锆石的化学成分研究
摘要：在分析前人资料的基础上，简要地介绍了锆石的化学成分等特征。通过Ｘ－射线荧光光谱分析和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）对部分矿区的锆石的化学成分进行了研究。
关键词：锆石结构形态化学成分微量元素非晶质化
锆石简介
锆石是一种硅酸盐矿物，它是提炼金属锆的主要矿石，含有Hf、Th、U、TR等混入物。锆石的主要化学成分：硅酸锆；化学组成为Zr[SiO?]，晶体属四方晶系的岛状结构硅酸盐矿物。晶体呈短柱状，通常为四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形。锆石颜色多样，有无色、紫红、金黄色、淡黄色、石榴红、橄榄绿，香槟，粉红，紫蓝，苹果绿等，一般有无色、蓝色和红色品种。色散为0.039（高）。光泽为强玻璃光泽至金刚光泽。无解理。摩氏硬度6～7.5，比重大，密度：多数在3.90～4.73 g/cm3。高型：4.60～4.80 g/cm3。中型：4.10～4.60 g/cm3。低型：3.90～4.10 g/cm3。
锆石的化学成分
理论化学组成(wB%)：ZrO267.22%，SiO2 32.78%。有时含有MnO、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、TR2O3、ThO2、U3O8、TiO2、P2O5、Nb2O5、Ta2O5、H2O等混入物。H2O、TR2O3、U3O8、(Nb,Ta)2O5、P2O5、HfO2等杂质含量较高，而ZrO、SiO2含量相应较低时，其物理性质也发生变化，硬度和比重降低。锆石一般具弱放射性，有些锆石英因含U、Th等，因放射性较强而产生非晶质化现象，这种锆石硬度可降至6，比重可降至3.8。因而形成多种变种：山口石，TR2O3 10.93%，P2O5 17.7%；大山石，TR2O3 5.3%，P2O5 7.6%；苗木石，TR2O3 9.12%，(Nb,Ta)2O5 7.69%，含U、Th较高；曲晶石，含较高TR2O3、U3O8，因晶面弯曲而故名；水锆石，含H2O 3~10%；铍锆石，BeO 14.37%，HfO2 6.0%；富铪锆石，HfO2 可达24.0%。有些锆石因含U、Th等，由于放射性较强而产生非晶质化，变为非晶态。
锆石的结构形态
锆石是硅酸盐类矿物，按其物理性质和化学成份可分为高型和低型两个变种。结晶完整的晶体多为“高型”；晶体极差或无晶者为“低型”。由于放射性元素，使得锆石的内部结构遭到破坏，根据内部结构特点，分为高型锆石、中型锆石和低型锆石三种。但就宝石价值来说，高型锆石价值较高。
锆石的晶体属四方晶系，a0=0.662nm，c0=0.602nm；Z=4。结构中Zr与Si沿c轴相间排列成四方体心晶胞。晶体结构可视为由[SiO4]四面体和[ZrO8]三角十二面体联结而成。[ZrO8]三角十二面体在b轴方向以共棱方式紧密连接。
复四方双锥晶类，D4h-4/mmm（L44L25PC）。晶体呈四方双锥状、柱状、板状，且形态与成分密切有关。主要单形：四方柱m、a，四方双锥p、u，复四方双锥x。可依成膝状双晶。可与磷钇矿成规则连生。
矿区研究：山东昌乐锆石的化学成分研究
1.样品来源
本文锆石样品（图２）主要来源于山东省昌乐县境内的五图———北岩蓝宝石砂矿（图３）中，作为蓝宝石矿区的一种重要伴生矿物产出。样品是从对大颗粒蓝宝石进行挑选后剩下的各种矿物的混合物中挑选出来的。
2. 化学成分
锆石的化学式为ＺｒＳｉＯ４，化学成分中ＺｒＯ２和ＳｉＯ２的理论值分别为６７．１％和３２．９％，经常含有类质同象混入物Ｈｆ，也常含Ｔｈ，Ｙ，Ｃａ，Ｎｂ，Ｔａ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｕ等。笔者通过Ｘ－射线荧光光谱分析和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）对其化学成分进行了研究。
2.1 X－射线荧光光谱分析
表１结果显示，Ｚｒ－１，Ｚｒ－２，Ｚｒ－３三类样品中主元素ＺｒＯ２和ＳｉＯ２的质量分数逐渐递减，表明一定有更多的杂质离子以类质同象替代了结构中的Ｚｒ和Ｓｉ离子。ＺｒＯ２和ＳｉＯ２的质量分数逐渐降低，引起锆石的非晶质化，从而使样品的物理性质发生改变。样品中杂质元素的质量分数较高的主要是Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，Ｆｅ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３和ＢａＯ，其中Ｆｅ２Ｏ３的质量分数从Ｚｒ－１到Ｚｒ－３逐渐递减，与其黄色调逐渐减少具有一定的关系。三类样品中Ｙ２Ｏ３的质量分数非常相近。Zr-3中还有微量的As2O3。
2.2 LA-ICP-MS测试微量元素
(1) 杂质元素中P, Ti, Sc等的质量分数较大，尚有少量的Cu,Zn,Co,Ni,Mo等元素。其中最典型的是Sc的质量分数非常高，说明红锆石与基性岩石有成因联系。因为所有的资料研究均表明，Sc在基性和超基性岩中比在中性、酸性和碱性岩中有较高的质量分数。
(2) 放射性元素主要是U和Th，其次还有少量的Ua, Ue, Sr, Nb等。大量研究表明，不同成因锆石具有不同的Th, U质量分数及Th/U比值。岩浆锆石的Th, U质量分数较高，Th/U比值一般大于0. 4，变质锆石的Th, U质量分数低，Th/U比值一般小于0. 1。
