變質鋯石成因類型及內部結構\\地球化學特征

摘要：測年的樣品中變質鋯石因其可能記錄了多次的變質事件的信息，所以往往具有多期生長的、復雜的內部結構。不同的晶域具有不同的年齡，記錄了不同地質事件的信息，若不能有效區分所測鋯石成因，會給所得年齡的解釋帶來很大困難。本文闡述了不同成因變質鋯石的內部結構及地球化學特征，以期為變質鋯石的成因分析及測年數據合理解釋提供參考。

關鍵詞：變質鋯石；U-Pb測年；成因類型

目前對于鋯石的成因主要通過鋯石的CL圖像及Th/U比值來區分鋯石為巖漿成因還是變質成因的。一般認為具有振蕩環帶且Th/U比值較高的（>0.4）鋯石為典型巖漿成因的，但并非所有具有這種特征的鋯石都是巖漿成因的，有些變質過程中形成的鋯石不僅可能具有振蕩環帶，而且其Th/U比值也有可能較高（>0.7），若將這類鋯石鑒定為巖漿鋯石，就可能得出錯誤的結論。因此在判別鋯石成因時，還應結合地球化學、基礎地質等因素進行合理解釋。

1 內部結構

變質鋯石根據其形成時的變質作用大體可分為變質增生、深熔、蛻晶化、重結晶和流體改造五種，由于其成因、形成環境等的多樣性，決定了其內部結構也非常繁雜，典型的內部結構有無分帶、弱分帶，扇形分帶等（圖1）。而對于不同成因的鋯石，又具有其優勢的內部結構（圖2），為鑒別鋯石成因提供了一定的依據。

2 各成因類型地球化學特征

2.1 變質增生

變質增生鋯石從結構上可分為無繼承核和有繼承核兩類，前者屬完全變質新生鋯石，其具有多晶面狀-不規則狀-規則外形；后者在繼承核外圍形成增生邊，與原巖殘留鋯石之間界限清楚，邊界截然，晶核形態變化多樣，內部通常較均勻，晶核中有時可保留原生的生長結構。增生鋯石中是否含晶核與原巖中是否富含碎屑鋯石密切相關，若富含碎屑鋯石，變質鋯石中則多含有晶核。

變質增生鋯石的Th/U比值受變質流體、共生礦物組成及變質鋯石的生長速率等因素的影響[1]。U在流體中的活動性比Th強，所以變質流體一般富U貧Th，從這種類型的流體中結晶的鋯石常常具有較低的Th/U比值。此外，在鋯石結晶同時如有富Th礦物結晶同樣會造成Th/U比值的降低。REE含量主要取決于變質流體中REE含量及形成時的環境，其形成時如有富含HREE的礦物晶出，則鋯石HREE含量顯著降低。

2.2 深熔

深熔鋯石通常自形程度較高，呈規則的長柱狀或短柱狀自形晶[2]。少量的深熔鋯石內部均勻，但在深熔片麻巖中，大部分鋯石的特征是存在晶核和增生，二者界線清晰。晶核可能是繼承性的、原巖的鋯石，增生則是深熔作用的結果。深熔片麻巖中鋯石組成較復雜，包括原巖的繼承鋯石，深熔鋯石和具核深熔增生結構的三種鋯石。

深熔鋯石微量元素含量與原巖密切相關，混合巖化地區的深熔增生鋯石具有與巖漿鋯石類似的特征，HREE明顯富集、Ce正異常和Eu負異常等特征。深熔鋯石REE的組成與原巖鋯石相似或略低，這可能與部分熔融程度和深熔熔體與殘留相之間是否達到平衡有關。

