論巖漿鋯石的結(jié)構(gòu)類型

論巖漿鋯石的結(jié)構(gòu)類型

一、鋯石成因的地質(zhì)意義鋯通常用作巖漿巖中的重要副巖，尤其是與富鈉深度有關(guān)的深度巖石。鋯石中常含有Hf。由于鋯石不但分布廣泛,而且穩(wěn)定性極強(qiáng),既使巖石受過部分熔融或區(qū)域變質(zhì)作用的影響,也不會把鋯石中的所有源區(qū)信息全部丟失。鋯石常具有良好的晶形、特殊的晶體習(xí)性以及顏色和環(huán)帶等現(xiàn)象,而且它們隨著形成環(huán)境的不同,會有不同的特點(diǎn)。為了深入討論鋯石的成因,不少學(xué)者分別從鋯石的形態(tài)、主量、微量和稀土元素以及氧同位素等方面進(jìn)行了一系列研究,特別是近幾十年離子探針開發(fā)以來,人們逐漸認(rèn)識到同一地質(zhì)體的不同鋯石顆粒以及同一鋯石顆粒內(nèi)部的不同區(qū)域,均可能具有不同的成因,故只有對大量鋯石顆粒進(jìn)行全面分析,才可以得出具有地質(zhì)意義的鋯石成因,在此方面已取得了一定研究進(jìn)展。本文就國內(nèi)外關(guān)于鋯石成因方面的研究成果進(jìn)行綜述。二、鋯資源的顯示1.巖石學(xué)和礦物學(xué)特征鋯石屬四方晶系,對稱型為L44L25PC,單晶體常呈柱狀習(xí)性,以四方柱及四方雙錐的聚形為特征,具有多種不同的顏色,如紅棕色、黃色、灰色、綠色及無色。一般認(rèn)為鋯石形態(tài)特點(diǎn)與其形成時(shí)的物理、化學(xué)環(huán)境是密切相關(guān)的[1~3]。巖漿鋯石通常為半自形到自形,粒徑20~250μm。作為巖漿成因的花崗巖類巖石,其中的鋯石一般為細(xì)長柱狀,多數(shù)為具直線生長紋的自形晶體,常為簡單的四方雙錐或復(fù)四方雙錐,錐面和柱面發(fā)育完善?；◢弾r中的鋯石晶體顏色除了無色透明的外,還常見到肉紅色、玫瑰色的晶體。產(chǎn)于金伯利巖及其相關(guān)巖石中的鋯石常常為它形(少數(shù)情況下為半自形),較大的粒徑(毫米級到厘米級)。部分基性-超基性巖中的鋯石同樣具有不規(guī)則的形狀和較大的粒徑。由于變質(zhì)鋯石發(fā)育多晶面,沒有錐面和柱面之分,即使是外形呈現(xiàn)長粒狀的鋯石,其“柱面”實(shí)際上也是由眾多的晶面組成的,但其頂端的多晶面更為發(fā)育。變質(zhì)重結(jié)晶鋯石常具有較多的暗色包體、渾圓狀的生長紋和渾圓形內(nèi)核。鋯石的顏色也是判別母巖性質(zhì)的良好標(biāo)志,鋯石的顏色深淺與鈾、鉛含量有關(guān),顏色愈深,其鈾、鉛含量愈高,母巖形成的時(shí)代越老,顏色愈淺,母巖形成的時(shí)代愈新。2.鋯石u/th/u比值Zr,Hf,Th,U是鋯石中最重要的組成元素,其中Hf,Tu,U皆作為Zr的類質(zhì)同象形式存在。不同類型巖石中,鋯石中的鉿含量,特別是Zr/Hf值具有明顯的區(qū)別,同一成因類型的不同侵入體之間也有差別。此外,從晶體的核部到邊緣,不同類型的鋯石具有不同的成分變化規(guī)律。大量研究表明,不同成因鋯石有不同的Th,U含量及Th/U比值:巖漿鋯石的Th,U含量較高、Th/U比值較大(一般>0.4);變質(zhì)鋯石的Th,U含量低、Th/U比值小(一般<0.1)。巖漿鋯石的Th/U比值與Th和U在巖漿中的含量以及它們在鋯石與巖漿之間的分配系數(shù)有關(guān),具體對應(yīng)關(guān)系為:(Th/U)鋯石≌(DTh/DU)鋯石/熔體·(Th/U)熔體。