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）。HF酸蚀刻法的原理是根据锆石不同区域稳定性和抗HF酸腐蚀能力不同，在HF酸作用下内部的结构就会显现出来。这种方法虽然不需要大型的仪器设备，但可能会对锆石的结构造成破坏。背散射电子图像（BSE）方法不仅能够显示出锆石的内部形态及结构特征，对于锆石的表面特征也能够提供直观的图像。而最后一种阴极发光图像（CL）是目前使用最广的揭示锆石内部特征的方法。
不同成因的锆石所得到的阴极发光图像并不相同，是判断锆石成因的重要依据。岩浆锆石常见的典型结构是岩浆振荡环带和扇形分带，震荡环带的宽度大小目前推测可能与锆石结晶时岩浆的温度高低有关，低温时形成较窄/细密的环带；高温条件时形成较宽的结晶环带。花岗岩中赋存的锆石一般为柱状晶型，其中的韵律环带较窄，环带间发光反差较大，环带呈明显的扇形。
基性辉长岩中的锆石颗粒常见晶型为等轴状或短柱状，发光环带较宽且反差较小，发光亮度常为渐变的，扇形环带不明显。幔源产出的锆石通常为他形，阴极发光图像为无分带或弱分带。
基性-超基性岩中的锆石与基性辉长岩中的相似，但是柱面不发育，阴极发光图像通常呈斑块状（布丁状），一些发育有韵律生长环带，但其中的环带与花岗岩的相比，一般较宽，环带之间的衬度反差也一般较小，同时发育有扇形分带结构。变质锆石有其独特的内部结构特征，主要包括无分带、云雾状分带、弱分带、扇形分带、斑杂状分带和面状分带等。通过对锆石的阴极发光图像（CL）进行仔细观察，可以有目的地对锆石进行删选。
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1.2锆石的微量元素研究进展
1.2.1锆石Th/U 比值
大量研究表明，锆石Th/U比值通常用来确定锆石的起源，并且不同成因类型的锆石被认为具有不同的Th、U含量及Th/U比值。Th、U的含量一般来说，在岩浆锆石中较高，而在变质锆石中较低。前者的Th/U比值＞0.4，后者的Th/U比值＜0.1。此外，一部分岩浆锆石的Th/U比值出现异常的比值＜0.1，而在一些碳酸岩样品中发现的岩浆锆石具有高达10000的Th/U比值，这可能与初始熔体的Th/U比值异常有关。
1.2.2 稀土及其他微量元素
锆石的微量元素特征能够反映主岩在成分上演化，混合以及熔融源区性质等诸多信息。对于岩浆锆石，岩浆分异演化过程中，其微量元素组成也会系统地发生变化，从超基性岩到花岗质岩石，锆石中的微量元素含量总体上呈增长趋势。幔源岩浆锆石微量元素含量低，稀土配分模式显示弱的Eu负异常或没有异常，重稀土部分相对平缓，而壳源岩浆锆石微量元素含量较幔源锆石高，稀土配分模式显示强烈的Ce正异常和Eu负异常。
1.2.3锆石包裹体的研究
对锆石中包裹体的矿物成分进行研究不仅可以指示寄主岩石的演化历史，还能直接有效地制约锆石的形成环境。在不同地质环境中形成的锆石应当有与之相符的包裹体矿物组成。经过Hermann等人对哈萨克斯坦的Kokchetav 超高压地体中的超高压片麻岩和碳酸岩中的锆石进行阴极发光显微结构研究，这些根据包裹体矿物组成得到的锆石形成环境与通过其他诸如微区微量元素方法得到的结论一致，充分说明了这一方法的可行性。
相比之下锆石中的显微矿物包裹体成因有时比较复杂，主要的可能成因机制有以下三种：第一，锆石在生长的过程中捕获同时形成的矿物包裹体，即原生包裹体；第二，形成包裹体的物质沿着锆石的微裂隙进入已有的锆石中，即次生包裹体；第三，寄主锆石中原来的包裹体发生相变形成新矿物。
2.存在问题
不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型。目前主流的U-Pb同位素定年方法主要有高灵敏高分辨率离子探针质谱法（SHRIMP）、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）以及同位素稀释热电离（ID-TIMS）。其中ID-TIMS法是目前最精确、适用年龄范围最广的方法，但是无法进行锆石的微区原位年龄测定。SHRIMP法则是对锆石表面年龄测定的精度较差，而LA-ICP-MS只能对粒度较大且U、Pb含量较高的锆石才能测定出合理结果。
3.发展方向
近年来对于锆石的研究已从早期的单一对U-Pb放射性同位素定年和锆石同位素分析，发展到对锆石微量元素的大量研究。锆石微量元素测定结果不单单可以作为锆石Ti温度计估算岩浆温度，也可以用来识别锆石及其母岩的岩石类型和成因，岩浆源区成分，岩浆演化和上部地壳物质的混染，另外还可以区分岩浆熔体或者流体控制的岩浆作用、变质作用、成矿作用等深部作用。
锆石U-Pb 定年与微量元素分析相结合来进行地质测年的方法，目前已经成功应用于最大沉积地层时代限定、碎屑岩物源分析以及古洋盆演化过程约束等方面，且具有强有力的发展前景。
在不同类型锆石内部结构详细观察基础上，通过对单颗粒锆石进行原位微区U-Pb定年、微量元素和Ti温度计等的多方位研究，能够系统提供锆石及其宿主岩石的年代学、成因环境等的丰富信息，能使岩体形成时代及后期热事件年龄、限定沉积地层时代以及物源区分析和约束古洋盆演化过程这一类问题的讨论更加现实。
参考文献：
[1]杨甫，陈刚，张文龙，田雯，田涛，赵雪娇.锆石U-Pb定年与微量元素分析的地质应用[J].科技导报，2016，34（18）：221-229.
论文作者:习媛,王帅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/6
标签：锆石论文; 岩浆论文; 环带论文; 微量元素论文; 成因论文; 比值论文; 矿物论文; 《基层建设》2019年第27期论文;