从阴极发光图像和微量元素特征看锆石成因
锆石U_Pb同位素定年的原理_方法及应用_高少华
立年龄； 定年方法各有优缺点，应用时应根据从样品中分选出的锆石数量、粒度、内部结构、定年精度等因素，
灵活选择； 锆石 U-Pb 年龄常用于沉积盆地物源分析、岩体的年代约束及成矿年代学与韧性剪切带定年中，应
用时要结合地质背景，对定年结果进行合理解释。
关键词： 锆石； U-Pb 同位素； 原理； 定年方法； 地质应用
收稿日期： 2013 － 04 － 11； 修订日期： 2013 － 05 － 30 作者简介： 高少华（ 1986 － ） ，男，在读硕士，专业方向： 沉积盆地物源分析研究。
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江西科学
2013 年第 31 卷
1 锆石的地球化学特征和内部结构
1． 1 锆石的地球化学特征 锆石 的 氧 化 物 中 ω （ ZrO2 ） 占 67． 2% 、ω
Abstract： This article discusses geochemical characteristics and internal structure of zircon，the principle of zircon U-Pb isotopic dating，the advantages and disadvantages of dating method and the application of geological problems through consulting a large number of Chinese and foreign literature and combined with the author's experiments． The results show that magmatic zircon and metamorphic zircon in geochemical and internal structure have different characteristics． Principle is that by using of the U-Pb decay equation getting three independent ages of 206 Pb / 238 U、207 Pb / 235 U and 207 Pb / 206 Pb． Dating methods have advantages and disadvantages，please accord to the quantity，size，internal structure and factors such as accuracy of sorting out the zircons from samples，selecting dating methods flexibly． Zircon U-Pb age is often used in the analysis of the sedimentary basin provenance，in the age constraint of some rock and metallogenic chronology and ductile shear zone． The dating results are reasonable explanation to combined with the geological background． Key words： Zircon，U-Pb isotope，The principle，Dating method，The geological applications
一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法[发明专利]
![一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/9fc1dd02a22d7375a417866fb84ae45c3a35c245.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011557275.7(22)申请日 2020.12.25(71)申请人 核工业北京地质研究院地址 100029 北京市朝阳区小关东里十号院(72)发明人 王生云 范洪海 王凤岗 陈金勇 朱泉龙 王伟 宋振涛 (74)专利代理机构 核工业专利中心 11007代理人 高安娜(51)Int.Cl.G01N 27/626(2021.01)G01N 1/32(2006.01)(54)发明名称一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法(57)摘要本发明属于锆石类型鉴定技术领域，具体涉及一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法。
