锆石成因研究及地质应用

APT image of Y and Pb clusters in 4.4 Ga zircon (Valley et al., 2013) APT: atom-probe tomography, 原子探针断层扫描技术
酸性火山灰 Xenocrystal zircons
1.68 Ma
Kurtan site, Armenian Highland (Presnyakov et al., 2012)
大青山地区古元古代变质辉长岩的锆石 阴极发光图像（Wan et al.，2013）
大青山地区古元古代变质辉长岩的锆石 年龄图（Wan et al.，2013）
大青山地区新太古代变质辉长岩的锆石 阴极发光图像（Ma et al.，2012）
大青山地区新太古代变质辉长岩的锆石 年龄图（Ma et al.，2012）
包括定年在内的锆石研究，目的 是地质应用。锆石成因及锆石在不同 作用过程中的特征及变化规律（物理 的，化学的、同位素的）是关键 根据目的，开展综合研究，充分 挖掘锆石所藴藏的重要信息
SiO2=52% K2O=10%
华北克拉通中元古代盖层大红峪组碱性玄武岩 的锆石阴极发光图像（李怀坤）
鲁西济宁岩群变质酸性火山岩的锆石阴极发光图像 （万渝生等，2012）
呼和浩特地区古元古代变质沉积岩 锆石阴极发光图像（万渝生等，未发表）
大别超高压变质带榴辉岩中石英脉的 热液锆石阴极发光图像(Wu YB et al., 2009)
Th/U<0.1 有绿泥石、铝直闪石、镁铁闪石包体 1.85 Ga
鞍山弓长岭富铁矿边部富石榴石蚀变岩 （李厚民等，2014）
变质锆石
变质锆石可划分为变质新生锆石（变质增生 边或以单独颗粒形式存在）和重结晶锆石（可进 一步划分为固态重结晶和流体参与下的重结晶， 也可进一步划分为部分重结晶和完全重结晶）两 大类。一些情况下，它们之间难以明确区分。
其它（造岩）矿物分解产生的Zr、Si等组份 的成核和结晶、锆石从变质流体（和深熔岩浆） 中晶出、原有锆石的溶解-再沉淀、交代置换和 元素扩散等是变质新生锆石形成和原有锆石改造 的重要机制。
Comparison of SHRIMP II (a) and laser ablation ICP-MS data (b) shown in concordia diagrams for zircons from massive charnockite sample NGB-1B, Nagercoil Block, southern India (Kreoner et al., 2014)
胶东中生代玲珑超单元二长花岗岩中锆石阴极发光图像
岩浆锆石内部结构演化示意图
XL2-8
甘肃祁连兴隆山群拉班玄武岩的锆石年龄 （徐学义等，2008）
甘肃祁连兴隆山群拉班玄武岩（XL2-8）的锆石阴极发光图像 （徐学义等，2008）
290 Ma
289 Ma
塔里木盆地二叠纪玄武岩的锆石阴极发光图像和年龄 (Yu Xin et al., 2011)
年龄测定从<1百万年到44亿年
其他测年矿物：独居石，磷灰石、Leabharlann Baidu白石、 榍石、金红石、钙钛矿、磷钇矿
4323 Ma 碎屑锆石 from Jack Hills
CL
BSE
4.374 Ga 3.400 Ga
Jack Hills 4.4 Ga 碎屑锆石图像和年龄 （Valley et al., 2013） The APT 207Pb/206Pb ratio of 1.2 defines the slope of the heavy dashed line originating from the crystallization age of 4374 Ma. The lower intercept of this line with the curved concordia line (solid) is in agreement with the 3400Ma age of the overgrowth and links the formation of Pb clusters to the reheating event.
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
变质岩石中出现多组年龄的原因
可能原因 １）原岩为碎屑沉积岩，但只存在一组年龄锆 石也可能为碎屑沉积岩； ２）原岩为岩浆岩，除岩浆锆石外，还存在残 余和捕获锆石，也有可能所有的都为残余或捕获锆 石； ３）原岩凝灰岩中可出现火山锆石和碎屑锆石； ４）变质锆石和其它锆石； ５）样品不是一种单一岩石； ６）更为复杂情况。 注意不同年龄是存在于不同锆石颗粒或在同一 锆石颗粒中，不同年龄的锆石特征是否相同。 注意选样过程中出现的偏差。
大青山地区变质花岗质岩石的锆石阴极发光图像
鞍山地区3.1-3.8 Ga杂岩的构造岩浆热事件对比 （万渝生等，未发表）
鞍山地区太古宙岩石的锆石年龄直方图 （万渝生等，未发表）
鲁西地区地质图（Cao,1996; Wan et al., 2010）
鲁西地区新太古代岩浆岩锆石年龄直方图 （万渝生等，未发表）
样品问题，例如选样时的污染，甚至不 同样品置换
定年问题，例如峰中心错误
锆石成因解释问题 地质认识问题，。。。
“异常”不是异常
出现“异常”现象
切忌把“新成果”马上发表（>4.0 Ga 锆石中的金刚石和石墨） 查明原因，从最可能的地方查起 必要重复