3.1 结论
昌乐错石化学成分主要为ZrOz和SiOz ,微量元素主要有Fe,Ti,P,Sc,Ni等杂质元素，还有部分放射性元素和稀土元素;放射性元素主要为U和Th等，稀土元素以富忆族元素为特
征，富集HREE，明显的C'.e正异常，微弱的Eu负异常。
工作笔记—锆石定年 2014年4月4日，于中国地质科学院地质所，经与多接受等离子质谱实验室联系，老师安排我做两天LA-MC-ICP-MS锆石U- P b定年实验。 一、工作内容 整个锆石定年过程大致包括锆石分选、样品制靶、锆石U-P b 测年、分析测试数据。我们的实验工作主要为锆石U-P b测年，包括装靶/换靶→定位→吹气→打点→调数据→吹气→打点。仪器运行几乎是全自动控制，我们的主要任务就是选好要测试的锆石颗粒以及每颗锆石要测试的年龄位置。此次实验样品采自塔里木盆地前寒武纪基底的碎屑岩、变质岩、岩浆岩，测试时使用锆石标样GJ1、SRM610/620和91500作为参考物质。 二、工作流程方法 （一）锆石分选 锆石采集之前要对采样区的岩石出露情况、风化、剥蚀程度，岩浆活动的期次、成分，变质作用的程度、期次以及岩石成因机制等进行比较全面的了解。 锆石的主要成分是硅酸锆，由于岩石酸性不同，不同类型岩石一般采集重量不同。偏酸性的岩类一般含锆石相对多一些，而偏基性岩类含锆石则相对较少。对于花岗岩、流纹岩等偏酸性岩石，采集3~4kg重的样品就行；对于闪长岩、安山岩等中性岩石，通常采集7~10kg；而对辉长岩、玄武岩等偏基性岩石，一般采集40~50kg。
对采集样品进行机械粉碎（以不破坏锆石晶体形态为标准）、淘洗、重力分选或磁选、双目镜下把锆石分选开来。 （二）样品制靶 在双目显微镜下挑选锆石颗粒粘到双面胶上，加注环氧树脂，待固化后，将靶内锆石打磨至原尺寸一半大小。样品靶抛光后在显微镜下拍摄锆石反射光和折射光照片，在等离子质谱实验室拍摄阴极发光（CL）照片。 （三）锆石U-P b测年 实验根据锆石CL照片、反射光和折射光照片选择锆石测试位置，利用激光器对锆石进行剥蚀。 每个实验样靶一般粘有6~8个样品，每个样品可以根据情况测试不同数量的样点，而样点多时一般分成几组进行打点。样点分组时，每组前后都有四个标样，即两个GJ1、一个SRM610/620和一个91500，其中SRM620不能出现在总体样点的首位位置且只出现一次。 1.装靶 首先用酒精擦拭样靶，直到样品附近镜片透亮没有油花；其次Bypass→手动装靶/换靶，要求：粘有锆石一面向上，刻有样靶号侧面对着操作人员，轻拿轻放、不可碰标靶→Purge ,Online。 2.定位 点position进行定位，如果没有该样品名，position→选中样品行某位置→Add,输入样品名→set to current position。 一个样品建立一个文件夹，其中包括一个excel表格和一个
变质锆石成因类型及内部结构＼地球化学特征 测年的样品中变质锆石因其可能记录了多次的变质事件的信息，所以往往具有多期生长的、复杂的内部结构。不同的晶域具有不同的年龄，记录了不同地质事件的信息，若不能有效区分所测锆石成因，会给所得年龄的解释带来很大困难。本文阐述了不同成因变质锆石的内部结构及地球化学特征，以期为变质锆石的成因分析及测年数据合理解释提供参考。 标签：变质锆石；U-Pb测年；成因类型 目前对于锆石的成因主要通过锆石的CL图像及Th/U比值来区分锆石为岩浆成因还是变质成因的。一般认为具有振荡环带且Th/U比值较高的（>0.4）锆石为典型岩浆成因的，但并非所有具有这种特征的锆石都是岩浆成因的，有些变质过程中形成的锆石不仅可能具有振荡环带，而且其Th/U比值也有可能较高（>0.7），若将这类锆石鉴定为岩浆锆石，就可能得出错误的结论。因此在判别锆石成因时，还应结合地球化学、基础地质等因素进行合理解释。 1 内部结构 变质锆石根据其形成时的变质作用大体可分为变质增生、深熔、蜕晶化、重结晶和流体改造五种，由于其成因、形成环境等的多样性，决定了其内部结构也非常繁杂，典型的内部结构有无分带、弱分带，扇形分带等（图1）。而对于不同成因的锆石，又具有其优势的内部结构（图2），为鉴别锆石成因提供了一定的依据。 2 各成因类型地球化学特征 2.1 变质增生 变质增生锆石从结构上可分为无继承核和有继承核两类，前者属完全变质新生锆石，其具有多晶面状-不规则状-规则外形；后者在继承核外围形成增生边，与原岩残留锆石之间界限清楚，边界截然，晶核形态变化多样，内部通常较均匀，晶核中有时可保留原生的生长结构。增生锆石中是否含晶核与原岩中是否富含碎屑锆石密切相关，若富含碎屑锆石，变质锆石中则多含有晶核。 变质增生锆石的Th/U比值受变质流体、共生矿物组成及变质锆石的生长速率等因素的影响[1]。U在流体中的活动性比Th强，所以变质流体一般富U贫Th，从这种类型的流体中结晶的锆石常常具有较低的Th/U比值。此外，在锆石结晶同时如有富Th矿物结晶同样会造成Th/U比值的降低。REE含量主要取决于变质流体中REE含量及形成时的环境，其形成时如有富含HREE的矿物晶出，则锆石HREE含量显著降低。
