熱液鋯石形成機制、特征及地質意義研究

張丁寧，陶中一

(桂林理工大學 地球科學學院，廣西 桂林 541006)

熱液鋯石形成機制、特征及地質意義研究

張丁寧，陶中一

(桂林理工大學 地球科學學院，廣西 桂林 541006)

全面梳理了國內外與熱液鋯石相關的文獻資料，總結了熱液鋯石的成因、礦物學特點、形成機理以及年代學意義等，以期為人們對于熱液鋯石的分析提供一定的借鑒作用。

熱液鋯石；熱液蝕變作用；含金石英脈；微區原位測試

鋯石是變質巖、巖漿巖、月巖中以及沉積巖等最為主要的副礦物。因為其布局寬泛，化學、物理性質極為穩定，含有較多的Th、U等放射性元素，鉛含量相對較低，U-Pb體系封閉溫度比較高，其是U-Pb同位素定年最佳的礦物，同時在地質學里面有著大量的運用。在最近幾年時間內，伴隨原位微區技術的逐漸進步，鋯石U-Pb定年、結合陰極發光CL、微量元素、背散射BSE圖像以及Hf同位素等相關內容的探討已經有了較大的發展。針對某個時期演變的巖漿巖，巖漿鋯石能夠提供精準度較高的年齡信息；針對沉積巖里面碎屑鋯石存在年限實施測定，能夠摸索源區信息與歷史基底的演變。具備悠久歷史的變質巖里面所存在的鋯石保存了多個階段的生長架構與地區，通常會展示出多個年齡不同的時期，融合鋯石的微量元素特點能夠針對此年齡進行科學的闡述。

伴隨鋯石測年手段的日益進步，逐漸增多的研究成果對于鋯石穩定性的觀點帶來了非常大的影響，經過研究得知鋯石在熱液環境下極易出現腐蝕、熔蝕以及改造等，又或許會產生具備“熱液礦物”特點的鋯石，也就是熱液鋯石。

1 熱液鋯石的形成機制

經過前十幾年時間所進行的分析可知，鋯石能夠直接性的由中低溫度的熱液流體里面形成結晶。例如：Claoue'-Long等人[1]經過針對加拿大本土Abitibi綠巖帶地區的金礦床石英脈里面所含有的鋯石進行分析，指出此鋯石是在溫度為260～380℃、壓強200 MPa的環境之下和自然金、石英等其它的熱液礦物相靠近所產生的。Dempster等人[2]在蘇格蘭的高地板巖里面挖據出了顆粒非常之小(<10 μm)、無環帶架構的全新鋯石，分析得知其在綠片巖相變質環境(<350℃)下在變質流體里面結晶所產生的。近期的一項研究表明，波蘭Sudetic蛇綠巖的蛇紋石化環節之中有著非常多熱液鋯石產生，此鋯石產生在溫度為270～300℃、壓強100 MPa的環境下。Hoskin[3]將熱液鋯石產生機理概括成：a由圍巖里面所捕獲的鋯石在熱流體之中被溶解以后重新進行結晶，產生全新的鋯石；b在溫度較低(120～200℃)的環境下，由于放射性的減弱而受晶體架構破損的鋯石和流體之間進行離子互換，使得晶體架構逐漸回復；c在中低溫環境中流體里面所包含的ZrSiO4由于區域飽和而形成結晶。經過實驗分析可知，流體里面存在較多的Cl-與F-，主要的載體便是Zr，硫酸根、磷酸根以及碳酸根離子同樣能夠與Zr產生配位體，造成熱液體系里面所包含Zr的活性逐漸加強，為熱液鋯石的產生奠定了較好的基礎。

2 熱液鋯石的形態與內部結構特征

熱液鋯石往往產生在中低溫熱液的環境之下，其結晶時的溫度需求和巖漿鋯石、變質形變的程度和變質鋯石對比而言顯著較低、較差，所以會產生完全不一樣的結晶特性與外貌架構特點。巖漿鋯石自我形成程度相對較高，晶體大都表現為四方柱、四方雙錐以及復四方雙錐的形狀。其結晶的溫度往往相對偏高，大都具備較為均勻的內部結構與巖漿包裹體。巖漿鋯石在CL圖像與BSE圖像中能夠觀察到較為顯著的巖漿振蕩產生環帶。變質鋯石由于變質環境的不一樣，其外貌也完全不同，內部架構大致涵蓋弱分帶、無分帶、扇形分帶、流動狀分帶以及斑雜狀分帶等其他較為繁瑣的架構種類。經過對CL圖像與BSE圖像技術的運用，同時結合人們之前對于熱液鋯石所進行的分析能夠得知，熱液鋯石的顆粒大都呈現為半自形至他形，半透明狀，其棱線通常是不顯著的，在雙目鏡下對其進行觀察其是淺棕紅色又或是暗棕色；熱液鋯石通常以巖漿鋯石的重生邊的方式展示，又或以腸狀、細脈狀存在于其他的礦物里面，其內部架構往往以多孔狀為特點，同時存在著部分礦物包裹體，含有流體包裹體數量較多的時候便能夠產生海綿狀的組織。熱液鋯石大都會展示出較為顯著的熱液礦物包裹體以及數量較多的低鹽度H2O-CO2流體包裹體，其表明鋯石正是在熱流體的背景之下進行沉淀結晶的。經過對于澳大利亞Boggy Plain巖體勘查、分析可知，其巖漿鋯石的熱液增生邊并不具備陰極發光的特性[3]。McNaughton等人[4]指出，熱液鋯石具備和人工巖漿鋯石完全相同的形態學特性。