制备锆石样品靶；对锆石进行原位微量元素组成分析；利用球粒陨石标准化稀土元素配分曲线结合微量元素特征判别锆石成因。
本方法涵盖面广、准确性高、时效性好。
对判别锆石成因类型经济、有效，推广应用前景广阔；能够原位、简单、快捷、精确的判别锆石成因类型，为认识地质作用过程和推动地球科学的发展提供技术支撑。
权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 112748175 A 2021.05.04C N 112748175A1.一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)制备锆石样品靶；步骤2)对锆石进行原位微量元素组成分析；步骤3)利用球粒陨石标准化稀土元素配分曲线结合微量元素特征判别锆石成因。
2.如权利要求1所述的一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法，其特征在于：所述的步骤1)将锆石样品(数量≥30)用双面胶粘在适于开展激光等离子质谱的靶上形成锆石样品靶。
3.如权利要求2所述的一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法，其特征在于：所述的步骤1)将锆石样品(数量≥30)用双面胶粘在适于开展激光等离子质谱的靶上之后，用无色透明的环氧树脂固定，固化之后将表面抛光，形成锆石样品靶。
北秦岭地体秦岭岩群(杂岩)中伟晶岩脉内蜕晶质化锆石的成因
北秦岭地体秦岭岩群(杂岩)中伟晶岩脉内蜕晶质化锆石的成因裴小利;时毓;梁斌;刘希军;丁海红;朱昱桦【摘要】对北秦岭地体秦岭岩群(杂岩)中的伟晶岩脉内的锆石进行了阴极发光和U-Pb年代学研究.结果表明:由于伟晶岩中的(蛤质)锆石发生蜕晶化作用或重结晶作用,U-Th体系发生了改变,其锆石阴极发光图像呈黑色,无明显环带;对4条伟晶岩脉中的蜕晶质化锆石进行的LA-ICP-MS定年显示,由于受蜕晶质化(蛤质)锆石内部Pb元素丢失的影响,其年龄多较为分散,可信度不高.只有1个样品(QL1434-1)显示了较好的谐和性,指示该伟晶岩脉的形成年龄约为380 Ma,归于晚古生代早期.【期刊名称】《桂林理工大学学报》【年(卷),期】2015(035)004【总页数】11页(P675-685)【关键词】蜕晶质化;伟晶岩;锆石U-Pb年代学;秦岭岩群(杂岩);秦岭造山带【作者】裴小利;时毓;梁斌;刘希军;丁海红;朱昱桦【作者单位】桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西桂林541004;桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西桂林541004;南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京210093;桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西桂林541004;桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西桂林541004;南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京210093;江苏省有色金属华东地质勘查局,南京210007;桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】P597.3;P588.131秦岭造山带呈东西向横亘于中国大陆中部,是华北克拉通与扬子克拉通之间的碰撞汇聚带,在整个东亚中部构造格局中占有重要地位。
根据其地质特征及关系,秦岭造山带可分为北秦岭和南秦岭。
通常,北秦岭被认为是华北南缘或独立微陆块的一部分,而南秦岭被认为是扬子北缘的组成部分。
锆石在地质研究中的应用
2021.08科学技术创新锆石在地质研究中的应用夏浪(成都理工大学,四川成都610000)锆石一直被视为具有高度稳定性的矿物,具有能持久保持矿物形成时的物理化学特征,富含U 、Th 等放射性元素、离子扩散速率低、封闭温度高等特点,因此被广泛于岩石学、地球化学研究中。
近年来微区定年技术发展,锆石更加成为了U -Pb 定年的理想对象。
本文从锆石岩相学、地球化学、包裹体等方面阐述锆石在地质领域研究中的应用方向。
1锆石矿物学和岩相学特征锆石的化学式为Zr Si O 4,含有H f ,Th ,U 等混入物,在岩浆岩矿物中含量较低,一般是以副矿物的形式存在。
在岩浆结晶分异演化过程中,根据鲍文反应序列分为连续和不连续系列。
岩浆中先后结晶出橄榄石、辉石、角闪石等暗色矿物,斜长石伴随暗色矿物且牌号递减依次结晶出来,从基性向酸性斜长石演化。