成因矿物学复习资料 一、名词解释（阐述下列概念，要求举例说明，5*8=40分）） 1、成因矿物学：是研究矿物及矿物共生组合的形成（发生、成长）、演化（存在、变化）的过程和条件，以及反映该过程和条件的标志和信息的矿物学特征的一门基础地质科学。最终与其他地质学科相结合，从阐明矿物的形成、演化机理入手，解决基础地质研究及找矿勘探中的理论和实际问题。 例如锡石的形态及物性特征在一定程度上可以揭示其形成时的地质环境、地球化学背景、物理化学条件等信息。伟晶岩型：{111}为主，Nb、Ta含量高，黑色；热液型：{110}+{111}为主，含Nb、Ta，W、Zr含量高，褐色；接触交代型：{110}为主，不含Nb、Ta，富含Ag、Cu、Pb及Zn，褐色； 2、矿物标型：矿物标型是一种地质成因信息的标志，是一种矿物及其共生组合和组构对其形成环境的表征。这种表征可以通过标型矿物、标型组合、标型组构以及矿物的标型特征去实现。即根据矿物及矿物组合的形态、成分、性质、成因产状等特征及其彼此间的内在联系、对介质的依赖关系等信息，寻找反映介质状态和条件的宏观标志（形态、物性及组构等）和微观标志（成分、同位素特征、晶胞参数、有序—无序结构、类质同像、同质多像、多型等），即矿物的标型性。例如锆石在不同的岩石组合中具有不同的晶体形态，利用锆石的晶体形态判断其形成环境的过程就是矿物标型。A.碱性火山岩，或偏碱性花岗岩，锆石为粒状；B.正常花岗岩，锆石为短柱状；C.中-基性火山岩，锆石为长柱状。 3、标型矿物：在特定的条件下形成的矿物，这种矿物可作为一定形成条件的标志。例如：斯石英只产生于陨石冲击坑中，是高压冲击变质成因的标志矿物。 4、封闭体系和开放体系：将由地质作用形成的岩石或矿石等视为热力学体系。严格讲，自然地质作用多为开放体系。为了研究问题方便，人们一般将岩浆岩、角岩及狭义的区域变质岩视为近封闭体系，而把接触交代岩、混合岩，以及各种外生成岩作用形成的岩石视为开放体系。封闭体系特征：①物质不变，但其浓度、体积可以发生变化的体系；②该体系与外界环境只有能量交换，而无物质交换。自然界中的封闭体系多为近似的封闭体系。开放体系特征：在一定条件下可以交换物质的体系，既有能量交换，又有物质交换。 5、矿物共生组合：同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）所形成的不同矿物共存于同一空间。即：同时形成或从同一来源的成矿溶液中依次析出的矿物构成矿物的共生组合。体系中的组分及物理化学条件决定着矿物的共生组合。因此，矿物共生组合是反映其形成条件的重要标志，是成因矿物学研究的一个重要方面。例如在不同的温度环境下有不同的元素、矿物组合。高温热液作用（矿床）：W、Sn、Bi、Mo，黑钨矿、锡石、辉铋矿、辉钼矿；中温热液作用（矿床）：Cu、Pb、Zn，黄铜矿、黄铁矿、方铅矿、闪锌矿；低温热液作用（矿床）：Sb、Hg、As，辉锑矿、辰砂、雄黄、雌黄。 6、矿物共生分析：应用热力学方法，研究岩石和矿床的形成条件，共生矿物的析出途径，彼此替代关系的顺序。如：超基性岩——橄榄石、斜方辉石、普通角闪石、基性斜长石、铬石榴石、铬铁矿、次生蛇纹石等，不会出现石英。 7、矿物相律：p ≤c，它表示在一定的P—T范围内，同时稳定存在的矿物相的最大数目（p），小于或等于组成该岩石的独立组分的数目（c）。意义：①在一定的P-T范围内，同时稳定存在的矿物相的最大数目(p) 等于组成该岩石的独立组分的数目(c) ，即n个组分组成的体系中，共存矿物不会超过n种；②确定矿物组合的规律；③只适用于封闭体系。例如：由SiO2+Al2O3构成的2元体系，在任意T和P条件下，达到平衡时，则共存矿物数量应为2（或≤2）。蓝晶石、红柱石、夕线石、刚玉和石英中都存在以上两种组分，但在平衡条件下，不可能有两个以上的矿物稳定存在。
第50卷 第6期 2005年3月 快 讯 南华-震旦系界线的锆石U-Pb 年龄 储雪蕾① Wolfgang Todt ② 张启锐① 陈福坤① 黄 晶① (① 中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100029; ② Max-Planck-Institut für Chemie, 55020 Mainz, Germany. E-mail: xlchu@https://www.doczj.com/doc/3016791006.html, ) 中国地层委员会在2001年通过了中国的新元古代三分方案, 新建南华系[1,2]. 新的系顶界置于陡山沱组之底; 以冰期有关的地层从原震旦系分出, 命名 为南华系[1~3], 取意于刘鸿允先生的“南华大冰期”[3,4] . 2004年3月, 国际地科联(IUGS)又批准设立了Edicaran 系, 其GSSP 定在澳大利亚南部沿Enorama Creek 出露的冰成岩石之上, 即结构和化学都与众不同的层状碳酸盐岩的底界[5]. 如此, 中国的南华-震旦系界线对应着国际上的Cryogenian-Ediacaran 界线, 而Ediacaran 系就相当于中国的震旦系. Cryogenian-Ediacaran 界线年龄原估计在610~ 635 Ma 之间[5]. 不久前, 在纳米比亚剖面的Ghaub 组火山灰层获得了635.5±1.2 Ma 这个精确的锆石U-Pb 年龄[6], 现已被广泛地接受作为Marinoan 冰期结束的年龄[7,8]. 可是, 在2001年公布的中国区域年代地层 (地质年代)表中, 还将南华-震旦纪界线定在680 Ma [1,2]. 