第六章_06_锆石 P13
锆石基础知识
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Hf同位素
εHf(t) 意义
• εHf(t) >0，新生地壳形成 • εHf(t) <0，古老物质循环或改造 • 如果εHf(t) 部分大于零，部分小于零，一般 看以谁为主，比如如果大于零的数据比较 少可解释为：有少量幔源岩浆加入到地壳 中但大部分是先存地壳组分的改造、再循 环
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锆石Hf同位素分析原理
李黎明
2013.12.19
锆石定年与Hf同位素
• 锆石是各类成因岩石中常见的副矿物，是U-Pb同位素定 年的重要对象。锆石的离子探针(如SHRIMP)与激光探针 (LA-ICPMS)等成为目前U-Pb同位素定年的重要方法。
• 锆石的理想晶体化学式为ZrSiO4，但大多数锆石中含有 0.5%~2%的Hf，因而也是进行Hf同位素测定的理想矿物。 • 锆石中由于Lu/Hf比值很低(176Lu/177Hf比值通常小于0.002)， 因而由176Lu衰变生成的176Hf极少。因此，锆石的 176Hf/177Hf比值可以代表该锆石形成时的176Hf/177Hf比值， 从而为讨论其成因提供重要信息。
锆石Hf同位素工作流程
• 1.锆石Hf同位素测定工作建立在锆石U-Pb定 年基础上 • 2.锆石Hf同位素的分析点与U-Pb年龄的分析 点位于同一颗锆石晶体内，但由于在进行 锆石U-Pb测定时有的测点基本被离子束击 穿，所以锆石Hf的分析点与锆石U-Pb年龄 分析点并不完全重合，但都位于同一锆石 颗粒内。
常见锆石Hf数据分析图表（第五春荣，2008）
~2.5Ga 2.75Ga2.8Ga
累积概率曲线（陈岳龙，2012）
3.0-2.25Ga 95%
<0.1% 2.25-1.5Ga >99%
锆石Hf同位素
• 锆石分 析点区
域
• Hf同位
素分析 点区域
数据处理流程
标样校正
处理后的数据
常见锆石Hf数据分析图表（第五春荣，2008）
~2.5Ga
2.75Ga2.8Ga
累积概率曲线（陈岳龙，2012）
3.0-2.25Ga 95%
2.25-1.5Ga >99%
<0.1%
示踪
• 两种： • 1.碎屑锆石频谱对比 • 2.Hf同位素对比
• 关键：收集前人已做过的数据，然后将自 己所做的数据与之做对比
碎 屑 锆 石 物 源 对 比
同 位 素 示 踪
推荐阅读文献
• 陈岳龙, 李大鹏, 王忠, 等. 鄂尔多斯盆地周缘地壳形成与演化历史:来 自锆石U-Pb年龄与Hf同位素组成的证据. 地学前缘, 2012, (3): 147-166.
• 任荣, 韩宝福, 张志诚, 等. 北京昌平地区基底片麻岩和中-新元古代盖 层锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究及其地质意义. 岩石学报, 2011, (6): 1721-1745.