Zr 在基性岩浆中不饱和,锆石难结晶出来,而在酸性岩浆中饱和可以晶出。
CL 阴极发光的原理实质上是由于矿物中可能会混入杂质离子或者是晶体生长过程中产生的缺陷、双晶、生长条纹等,这些因素都可能导致矿物颗粒内部由于成分不均一而在阴极发光图像上呈现不同,锆石环带很好的记录了岩浆演化的过程。
在对锆石的CL 阴极发光影像图中,不同岩石成因的锆石在CL 阴极发光图像下形态会有显著的区别。
岩浆锆石广泛存在于酸性岩浆岩中,而在偏基性的岩石中存在的较少,岩浆锆石具有特征的同心韵律环带,具有自形到半自形的长柱状特征。
在沉积岩中也会以少量碎屑锆石的形式存在,碎屑锆石磨圆较好。
在高级变质岩中,特别是在原岩富含锆石的高级变质岩中,锆石的结构往往较为复杂,构成由晶核和变质增生组成的复杂结构。
变质锆石指的是变质作用过程中形成的锆石,成因不同的锆石(深熔作用形成、变质流体结晶、变质重结晶等)甚至是不同变质相下形成的锆石在阴极发光图像上都具有不同的环带特征以及锆石形态,如图1。
2锆石包裹体包裹体是矿物生长过程中或形成之后被捕获包裹于矿物晶体缺陷中的,保存在主矿物至今的物质。
新疆蒙其古尔地区八道湾组沉积岩碎屑锆石年代学特征及地质意义
新疆蒙其古尔地区八道湾组沉积岩碎屑锆石年代学特征及地质意义作者：黄广文潘家永黄广楠夏菲吴德海钟福军来源：《新疆地质》2021年第02期摘要：在详细观察描述含砾砂岩宏观特征基础上，利用偏光显微镜和LA-ICP-MS对蒙其古尔地区八道湾组出露的含砾砂岩开展碎屑骨架组分及碎屑锆石U-Pb定年分析，初步解析岩石学、年代学及物源特征等信息。
结果表明：碎屑锆石多具良好的振荡韵律环带，Th/U值大于0.1，为岩浆成因锆石;样品中最年轻的碎屑锆石年龄为（289±4） Ma，可限定八道湾组砂岩沉积下限为早二叠世;初步将碎屑锆石年龄分为3组，分别为1588～807 Ma、603～410 Ma、350～289 Ma，该年龄区间与已知构造-岩浆事件时间（晋宁期、加里东期和印支-海西期）基本对应，表明研究区构造岩浆活动与中国大地构造运动基本一致。
据QFL与QmFLt图解，结合构造背景及盆地演化过程，认为八道湾组砂岩物源经历了由相对稳定的石英再旋回造山带区向过渡再旋回造山带，再向岩屑再旋回造山带区演变的过程。
碎屑物源可能主要来源于南部乌孙山、那拉提山出露的石炭—奥陶纪火山岩及中酸性侵入岩。
关键词：蒙其古尔;碎屑锆石U-Pb定年;砂岩;物源;八道湾组物源分析是确定源区母岩性质的重要依据之一，是沉积盆地分析的重要组成部分[1-2]。
碎屑锆石具较高稳定性，能全面记录和反映源区所经历的相关地质事件[3-4]。
前人利用碎屑锆石同位素测年方法，判别碎屑物源、源区母岩性质及对应的大地构造背景等特征，进一步推动了构造沉积学等多学科发展[3-10]。
伊犁盆地是我国重要产煤、石油及天然气盆地之一，同时也是可地浸砂岩型铀矿的重要产铀盆地[1]。
目前盆地内已探明多个铀矿床，如蒙其古尔、扎吉斯坦、乌库尔其、库捷尔太、洪海沟等[1，11-15]，其中蒙其古尔位于伊犁盆地南缘，是目前盆地内规模最大的铀矿床，也是我国首个建设千吨级可地浸砂岩型产铀基地[4]。
同位素锆石矿物成因
锆石的矿物成因特征分析姓名：闫旺学号：2701100222 班级：27011002摘要：锆石(ZrSiO4)是自然界一种普通的副矿物，广泛地分布于各类沉积岩、变质岩和火成岩中。
由于它常常含有为数众多的各种微量和痕量元素，并具有最佳的保存原始的化学和同位素比值等信息的能力，使它在许多地质学科的研究中得到极为广泛的重视，特别在同位素地质年代的研究中(鲍学昭1995 , 1996, 199 7, 1998 ,Gibson and Irland1995，Solar等1998，Bowrin and Schrnit1999)，在地球壳慢演化的研究中(Hanchatr等1993 Bowring，1995 , 1996 Hoskin等2000，V aller等1999),锆石是一个首选的研究对象。
如在澳大利亚发现的最古老的锆石可追溯到44亿年以前的地球历史，这仅比形成地一月系统的大碰撞年轻了1亿年。
锆石的U-Pb同位素和Hf同位素的研究表明，地壳一地慢的前期历史的区别在它们从这些岩桨池中的不同结晶作用反映出来。
此外，锆石矿物的化学同位素组成更可以显示它们所来源的母岩特性从这么小的锆石矿物中得到这么多的信息，我们应该感到庆幸，如果没有锆石，我们这个行星的许多细节历史都会被遗失。
正因如此，锆石已经成为提取有关史前信息以及岩浆岩变质岩和沉积岩成因信息时应用最广泛的矿物之一(陈道公等2001，汪相等1992--2002)。
关键词：锆石本身的性质，锆石的矿物成因，核-边变质锆石，变质锆石，岩浆锆石，热液锆石，深熔锆石，继承锆石。
正文：这是锆石矿物本身的特点所决定的。
锆石矿物无论在外部形态，还是内部结构和化学成分等方面，都对地质环境的变化极其敏感，因而它可以包含大量的各不相同的地质信息。