然而, 瓮安陡山沱组磷块岩的Lu-Hf 和Pb-Pb 定年表明, 南华-震旦系界线的年龄应在大约600~ 610 Ma 附近 [9,10], 与全国地层年表给出的680 Ma [1,2]相差甚远, 也与Cryogenian-Ediacaran 界线的年龄不同. 本文发表的吴坞剖面南沱冰成岩石上火山灰层中的锆石U-Pb 年龄数据, 为南华-震旦系界线的年龄提供直接限定. 江西上饶市北8 km 的吴坞村附近出露一套相当连续的中上新元古界地层层序[4], 如图1所示. 上饶 地区的南华系休宁组分上、下两段, 由一套杂色含砾或不含砾的粗砂岩到粉砂岩、泥岩组成, 夹有沉凝灰岩; 其上覆的南沱组为浅灰色含砾沉凝灰岩、灰黑色含砾硅质粉砂岩夹硅炭质页岩, 即冰海沉积物或杂砾岩; 震旦系兰田组直接覆盖在南沱组上, 由黑色含 图1 吴坞剖面附近地质简图 Nh 1x 2-1: 南华系休宁组二段下亚段; Nh 1x 2-2: 南华系休宁组二段上亚段; Nh 2n : 南华系南沱组; Z 1l : 震旦系兰田组; Z 2p : 震旦系皮 园村组; 1h : 寒武系荷塘组; 2y : 寒武系杨柳组; O 1y : 奥陶系印渚埠组; O 1n : 奥陶系宁国组 600 https://www.doczj.com/doc/3016791006.html,
锆石颗粒较小且磨蚀现象不明显，反映其搬运距离极短，大部分锆石具有振荡生长环带，指示了岩浆结晶的特征，仅有个别锆石具有薄的变质增生边，可能是经历一定程度的变质作用所致，指示它们的原岩主要是由同期或略早期的岩浆岩风化后就近沉积的产物。文章结构较简单，锆石数据、谐和图、直方图。（谷丛楠,2012;现代地质；内蒙古白乃庙地区白音都西群的碎屑锆石年龄及其构造意义） 在样品89-2405B中，锆石颗粒大小约50~100μm，形状多属圆形和次圆形，具典型碎屑锆石特征，CL图像显示其内部没有明显的环带。样品SD2-14中锆石颗粒直径约为50~100μm，此样品共进行26粒锆石27个点的测定。根据颗粒大小形状及阴极发光特征，锆石可分为两组类型来探讨.其中第一组锆石形状浑圆，无或具有不明显的环带，表明它们经历过一定距离的搬运和磨蚀作用，为碎屑锆石；另一组锆石形状多为长椭圆形，局部具有振荡环状。样品87-1001H中锆石颗粒直径约在100μm左右，形状多为椭圆形，锆石中无或具有不明显的振荡环带，部分锆石型态为圆形和破裂状，是在侵蚀、搬运、沉积等作用时所造成，表现为碎屑锆石特征。 碎屑锆石——原岩年龄：本研究利用SHRIMP定年法取得龙首山岩群最上部层位的三件变质沉积岩单颗粒碎屑锆石62个有地质意义的年龄数据。三件变质沉积岩碎屑锆石U-Pb年龄皆介于 1.7~2.7Ga之间，最年轻锆石年龄为(1724±19)Ma。此数据可以认定为沉积作用完成的最大年龄，故可合理推测龙首山岩群变质沉积岩固结成岩作用年龄必小于(1724±19)Ma。 成岩之后的变质年龄，本文没从锆石中获得；我自己的论文中，可从变质锆石中获得变质年龄。 物源分析：比对碎屑锆石的年龄频谱和周围古老地块岩浆岩的年代, 显示龙首山岩群变质沉积岩的沉积物, 可能来自阿拉善地块和塔里木地块。（董国安，2007；科学通报；龙首山岩群碎屑锆石SHRIMP U-Pb 年代学及其地质意义）
一、基本原理 1、锆石的物理性质 锆石的主要成分是硅酸锆，化学分子式为Zr[SiO4]，除主要含锆外，还常含铪、稀土元素、铌、钽、钍等。由于锆石常含有Th 、U ，故测定锆石中的Th/U 的含量的由它们脱变而成的几种铅同位素间的比值以及它们与U 的比值，可测定锆石及其母岩的绝对年龄。由于Pb 同位素很难进入锆石晶格，锆石结晶时的U 与Pb 发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb 同位素定年。此外，越来越多的研究表明，锆石环带状增生的形象十分普遍，结合微区定年法就可以反映与锆石生长历史相对应的地质演化过程。锆石同时还是很可靠的“压力仓”，能够保存来自其母岩或早期变质作用的包裹物。 锆石晶体呈四方双锥状、柱状、板状。锆石颜色多变，与其成分多变有关；玻璃至金刚光泽，断口油脂光泽；透明至半透明。解理不完全；断口不平坦或贝壳状。硬度7.5-8。相对密度4.4-4.8，性脆。当锆石含有较高量的Th 、U 等放射性元素时，据放射性，常引起非晶质化，与普通锆石相比，透明度下降；光泽较暗淡；相对密度和相对硬度降低；折射率下降且呈均质体状态。锆石按成因分为高型锆石和低型锆石。宝石学中依据锆石中放射性元素影响折光率、硬度、密度的程度将它分为“高型”、“中间型”、“低型”三种。锆石属四方晶系。晶体形态呈四方柱和四方双锥组成的短柱状晶形，集合体呈粒状。 强的晶格能和对Pb 的良好保存性，丰富的、可精确分析的U 含量和低的、可忽略的普通Pb 含量是其特点。锆石U-Pb 体系是目前已知矿物同位素体系封闭温度最高的，锆石中Pb 的扩散封闭温度高达900℃，是确定各种高级变质作用峰期年龄和岩浆岩结晶年龄的理想对象。另外，锆石中含有较高的Hf 含量，大多数锆石中含有0.5－2%的Hf ，而Lu 的含量较低，由176Lu 衰变成的176Hf 极少。因此，锆石的176Hf/176Lu 可以代表锆石形成时的176Hf/177Hf 初始比值，从而为讨论其成因提供重要信息。 