中新生长的锆石(图3(a), (b)), 又可以是变质作用对岩石中原有锆石不同程度的改造(图3(c)), 其中变质增生锆石既可以形成独立的新生颗粒(图3(a)), 还可以在原有锆石基础上形成变质新生边(图3(b)). 此外, 锆石的蜕晶质化或蜕晶质化锆石的重新愈合作用同样会对原有锆石产生不同程度的影响[31,54].变质锆石的外部形态从它形到非常自形, 并有图3 不同类型变质锆石内部结构特点(a) 完全变质新生锆石颗粒; (b) 变质增生边; (c) 原有锆石改造形成的变质锆石. 短白线为标尺, 长度30 µm. (a)引自Hermann 等人[16],(b)引自Rubatto 等人[19], (c)为苏鲁仰口榴辉岩中的锆石(本文)评 述第49卷 第16期 2004年8月特征的内部结构, 主要包括: 无分带(图4(a))、弱分带(图4(b))、云雾状分带(图4(b))、扇形分带(图4(c))、 冷杉叶状分带(图4(d))、面状分带(图4(e))、斑杂状分带(图4(f))、海绵状分带(图4(i))和流动状分带(图4(j))等复杂的结构类型. 不同变质条件下形成的锆石具有不同的外形和内部结构特点. 麻粒岩相变质增生锆石一般为半自形、它形到等轴状, 内部分带特征为扇形分带(图5(a))、面状分带(图5(b))、冷杉叶状分带(图5(c))、弱分带或无分带(图5(d))等[26]. 榴辉岩相变质增生锆石一般为半自形、椭圆形和它形等, 内部分带特征主要有无分带(图6(a))、弱分带(图6(b))、云雾状分带(图6(c))或片状分带(图6(d))等[16,19,20]. 角闪岩相变质增生锆石通常具有规则的外形, 且以柱面发育为其主要特点, 在CL 图像中一般为无分带或弱分带的特征(图7)[16,26]. Vavra 等人[26]对Ivrea 地区的角闪岩相变质岩石、角闪岩到麻粒岩过渡相变质图4 变质锆石中典型的内部结构(a) 无分带结构; (b) 弱分带结构; (c) 扇形分带结构(rd); (d) 冷杉叶状分带(ft); (e) 面状分带(bd); (f) 斑杂状分带(ZCA); (g), (h)溶蚀结构; (i) 海绵状分带; (j) 流动状分带(fl). (a)和(b)分别为大别山燕子河混合岩和苏鲁青龙山榴辉岩中的锆石(本文), (c)~(g)和(j)引自Vavra 等人[26], (h)引自Schaltegger 等人[24], (i)引自Tomaschek 等人[52]图5 麻粒岩相变质锆石CL 特征(a) 扇形分带; (b) 面状分带; (c) 冷杉叶状分带; (d) 弱分带或无分带.短白线为标尺, 长度30 µm. 引自Vavra 等人[25,26]图6 榴辉岩相变质锆石CL 图像特征(a) 无分带; (b) 无分带到弱分带; (c) 云雾状分带; (d) 片状分带. 短白线为标尺, 长度30 µm. (a)和(b)引自Hermann 等人[16], (c)引自Rubatto 等人[19], (d)引自Rubatto 等人[20]第49卷第16期 2004年8月评述岩石和麻粒岩相变质岩石中的变质增生锆石进行了详细的外形和内部结构特征的对比研究后发现, 角闪岩相变质岩石中的变质增生锆石为自形、长柱状、弱CL强度和弱的内部分带(图8(a)), 过渡相变质岩石中的变质增生锆石为短轴状、冷杉叶状分带或面状分带(图8(b)), 而麻粒岩相变质岩石中的变质增生锆石则主要表现为等轴状、弱分带等特征, 少量柱状面形分带的变质锆石可能形成于前进变质阶段(图8(c)).据此他们认为锆石的外形和内部结构特征受锆石生长时的温度条件控制, 温度条件控制了锆石各晶面生长速度, 导致锆石出现不同的外形和内部结构. 并推测寄主岩石的性质可能也会对变质增生锆石的外部形态和内部结构产生一定的影响.变质流体活动过程中形成的脉体中的锆石一般具有非常规则的外形, 局部或整个锆石颗粒具有明显的面形分带或振荡环带(图9)[20,23,46,47]. 混合岩化深熔作用变质过程中形成的新生变质锆石同样具有图7 角闪岩相变质锆石CL图像(a) 角闪岩相变质锆石和残留核; (b) 榴辉岩相变质锆石的核和角闪岩相变质锆石的边; (c) 榴辉岩到麻粒岩过渡相变质锆石的核和角闪岩相变质增生边. 短白线为标尺, 长度30 µm. (a)引自Vavra等人[26],(b)和(c)引自Hermann等人[16]图8 同一地区不同变质条件下增生锆石外形和内部结构特点(a) 角闪岩相样品中的变质增生锆石; (b) 角闪岩到麻粒岩过渡相样品中的变质增生锆石; (c) 麻粒岩相样品中的变质增生锆石. 短白线为标尺, 长度30 µm. 资料引自Vavra等人[26]较规则的外形, 内部分带特征为无明显分带到面形分带(图10)[42,47], 部分深熔增生锆石具有典型岩浆锆石的环带特征. 受热液作用影响明显的锆石, 在锆石颗粒的边部(图11(a))和/或不同生长阶段锆石的边部(图11(b))会出现晶棱圆化、港湾状结构等外形特征, 且这些区域阴极发光强度较强、无明显分带, 为热液溶蚀作用形成的变质锆石[24,25,53]. 