这些信息充分反映了锆石矿物的地质历史，特别是与岩浆和变质结晶作用(包括重结晶作用)相关的事件，外营力以及由于脱晶作用和化学蚀变引起的内部体积膨胀所施加的影响等。
锆石定年原理 锆石U-Pb定年(1)
锆石一般无色透明，但常具浅棕，粉红，
有时深棕色。一般颜色深成因复杂，多为
老锆石或U、Th含量高的。其比重达 4.5-
4.6，无磁性，是分选的有利条件。
h
2
锆石的结构
锆石是四方晶系矿物
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3
单偏光下
h
4
正交偏光下
h
5
常 呈 矿 物 包 裹 体
h
6
锆 石 的 晶 面
h
7
Zircon typological classification Pupin (1980)
h
8
锆石的形成
岩浆结晶形成：超基性－酸性，形成温度 很广，（锆石饱和温度计）。
变质作用：
• 深熔锆石； • 变质重结晶； • 变质增生； • 热液沉淀锆石； • 热液蚀变锆石。
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9
锆石内部结构的观察
Smiling zircon 背散射电子图像（BSE imaging)
HF酸蚀刻法
阴极发光电子成相（CL imaging)
h
10
岩浆成因锆石
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11
变质成因
岩浆结晶的
变质结晶的
岩浆结晶的on Geochronology
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1
锆石的组成
锆石(zircon)是一个极其常见的副矿物。 它的化学成分是ZrSiO4，在Zr位置会有Hf, U, Th, Y等置换，Si位置会有少量P的置换。
一般锆石中含ZrO2 = 65.9%, SiO2 = 32%, HfO2 =1.0 2.0%, Th, U, HREE, P微量。
锆石成因研究及地质应用
年龄与地质观察出现矛盾
主要原因 １）测年方法不同，或同一方法是在不同实验 室或不同时间完成的，有的数据质量不高； ２）年龄在误差范围内实际上是一致的； ３）地质关系不清楚，不是在同一露头取样； ４）某些年龄数据的地质解释存在问题，例如 辉绿岩脉中所测锆石为捕获成因； ５）地质观察不正确。
出现“异常”的可能原因
锆石同位素年代学研究注意问题 1）必须以野外地质为基础，充分了解测年样品的地 质特征、形成背景和岩石成因，为年龄解释提供可靠的地 质依据。采集尽可能新鲜的岩石样品 2）采集样品必须有经纬度坐标记录，相关野外地质 记录，特别是采集样品野外露头的照片记录
3）进行年龄测定的样品，都应有岩石岩相学研究， 保留岩石样品标本和锆石副样，以便必要时复查 4）进行年龄测定的样品，应完成相应的常量、微量 和稀土元素分析，必要时进行Nd等同位素分析 5）锆石测年之前，应进行锆石透射光、反射光、背 散射、阴极发光研究，为测年和年龄解释提供依据。根据 锆石内部结构，结合地质体产状，80-90％的锆石成因可 以得到确认 6）应特别注意锆石分选过程中的污染问题
呼和浩特地区古元古代变质沉积岩 锆石阴极发光图像（万渝生等，未发表）
大别超高压变质带榴辉岩中石英脉的 热液锆石阴极发光图像(Wu YB et al., 2009)
Th/U<0.1 有绿泥石、铝直闪石、镁铁闪石包体 1.85 Ga
鞍山弓长岭富铁矿边部富石榴石蚀变岩 （李厚民等，2014）
变质锆石
锆石成因研究及地质应用
万渝生
为什么锆石U-Pb定年可信?
1、U-Pb体系 2、锆石
Zircons are forever!
锆石是最理想的测年对象
最常见副矿物，广泛存在于不同地质体中 抗风化能力强 无或很低的普通铅，而U含量适当 U-Pb同位素体系保存良好 可判断体系是否封闭 应用CL等方法，可对锆石进行成因研究 SHRIMP等原位分析方法应用
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从阴极发光图像和微量元素特征看锆石成因
摘要：锆石是一种重要的矿物，分布广泛，稳定性极强，可以指示源区的信息，本文主要从锆石的阴极发光图像进行讨论研究，不同地质环境中形成的锆石具有
不同的结构类型，具有复杂演化历史的变质岩中的锆石保留了多期生长结构和区域，往往给出多组年龄，结合锆石的微量元素特征可以对这些年龄做出合理的解释。
锆石的微量元素特征还能够反映岩浆的成分演化、共生分离结晶相、熔融源
区性质以及流体组成等诸多信息。
锆石作为矿物包裹体储存器、地球化学示踪剂、时间舱，已成为研究地球的地质历史必不可少的一个工具。
关键词：锆石成因阴极发光微量元素特征
引言：锆石成因分辨对于锆石年龄地质意义的正确解释至关重要。