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TDM数据意义
• 1.如果Hf亏损地幔模式年龄等于或接近锆石 U-Pb年龄，说明该锆石或者直接形成于幔 源岩石中或者是幔源岩石在地壳中极短时 间滞留后就参与了壳内重熔作用；
εHf(t) >0，新生地壳生成
• 2.反之，如果锆石Hf亏损地幔模式年龄大于 其U-Pb年龄，则说明该锆石是壳源岩石重 熔作用的产物。
锆石
锆石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。
早在古希腊时，这种美丽的宝石就已被人们所钟情。
相传，犹太主教胸前佩戴的十二种宝石中就有锆石，称为“夏信斯”。
据说，锆石的别名“风信子石”，就是由“夏信斯”转言而来，流行于今天的日本，我国的香港及内地。
锆石一名源于阿拉伯语的朱之意和金色之意，而古印度曾称锆石为“月食石”。
这也说明这种宝石的颜色常见于红色、金黄色、无色。
同时从另一个侧面说明，锆石在古时的阿拉伯、波斯和印度地区就十分受欢迎。
大家知道，许多东西经过热处理就可以变性，锆石也是如此。
如果对低型的锆石加热到一定程度时，其就会变成无色透明晶体。
比如：斯里兰卡的锆石多为绿色低型的，经过热处理后，颜色明显变淡，成为高型的锆石宝石。
我国海南省产的红色、棕色锆石，经过热处理，可以变成无色的。
宝石界把锆石、绿松石、青金石同列为十二月生辰石，象征胜利，好运，是成功的保证。
我国有部分红色或棕红色的锆石，不经改色处理，也可直接研磨成美丽的宝石。
但应该注意，我国红低型锆石也是二色性较强的宝石。
如果从红锆石某一方向上看是红色，而从另一方向看，又是淡色或接近无色。
所以，加工时，必须按一定方向研磨，让红色出现在磨型正面。
锆石的著名产地有斯里兰卡、泰国、老挝、柬埔寨。
我国云南出产的锆石一般需经加热改色处理。
澳大利亚锆石英文名称australian zircon 澳大利亚产的锆石，包括新南威尔士州产的无色和暗红色锆石和昆士兰州产的褐色、红色和黄色锆石。
后者在光和热的作用下会变成淡黄色，若再加热，又会变为蓝色。
此外，新西兰坎贝尔岛上产的红锆石，也以澳大利亚锆石的名义上市。
我们在商场里看到的一些钻石的替代品——营业员声称的锆石，并不是前文所说的天然锆石，而且一种人工合成的立方氧化锆（Cubic Zirconia）,简称CZ,价格远低于天然锆石，是钻石的一种最常见的替代品，请勿将它与天然锆石混淆。
锆石
图10 混合岩化过程中的深融深变质增生锆石 (a)无分带增生锆石， (b)面型分带增生锆石 左边为CL图像，右边为二次电子照片，
图11 锆石表面的溶蚀结构 (a)变质增生锆石的边部的溶蚀结构， (b)核部原岩锆石的周围出现溶蚀结构， (c)锆石边部出现较宽的蚀变边
锆石变质重结晶作用是指结构上不稳定的锆石， 在一定温压条件下(一般温度>400 ℃ ), 锆石晶格进 行重新愈合和调整，使锆石在结构上更加稳定。所 以锆石发生变质重结晶作用时并没有新的锆石生成， 只是对原有锆石进行了不同程度的改造。 锆石的 重结晶作用一般优先发生在锆石边部以及锆石内部 矿物包裹体周围等结构不稳定的区域。微量元素含 量较高的锆石的稳定性低于微量元素含量较低的锆 石，因此，在同一样品的锆石中微量元素较高的颗 粒和、或区域更易于发生重结晶作用。受蜕晶化作 用影响的锆石区域由于其结构上的不稳定性，最容 易发生变质重结晶作用。己有实验结果表明，在有 流体存在的情况下，在温度≥ 400℃时，严重蜕晶 化锆石可以很快发生重结晶作用。
锆石U—Pb测年
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 年龄测定从<1百万年到44亿年 一个样品中的锆石群几乎都是复成因的，由于不同 成因、不同世代的锆石可能具有相同的形态、大小和 磁性，因而单晶锆石U-Pb测年法应运而生，但该方法 要求极低的实验室铅本底。
图3 不同类型变质锆石内部结构特点 (a)完全变质新生锆石， (b)变质增生边， (c)原有锆石改造形成的变质锆石