当热液蚀变作用进一步增强时, 在锆石的周围会出现较宽的白色蚀变边(图11(c)), 对这些热液蚀变作用较为彻底的锆石区域进行微区定年, 可以得到热液蚀变作用的准确年龄[53].锆石变质重结晶作用是指结构上不稳定的锆石, 在一定温压条件下(一般温度 > 400℃), 锆石晶格进行重新愈合和调整, 使锆石在结构上更加稳定[30,34,37,48~52]. 所以锆石发生变质重结晶作用时并没有新的锆石生成, 只是对原有锆石进行了不同程度的改造. 锆石的重结晶作用一般优先发生在锆石边部以及锆石内部矿物包裹体周围等结构不稳定的区域[26,50]. 微量元素含量较高的锆石的稳定性低于微量元素含量较低的锆石, 因此, 在同一样品的锆石中微量元素较高的颗粒和/或区域更易于发生重结晶作用[52]. 受蜕晶化作用影响的锆石区域由于其结构上的不稳定性, 最容易发生变质重结晶作用[51,55]. 已有实验图9 变质脉体中结晶的锆石(a) 榴辉岩脉中的增生锆石, 具有规则的外形、无分带到局部清楚的结晶环带; (b) 前进变质石英脉中的增生锆石, 具有清楚的面形分带;(c) 前进变质石英脉中的变质增生锆石, 具有明显的振荡环带, 核部为CL较强、外形不规则的残留锆石, 边部亮白色区域为后期改造的结果; (d) 蛇纹岩化过程中形成的锆石, 具有清楚的振荡环带和扇形分带. (a)引自Rubatto等人[23], (b)引自Laiti等人[47], (c)引自Rubatto等人[20], (d)引自Dubinska等人[46]评 述第49卷 第16期 2004年8月图10 混合岩化过程中的深熔变质增生锆石(a) 无分带增生锆石(左边为CL 照片、右边为二次电子照片); (b) 面形分带增生锆石. (a)引自Liati 等人[47], (b)为大别山漫水河混合岩中的锆石(本文)图11 锆石表面的溶蚀结构(a) 变质增生锆石边部的溶蚀结构; (b) 核部原岩锆石的周围出现溶蚀结构; (c) 锆石边部出现较宽的蚀变边. (a)引自Vavra 等人[25], (b)引自Schaltegger 等人[24], (c)引自Liati 等人[53]结果表明, 在有流体存在的情况下, 在温度≥400℃时, 严重蜕晶化锆石可以很快发生重结晶作用[48,51]. 但是锆石发生重结晶作用的区域不仅仅是发生过蜕晶化作用的区域, 在没有发生蜕晶化作用的晶质锆石区域同样可以发生重结晶作用, 只是发生重结晶作用需要较高的温度和/或较长的流体作用时间[48,51,52]. 由于变质重结晶过程中只是锆石晶格的重新调整, 没有新的锆石生成, 因此重结晶锆石常常为自形到半自形, 且外形与原岩岩浆锆石环带形状相似, 与原岩锆石之间没有明显的生长界限[30,48~52]. 同时, 变质重结晶锆石区域的CL 强度比原岩锆石明显增强, 内部结构一般为无分带、弱分带、斑杂状分带或海绵状分带等, 局部有岩浆环带的残留, 常见这些变质特征的锆石区域切割原岩锆石的振荡环带(图12(a), (b))[30,47,49]. 在重结晶锆石与原岩锆石之间有时会出现弱CL 强度的重结晶前锋(图12(b)). 而变质增生锆石则是指变质过程中发生成核和结晶作用, 有新的锆石从周围的介质中结晶出来. 所以变质新生锆石具有多晶面状-不规则状-规则外形, 与原岩残留锆石之间界限清楚, 不同变质环境中增生的锆石有其特征的外形和内部结构, 且受变质锆石形成时的温度条件和寄主岩石的化学性质制约(图12(c), (d))[26].在目前认识条件下, 对锆石的外形和内部结构进行详细研究是区分变质增生锆石与变质重结晶锆石最为直接和有效的方法. 变质重结晶锆石有两种成因类型: 没有流体参与的亚固相条件下的重结晶作用[47,49,50]和有流体参与下锆石局部区域的溶解再结晶[51,52]. 第二类重结晶锆石由于形成时在流体的参与下发生了矿物反应, 在锆石再结晶时常常伴有图12 重结晶锆石和变质增生锆石外形和内部结构特点(a) 边部变质重结晶锆石结构均匀且切割原岩锆石的岩浆环带, 整个锆石颗粒非常自形; (b) 核部重结晶锆石中有明显的残留岩浆环带, 重结晶锆石和未受重结晶作用影响的锆石区域之间有强度弱的变质重结晶前锋, 整个锆石颗粒较自形; (c) 完全变质新生锆石, 锆石呈卵圆形, 无分带或弱分带; (d) 变质增生边与原岩残留锆石之间有清楚的接触界限, 整个锆石颗粒呈它形. 