2、锆石U-Pb 定年原理 自然界U 具有3个放射同位素，其质量和丰度分别是：238U （99.275%），235U （0.720%），234U(0.005%)。234U 是238U 衰变的中间产物。238U 和235U 通过一系列中间子体产物的衰变，最后转变成稳定同位素206Pb 和207Pb 。Th 只有一个同位素232Th,属放射性同位素。自然界存在的其他U 、Th 同位素都是短寿命的放射性同位素，数量极微。238U 、235U 、232Th 衰变反应如下： E Pb Th E Pb U E Pb U +++?→?+++?→? +++?→? ???βαβαβα462084768232 207235206238 206Pb 和207Pb 的衰变常数分别为λ238 =1.55125*10-10a -1， λ235=9.8485*10-10a -1。 Pb 有四种同位素：204Pb 、206Pb 、207Pb 、208Pb ，都是稳定同位素，其中仅204Pb 是非放射成因铅，其余3个同位素既有放射成因组分，又有非放射成因组分，它们分别是238U 、235U 、232Th 竟一系列衰变后的最终产物。U-Pb 年龄测定基于238U 和235U 放射同位素的衰变过程，其年龄可以用下面公式计算： ]1ln[(1238*206 238 +=U Pb t λ （1） ]1)ln[(1235*207 235+=U Pb t λ （2）
锆石的成因矿物学研究 摘要：锆石是一种分布范围广，稳定性极强，封闭温度高的富矿物；并且锆石中普通铅含量较低，铀钍较为富集。锆石的成因主要有岩浆成因，变质成因，热液成因。区分锆石不同成因的方法可从以下几方面考虑：a 从锆石的结晶习性，环带b 从锆石的地球化学特征，c从锆石的包裹体矿物，d 从微区拉曼的图像特征等方面来区分。 关键词：锆石成因；岩浆成因；变质成因；热液成因 由于锆石分布于三大岩中，且记录信息丰富，所以弄清锆石的成因不仅可以还原锆石的形成环境，还可以演绎当时的地质过程。 1岩浆成因锆石 1.1岩浆成因锆石的晶体形态及其环带：岩浆成因锆石一般较为自形，为四方柱，四方锥，复四方双锥形，无色透明。岩浆成因的锆石一般有振荡环带；在基性岩中由于成岩温度较高，微量元素扩散较快，环带较宽；在偏酸性岩石中由于成岩温度较低，微量元素扩散较慢，环带较窄且CL为亮色。 1.2岩浆成因的锆石地球化学特征：岩浆成因的锆石铀，钍含量比较高，铀钍比值较高（一般大于0.4）且REE分布较为均匀，HREE较为富集，正Ce异常，适度的Eu负异常；岩浆成因的锆石由核部至边缘ZrO2/HfO2减小而HfO2，UO2，ThO2含量增多 1.3岩浆成因锆石包裹体矿物：岩浆成因的锆石结晶时难免会包含一些矿物和包裹体如金红石，磷灰石，熔体包裹体。 1.4岩浆成因锆石的拉曼光谱特征：岩浆成因锆石由核部至边缘拉曼
峰强度减小并且Δ355值减小. 图2 不同类型岩浆锆石的CL 图像 (a) 辉长岩中的岩浆锆石; (b) 花岗岩中的岩浆锆石和残留核; (c) 花岗岩中的扇形分带锆石. (a) 引自赵子福等人[41] , (b)和(c)分别为大别山主薄 源和北淮阳花岗岩样品(本文) 图3岩浆型锆石从晶体核至边缘(1→5)喇曼光谱图 (a)T9305; (b)9303; (c)M -y-1; (d)M -y-2 Fig. 3Raman spectra from core to rim (1→5) ofmagmatogenic zircons
岩矿物理化学读书报告 锆石基本特征及地质应用 专业：矿物学、岩石学、矿床学 学号：2001110084 学生姓名：朱维娜 任课教师：罗照华 完成时间：2012年4月29日
锆石基本特征及地质应用 摘要：锆石是自然界中一种常见的副矿物，广泛存在于岩浆岩、变质岩和沉积岩中。锆石的形成过程非常复杂，可分为岩浆锆石、热液锆石和变质锆石，每种锆石都有其独特的晶体形态、地球化学元素组成和包裹体等特征，并可以此作为区分锆石类型的依据。另外，锆石由于具有稳定的晶体结构、高U、Pb含量、低的普通Pb含量及高的封闭温度而被广泛应用与U-Pb同位素定年中。除在定年上有重要意义外，锆石还可用于指示岩石的形成与演化过程，岩石成因和物质来源等重要信息。 关键字：锆石基本特征地质应用 1前言 锆石是自然界中一种常见的副矿物，广泛存在于岩浆岩中，另外也可存在与变质岩和沉积岩中。由于锆石具有非常稳定的晶体结构，使得其能在各种地质环境中结晶并很好的保留下来。此外，锆石中富含U、Th等放射性元素，普通Pb含量低，离子扩散速度低，封闭温度高，可达900℃（Lee J et al.,1997;Cherniak D J et al.,2000），所以成为了U-Pb定年法的理想对象。 2锆石的分类 锆石的形成环境及过程非常复杂，根据其成因可大致分为岩浆锆石、热液锆石和变质锆石三大类。其中变质锆石最为复杂，不同变质环境和变质程度下形成的锆石又分别具有不同的特征和指示意义。 锆石内部经常出现复杂的分区，每一区域可能都记录了锆石所经历的结晶、变质、热液蚀变等复杂的历史过程（Crofu F et al.,2003;吴元保和郑永飞，2004）。 锆石的内部结构特征可借助HF酸蚀刻图像、背散射电子图像和阴极发光电子图像（吴元保和郑永飞，2004）进行观察，可借助离子探针、激光探针、电子探针、质子探针、X射线荧光探针等实验进行化学成分的测定，从而帮助我们对锆石分类和特征作进一步的了解。 3岩浆锆石 岩浆锆石是指直接从岩浆中结晶形成的锆石（李长民，2009）。可较好的指示原岩的形成时间。 3.1岩相学特征 岩浆锆石一般自形程度较高，通常为半自形到字形，粒径20~250μm（Hoskin P W O et al., 2003）产于金伯利岩及其他相关岩石中的锆石常为它形且粒径较大（Crofu F et al.,2003; Belousova E et al.,1998;Konzett J et al.,1998）。
