同位素锆石矿物成因.docx

锆石的矿物成因特征分析

姓名：闫旺 学号：2701100222 班级：27011002

摘要：锆石(ZrSiO4)是自然界一种普通的副矿物，广泛地分布于各类沉积岩、变质岩和火成岩中。由于它常常含有为数众多的各种微量和痕量元素，并具有最佳的保存原始的化学和同位素比值等信息的能力，使它在许多地质学科的研究中得到极为广泛的重视，特别在同位素地质年代的研究中(鲍学昭1995 , 1996, 199 7, 1998 ,Gibson and Irland1995，Solar等1998，Bowrin and Schrnit1999)，在地球壳慢演化的研究中(Hanchatr等1993 Bowring，1995 , 1996 Hoskin等2000，V aller等1999),锆石是一个首选的研究对象。如在澳大利亚发现的最古老的锆石可追溯到44亿年以前的地球历史，这仅比形成地一月系统的大碰撞年轻了1亿年。锆石的U-Pb同位素和Hf同位素的研究表明，地壳一地慢的前期历史的区别在它们从这些岩桨池中的不同结晶作用反映出来。此外，锆石矿物的化学同位素组成更可以显示它们所来源的母岩特性从这么小的锆石矿物中得到这么多的信息，我们应该感到庆幸，如果没有锆石，我们这个行星的许多细节历史都会被遗失。正因如此，锆石已经成为提取有关史前信息以及岩浆岩变质岩和沉积岩成因信息时应用最广泛的矿物之一(陈道公等2001，汪相等1992--2002)。
关键词：锆石本身的性质，锆石的矿物成因，核-边变质锆石，变质锆石，岩浆锆石，热液锆石，深熔锆石，继承锆石。
正文：这是锆石矿物本身的特点所决定的。锆石矿物无论在外部形态，还是内部结构和化学成分等方面，都对地质环境的变化极其敏感，因而它可以包含大量的各不相同的地质信息。这些信息充分反映了锆石矿物的地质历史，特别是与岩浆和变质结晶作用(包括重结晶作用)相关的事件，外营力以及由于脱晶作用和化学蚀变引起的内部体积膨胀所施加的影响等。对锆石所记录的地质历史信息和地球化学信息的丰富性和复杂性的深入研究，都急需了解锆石的矿物成因。
近年来随着科学技术的不断进步，对锆石晶体所记录的地质历史信息的丰富性和复杂性的研究，包括同位素测年和各种成因矿物学的研究，都已经从原来的微量锆石(多颗粒锆石)，或单颗粒锆石，发展到对锆石的同位素微区分析、痕量元素微区分析、结晶状态微区分析等。
1.1核--边结构变质锆石的成因有不同的解释
1)变质重结晶锆石:对锆石变质重结晶含义的解释是早期的锆石在升高的温度条件或流体的作用下发生了重结晶作用，在此过程中锆石可以有微量元素的变化，如U-Th-Pb系统的调整(Geisleretal,
2001,2003,2007)。造成重结晶作用的主要动力来自锆石放射性破坏引起的晶体缺陷和蜕晶化物质的形成。在升高的温度或流体的作用下，晶体缺陷得以修复和蜕晶化物质重结晶，这样形成的锆石称为变质重结晶锆石。1)在流体的作用下，重结晶主要围绕锆石边缘展开，形成特征的核-边结构;2)变质生长锆石:在变质过程成核、生长的锆石或者围绕着早期的锆石进行生长(变质增生)。变质增生的锆石也具有典型的核-边结构。在核-边结构的锆石中，单凭阴极发光(CL)图像很难准确区分变质增生锆石和变质重结晶锆石。锆石中所含矿物的包裹体的种类可以帮助判别生长环境，近年来许多学者根据锆石矿物包裹体的性质区分不同区域，并进行SHRIMP年龄分析(Hermann et al. , 2001 ; Sun et al. , 2002 ;Yang et al. , 2003 ; Liu et al. , 2004 , 2005 )，但值得注意的是在某些韵律环带特征的继承岩浆锆石核中也发现有柯石英包裹体(Liu et al. , 2001 ; Liu et al. , 2005 )，这种柯石英包体的具体形成机制尚不清楚。因此，通过CL图像分析和包裹体成份分析还不足以区别变质增生锆石和变质重结晶锆石。变质重结晶的锆石如果在变质过程中不能达到U-Pb系统的完全重置，所获得的变质锆石的U-Pb年龄仍然是一种混合年龄，不具有确切的地质意义。
1.2岩浆锆石