3 熱液鋯石的微量元素特征

鋯石里面的所含有的微量元素主要有：U、Hf、Th、Y以及Pb等其他元素。即使大都認為造成熱液鋯石產生的熱液流體是巖漿分異的重要因素，然而巖漿鋯石與熱液鋯石依然具備相應的微量元素特點。Hanchar等人[5]認為，稀土元素(REE)的含有數量與配備形式能夠體現出鋯石的形成條件與熔體又或是流體的化學構成。針對澳大利亞Boggy Plain巖體里面的鋯石所含有的微量元素進行分析得知[3]，和巖漿鋯石對比而言，熱液鋯石含有較多的Au、W以及Mo等，其具備LREE較為聚集、REE總數較高、展示較弱的Ce正異常等其他特點。針對埃及Gabel Hamradom區域的花崗巖以及加拿大Acasta花崗質脈巖里面的巖漿鋯石熱液生長邊所進行的分析獲得了相同的結論[6]，熱液鋯石的REE配備特點體現出了相似性同時和沒有發生蝕變作用的巖漿鋯石之間有著顯著的差異。變質鋯石的微量元素特點由于變質環境的不一樣而存在不同差異。

總而言之，巖漿鋯石、熱液鋯石以及變質鋯石的微量元素與稀土元素的構成或許存在著非常顯著的差距，能夠當作劃分不一樣成因鋯石最為重要的參考。然而當前對于導致此差距的原因并不是非常的清晰，推演或許和熱液流體的根源、物質構成及化學物理性質相關。

4 微區原位測試技術

原位分析測試技術的不斷變革創新，是鋯石等其他副礦物在地學之中能夠獲得大量運用的重要基礎。當前，最常見的微區原位測試技術有激光探針、離子探針以及同位素稀釋—熱電離質譜法等等。

4.1 離子探針

離子探針(SHRIMP)是當前微區原位測試方式里面最為領先的同時精準程度最高的測年形式，具備較高的靈敏度、較高的空間分辨率以及對于檢測樣品的影響較小等特征。其檢測機理是：當固體樣品在真空環境被含有幾千電子伏能量的單次離子束轟擊的時候，一次粒子經過繁瑣的碰撞環節將一些能量傳遞至檢測樣品的外表，造成樣品的外部機構出現損傷，逸出含有檢測樣品外部信息的碎片與粒子等，其間大約有0.01%～10%的粒子被電離，經過電離之后的粒子經過樣品外部的高壓增加速度以后，融入到質譜儀中，根據荷質比來達到質譜的相互分離。經過接收器進行檢測，同時和標準樣品比較之后獲得樣品外表所含有的元素數量與二次離子圖像等等。

4.2 激光探針

激光探針(LAM-ICPMS)，也就是激光探針能夠對于固體樣品微區點的微量元素、常量元素以及同位素等其他組分實施原位監測。其機理如下：將檢測樣品放入到封閉性較好的樣品室之中，經過激光聚焦在檢測樣品的微區，使得檢測樣品的部分發生熔蝕氣化，將已經經過氣化的檢測樣品經過樣品管引入至ICP-MS里面，其次運用質譜儀針對進入的物質實施同位素比率的測定，按照所檢測礦物和對應標準礦物之間的同位素比率的檢測成果，針對相關元素的含有數量以及同位素的具體年齡實施相應的計算。

在相應環境下便能夠取得和SHRIMP技術相類似的精準度，同時速度較快、費用低廉。然而此方式對于檢測樣品有著較大的損壞，沒有辦法實施重現性的測定，同時檢測環節遭受汞所造成的影響。

4.3 同位素稀釋—熱電離質譜法

同位素稀釋—熱電離質譜法(ID-TIMS)所能檢測的礦物年齡范疇較為寬泛，每次檢測的精準程度能夠達到0.1%，不需要使用標準礦物對其實施修正，防止尋求與制作標準礦物。然而事先處理的環節較為繁瑣同時需要耗費非常多的時間，沒有辦法披露較為復雜的鋯石內部微區具體的年代信息。其檢測機理便是采取化學方式將需要檢測的礦物在合適的溫度、壓強背景下發生溶解。在其完全溶解以后，將Pb與U分別運用離子交換色譜由樣品溶液里面完全分離出，其次經過熱電離質譜儀針對Pb與U實施有關的檢測，通過具體的計算便能夠獲得礦物相應的U-Pb同位素年齡。