短白线为标尺, 长度30 µm. (a)为苏鲁仰口榴辉岩中的锆石(本文), (b)据Pidgeon 等人[30], (c)据Hermann等人[16], (d)据Rubatto 等人[19]第49卷 第16期 2004年8月评 述其他磷酸盐和/或硅酸盐矿物的形成, 同时再结晶的锆石区域会圈闭一定的流体包裹体, 所以这种类型的重结晶锆石除有较均匀的结构区域外, 还常常有多空状或海绵状结构区域, 并常常富含流体和矿物包裹体(图13(a), (b)), 重结晶作用比较彻底的锆石 还会由于流体的溶蚀作用出现骨架状结构(图13 (c))[48,51,52].2 锆石的微量元素研究进展2.1 Th, U 含量及Th/U 比值大量研究表明, 不同成因锆石有不同的Th, U 含量及Th/U 比值: 岩浆锆石的Th, U 含量较高、Th/U 比值较大(一般>0.4); 变质锆石的Th, U 含量低、Th/U 比值小(一般<0.1)[35,54]. 岩浆锆石的Th/U 比值与Th 和U 在岩浆中的含量以及它们在锆石与岩浆之间的分配系数有关[56,57], 具体对应关系为: (Th/U)锆石≌(D Th /D U )锆石/熔体·(Th/U )熔体. 一般情况下(DTh/D U )锆石/熔体≌0.2, 平均地壳物质中Th/U 比值约为4, 所以通常岩浆锆石的Th/U 比值接近1. 但是一些组成特殊的岩浆中结晶的岩浆锆石具有异常的Th/U 比值, 例如有些岩浆岩锆石的Th/U 比值非常低, 可以小于0.1[58~60], 而部分碳酸岩样品中岩浆锆石具有异常高的Th/U 比值, 可以高达10000[61]. 所以, 仅凭锆石的Th/U 比值有时并不能有效地鉴别岩浆锆石和变质锆石. 变质增生锆石的Th/U 比值受变质流体和/或熔体的成分[56,57]、共生矿物的组成[59,62]以及变质锆石的生长速率[26]等因素的影响. 由于U 在流体中的活动性比Th 强, 所以变质流体一般富U 贫Th [63,64], 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[56,57]. 在混合岩化地区部分熔融熔体中的成分也通常贫Th 且富U, 导致从这些熔体中结晶的锆石也同样具有非常低的Th/U 比值[22,42]. 变质锆石形成时, 如果有富Th 矿物(如独居石和褐帘石)的同时形成, 同样会导致增生锆石具有较低的Th/U 比值. Vavra 等人[26]对Ivrea 地区角闪岩相样品、角闪岩到麻粒岩过渡相样品以及麻粒岩相样品中的变质增生锆石的Th, U 特征进行了系统的对比研究后发现, 生长速度最慢的角闪岩相变质增生锆石具有最高的U 含量(1008~图13 有流体参与下重结晶锆石的CL 特征(a)~(c)都为海绵状结构锆石, (a)中局部有少量原岩锆石的残余, (c)中锆石有骨架状结构(黑色管状结构部分为空洞). 据Tomaschek 等人[52]图14 不同变质条件下增生的锆石的Th, U 含量和Th/U 比值(a) 角闪岩相样品的变质增生锆石; (b) 角闪岩到麻粒岩过渡相样品的变质增生锆石; (c) 麻粒岩相样品变质增生锆石(空心圆圈代表等轴状变质增生锆石, 实心方块为柱状面形分带的变质增生锆石). 据Vavra 等人[26]评 述第49卷 第16期 2004年8月2279 µg/g)和最低的Th/U 比值(<0.01)(图14(a)), 生长速度最快的麻粒岩样品中等轴状变质增生锆石具有最低的U 含量(为53~127 µg/g)和最高的Th/U 比值(Th/U 比值都大于0.1, 最大值可达0.73)(图14(c)), 生长速度介于二者之间的角闪岩到麻粒岩过渡相变质增生锆石的U 含量和Th/U 比值介于二者之间(图14(b)). 同一麻粒岩样品中, 生长速度较慢的面形分带变质增生锆石的U 含量高于生长速度较快的等轴状生长的变质锆石, 而Th/U 比值则小于生长速度较快的等轴状生长的锆石(图14(c)). 这可能是U 比Th 更易于进入锆石的晶格中, 在平衡状态下, 锆石具有相对较高的U 含量. 生长速度较慢的锆石容易与接触介质到达化学平衡, 导致这类变质新生锆石具有较高的U 含量和较低的Th/U 比值; 而生长速度较快的变质锆石与生长介质之间不能或只能部分到达化学平衡, 导致其具有较低的U 含量和较高的Th/U 比值. 变质增生锆石中也存在Th/U 比值高达0.7的情况[26], 同样说明不能仅仅根据锆石的Th/U 比值来区分变质锆石和岩浆锆石.由于Th 4+比U 4+具有更大的离子半径, Th 比U 在锆石晶格中更不稳定, 变质重结晶作用过程中Th 比U 更容易被逐出锆石的晶格, 导致重结晶变质锆石区域具有相对较低的Th/U 比值[30,49]. 变质重结晶作用越强, 变质重结晶锆石区域的Th/U 比值会越低. 放射成因Pb 在锆石晶格中也不稳定, 锆石重结晶作用过程中同样会把锆石中的放射成因Pb 排除出晶格, 锆石重结晶作用越彻底, 其U-Pb 年龄会越小. 所以, 变质重结晶锆石的Th/U 比值与其U-Pb 年龄有明显的正相关关系, 只有那些Th/U 比值最低、年龄值最小测定点年龄值的加权平均结果才能代表锆石重结晶作用发生的时间[49].2.2 稀土及其他微量元素岩浆锆石的微量元素(特别是稀土元素)特征研究主要是应用在判断其寄主岩石类型中. 