2.3 蛻晶化

鋯石的蛻晶化表現為U和Th衰變導致晶格結構損傷，鋯石逐漸喪失有序的結晶狀態。蛻晶化使鋯石對鉛的保存能力降低，在流體的作用下容易丟失鉛，流體沿裂隙滲透而帶出放射成因鉛，導致U-Pb年齡偏離一致線而使年齡值降低。鋯石蛻晶化作用與鋯石經歷的時間、環境及鋯石中鈾、釷含量等因素有關，時間越長，越容易發生蛻晶化作用，蛻晶化作用程度與U、Th含量呈正相關，與地質作用沒有直接關系。蛻晶化可造成鋯石中同一晶域的不同位置或同成因的不同顆粒的年齡常年齡不同。

鋯石中的REE含量決定于蛻晶化過程是否有流體的參與，若無流體參與，則蛻晶化的鋯石仍保持與原巖鋯石相似的REE組成，若此過程有流體的參與，則REE含量在很大程度上受流體中REE組成及流體作用時間等因素控制。

2.4 重結晶

輻射損傷引起的蛻晶鋯石，由于晶格破壞變得不穩定，易通過化學蝕變、淋濾和擴散作用而丟失鉛。蛻晶鋯石遭受變質作用和熱擾動時，重結晶作用使受輻射損傷的晶格愈合，在大約600～650℃溫度下，最容易發生鋯石的重結晶作用[4]。此過程沒有新的鋯石生成，只是對原有鋯石進行了改造。由于Pb2+離子半徑相對鋯離子過大，在晶格愈合過程中鋯石會把放射成因鉛排除在晶格之外，導致鉛丟失。而Th4+與Zr4+的半徑差與U4+相比偏大[3]，在重結晶過程中更容易被凈化而逐出鋯石晶格，重結晶越徹底，Th含量下降就越明顯。重結晶鋯石REE組成對原巖鋯石有繼承性，重結晶越徹底，繼承性越弱。鋯石晶格重結晶時，微量元素被不同程度地逐出，導致其含量比原巖低。輕稀土的穩定性小于重稀土，因此更易被逐出鋯石的晶格，所以，變質重結晶鋯石的HREE/LREE一般比原巖鋯石高。

2.5 流體改造

熱液實驗表明，變質流體中的H2O和CO2不會造成鋯石的蝕變和放射性成因鉛丟失。但是，若流體中含足量的F，Cl，Na等成分，可在數小時內對鋯石，甚至無蛻晶化的鋯石產生強烈的蝕變和Pb丟失，侵蝕性流體使Pb從無蛻晶化的鋯石中淋漓的過程是事件性的。受流體改造的邊部年齡集中于一個十分狹小范圍內，說明這種流體的作用可使U-Pb體系完全重置。由于受流體改造的鋯石邊部U含量低，產生放射性損傷可能性降低，因而其年齡可記錄最后一次地質事件時間。其REE含量含量受控因素與蛻晶化鋯石相同。

3 結束語

不同成因的鋯石在內部結構、Th/U、及稀土微量元素之間存在較大差異，可以為鑒別變質鋯石的成因提供參考依據，此外還應結合地質背景等因素來確定鋯石的具體成因，從而準確解釋測年數據所代表的地質意義。

參考文獻

[1]吳元保，等.鋯石成因礦物學研究及其對U-Pb年齡解釋的制約[J].科學通報，2004，16(49).

[2]簡平，等.變質鋯石成因的巖相學研究-高級變質巖U-Pb年齡解釋的基本依據[J].地學前緣，2001，3(8).

[3]陳道公，等.變質巖中鋯石U-Pb計時問題評述[J].巖石學報，2001，1(17).

[4]倪濤，等.大別山變質巖鋯石微區稀土元素和Th-U特征[J].高校地質學報，2006，2(12).

作者簡介：吳元偉（1987-），男，漢族，陜西咸陽人，長安大學地球科學與資源學院在讀碩士研究生，構造地質學專業。

周廣法(1986-），男，漢族，山東曹縣人，長安大學地球科學與資源學院在讀碩士研究生，礦產普查與勘探專業。

曾現虎(1987-），男，漢族，山東臨沂人，長安大學地球科學與資源學院在讀碩士研究生，礦物學、巖石學、礦床學專業。