一般情況下(DTh/DU)鋯石/熔體≌0.2,平均地殼物質(zhì)中Th/U比值約為4,所以通常巖漿鋯石的Th/U比值接近1。所以,僅憑鋯石的Th/U比值有時(shí)并不能有效地鑒別巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石。但是可以肯定的是巖漿成因鋯石無論是高溫幔源花崗巖還是低溫殼源型花崗巖中鋯石均顯示成分變化總的趨勢是:從晶體核部至邊緣(環(huán)帶不明顯的晶體)及晶體每個(gè)環(huán)帶的內(nèi)側(cè)至外側(cè)HfO2,(UO2+ThO2)含量升高,ZrO2含量及ZrO2/HfO2值降低。從基性到中性至酸性巖ZrO2/HfO2值下降,從超基性巖到基性巖到中性巖至酸性巖Th,U含量上升。3.變質(zhì)作用期鋯石成因特征產(chǎn)生鋯石的成分分異原因分析:隨著變質(zhì)程度的升高,圍巖中的U、Th含量下降,而且在變質(zhì)作用過程中,離子半徑越大的離子,隨變質(zhì)熱液從母巖的遷移率越大。U4+的離子半徑為1.14?,Th4+的離子半徑為1.18?,均大于Zr4+(R=0.98?),因而在受熱過程中U、Th離子易于隨變質(zhì)熱液遷移而脫離鋯石結(jié)晶的母巖,故在變質(zhì)作用的初期,隨著變質(zhì)程度的升高,母巖的U、Th含量逐漸降低,結(jié)晶的鋯石顯示由核至邊緣U、Th含量下降的特點(diǎn)變質(zhì)作用中晚期鋯石圍巖中U、Th已基本遷移完畢,在此過程中結(jié)晶的鋯石不含或少含U、Th。(1)用微區(qū)喇曼光譜能夠準(zhǔn)確地獲得鋯石晶體中各部位變生程度的大小,因而用該方法可以推斷鋯石形成時(shí)晶體內(nèi)U、Th分帶特征,對U、Th含量低的基性火成巖及它們的變質(zhì)巖中的鋯石更加適用。(2)巖漿成因鋯石具有從晶體中心至邊緣喇曼光譜強(qiáng)度逐漸減弱和?355值減小的趨勢,由此可以間接推斷巖漿鋯石形成時(shí)晶體具有由核至邊緣U、Th含量上升的特點(diǎn)。(3)變質(zhì)成因鋯石則分兩種,其中一種具有由晶體核至邊緣喇曼峰強(qiáng)度和?355值增大的特點(diǎn),為形成時(shí)晶體從核至邊緣U、Th含量減少造成;另一種從晶體核至邊緣喇曼峰強(qiáng)度變化不大,為不含或基本不含U、Th的變質(zhì)成因鋯石晶體。下圖總結(jié)了巖漿作用與變質(zhì)重結(jié)晶作用的溫度變化特點(diǎn)及在這兩種作用過程中形成的鋯石的環(huán)帶特征:當(dāng)原巖在地下熱流的影響下升溫時(shí),巖石發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶作用,進(jìn)一步升溫,變質(zhì)重結(jié)晶鋯石開始生長,但生長出來的鋯石又會被更高溫(壓)的變質(zhì)流體溶蝕而渾圓化,然后鋯石又生長(鋯石組分發(fā)生了變化)新生長的鋯石又會被更高溫高壓的變質(zhì)流體溶蝕渾圓化,即鋯石生長經(jīng)歷了:生長、被溶蝕渾圓、再生長、再被溶蝕渾圓化的過程。同時(shí),由于巖漿結(jié)晶分異作用是由高溫液態(tài)巖漿逐漸結(jié)晶為低溫固態(tài)巖石的降溫過程,在此過程中鋯石的溶解度隨溫度的降低而降低,因此,早期結(jié)晶的鋯石部分不會被后期更低溫的巖漿溶蝕,即鋯石在整個(gè)生長過程中均能保持自形,當(dāng)鋯石成分變化大時(shí)則引起光性不均,產(chǎn)生明顯的自形環(huán)帶。