不同成因
锆石大多具有其自身的特点，为锆石成因分辨提供了可能。
锆石成因分辨是一个
综合的方法，不仅是锆石本身的问题，基本思路是确定各种作用过程形成的岩石
中的锆石的特征，比较它们的异同，确定可能的变化规律。
因此，在进行锆石地
质年代学研究之前应先对锆石进行阴极发光电子（CL）图像和（或）背散射电子（BSE）图像等成因矿物学和锆石内部结构的深入研究，这样才有可能使测得的
年龄数据得到合理的地质解释，才有可能对岩石成因、成矿年代学和地质体的构
造演化历史有更深入的了解。
1.研究现状
1.1岩浆锆石
经过对岩浆成因锆石的晶体形态及其环带观察研究，岩浆锆石一般较为自形，为四方柱，四方锥，复四方双锥形，而且一般具有典型的振荡环带，查阅文献获
知振荡环带的宽度可能与锆石结晶时岩浆的温度有关，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。
锆石中许多微量元素都具有相关性，利用微量元素相关图解，可以判别岩浆
锆石的生长环境。
P-（∑REE+Y）正相关，反映了置换关系（Y，REE）3++P5+=Zr4
＋+Si4+。
U和Th可以置换锆石中的Zr，Th、U分别和Y、REE正相关，反映了主
岩微量元素组成的变化趋势，即演化程度高的岩浆中不相容元素的含量趋于更高。
Yb/Sm与Y相关，反映出主岩分离结晶程度的差异：随Y含量和Yb/Sm比值的升高，分离结晶程度增加。
利用U-Yb、U/Yb-Hf等图解可区分锆石源自陆壳岩浆结
晶还是洋壳岩浆结晶。
岩浆自身的演化过程（熔体抽取、矿物结晶和原始组分的
不均一）和岩浆混合作用同时影响着岩浆组分的变化，进而影响锆石的微量元素
组成。
岩浆锆石可以得到以下几点结论：
1）组成相同的喷出岩、浅成岩和深成岩中，岩浆锆石的形态和内部结构可相同，也可不同，据此可为判断岩浆形成和演化提供依据；
2）岩浆锆石的Th/U比值会随着岩浆基性程度增大而增大；
3）一些岩浆锆石的岩浆玻璃包体可提供锆石结晶时的岩浆组成；
4）残余锆石和捕获锆石的有无可作为岩浆是否遭受陆壳物质影响的判断依据。
1.2变质锆石
变质锆石可以根据当时形成的变质作用可大致分为变质增生、深熔、蜕晶化、重结晶和流体改造五种，由于其成因、形成环境等的差异，也就决定了其内部结
构也十分的复杂。
变质锆石较为典型的结构有无分带、弱分带等。
而对于不同成
因的锆石，又具有其优势的内部结构，为区别锆石成因提供了一定的依据。
变质锆石U-Pb测年显示的不一致年龄，常常源于原岩锆石程度不一的固态重
结晶，固态重结晶锆石所测年龄介于原岩年龄和变质事件年龄，最老的上交点年
龄可能代表原岩年龄，最小的下交点年龄代表变质年龄；变质增生锆石会产生一
致的年龄，代表变质事件发生的时间。
锆石中的矿物包裹体是超高压变质的直接记录，所以结合矿物包裹体的鉴定
结果及微区定年，锆石的生长环带可用来揭示俯冲和折返的动力学过程。
对变质锆石的研究得到了以下几点结论与问题：
1）变质锆石是从继承原锆石形态特征向等轴方向演化。
2）变质锆石中通常包裹有早期锆石，其形态特征可作为原岩类型辨别的重要依据。
3）矿物包裹体可能是一种锆石成因很好的指示物。
4）形成变质锆石的Zr的来源是先存锆石反应提供的。
1.3热液锆石
完全从流体或流体饱和的熔体中形成的热液锆石，也会形成类似于岩浆锆石
的振荡环带或扇形分带。
被热液叠加改造的锆石常常显示复杂的次生内部结构，
并穿插原生结构。
基于再平衡机制，次生区域含有高含量的Ca、Al、Fe等微量元素，并出现许多磷酸盐硅酸盐的包裹体。
热液脉中的锆石，或热液矿物中的锆石
包裹体，如果具有岩浆锆石型稀土配分模式且缺少流体包裹体，那么并不一定是
热液成因。
因为在热液脉形成的过程中，锆石是唯一来自同化围岩的不完全溶解
的矿物相。
锆石热液成因的判据包括其作为包裹体与其他的热液矿物和流体包裹
体出现在热液石英或碳酸盐矿物中，以及锆石本身含有热液矿物包裹体。
热液锆
石的其他特征包括：高的普通Pb含量，流体对先存锆石改造移走了Zr留下F、LREE、Nb、Ta以及其他不相容元素。
热液锆石可形成类似岩浆锆石的生长环带，锆石中流体包裹体、热液矿物包
裹体的存在可以指示锆石确切的热液成因。
岩浆热液锆石微量元素特征可能反映
了其热液矿物组合。
同一岩石中变质热液锆石微量元素组成可能反映了流体组成
的变化，研究变质热液锆石的微量元素组成能够帮助理解复杂的流体作用历史。
2.存在问题
（1）变质锆石结构复杂，其微量元素特征可以反映锆石的生长机制、共生矿物和形成环境，传统利用Th/U比值来区分锆石成因的方法，有很大局限性。
（2）岩浆期后热液锆石继承原岩浆锆石形态，可有可无平行环带。
具有U、Th含量高、Th/U比值低的组成特点，是否与U、Th在岩浆作用过程中的行为有关.
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