锆石的化学成分研究 摘要：在分析前人资料的基础上，简要地介绍了锆石的化学成分等特征。通过Ｘ－射线荧光光谱分析和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）对部分矿区的锆石的化学成分进行了研究。 关键词：锆石结构形态化学成分微量元素非晶质化 锆石简介 锆石是一种硅酸盐矿物，它是提炼金属锆的主要矿石，含有Hf、Th、U、TR等混入物。锆石的主要化学成分：硅酸锆；化学组成为Zr[SiO?]，晶体属四方晶系的岛状结构硅酸盐矿物。晶体呈短柱状，通常为四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形。锆石颜色多样，有无色、紫红、金黄色、淡黄色、石榴红、橄榄绿，香槟，粉红，紫蓝，苹果绿等，一般有无色、蓝色和红色品种。色散为0.039（高）。光泽为强玻璃光泽至金刚光泽。无解理。摩氏硬度6～7.5，比重大，密度：多数在3.90～4.73 g/cm3。高型：4.60～4.80 g/cm3。中型：4.10～4.60 g/cm3。低型：3.90～4.10 g/cm3。 锆石的化学成分 理论化学组成(wB%)：ZrO267.22%，SiO2 32.78%。有时含有MnO、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、TR2O3、ThO2、U3O8、TiO2、P2O5、Nb2O5、Ta2O5、H2O等混入物。H2O、TR2O3、U3O8、(Nb,Ta)2O5、P2O5、HfO2等杂质含量较高，而ZrO、SiO2含量相应较低时，其物理性质也发生变化，硬度和比重降低。锆石一般具弱放射性，有些锆石英因含U、Th等，因放射性较强而产生非晶质化现象，这种锆石硬度可降至6，比重可降至3.8。因而形成多种变种：山口石，TR2O3 10.93%，P2O5 17.7%；大山石，TR2O3 5.3%，P2O5 7.6%；苗木石，TR2O3 9.12%，(Nb,Ta)2O5 7.69%，含U、Th较高；曲晶石，含较高TR2O3、U3O8，因晶面弯曲而故名；水锆石，含H2O 3~10%；铍锆石，BeO 14.37%，HfO2 6.0%；富铪锆石，HfO2 可达24.0%。有些锆石因含U、Th等，由于放射性较强而产生非晶质化，变为非晶态。 锆石的结构形态 锆石是硅酸盐类矿物，按其物理性质和化学成份可分为高型和低型两个变种。结晶完整的晶体多为“高型”；晶体极差或无晶者为“低型”。由于放射性元素，使得锆石的内部结构遭到破坏，根据内部结构特点，分为高型锆石、中型锆石和低型锆石三种。但就宝石价值来说，高型锆石价值较高。 锆石的晶体属四方晶系，a0=0.662nm，c0=0.602nm；Z=4。结构中Zr与Si沿c轴相间排列成四方体心晶胞。晶体结构可视为由[SiO4]四面体和[ZrO8]三角十二面体联结而成。[ZrO8]三角十二面体在b轴方向以共棱方式紧密连接。
第17卷第1期2002年2月 地球科学进展 A DVANC E I N E AR T H S C I ENCE S V o l.17 N o.1 F e b.，2002 文章编号：1001-8166（2002）01-0085-06 盆地陆源碎屑沉积物对源区 构造背景的指示意义 闫 义，林 舸，王岳军，郭 锋 （中国科学院长沙大地构造研究所，湖南 长沙 410013） 摘 要：盆地陆源碎屑沉积物对源区构造演化有重要的指示作用，目前利用盆地陆源碎屑沉积物示踪源区，反演源区构造演化的方法很多，包括沉积碎屑组分分析方法、地球化学分析方法及同位素年代学方法等。结合实例分析，简要介绍了这几种方法目前的研究进展及存在问题。由于盆地沉积碎屑组分、副（重）矿物及地球化学方法仅能够提供源区物质组成方面的信息，因此在应用上有很大的局限性。而同位素年代学方法则可以提供源区年龄组成方面的信息，锆石U-P b及F T年代学的结合，是一种新的突破。结合区域构造背景，有选择地进行多种方法综合分析应是行之有效的手段。 关 键 词：盆地沉积物；源区背景；锆石U-P b年龄；锆石F T年龄 中图分类号：P54 文献标识码：A 1 前 言 盆地陆源碎屑沉积物既是盆地沉积和构造演化的直接证据和重要标志，也是源区隆升剥蚀的产物。包含了源区构造演化的诸多信息，反映了源区热构造事件及隆升剥蚀的特征。近年来，随着对沉积作用与构造环境之间关系研究的深入，特别是盆—山耦合关系研究的认识，人们愈来愈重视对盆地陆源碎屑沉积物特征与区域构造演化、盆地类型之间成因联系的研究，认为陆源碎屑沉积物是在区域构造背景控制下的物源区与沉积盆地有机结合配置的产物，也是揭示这种关系及其构造环境的重要标志，可以为盆—山耦合研究提供新的途径和方法。很早人们就开始利用盆地陆源沉积物碎屑组分、副（重）矿物及元素地球化学特征来示踪源区，进而探讨源区构造演化的研究。