4.鋯石晶面的地球化學(xué)和地質(zhì)意義鋯石(100)與(110)面的發(fā)育程度反映了巖體形成溫度的變化,形成溫度高一般(110)面發(fā)育,形成溫度低則(100)面發(fā)育,各巖體不同階段侵入體的鋯石形態(tài)十分類似,表明了同源、同期特征。據(jù)形態(tài)學(xué)研究,偏錐面(311)和四方柱面(100)的出現(xiàn)表明它在偏基性的巖漿中結(jié)晶,錐面(111)和(110)發(fā)育,這代表該環(huán)帶結(jié)晶石巖漿偏酸性。例如通過對孟恩地區(qū)的鋯石進(jìn)行人工重砂的研究鋯石結(jié)晶形態(tài):華力西晚期巖體與燕山早期巖體存在著明顯的差異,前者以(111)與(100)、(110)所組成的聚形為主,后者以(111)與(110)、(100)所組成的聚形為主,表明在兩種不同的物理化學(xué)條件下形成,非同源、同期產(chǎn)物。鋯石不同晶面的發(fā)育程度與巖漿的成分,形成地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)。因此,鋯石晶面的研究是了解巖漿物質(zhì)性質(zhì)的重要途徑之一。鋯石晶面統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以作為一種地質(zhì)溫度計(jì),用以反映巖漿結(jié)晶的溫度;而用鋯石群型的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果計(jì)算的巖石堿度指數(shù)和溫度指數(shù)以及相關(guān)的圖解,可以從礦物學(xué)的角度判斷巖漿的物質(zhì)來源。鋯石結(jié)晶形態(tài)與晶出的地質(zhì)環(huán)境、物理化學(xué)條件有著極其密切的關(guān)系,因而常被作為指示形成環(huán)境的標(biāo)型礦物。三、鋯石成因分析(1)鋯石形態(tài)、顏色對源區(qū)的示蹤:作為巖漿成因的花崗巖類巖石,其中的鋯石一般為細(xì)長柱狀,多數(shù)為具直線生長紋的自形晶體,常為簡單的四方雙錐或復(fù)四方雙錐,錐面和柱面發(fā)育完善。變質(zhì)重結(jié)晶鋯石常具有較多的暗色包體、渾圓狀的生長紋和渾圓形內(nèi)核(簡平等,2001;Kroneretal;1994)。鋯石的顏色也是判別母巖性質(zhì)的良好標(biāo)志,鋯石的顏色深淺與鈾、鉛含量有關(guān),顏色愈深,其鈾、鉛含量愈高,母巖形成的時(shí)代越老,顏色愈淺,母巖形成的時(shí)代愈新。(2)鋯石的成分分析對源區(qū)的示蹤:大量研究表明,不同成因鋯石有不同的Th,U含量及Th/U比值:巖漿鋯石的Th,U含量較高、Th/U比值較大(一般>0.4);變質(zhì)鋯石的Th,U含量低、Th/U比值小(一般<0.1)。巖漿鋯石的Th/U比值與Th和U在巖漿中的含量以及它們在鋯石與巖漿之間的分配系數(shù)有關(guān),具體對應(yīng)關(guān)系為:(Th/U)鋯石≌(DTh/DU)鋯石/熔體·(Th/U)熔體。一般情況下(DTh/DU)鋯石/熔體≌0.2,平均地殼物質(zhì)中Th/U比值約為4,所以通常巖漿鋯石的Th/U比值接近1。巖漿成因鋯石均顯示成分變化總的趨勢是:從晶體核部至邊緣(環(huán)帶不明顯的晶體)及晶體每個(gè)環(huán)帶的內(nèi)側(cè)至外側(cè)HfO2,(UO2+