但是, 对于岩浆锆石的微量元素特征是否能判断寄主岩石的类型还存在较大的争议. Hoskin 等人[65]对不同类型岩石中的锆石进行了稀土元素分析后发现, 除典型的地幔岩石中的锆石具有较低的稀土元素含量外, 其他类型岩石中的锆石具有非常类似的稀土元素含量和配分模式, 所以锆石的稀土元素特征并不能用来判断寄主岩石的类型. Belouova 等人[61]对更大量的岩浆锆石进行了微量元素分析, 结果表明不同类型的岩浆锆石可以通过其微量元素对变化图解和微量元素含量统计分析树形图解来进行区分. 岩浆锆石的微量元素含量从超基性岩→基性岩→花岗岩有总体上增长的变化趋势(图15). 金伯利岩中岩浆锆石的稀土元素的总量一般小于50 µg/g, 碳酸岩和煌斑岩中锆石的稀土元素总量为600~700 µg/g, 基性岩中锆石的稀土总量为约2000 µg/g, 而花岗岩类和伟晶岩中锆石的稀土总量则为百分含量级[61].根据已经获得的微量元素在锆石与熔体之间的分配系数, 通过锆石的微量元素含量, 可以计算出锆石结晶时熔体的微量元素特征, 根据这些特征可以进一步制约寄主岩石的演化历史. 对地球上最古老锆石(4.4 Ga)的稀土元素分析表明, 其寄主岩石已经经历过地壳再循环, 导致其轻稀土明显富集[66], 这一结论也得到了锆石氧同位素分析结果的支持[18,29,67]. Whitehouse 等人[27]对Greenland 西南部Gothabsfjord 地区的两个中太古代样品进行了锆石和全岩样品的稀土元素分析, 发现其中一个样品(GGU 125540)中锆石的轻稀土含量较低(图16(a)), 通过锆石计算出的全岩稀土元素含量和全岩样品测定得到的结果一致(图16(d)); 而另外一个样品(SM/GR/98/02)中的锆石具有较高的轻稀土含量(图16(b)), 通过它计算得到的全岩稀土含量中的轻稀土明显高于全岩样品分析得到的结果(图16(d)). 在(Pr/Gd)CN 和(Gd/Yb)CN 图解中(图16(c )), 这两个样品的锆石具有较一致的(Gd/Yb)CN 值, 但样品SM/GR/98/02中锆石的(Pr/Gd)CN 值明显高于样品GGU 125540中的锆石. 据此, 他们认为SM/GR/98/02的锆石中存在明显的轻稀土超量图15 不同类型岩浆岩中锆石微量元素平均值球粒陨石标准化图引自Belousova 等人[61]第49卷 第16期 2004年8月评 述图16 Gothabsfjord 地区样品GGU 125540和SM/GR/98/02中锆石的稀土元素特征(a) 样品GGU 125540中锆石的稀土元素球粒陨石标准化图; (b) 样品SM/GR/98/02中锆石的稀土元素球粒陨石标准化图; (c) 样品GGU 125540和SM/GR/98/02中锆石的(Pr/Gd)CN 和(Gd/Yb)CN 变化图解, 实心圆点为样品GGU 125540的结果, 空心正方形为样品SM/GR/98/02的结果; (d) 通过锆石计算和实测的全岩稀土组成球粒陨石标准化图解(空心点代表根据锆石计算得到的结果, 实心点代表实测结果; 正方形为样品GGU125540的结果, 圆形为样品SM/GR/98/02的结果). 据Whitehouse 等人[27]现象(overabundance)(图16(d)), 并对这种轻稀土超量的锆石的稀土元素特征是否能对应锆石形成时的熔体的成分提出了质疑, 并进一步认为应用锆石的微量元素来判断寄主岩石的微量元素特征时应当谨慎. 锆石中轻稀土超量可能是由以下几种原因造成的: (1) 锆石结晶时LREE 优先进入锆石的晶格缺陷中; (2) 锆石结晶时的熔体成分与全岩成分不一致; (3) 分析点中包含了富LREE 的磷酸盐矿物(如独居石和磷灰石); (4) 后期地质事件扰动时LREE 优先进入被扰动的锆石中. 因为独居石和磷灰石等磷酸盐矿物一般都富Th, 如果锆石的LREE 超量是分析点中包含了富LREE 的磷酸盐矿物造成的, 那么在锆石微量元素(La/Sm)CN -Th(CN 表示球粒陨石标准化)的相关变化图解中(La/Sm)CN 与Th 应该有非常明显的正相关关系[27]. 如果锆石的LREE 超量是由于锆石形成以后后期地质的扰动造成的, 那么LREE 超量的锆石区域会相应富集Th 和U, 在锆石的微量元素La/Gd)CN - (Th+U)图解中同样会出现明显的正相关关系[27].在变质过程中, 变质增生锆石的微量元素特征除与各个微量元素进入锆石晶格的能力大小有关外,还受与锆石同时形成的矿物种类控制(如石榴石、长石和金红石等), 这些矿物存在与否对变质作用的条件(如榴辉岩相、麻粒岩相和角闪岩相等)有重要的指示意义[16,21~24,28,58,68,69]. 因此, 通过变质锆石微量元素特征的研究, 可以很好地判断锆石的形成条件, 为锆石U-Pb 年龄的解释提供更加有效的制约. 在麻粒岩相变质条件下, 由于石榴石和长石类矿物可以稳定存在, 而石榴石和长石类矿物分别是富集重稀土和Eu 的主要造岩矿物, 导致麻粒岩相变质锆石一般具有HREE 相对亏损和明显Eu 负异常的特征(图17(a))[24,28,68,69]. 榴辉岩相变质条件下, 石榴石可以稳定存在, 但长石不能稳定存在, 且榴辉岩相变质过程中有变质金红石的生成, 而金红石能强烈富集Nb 和Ta, 并有较高的Nb/Ta 比值[70], 所以榴辉岩相变质锆石具有HREE 相对亏损、无明显Eu 负异常和较低的Nb, Ta 含量和Nb/Ta 比值等特征(图17(b))[21~23,58,69]. 角闪岩相变质条件下, 高压变质石榴石不能稳定存在, 而长石类矿物可以稳定存在, 所以, 角闪岩相变质增生锆石具有HREE 相对富集和Eu 负异常明显的特征(图17(c))[16].。
