锆石的成因矿物学研究

沉积物锆石示踪研究进展张硕;杨立辉;董有进;赵亚军【摘要】锆石是指示沉积物物质来源的重要矿物,通过几个典型指标来揭示物源区域与搬运过程.晶体形态反映锆石形成的酸碱环境与结晶温度,粒度指示源区距离与搬运力的变化,微量元素记录物源地地球化学信息与迁移过程,U-Pb同位素的示踪测定锆石的年龄特征及物源区在时间尺度上的变化特征和空间尺度上的多样性.结合最新的研究理论成果,重点探讨锆石物源示踪原理在沉积物研究中的应用,并对锆石示踪技术在应用过程中出现的问题及研究方向提出一些看法.【期刊名称】《西昌学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(033)001【总页数】6页(P58-63)【关键词】锆石;示踪原理;同位素;应用【作者】张硕;杨立辉;董有进;赵亚军【作者单位】安徽师范大学地理与旅游学院安徽自然灾害过程与防控研究省级重点实验室,安徽芜湖 241002;安徽师范大学地理与旅游学院安徽自然灾害过程与防控研究省级重点实验室,安徽芜湖 241002;安徽师范大学地理与旅游学院安徽自然灾害过程与防控研究省级重点实验室,安徽芜湖 241002;安徽师范大学地理与旅游学院安徽自然灾害过程与防控研究省级重点实验室,安徽芜湖 241002【正文语种】中文【中图分类】P588.1;P597+.3物源示踪是通过确定沉积物质来源及搬运路径，重建地球环境构造演化的过程[1,2]。

地球化学（如Sr-Nd，Hf元素）、矿物学（如方解石，白云石）、物理学（如热释光法，电子自旋共振测年法）、气象观测与模拟等方法作为探讨沉积物源的重要手段，已被地理学者运用到诸如黄土高原、近海海域等区域环境变迁的探索，并取得一些新的成果[3,4]。

经过不断的理论深入和实践改进，上述方法的运用越来越成熟。

锆石（Zircon）是单颗粒碎屑矿物微区分析的重要指示矿物，因其保存了大量的物源要素，成为物源研究所选择的示踪物质。

作为自然界最常见的副矿物之一，广泛存在岩浆岩、变质岩和沉积岩中[5]。

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。

锆石基础知识锆石的介绍锆石又称锆英石，日本称之为“风信子石”，它是十二月生辰石，象征成功，是地球上形成最古老的矿物之一。

因其稳定性好，而成为同位素地质年代学最重要的定年矿物，已测定出的最老锆石形成于43亿年以前。

锆石是一种性质特殊的宝石。

它有较高的折光率和较强的色散，无色或淡蓝色的品种加工后，象钻石一样有较强的出火现象。

由于它在外观上与钻石很相似，因而被誉为可与钻石媲美的宝石锆石是一种硅酸盐矿物，它是提炼金属锆的主要矿石。

锆石广泛存在于酸性火成岩，也产于变质岩和其他沉积物中。

锆石的化学性质稳定，因而经常保存与漂砂中，并作为碎屑物出现与沉积岩和沉积变质岩中，并且真正有开采价值的锆石是沙型锆石矿床。

在碱性岩和碱性伟晶岩中可富集成矿，著名的产地有挪威南部和俄罗斯乌拉尔。

锆石也常富集于砂矿中。

世界上重要的宝石级的锆石产于老挝、柬埔寨、缅甸、泰国等地。

中国东部的碱性玄武岩中也有宝石级的锆石。

锆石是提取锆和铪的最重要的矿物原料，也用于国防和航天工业。

按锆石的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。

就宝石价值来说，高型锆石价值较高锆石的形态特征锆石的结构形态锆英石在各种火成岩中作为副矿物产出;锆英石的化学性质稳定，因而经常保存与漂砂中，并作为碎屑物出现与沉积岩和沉积变质岩中，并且真正有开采价值的锆英石是沙型锆英石矿床。