“异常”既可是重大发现，也可能是“笑话”
西澳Jack Hills碎屑锆石(after Menneken et al, 2007)
“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
变质新生锆石的各种同位素体系都重置， 变质重结晶锆石不同同位素体系可分别重置。
贺兰山地区贺兰山岩群变质沉积岩的 锆石阴极发光图像（董春艳等，2007）
大青山地区变质碎屑沉积岩的锆石阴极发光图像(董春艳等)
锆大 石青 山 图地 像区 （深 董熔 春榴 艳云 等片 ，麻 未岩 发 表 ）
CL
西峡地区秦岭群黑云斜长片麻岩中锆石阴极发光图像 (万渝生等，2011）
残余锆石2.48-2.57 Ga
幔部锆石 2.45Ga
边部锆石 2.40Ga
大青山石榴黑云母花岗岩锆石CL和年龄谐和图 （董春艳等，2008；Wan et al., 2009）
西藏南部淡色花岗岩的锆石阴极发光图像（于俊杰等，2011）
河南下汤地区古元古代黑云磁铁斜长片麻岩 锆石阴极发光图像（黄道袤等，2014）
锆石同位素年代学研究注意问题 1）必须以野外地质为基础，充分了解测年样品的地 质特征、形成背景和岩石成因，为年龄解释提供可靠的地 质依据。采集尽可能新鲜的岩石样品 2）采集样品必须有经纬度坐标记录，相关野外地质 记录，特别是采集样品野外露头的照片记录
3）进行年龄测定的样品，都应有岩石岩相学研究， 保留岩石样品标本和锆石副样，以便必要时复查 4）进行年龄测定的样品，应完成相应的常量、微量 和稀土元素分析，必要时进行Nd等同位素分析 5）锆石测年之前，应进行锆石透射光、反射光、背 散射、阴极发光研究，为测年和年龄解释提供依据。根据 锆石内部结构，结合地质体产状，80-90％的锆石成因可 以得到确认 6）应特别注意锆石分选过程中的污染问题
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）
年龄与地质观察出现矛盾
主要原因 １）测年方法不同，或同一方法是在不同实验 室或不同时间完成的，有的数据质量不高； ２）年龄在误差范围内实际上是一致的； ３）地质关系不清楚，不是在同一露头取样； ４）某些年龄数据的地质解释存在问题，例如 辉绿岩脉中所测锆石为捕获成因； ５）地质观察不正确。
出现“异常”的可能原因
扫描组数 未知样分析数
在目的和经费、时间上达到平衡和协调
定年注意事项
仪器稳定性，对于十分重要的样品，仪 器不稳定，宁可不作 结合地质背景和目的，定年前对锆石图 像作充分的研究，初步确定定年锆石 在锆石阴极发光图上清楚准确标出分析 位置和年龄 根据情况，进行调整 地质学家最好自己参加分析
锆石U含量与206Pb/238U年龄关系(Williams and Hergt)
锆石成因
锆石成因分类基础：岩石类型和作用过程 1）岩浆作用（岩浆岩）：超基性岩、基性岩（辉 长岩、辉绿岩、玄武岩）、中性岩（闪长岩、安山岩）、 中酸性岩（花岗闪长岩、花岗岩、英安岩、流纹岩）及 其它特殊类型岩石（如斜长岩等）。 2）沉积作用（碎屑沉积岩）：粗碎屑沉积岩、细 碎屑沉积岩、石英岩。浅变质碎屑沉积岩中碎屑锆石通 常既未受影响，也无新生锆石形成。 3）变质作用（变质岩）：正变质岩（各种遭受变 质的岩浆岩）、副变质岩（各种遭受变质的沉积岩）。 4）深熔作用（混合岩）：遭受深熔作用的正变质 岩、遭受深熔作用的副变质岩。 5）热液作用（称之为流体作用更恰当）：岩浆演 化后期热液作用、热液交代作用、热液成岩作用。
1.2（2.67Ga）
1.1（2.48Ga）
大青山地区麻粒岩中的锆石（万渝生等，未发表）
冀东黄柏峪角闪片麻岩锆石阴极发光和年龄图（Liu et al., 2014）
冀东黄柏峪石榴黑云片麻岩锆石阴极发光和年龄图（Liu et al., 2014）
冀东黄柏峪地区变质沉积岩锆石年龄直方图（Liu et al., 2014）
锆石成因研究及地质应用
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
LA-ICPMS定年
特别有利于碎屑锆石定年
对于锆石颗粒大、成因简单、包体少、普通 铅低、年龄适中的锆石，定年效果好 反之，特别是对成因复杂的锆石，定年 效果不好
LA-ICPMS定年时需想到下一步可能的 研究（最古老锆石寻找），之前作高清阴极 发光照相
CL-images of zircons with complex internal tectures from high-grade charnockitic gneisses of southern India (Kreoner et al., 2014)
Kurtan site, Armenian Highland (Presnyakov et al., 2012)
使用标准锆石 监视测年过程中仪器状态 Pb/U比值校正，确定未知样品年龄 确定Pb-Pb（207Pb/206Pb）年龄可靠性，有无铅丢失
U-Pb定年参数的选择
标准与未知样测定比例
蓟县系 清白口系
华北克拉通十三陵地区中新元古代积岩碎屑锆石 年龄直方图 （Wan et al., 2011)
所有锆石定年结果
所有锆石定年结果
Grey color: discordance = 10-15%; all other data < 10% discordant.
华北克拉通古元古代变质碎屑沉积岩的锆石年龄（Wan et al., 2006）