锆石的成因和U—Pb同位素定年的某些进展
地
质
地
球
化
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２０ 年第 ２ 卷第 ４ ０１ ９ 期
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锆 石的成 因和 ｕ Ｐ —ｂ同位 素定年的某 些进 展
物 。 由于 离 子 探 针 和 激 光 等 离 子质 谱 的 技 术 发
展 ， 别 后者 近 几年取 得很大 进展 ， 特 利用 颗粒错 石 微 区的 ｕ Ｐ ｂ法 讨 论 地 质 事 件形 成 时 代成 为 国际 地 质学界 研 究 热 点 ［ － 。本 文就 国 内外关 于 锆 ３ ｏ 石 以上方 面 的研 究成 果进 行综述 。
锆 石是岩 浆 岩 、 变质岩 、 积岩和 月岩 中最 重 沉 要 的 副矿物 由于锆 石 具 有 特殊 的矿物 性质 ， 能 够用来讨 论 岩石 成 因和 地质事件 的形 成 时代 为 了深入讨 论锆 石 的成 因 ． 少 学者 分 别 从 锆 石 的 不
ｚ 含 量 ， 它的 晶型 是 由 晶体 内部 结 构 和结 晶时 ｒ 而 的物 理化 学条件 所决定 的 Ⅲ 。锆 石 的基本 形态特 １
谢桂青 ， 胡瑞 忠 蒋 国豪 ， ， 赵军红 ，
（． １ 中科 院地球化 学研 究所 矿床开放实验室 ， 州 贵 阳 ５００ ； ． 贵｜ ５０２ ２ 中科院研究生院 ， 北京 １０ ３） ０ ０９
摘
要： 锆石是 岩浆岩、 变质 岩、 沉积岩和 月岩 中最重要 的刮矿物 。本 文分别从 锆石 的形 态 、 ｔｃ ３Ｘ 影响锆石 形 ， ５
征 可以揭示 它 在岩 石 中的历 史 ， 并据 此 合理 地解
青海东昆仑托克妥Cu-Au(Mo)矿床含矿斑岩成因：锆石U-Pb年代学和地球化学约束
写一篇青海东昆仑托克妥Cu-Au(Mo)矿床含矿斑岩成因：锆石U-Pb年代学和地球化学约束的报告，600字
青海东昆仑托克妥Cu-Au(Mo)矿床位于青海省定西市塔尔曼乡，是一个岩浆型铜金矿床，主要产矿物为铜、金、钼。
通过历史地质学和锆石U-Pb定年研究，地质学家得出了研究表明，此处矿床形成于中生代，距今大约101 Ma。
锆石U-Pb定年结果指出，托克妥Cu-Au(Mo)矿床的形成是由
三个时期的岩浆活动造成的，分别为102.7Ma、99.4Ma和
94.8Ma。
通过对岩石样品的地球化学分析，该矿床的成因可
以被划分为三种类型：高强度花岗岩系山脉造山作用，弧头大陆内拉结构变质作用以及侵入性岩浆活动。
矿床形成有三个阶段性的岩浆活动，第一阶段的岩浆活动产生了准碳酸盐系的金矿石，锆石U-Pb定年表明这发生在102.7 Ma，第二阶段的岩浆活动产生了基性系火山岩，定年结果说
明这发生在99.4 Ma，最后一阶段的岩浆活动产生了轻碳酸盐
系的金矿石，发生在94.8 Ma。
这三个时期的岩浆活动都暗示
了不同的深部构造背景。
总之，青海东昆仑托克妥Cu-Au(Mo)矿床是由三次岩浆活动
产生的，其中第一次岩浆活动是由高强度花岗岩系山脉造山作用形成的，第二次岩浆活动是由弧头大陆内拉结构变质作用形成的，而最后一次岩浆活动则是由侵入性岩浆活动形成的。
锆石U-Pb定年结果表明，托克妥Cu-Au(Mo)矿床形成于中生代，大约距今101 Ma。
锆石u-pb同位素定年的原理,方法及应用
锆石u-pb同位素定年的原理,方法及应用
锆石U-Pb同位素定年是一种广泛使用的放射性同位素定年方法，应用于地质科学中，用于测定岩石、矿物的年龄。
以下是其原理、方法和应用：
原理
锆石晶体中自然存在的微量铀和钍，通过自然放射性衰变过程，最终分别转变为稳定的铅同位素。
锆石U-Pb同位素定年，即利用锆石中铀和铅之间的放射性衰变关系，测定锆石的年龄。
具体来说，是利用锆石晶体中铀（^238U）自然放射性衰变成铅（^206Pb），以及钍（^232Th）自然放射性衰变成铅（^208Pb）的过程中释放出的α粒子造成的连锁反应计算锆石形成的时间。
方法
锆石U-Pb同位素定年的方法通常有两种：碰撞法和非碰撞法。
碰撞法利用离子束将样品表面剥蚀，将离子轰击区域的同位素进行测量。
非碰撞法则是利用激光将样品表面打在一个小点上，使表面物质的离子化并被聚焦和加速，最终进行同位素测量。