岩浆锆石是指直接从岩浆中结晶形成的锆石，一般锆石自形程度较高，双目镜下无色透明，有时带淡黄、淡褐色或淡紫色，晶体呈四方柱与四方双锥、复四方双锥的聚形。一般碱性岩或偏碱性的花岗岩中锆石的锥面{111}发育，呈短柱状或四方双锥状在酸性岩中锆石的柱面{110}、{100}及锥面{111}均较发育，晶体呈柱状;在中基性岩中，锆石发育柱面和复四方双锥，而锥面{111}发育很差或不出现。由于岩浆锆石一般结晶早所以常呈包裹体产于其它矿物中。在BSE图像、CL图像上可见明显的岩浆振荡生长环带或宽缓的岩浆生长环带。岩浆锆石通常结晶温度较高，一般具有均匀的内部构造和岩浆包裹体(如金红石、磷灰石和熔体包裹体)，有时少量颗粒可见残留锆石晶核。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。
1.3变质锆石
变质锆石指变质过程形成的新生锆石。这一术语最早由Pidgeon等提出。近年已广为地质学家和年代学家所采用,麻粒岩相和榴辉岩相岩石中的变质钻石具有3个基本的形貌和表面特征:(l)发育多晶面;(2)面上发育凹坑或呈麻点状;(3)晶体为不同长宽比的粒状。
典型的变质锆石最显著特征是由众多的晶面组成，包括浑圆粒状，椭圆粒状及长粒状等形态的锆石，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，这一结晶特点与岩浆锆石具有显著的区别，后者通常为简单的四方双锥或复四方双锥，锥面和柱面发
育完善。
变质锆石常具圆化的外形.它实际上是多晶面造成的假象。这类锆石以往常被误认为是受磨损的或受变质溶蚀的沉积锆石，近年来，尽管国外学者认识到了变质若中锆石的多晶面特征，但却归因于变质峰期的深熔作用。
1.4继承锆石
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，继承锆石主要以晶核的形式存在于变质增生晶域之内。锆石的继承性晶核在岩石显微镜下就可观察到，如大别山东部碧溪岭地区的淡色榴辉岩相岩石中的锆石和湖北麻城木子店东水口山紫苏石榴斜民片麻岩中的锆石，继承性晶核与增生之间的边界截然，但其形态变化多样，或为浑圆状或棱角分明或为碎裂的形态。内部通常较均匀。在阴极发光照片中.锆石的继承性晶核中有时可保留原生的生长结构(浆锆石的同心韵津环带)。继承性晶核在锆石中所占比例有较大的变化，有些锆石中增生的部分所占比例较小，锆石的主体是继承性的.如大别山黄土岭紫苏黑云斜长片麻岩中的不规则“柱状”锆石晶核在锆石中所占比例可能主要取决于原岩中锆石的大小,麻粒岩相变泥质岩中锆石的晶核远小于麻粒岩相的变质粗砂岩，其原因可能与前者的原岩中锆石较后者小有关。
1.5深熔锆石
深熔锆石指深熔片麻岩形成过程中晶出的锆石深熔锆石通常呈规则的长柱状或短柱状自形晶,少量的深熔锆石内部均匀如图版，但在深熔片麻岩中，大部分锆石的其同特征是存在品核和增生.二者之间界线清晰。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，称深熔增生，深熔锆石与岩浆钻石有较多的相似性，其增生部分在阴极发光常见有同心韵律环带结构，而不同于从固态-亚固态介质中品出的变质锆石。深熔片麻中锆石组成较夏杂.包括原岩的继承锆石.深熔锆石或和具核一探熔增生结构的多种类型的锆石如在大别山东部碧溪岭片麻状花岗质岩石中，深熔锆石仅占约1／4，大部分是受后期各种地质作用改造的原锆石。深熔钻石和继承锆石的比例。主要取决于熔体所占比例。
1.3热液锆石
传统意义上锆石一直被视为具有高度稳定性的矿物，具有普通铅含量低，富含U,Th等放射性元素，封闭温度高等特点，被广泛应用于矿物学和地球化学研究，成为U-Pb法定年的最理想对象随着锆石测年技术的不断开展，越来越多的研究结果对锆石稳定性说法提出了挑战，证明锆石在热液条件下很容易发生蚀变、改造、熔蚀作用.有时甚至形成具有‘‘热液矿物”特征的锆石，即“热液锆石”; “热液锆石”并不是一个精确的术语，顾名思义，它是指经过热液流体蚀变或热液改造了的锆石，或从热液流体中直接结晶的锆石。过去十几年来的研究表明，锆石可以直接从中低温热液流体中生长结晶。
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