5 熱液鋯石的年代學意義

隨著韌性剪切作用相關的熱液作用對于含金石英脈等其它種類熱液礦床里面的鋯石U-Pb體系封閉性產生了非常大的影響，經過對于遭受熱液蝕變作用巨大影響的鋯石微區又或是顆粒實施U-Pb定年，便能夠獲得熱液蝕變所出現的精準時間范疇，也就是熱液礦床產生的具體時間。針對那些并未遭受熱液蝕變所造成影響的鋯石微區，也就是在遭受交代蝕變影響的鋯石里面依然具有著鋯石U-Pb體系所具備的封閉性然而沒有被重新安置的微區實施U-Pb定年，能夠獲得體現此巖石又或是原生鋯石產生的時代。針對張宣區域的后溝金礦與東坪金礦里面所含有的熱液鋯石與巖漿鋯石等實施U-Pb定年，得知后溝金礦里面所含有的巖漿鋯石的年齡大概是380 Ma；東坪金礦床里面所包含的熱液鋯石的年齡大概是140 Ma；后溝金礦床里面所含有的熱液鋯石的年齡大概是154 Ma。因為成礦和成巖之間的年齡差距大約在226～240 Ma范圍內，研究得知后溝與東坪金礦床的產生和水泉溝巖漿的侵犯之間沒有任何直接性的聯系，同時東坪的成礦時間和后溝的脆韌性剪切帶產生時間較為接近[7]。

6 結 論

1) 鋯石的成分與組成結構完全記錄了巖石所經過的較為繁瑣的地質環節，所以對于內部架構較為繁瑣的鋯石實施同位素與形成原因實施微區原位的分析，需要在對其內部架構實施全面研究的基礎之上展開。

2) 鋯石的形成原因非常復雜，在劃分鋯石形成原因又或是分析鋯石U-Pb定年的時候，需要將鋯石的外形、礦物包裹體、內部CL特性以及痕量元素特點等相互融合進行充分的研究。

3) 對于含金石英脈里面的熱液鋯石實施原位微區定年是明確石英脈型金礦床形成時間最為主要的方式，然而含金石英脈里面還往往存在著由圍巖里面所獲取的變質鋯石又或是巖漿鋯石。所以，石英脈型金礦床鋯石U-Pb年代學分析的核心便是把熱液鋯石和捕獲鋯石進行合理的劃分。

[1] Claoue'-Long J C, King R W, Kerrich R. Archaean hydrothermal zircon in the Abitibi greenstone belt: constraints on the timing of gold mineralisation[J]. Earth & Planetary Science Letters, 1990, 98(1): 109-128.

[2] Dempster T J, Hay D C, Bluck B J. Zircon grows in slate[J]. Geology, 2004(32): 221-224.

[3] Hoskin P W O. Trace-element composition of hydrothermal zircon and the alteration of Hadean zircon from the Jack Hills, Australia[J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 2005, 69(3): 637-648.

[4] McNaughton N J, Mueller A G, Groves D J. The age of the giant Golden Mile Deposit, Kalgoorlie, Western Australia: Ion-microprobe zircon and monazite U-Pb geochronology of a synmineralization lamprophyre dike[J]. Economic Geology, 2005(100): 1427-1440.

[5] Hanchar J M, Westrenen W V. Rare earth element behavior in zircon-melt systems[J]. Elements, 2007, 3(1): 37-42.

[6] Geisler T, Rashwan A A, Rahn M K W, et al. Low-temperature hydrothermal alteration of natural metamict zircons from the Eastern Desert, Egypt[J]. Mineral Mag, 2003, 67(3): 485-508.

[7] 李長民，李拓，鄧晉福，等. 冀西北后溝金礦田脆韌性剪切帶年代學新證據：來自LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡的發現[J]. 大地構造與成礦學，2012，36(2)：157-167.

Formation & Characteristics of Hydrothermal Zircon and Its Geological Significance

ZHANG Dingning, TAO Zhongyi

(DepartmentofEarthSciences,GuilinUniversityofTechnology,Guilin,Guangxi541006,China)

In this paper, you can see the research data of hydrothermal zircon will be summarized, including the genetic mineralogy characteristics, the formation mechanism and chronological significance of hydrothermal zircon. All of these will be of a reference function to the analysis of hydrothermal zircon.

Hydrothermal zircon; Hydrothermal alteration; Auriferous quartz vein; Micro zone in situ test

2017-04-10

張丁寧(1992-)，女，河北石家莊人，在讀碩士研究生，研究方向：地質學，手機：15977338125，E-mail：364837354@qq.com；通訊作者：陶中一(1982-)，女，廣西桂林人，講師，研究方向：花崗巖與成礦，E-mail：635322483@qq.com.

P597

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.009