应用
锆石U-Pb同位素定年可用于测定岩石和矿物的年龄、形成时期等，并广泛应用于地质学、矿床学、构造地质学等领域。
例如，在岩石学中，可以通过锆石U-Pb同位素定年来了解岩石的形成历史和演化过程；在矿床学中，可以通过锆石U-Pb同位素定年来确定矿床形成的年龄和矿床类型；在构造地质学中，可以通过同位素定年来研究大地构造演化过程等方面。
同时，锆石U-Pb同位素定年也可以与其他定年方法相结合，以提高年代学的精度和可靠性。
锆石成因矿物学与锆石微区定年综述
锆石成因矿物学与锆石微区定年综述
锆石是岩浆岩、变质岩和石英脉型金矿床中的一种常见副矿物,对锆石成因类型的准确判断是正确理解锆石U-Pb年龄意义的关键.本文中笔者对不同成因类型锆石的判别标志及年龄意义进行系统的总结,并认为将锆石的*极发光图像(CL)、背散*电子图像(BSE)、痕量元素组成及矿物包裹体特征的研究相结合是进行锆石成因鉴定的有效方法.近年来同位素质谱技术的发展使得人们对同一锆石颗粒内部不同成因类型的锆石晶域进行原位年龄测定成为可能.通过微区原位定年技术,能够给出有关寄主岩石的地质演化历史等重要信息,这可以为地质过程的精细年代学格架的建立提供有效的*据.来自不同类型岩石中的锆石可能经历了Pb的扩散丢失作用、晶格损伤导致的蜕晶化作用以及变质重结晶作用.这些过程对锆石计时的准确*和有效*带来了不同程度的影响.为了对测定锆石年龄的地质意义进行合理解释,在进行锆石U-Pb定年前,必需对锆石进行成因矿物学和矿物内部结构的深入研究,特别是*极发光和背散*电子成像研究,通过内部结构特征确定锆石的成因类型和形成环境.笔者认为,组成单一的岩浆锆石是理想的U-Pb定年对象,变质重结晶锆石域常是重结晶锆石和继承晶质锆石的混合区,容易给出混合年龄,只有变质增生锆石和完全变质重结晶锆石才能给出准确的变质时代,而从继承锆石中鉴别出的热液锆石可以获得可靠的流体活动时间.。
锆石UPb同位素定年的原理 方法及应用
总之，LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年技术是一种非常重要的地质学技术， 它可以提供更多、更准确的地质年代和地质信息，有助于深入了解地球的历史和 演化过程。
参考内容三
引言
LAICPMS锆石UPb定年方法是一种高精度的铀铅测年方法，被广泛应用于地质 学、地球化学和考古学等领域。为了评估该方法的准确度和精密度，以及探讨不 同实验室之间的结果差异，我们组织了本次多实验室对比分析。本次演示旨在介 绍LAICPMS锆石UPb定年方法的基本原理和流程，分析各实验室的分析结果，讨论 结果差异的原因，并总结本次对比分析的结论。
4、实验室操作：实验室内操作的规范性和熟练程度可能影响分析结果的稳 定性。
谢谢观看
虽然锆石UPb同位素测年方法具有很高的精度和可靠性，但目前仍存在一些 问题需要进一步研究和解决。例如，UPb同位素测年过程中可能受到多种因素的 影响，如样品处理过程中造成的元素损失、不同成因锆石之间的差异等。此外， 对于不同成因的锆石，其UPb同位素组成特征可能存在较大差异，这也会对年龄 测定结果的准确性产生影响。
参考内容二
LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年技术的主要优势在于其高精度和高灵敏度。 该技术可以在锆石微区尺度上进行分析，以获取更准确的地质年代信息。此外， 该技术还可以分析锆石中不同矿物的化学成分，从而推断出更多的地质信息。
在实践中，LAMCICPMS锆石微区原位UPb定年技术的应用范围非常广泛。它可 以应用于研究地壳演化历史、古气候变化、地磁反转和生物演化历史等领域。例 如，通过分析锆石中不同矿物的化学成分，可以推断出古代气候的特征，比如温 度、湿度和风等；通过分析锆石中不同矿物的UPb含量，可以确定地壳构造的演 化过程；通过分析地磁场的变化，可以推断出古生物演化历史；通过分析岩浆熔 融历史，可以推断出地壳运动历史等。
地球科学测试技术-第五章 锆石年代学-文档资料
锆石的结构
锆石是四方晶系矿物
单偏光下
正交偏光下
常 呈 矿 物 包 裹 体
锆石周围常见较浓的颜色，叫“多色晕”。
二 锆石的形成
岩浆结晶形成：超基性－酸性，形成温度 很广，（锆石饱和温度计）。
超基性岩中锆石阴极发光图像
大陆拉班玄武岩中锆石阴极发光图像
岩浆锆石 １）锆石形态和内部结构受岩浆组成和温度 控制，温度更为重要； ２）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； ３）通常，随着岩浆基性程度增大，岩浆锆 石的Th/U比值也增大； ４）一些岩浆锆石包裹有岩浆玻璃包体，它 们提供锆石结晶时的岩浆组成； ５）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。
206 206
U 238t (e 1) 204 Pb