但由于盆地物源的多样性，不同物源区贡献的差异，以及碎屑物搬运过程中的分异作用等因素的影响，使得源区示踪存在某种程度的多解性。近年来国外研究者开始尝试应用同位素年代学方法进行这方面的研究，如通过对沉积物中锆石U-P b年龄谱及F T年龄的测试，来获取源区构造演化的年代学信息，进而界定源区。同位素年代学方法的应用可以从沉积物中获取源区年龄组成的信息，拓展了由盆地陆源沉积物示踪源区的途径和方法，可以更加全面地了解源区信息，但这种方法对再沉积锆石年龄的解释及源区低温热构造年龄信息的提取尚存在局限。因此为了更加准确地示踪源区，反演源区构造演化，应根据不同研究区特征，在详细了解区域构造演化的基础上，有选择地进行多种方法的综合研究，全面获取源区的物质组成及年龄组成的信息。 2 陆源沉积物碎屑组分对源区构造背景的指示 砂岩的研究在沉积学领域一直占有重要的位置，作为大陆的风化—沉积旋回产物，不仅直接记录了沉积物的母岩组合，改造强度及沉积环境等信息， 收稿日期：2001-03-30；修回日期：2001-06-08． *基金项目：国家自然基金项目“山脉隆升剥蚀的盆地沉积物记录———以北票盆地为例”（编号：49972045）资助． 作者简介：闫义（1973-），男，内蒙古赤峰市人，在读博士生，主要从事大地构造及盆山耦合方面研究．E-m a i l：y any i yyl ＠263. n et
锆石的阴极发光图像欣赏 （周剑雄供稿zjx@https://www.doczj.com/doc/3016791006.html,） 锆石是进行同位素地质年代及岩石成因研究的重要矿物，由于锆石晶体所记录的地质历史信息的丰富性和复杂性，近年来，对锆石的各种研究，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或颗粒锆石发展到了锆石的显微（微区）分析（microanalysis），而所有这些微区分析都是以锆石的内部显微形态结构的研究为基础的，阴极发光是揭示锆石内部显微形态结构的最好手段，所以，没有进行锆石阴极发光特征的首先研究，就没有真正意义的微区分析。 另一方面，对于锆石的阴极发光现象的研究，无论是国内，还是国外又相对的滞后。千变万化的锆石阴极发光图象（见附图版）常常给研究者带来了无数疑团：为什么在一块小小的岩石中常常出现如此多样的阴极发光图象，它们的成因是什么？它们意味着什么？……这正表明了本项研究是急需探索的一个新领域。 锆石研究是当前地学中一个重要的研究热点，而锆石的阴极发光研究是这些研究热点的基础。仅在锆石的年代学研究中，每年国内需要挑选数以千计的岩石中的锆石样品，测年数据上万个。涉及到的地质问题极为广泛，包括我国各省的区域填图中的地质时代问题和许多地质体、矿体及其有关的大地构造活动的时序研究等许多重大课题，如我国一些地质构造的演化、高压带的演化、我国老地层的时序、花岗岩的演化等，所涉及的研究经费得以千万元计。尽管微区测年技术（如离子探针，激光ICPMS等）的发展为我们提供了对单颗锆石的不同晶域进行原位（in-situ）定年的可能，但正如西方研究人员所指出的那样：“锆石可能是唯一的一种矿物，它既能记录所经历的复杂历史，也有可能使这种记录变得非常混乱”（Mezger et al.,1997）。下图是近来由SHRIMP离子探针测得的华南某火山岩的年龄结果，由图可知，这个火山岩中锆石的年龄从800Ma到2000Ma都有，且极分散，虽然分析了二十多个年龄结果，但真正火山作用的年龄仍然不得而知。后经阴极发光仔细研究发现，年龄分析点的部位实际都不是火山成因的锆石，而真正火山成因的锆石晶域的年龄只有500Ma。
锆石特征及地质应用研究综述 摘要就前人对锆石的特征以及地质方面应用的研究进行总结性的论述。从锆石的微区原位测试方法，年代学，微量元素，稀土元素，同位素等特征入手，综合其他特征，突出说明锆石在地质研究中的重要性。 关键词锆石年代学微量元素稀土元素同位素 锆石（英文名称：zircon）是一种硅酸盐矿物，它是提炼金属锆的主要矿石。锆石广泛存在于酸性火成岩，也产于变质岩变质岩和其他沉积物中。锆石的化学性质很稳定，所以在河流的砂砾中也可以见到宝石级的锆石。锆石有很多种，不同的锆石会有不同的颜色，如红、黄、橙、褐、绿或无色透明等等。经过切割后的宝石级锆石很像是钻石。锆石可耐受3000℃以上的高温，因此可用作航天器的绝热材料。 针对用于锆石等副矿物测试的离子、激光、电子和质子探针等几种微区原位测试手艺各自的地质及特点，锆石U-Pb 实现了对统一锆石颗粒内部不合成因的锆石域进行原位春秋的分析,给出了有关寄主岩石的源岩、地质演化历史等首要信息,为地质过程的邃密春秋框架的成立供给了有用的路子。锆石微量元素、同位素特征是译解岩石来历和成因的指示器。锆石Hf 同位素已成功地用于地球早期历史、岩浆来历、壳幔彼此传染打动、区域大陆地壳增添的研究等;锆石氧同位素组成能有用地约束壳幔彼此传染打动和示踪岩浆来历等。 随着能够显示矿物内部复杂化学分区的成像手艺和高分辩率的微区原位测试手艺的成长和普遍应用,研究颗粒锆石等副矿物微区的化学成分、春秋、同位素组成及其地质应用等已成为国际地质学界研究的热点。锆石U2Pb 法是今朝应用最普遍的同位素地质年月学编制,锆石的化学成分、Hf 和O 同位素组成普遍应用于岩石成因、壳幔彼此传染打动、区域地壳演化的研究等,对地球上古老锆石的化学成分和同位素的研究是追朔地球早期历史的有用工具。 1 微区原位测试手艺 锆石等副矿物在地质学中的普遍应用与近年来原位分析测试手艺的快速成长密不成分。代写论文今朝已普遍应用的微区原位测试手艺首要有离子探针、激光探针和电子探针等。 2 锆石U-Th-Pb 同位素年代学 2. 1 锆石U-Th-Pb 同位素系统特征及定年进展 因为锆石具有物理、化学性质不变,通俗铅含量低,富含U 、Th[ w (U) 、w ( Th) 可高达1 %以上] ,离子扩散速度很低,封锁温度高档特点,是以锆石已成为U-Pb 法定年的最理想对象。