2180±17Ma
1272±16M （可能为变质年龄）
锆石成因矿物学与同位素研究综述
锆石成因矿物学与同位素研究综述作者：郑改红张藤藤来源：《科学导报·学术》2019年第49期摘 ;要：锆石是一种常见的副矿物，广泛存在于岩浆岩，变质岩和沉积岩中，具有高度稳定性的矿物，具有稳定的晶体结构，在经历风化、搬运、剥蚀等各种地质过程中内部结构不容易发生蚀变从而使其保存下来。
近年来越来越多的学者对锆石进行研究。
不同成因类型岩石中的锆石具有不同的结构特征，对锆石成因类型的准确判断是正确理解锆石U-Pb年龄意义的关键。
通过对锆石微量元素，稀土元素和同位素特征进行研究，再结合锆石的阴极发光图像（CL）、背散射电子图像（BSE）等，能够指示岩石的来源和成因。
关键词：锆石;结构特征;U-Pb定年由于锆石在各类岩石中广泛存在，是一种非常好的定年矿物。
锆石的U-Pb定年方法目前应用最广泛的仪器是激光剥蚀等离子体质谱法（LA-ICPMS），本文主要研究由于不同的形成环境而导致不同结构特征的锆石石并结合原位微区测试技术对微量元素和同位素进行研究，从而推测其生长环境，形成过程，指示其来源和成因。
对所测出来的锆石年龄进行解释时，应该结合其矿物学的结构特征。
1 不同成因锆石的结构特征进行锆石定年首先要区分锆石的种类，区分岩浆锆石，变质锆石，热液锆石的主要方法就是观察样品的内部结构。
在对锆石内部结构进行研究时一般会用HF酸蚀刻图像、背散射（BSE）图像、阴极发光电子（CL）图像等来观察其内部结构。
2 锆石的化学成分特征及在岩石成因中的应用根据锆石的U和Th的含量不同来判别锆石的类型，锆石的Th/U比值被用作判断其成因的标志，如果Th/U 比值>0.10就认为它是岩浆锆石，反之，则认为是变质锆石，尽管大部分变质锆石的Th/U含量低，但还是有一些变质锆石的Th/U含量大于0.10，如重结晶锆石和高温变质作用中的锆石其Th/U往往偏大。
影响锆石中Th和U的含量的原因比较复杂，其中包括整个环境中的Th、U含量，以及这两种元素进入不同矿物的能力不同锁导致。
工作笔记——锆石定年
工作笔记——锆石定年工作笔记—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。
第六章-06-锆石-P13PPT课件
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三、锆石的优化处理
锆石常用热处理以提高其质量，或改变颜色或改变锆石 的类型。
1、改变颜色
在氧化条件下对锆石进行加热，可产生金黄色、无色的 锆石，有些可产生红色；在还原条件下对锆石进行加热， 可产生天蓝色和无色的锆石，其中最重要的是越南红褐 色的锆石原料，经热处理后产生无色、蓝色和金黄色。
2、改变类型
斯里兰卡. 产锆石
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五、矿床成因和产地
宝石级锆石主要作为副矿物产于玄武岩和变质 岩中，而真正有开采价值的是砂矿型锆石矿床。主 要锆石矿产地有：柬埔寨、泰国、缅甸、斯里兰卡、 法国、澳大利亚、美国等。我们国家的锆石几乎都 是同蓝宝石共生于砂矿中，如福建明溪，海南文昌， 山东等。
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2、锆石与相似宝石的区别
锆石最易于相混的宝石有钻石、尖晶石、金绿宝石、蓝宝 石、红宝石、石榴子石、托拍石等。
（1）用偏光仪：可将均质体宝石的钻石、尖晶石、石榴子石 等区分开来。
（2）锆石脆性大，边缘显毛边
（3）测折射率、密度、光谱、观察刻面边棱重影以及包裹体
等，易将锆石与其余相似宝石. 区分来。
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无 色 锆 石
蓝
绿
色
色
锆
锆
石
石
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5
红
黄
色
色
锆
锆
石
石
各
褐
种
红
颜
色
色