U 235t (e 1) 204 Pb
Th 232t (e 1) 204 Pb
232
238
207
Pb 204 Pb
207
Pb 204 Pb i
235
一般锆石中含ZrO2 = 65.9%, SiO2 = 32%, HfO2 =0.5 -2.0%, Th, U, HREE, P微量。 锆石一般无色透明，但常具浅棕，粉红， 有时深棕色。一般颜色深成因复杂，多为 老锆石或U、Th含量高的。其比重达 4.54.6，无磁性，是分选的有利条件。
锆石一般无色透明，但常具浅棕，粉红，有时深棕色。 一般颜色深成因复杂，多为老锆石或U、Th含量高的。 其比重达 4.5-4.6，无磁性，是分选的有利条件。
碱性玄武岩
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价格昂贵
精度较差
微区分析
分析量较大
锆石U-Pb年龄一致曲线图(1)
锆石U-Pb年龄一致曲线图(2)
Concordia diagram
Tera－Wasserburg concordia Diagram
如何得到合理的锆石U-Pb年龄(1)
>1000Ma的锆石，选择 207Pb/206Pb年龄 (分析过 程中Pb同位素之间的分 馏小)
锆石典型的稀土元素特征
不 同 类 型 岩 浆 锆 石 的 稀 土 元 素 特 征
(Hoskin and Ireland, 2000)
不同类型岩石锆石的微量元素特征 (Belousova et al., 2002)
不同类型岩石锆石微量元素判别图解
锆石的稀土元素组成制约岩石的演化历史 （Peck et al., 2001)
典型固态重结晶锆石CL图像特征
• 较规则的外形 • CL较亮，无分带、弱分带或斑杂状分带 • 重结晶区域常常切割岩浆环带、无明显界限
变质重结晶锆石内部结构特征 (Pidgeon et al., 1998)
典型变质增生锆石CL特征
• 多晶面或不规则，在残留锆石外部或整个颗粒 • 具有典型变质锆石分带特征 • 不切割残留岩浆环带、界限清楚
变质重结晶锆石和变质增生锆石的区分
麻 粒 岩 相 变 质 锆 石 特 征
CL
榴 辉 岩 相 变 质 锆 石 特 征
CL
角闪岩相变质增生锆石CL特征
297
不同变质条件下生长锆石的结构变化 变质锆石生长时的温度控制?
西Alps的Monviso地区榴辉岩脉中的锆石 (Rubatto and Hermann., 2003)
锆 石
强 度 与
和
CL U Y (Rubatto and Gebauer, 2000)
含 量 的 关 系
Dy Tb CL (Hanchar and Rudnick, 1995)
强和 度 等 稀 土 元 素 影 响 锆 石 的
典型岩浆锆石的CL特征
辉长岩岩 浆温度高 环带宽 辉长岩 岩浆温度高 环带宽
• 变质流体组成
一般富U贫Th(Rowley et al., 1997; Mojzssis et al., 2002)
• 变质锆石形成时共生矿物成分(如独居 石、褐帘石)(Gebauer,1996; Hermann, 2002) • 变质锆石的生长速度(Vavra et al., 1999)
10
102
Basic of radiogenic isotope dating(2)
Basic of radiogenic isotope dating(3)
锆石U-Pb定年的基本方法比较
定年方法 ID-TIMS 优点
精确度 高
缺点
费时、样量大
适用对象
成因单一
SIMS
LA-ICPMS
原位分 析
快速经 济
65Ma
1580Ma
与石榴石共生的锆石的重稀土特征：
封闭体系 开放体系
亏损 不亏损
锆石与石榴石之间微量元素的分配系数
(Rubatto，2002)
重稀土相对亏损的锆石形成于榴辉岩相峰期变质期间 (Rubatto and Hermann, 2003)
Lanzo地区泥质麻粒岩锆石的稀土元素组成 (Whitehouse et al., 2003)
含次生包裹体锆石区域
(一般存在愈合的裂隙、或扰动结构)
含 原 生 包 裹 体 的 锆 石 区 域
结
论
• 锆石内部结构对应锆石类型，结构受温度 和岩石性质影响。 • 岩浆锆石的微量元素特征可以为岩浆类型 的判别提供一定的判据。 • 锆石的微量元素组成可以用来判别锆石的 形成环境。 • 锆石的包裹体矿物能有效制约锆石的形成 环境。 • 复杂成因锆石需进行综合研究，才能对得 到的年龄给出合理的地质解释。
The decay series of uranium and thorium
238U 235U
206Pb 207Pb
+ 8 α+ 6 - + Q + 7 α+ 4 - + Q
232Th
208Pb
+ 6α+ 4- + Q
Basic of radiogenic isotope dating(1)
固态重结晶过程中锆石的U、Pb明显丢失 (Pidgeon et al., 1998)
CL图像黑色区域是变质重结晶作用造成的吗?