1、花岗岩 花岗岩属火成岩，由地下岩浆喷出和侵入冷却结晶，以及花岗质的变质岩等形成。具有可见的晶体结构和纹理。它由长石（通常是钾长石和奥长石）和石英组成，搀杂少量的云母（黑云母或白云母）和微量矿物质，譬如：锆石、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿和榍石等等。花岗石主要成分是二氧化硅，其含量约为65%—85%。花岗石的化学性质呈弱酸性。通常情况下，花岗岩略带白色或灰色，由于混有深色的水晶，外观带有斑点，钾长石的加入使得其呈红色或肉色。花岗岩由岩浆慢慢冷却结晶形成，深埋于地表以下，当冷却速度异常缓慢时，它就形成一种纹理非常粗糙的花岗岩，人们称之为结晶花岗岩。花岗岩以及其它的结晶岩构成了大陆板块的基础，它也是暴露在地球表面最为常见的侵入岩。 尽管花岗岩被认为是由融化的物质或者岩浆形成的火成岩，但是有大量证据表明某些花岗岩的形成是局部变形或者先前岩石的产物，它们未经过液态或者融化过程而重新排列和重结晶。 花岗岩的比重在到之间，其抗压强度为1,050~14,000 千克/平方厘米 （15,000~20, 000磅/平方英寸）。因为花岗岩的强度比沙岩、石灰石和大理石大，因此比较难于开采。由于花岗石形成的特殊条件和坚定的结构特点，使其具有如下独特性能： （1）具有良好的装饰性能，可适用公共场所及室外的装饰。 （2）具有优良的加工性能：锯、切、磨光、钻孔、雕刻等。其加工精度可达μm以下，光度达1600以上。 （3）耐磨性能好，比铸铁高5-10倍。 （4）热膨胀系数小，不易变形，与铟钢相仿，受温度影响极微。
（5）弹性模量大，高于铸铁。 （6）刚性好，内阻尼系数大，比钢铁大15倍。能防震，减震。 （7）花岗石具有脆性，受损后只是局部脱落，不影响整体的平直性。 （8）花岗石的化学性质稳定，不易风化，能耐酸、碱及腐蚀气体的侵蚀，其化学性与二氧化硅的含量成正比，使用寿命可达200年左右。 （9）花岗石具有不导电、不导磁，场位稳定。 通常，花岗岩分成三个不同的类别： 1. 细粒花岗岩：长石晶体的平均直径为1/16~1/8英寸。 2. 中粒花岗岩：长石晶体的平均直径约为1/4英寸。 3. 粗粒花岗岩：长石晶体的平均直径约为1/2英寸和直径更大的晶体，有的甚至达到几个厘米。粗粒花岗岩的密度相对较低。 2、大理石 大理石由沉积岩和沉积岩的变质岩形成，是石灰石重结晶形成后的一种变质岩，通常伴随有生物遗体的纹理。主要成分是碳酸钙，其含量约为50%-75% ，呈弱碱性。有的大理石含有一定量的二氧化硅，有的不含有二氧化硅。颗粒细腻（指碳酸钙），表面条纹分布一般较不规则，硬度较低。大理石的成分极其结构特点使其具有如下性能： （1）良的装饰性能，大理石不含有辐射且色泽艳丽、色彩丰富，被广泛用于室内墙、地面的装饰。具有优良的加工性能：锯、切、磨光、钻孔、雕刻等。
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟 锆石(锆英石)(Zircon) Zr［SiO4］【化学组成】常含有Hf、Th、U、TR 等混入物，当其中一些混入物达一定含量时可形成许多变种。如山口石(TR2O31093%;P2O5177%)、水锆石(含水量一般为3%～10%)、曲晶石(含较高的TR 及U，放射性使晶面弯曲而故名)、富铪锆石(HfO2 可达24%)等。由于锆石中常含Th、U，故测定锆石中Th/U 的含量和由它们蜕变而成几种铅同位素间的比值和它们与U 的比值，可 测定锆石及其母岩的绝对年龄。由于Pb 元素很难进入锆石晶格，锆石结晶时 U 与Pb 发生强烈分馏，因此锆石是良好的U-Pb 同位素定年对象。此外，越来越多的研究表明，锆石环带状增生的现象十分普遍，结合微区定年法可以反映 与锆石生长历史相对应的地质演化过程。锆石同时还是很可靠的压力仓（pressurevessel），能够保存来自其母岩或早期变质作用的包裹物。20 世纪末开始在一些具有争议性的变质带展开了一系列针对锆石的包裹物检测和微区定 年工作，成效显着（Vavraetal.,1996,Hermanetal.,2001,Katayamaetal.,2001）。【晶体结构】四方晶系；a0=0.662nm,c0=0.602nm;Z=4。在结构中，［SiO4］四面体呈孤立状，彼此借助Zr4 相联结；且二者在c 轴方向相间排列。Zr4+的 配位数为8，呈由立方体特殊畸变而成的［ZrO8］配位多面体。整个结构也可 视为由［SiO4］四面体和［ZrO8］多面体联结而成。 【形态】晶体呈四方双锥状，柱状，板状(图G-1)，可依(011)成膝状双晶。 图G-1 锆石的晶体 (其中(a)、(b)、(c)、(d)、(e)引自潘兆橹，1993，(f)据赵珊茸，产于福建魁歧 岩体晶洞中) 四方柱:m｛110｝,a｛100｝;四方双锥:p｛111｝,u｛331｝;复四方双锥:x ｛311｝