在碱性岩和碱性伟晶岩中可富集成矿，著名的产地有挪威南部和俄罗斯乌拉尔。

锆英石也常富集于砂矿中。

世界上重要的宝石级的锆英石产于老挝、柬埔寨、缅甸、泰国等地。

中国东部的碱性玄武岩中也有宝石级的锆英石。

锆英石是提取锆和铪的最重要的矿物原料，也用于国防和航天工业。

锆英石是硅酸盐类矿物，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”。

锆石(锆英石）Zircon ZrSiO4
四方晶系，对称型，空间群I41/=amd；a0=653 nm，c0=0. 594nm;Z=4。

一般以单晶体出现，呈带双锥的柱状。

通常呈黄色至红棕色，灰色、绿色或无色者少见；金刚光泽，有时现油脂光泽；透明至半透明。

硬度7. 5;密度4. 6〜7g/cm3。

当其中Th、U等放射性元素含量较高时，具放射性，并常引起非晶质化。

锆石是三大岩类中分布广泛的副矿物，尤以花岗岩、碱性岩及有关的伟晶岩中更为常见，有时可富集成矿。

因其性质稳定，亦可富集于砂矿中。

锆石的晶体形态：A〜C一理想形态：a{ 100}、m{ 110}四方柱，P{111}四方双锥，x{311}复四方双锥;D—实际形态（与歪长石共生，2. 5cm，新疆）。

锆石是什么材料
锆石，化学成分为ZrSiO4，是一种常见的矿物，也是一种重要的工业材料。

它通常呈现出透明到半透明的外观，常见的颜色有白色、灰色、黄色、棕色等。

锆石在宝石学上也有着重要的地位，它的硬度和折射率使得它成为了珠宝和宝石加工中的重要材料之一。

锆石的主要成分是氧化锆和硅酸盐，这使得它具有一定的化学稳定性和耐磨性。

在工业上，锆石常常被用作耐火材料、陶瓷颜料、光学玻璃的原料，甚至是核反应堆的结构材料。

在珠宝加工领域，锆石也是一种常见的替代宝石材料，它的外观和性能使得它成为了一种广受欢迎的宝石替代品。

锆石的独特性质使得它在各个领域都有着重要的应用。

它的高熔点和耐火性使
得它成为了一种理想的耐火材料，常被用于制作耐火砖、耐火涂料等。

在陶瓷工业中，锆石常被用作颜料，它的高折射率和耐磨性使得它成为了一种理想的陶瓷颜料材料。

在光学玻璃的制作中，锆石也有着重要的应用，它的化学稳定性和光学性能使得它成为了一种理想的光学玻璃原料。

除了工业上的应用，锆石在宝石加工领域也有着重要的地位。

由于其外观和性
能与天然宝石相似，锆石常被用作宝石的替代品。

它的硬度和折射率使得它成为了一种理想的宝石替代品，常被用来制作项链、手链、耳环等饰品。

总的来说，锆石是一种具有多种应用的重要材料，它的化学稳定性、耐磨性和
光学性能使得它在工业和宝石加工领域都有着重要的地位。

随着科学技术的不断进步，相信锆石在更多领域会有着更广泛的应用。

锆石测年基本原理一、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。

锆石的阴极发光图像欣赏（周剑雄供稿zjx@）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。

珠宝生活：锆石珠宝学堂什么是锆石呢？什么是锆石呢？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。

锆石过去还被叫作锆英石或风信子石。

锆石可耐受3000℃以上的高温，因此可用作航天器的绝热材料。

锆石基本资料简介锆石又称锆英石，日本称之为“风信子石”，它是十二月生辰石，象锆石征成功。

（十二月生辰石还有绿松石、青金石）它的英文名字是Zircon，是地球上形成最古老的矿物之一。

因其稳定性好，而成为同位素地质年代学最重要的定年矿物，已测定出的最老的锆石形成于43亿年以前。

锆石为矿物名称，旧称锆英石，风信子石，透明者作为宝石，称锆石宝石。

其来源一说可能是在阿拉伯文“Zarkun”的基础上演变而来的，原意是“辰砂及银朱”；另一说认为是来源于古波斯语“Zargun”，意即“金黄色”。

第一次正式使用“Zircon”是在1783年，用来形容来自斯里兰卡的绿色锆石晶体。

锆石的化学成分：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。

色散高，有金刚光泽。

无解理。

摩氏硬度7.5-8，比重大，达4.4-4.8。

锆石主要组成化学元素锆石主要组成化学元素：锆石理论组成(wB%)：锆石的水蚀卵石ZrO?67.1，SiO232.9。

有时含有MnO、CaO、MgO、Fe2O3、Al?O3、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ZrO2、SiO2含量相应较低时，其物理性质也发生变化，硬度和相对密度降低，且常变为非晶态。