流体参与下重结晶锆石的微量元素特征
流体参与下重结晶锆石的微量元素特征
流体参与下锆石重结晶作用发生的机制
流体活动和锆石重结晶作用发生的时代
锆石微区包裹体研究意义
• 指示寄主岩石的演化历史(Ye et al., 2000；Liu J B et al., 2001；Liu F L et al., 2001) • 指示锆石的形成环境(Hermann et al., 2001)
不同变质条件形成锆石的微量元素特征
• 榴辉岩相变质锆石：无Eu负异常、重 稀土相对亏损、Nb、Ta及Nb/Ta低(无 长石、有石榴石和金红石)。 • 麻粒岩相变质锆石：Eu异常明显、重 稀土相对亏损(有长石、有石榴石)。 • 不和石榴石共生的变质锆石：无重稀 土相对亏损。
528Ma
榴辉岩相变质锆石中存在Eu的负异常 解释：继承全岩特征或形成于还原环境
<1000Ma的锆石，选择 206Pb/238U年龄 (235U衰变成207Pb的含量 低)
微区分析时, 选择不同的成因区域分析
如何得到合理的锆石U-Pb年龄(2)
单颗粒分析时选择不同物理性质的颗粒进行分析
Edges of zircon will be blurred but still retain initial composition in zircon centers
澳洲中部Reynolds地区混合岩锆石的微量元素特征
76Ma
65Ma
前进变质石英脉中锆石的稀土元素特征
角闪岩相退变质锆石的稀土元素特征
固态重结晶锆石各区域的稀土元素特征 (Hoskin and Black, 2000)
锆石的微量元素Er-P和U-Th图解
（重结晶锆石轻稀土超量和后期地质作用有关）
石英脉中的锆石
Alps西部Sesia-Lanzo地区(Rubatto et al.，1999) 希腊Rhodope地区（Liati et al., 1999)
流 体 参 与 的 部 分 重 结 晶 锆 石
~80Ma
流 体 参 与 的 重 结 晶 锆 石
~52Ma
~50Ma
低 温
热 液 蚀 变 锆 石
谢谢！
Electrovalence and Ion radii
Zr4+ = 0.84Å U4+ = 1.05Å Th4+ = 1.10Å Pb2+ = 1.29Å
Zircon has high U content and high U/Pb ratios, and thus is ideally suited for high precision geochronology
(<500oC)
~750Ma
~130Ma
50µ m
混合岩化作用形成的锆石
锆石的微量元素研究
Th、U特征
• 岩浆锆石一般具有较高的Th、U含 量和Th/U比值(Th/U>0.4) • 变质锆石具有相对较低的Th、U含 量和Th/U比值(Th/U<0.1)
岩浆锆石的Th/U比值
(Th/U)zircon.present
海 绵 状 分 带 锆 石
流 动 状 分 带 锆 石
变质锆石形成机制
• 深熔过程中从熔体中结晶(Vavra et al., 1999； Keay et al., 2001)。 • 固相矿物分解产生的Zr和Si，成核和结晶 (Fraser et al., 1997; Bingen et al., 2001)。 • 变质流体中结晶(Liati et al., 1999; Rubatto et al., 2003)。 • 原岩锆石的变质重结晶作用(Hoskin and Black, 2000; Tomaschek et al., 2003)。 • 热液蚀变(Vavra et al., 1999; Liati et al., 2002)
HF酸蚀刻法
• 原理（锆石抗HF酸 腐蚀性） • 优点（简单易行） • 缺点（破坏锆石表 面结构）
背散射电子图像
• 原理（锆石表面的 平均分子量） • 优点（表面特征清 楚、照相速度快） • 缺点（效果较差）
100µ m
阴极发光电子图像
• 原理（微量元素含量 和晶体缺陷） • 优点（可以清楚显示 内部结构） • 缺点（表面特征不清 楚）
≌(DTh/DU)zircon/melt· (Th/U)melt.present
(DTh/DU)zircon/melt≌0.2；(Th/U)melt.present≌4
• 岩浆锆石的Th/U比值取决于锆石形成时 熔体的Th/U比值 • 少数岩浆锆石同样具有较低的Th/U比值
变质增生锆石Th/U比值的影响因数
柯 石 英 的 特 征
Raman
谱 峰
不 同 锆 石 区 域 包 裹 体 矿 物 组 成 差 异
体主 成要 分矿 对物 比与 锆 石 中 矿 物 包 裹
锆 石 条不 件同 区 域 的 年 龄 对 应 的
P-T
526MaБайду номын сангаас
包裹体矿物在寄主锆石中形成的方式 • 锆石增生过程中捕获包裹体矿物(原 生包裹体) • 包裹体矿物沿裂隙进入早形成的锆石 区域(次生包裹体） • 寄主锆石中原来的包裹体矿物发生相 变形成新的包裹体矿物