锆
的
石
锆
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石6
一、基本性质
11、吸收光谱：除在红区（653.5nm,659nm）有二条特征性 的吸收光谱外，还伴有多条清晰的黑色吸收线，它们散布在 不同的色区。
12、特殊的光学效应：可具猫眼效应和星光效应。
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三、锆石的优化处理
锆石常用热处理以提高其质量，或改变颜色或改变 锆石的类型。 1、改变颜色 在氧化条件下对锆石进行加热，可产生金黄色、无 色的锆石，有些可产生红色；在还原条件下对锆石进行 加热，可产生天蓝色和无色的锆石，其中最重要的是越 南红褐色的锆石原料，经热处理后产生无色、蓝色和金 黄色。 2、改变类型 持续长时间的加热处理可引起硅和锆重结晶，将低 型锆石转向高型。相应可提高密度、硬度、折射率、透 明度等。同时，热处理引起重结晶可产生纤维状微晶， 形成猫眼。
四、锆石的鉴定
1、鉴定特征 锆石主要鉴定特征有：高折射率、强光泽、高双折射率、 高密度、高色散和典型的光谱特征等。通过这些特征较易与 其它宝石区分开来。 2、锆石与相似宝石的区别 锆石最易于相混的宝石有钻石、尖晶石、金绿宝石、 蓝宝石、红宝石、石榴子石、托拍石等。 （1）用偏光仪：可将均质体宝石的钻石、尖晶石、石榴子石 等区分开来。 （2）锆石脆性大，边缘显毛边 （3）测折射率、密度、光谱、观察刻面边棱重影以及包裹体 等，易将锆石与其余相似宝石区分来。
锆石晶体形态
无色和红色锆石晶体
无 色 锆 石
蓝 色 锆 石
绿 色 锆 石
红 色 锆 石
黄 色 锆 石ຫໍສະໝຸດ 褐 红 色 锆 石各 种 颜 色 的 锆 石
一、基本性质
11、吸收光谱：除在红区（653.5nm,659nm）有二条特征性的 吸收光谱外，还伴有多条清晰的黑色吸收线，它们散布在不 同的色区。 12、特殊的光学效应：可具猫眼效应和星光效应。 13、解理和断口：无解理。断口呈贝壳状。锆石性脆，常见边 角有破损。 14、硬度：摩氏硬度变化于6-7.5之间，其中高型7-7.5；低型 可少到6。 15、密度：变化于3.90-4.80g/cm3之间，其中高型为4.604.80g/cm3，低型为3.90-4.20g/cm3。 16、包裹体：高型锆石可含愈合裂隙及矿物包物体，如磁铁矿、 黄铁矿、磷灰石等。
第六章 单晶体宝石
第六节 锆石
一、基本性质
1、矿物名称：锆石 2、化学成分：ZrSiO4。含有微量的Fe、Mn、Ca、U、Th等成分。 3、晶系及结晶习性：四方晶系，晶体常呈四方柱和四方双锥。 4、颜色：它的颜色种类很多，常见的有无色、蓝色、绿色、 棕色、橙色、红色等，其中无色、蓝色是最重要的品种。 5、透明度：透明-半透明-不透明。 6、光泽：金刚-亚金刚光泽。 7、折射率和双折射率：高型锆石折射率1.925-2.01，双折射 率0.059；低型锆石折射率1.78-1.84，无双折射。 8、色散：高，0.039。 9、多色性：主要限于高型锆石，而且不同颜色的锆石多色性 表现明显不同。 10、发光性：紫外灯下一般无荧光。在X-射线下多数具白或蓝 紫色X荧光，也有些可具绿色、黄色X荧光。
斯里兰卡产锆石
五、矿床成因和产地
宝石级锆石主要作为副矿物产于玄武岩和变质 岩中，而真正有开采价值的是砂矿型锆石矿床。主 要锆石矿产地有：柬埔寨、泰国、缅甸、斯里兰卡、 法国、澳大利亚、美国等。我们国家的锆石几乎都 是同蓝宝石共生于砂矿中，如福建明溪，海南文昌， 山东等。
锆石的纸蚀现象
二、锆石的品种
商业中锆石常根据颜色划分品种。常见的品种如下： 无色锆石：是宝石级锆石中最常见的一种，因为它外 观相似钻石，过去常用来冒仿钻石。 蓝色锆石：天然蓝色锆石很少，大多蓝色锆石是用其 他颜色的锆石加热以后得到的。它具明显的多色性。 红色锆石：它与红宝石有些相似。 黄色锆石：呈鲜黄、浅黄、金黄和黄绿等色调。 绿色锆石：一般为低型锆石。主要呈绿、黄绿。 棕色锆石：是最常见的锆石品种，呈红褐和黄棕等色。