锆石学习笔记
钻石、锆石小知识
钻石、锆石小知识一、八心八箭简介：所谓八心八箭是当下最令人瞩目的、正点的切工设计，是采用了世界顶级的丘比特式切割，从钻石正上方切面俯视，可以看到大小一致、光芒璀璨且对称的八支箭，从钻石的正下方则呈现出完美对称、饱满的八颗心，赋予了婚戒独有的收藏价值。
完美对称的八颗心和八支箭、精确无瑕的切工令人赞叹不已，八心八箭凝聚一体，比喻“邂逅、钟情、暗示、梦幻、初吻、缠绵、默契、山盟”等八个美丽意境。
我们用H&A(Heart Arrow）来代表大家熟知的八心八箭。
二、八心八箭的优势：八心八箭钻石是钻石中的极品，人们公认八心八箭钻石是一种车工优良的钻石，主要是因为它具有下列主要特性：⒈极好的亮度⒉极好的火彩⒊极好的光学对称性⒋极好的光学直径⒌完美清晰的心型圆形三、如何形成八心八箭？⒈钻石有极好的对称性。
⒉圆形钻石的车工其冠角和亭角达到一定的匹配。
四、其他知识补充：关于钻石，什么叫4C：Cut(切工），Clarity(纯净度)，Carat(克拉)，Color(颜色）。
1) Cut切工：钻石的切工等级分为EXCELLENT，VERY GOOD，GOOD，FAIR，POOR。
2) Clarity纯净度：LC(FL无暇-IF内部无暇）（无暇），VVS(VVS1-VVS2）（极微瑕），VS(VS1-VS2）（微瑕），SI(SI1-SI2）（瑕疵），P（重瑕疵）。
这个的重要性不必说，如果自己购买的话，建议要买SI以上的钻。
3)Color颜色：分为D、E、F、G、H、I、J、K-M、N-Z。
推荐J以上的。
大家通常说的白色就是指在H、I、J色，如果商家没有细说是哪一色，一般指的就是J色了，国际证书会写的非常详细。
优白就是指D、E、F、G，这些钻价格会高一些。
4)Carat克拉：1克拉等于200mg。
大家又喜欢把1克拉分为100分。
所以通常说的30分，50分，就是0.3carat、0.5carat。
但是，请大家注意，蓝色表带那款星月系列华为WATCH镶嵌的是68颗施华洛世奇锆石，而不是天然钻石。
全面，独到，干货，关于锆石的专著
全面，独到，干货，关于锆石的专著近二十年来，锆石的内部结构、示踪元素和同位素地球化学(放射成因和稳定)、化学和机械稳定性等方面的研究取得了很大进展。
这一知识的应用以及锆石在地质研究中的应用已经变得广泛。
今天，锆石的研究作为“锆石学”的伪学科存在，包括来自稳定和放射成因同位素、沉积学、岩石学、微量元素和实验矿物学等一系列分支学科的材料科学家和地球科学家。
锆石学已成为一个重要的研究领域，对作为副矿物之一的矿物锆石进行综述，在覆盖的深度和广度上都无法满足锆石学界的需要和兴趣。
本书的16章涵盖了过去二十年锆石相关研究的最重要方面，并突出了未来可能的研究途径。
Finch和Hanchar(第一章)综述了锆石和其他具有锆石结构的矿物(和合成)相的结构。
在大多数锆石的岩石类型中，锆石是稀土元素的重要寄主。
这些元素的丰度和球粒-规格化稀土元素模式mav提供了关于生成火成岩和变质岩过程的重要信息。
第二章，霍斯金·诺·沙尔特格评述了成岩锆石、变质锆石和热液锆石的微量元素组成。
锆英石熔体包裹体的研究是一项令人兴奋的新研究方向。
在晶体生长过程中，熔体包裹体可以作为时间的函数，提供晶体形成时熔体的微量元素和同位素组成的直接信息。
Thomas等人(第三章)综述了锆英石熔体包裹体的研究。
Hanchar和Watson(第四章)综述了锆石饱和度的实验和自然研究，以及锆石饱和度温度计在天然岩石中的应用。
讨论了锆英石中的阳离子扩散和氧扩散。
扩散研究对于限制痕量元素和同位素数据的质量以及估计地质环境中的温度暴露是必不可少的。
锆石是铀-铅同位素年代学中最常用的副矿物。
在过去的30年里，仪器和分析技术的重大发展意味着锆石在早期亚齐亚研究、岩浆成因和天体生物学中扮演着重要的角色。
四章分别介绍了锆石地质年代学的不同方面。
第6章是戴维斯等人对20世纪50年代中期至今锆石地质年代学的历史发展进行了回顾。
接下来的三章重点介绍了锆石地质年代学的特殊技术，即ID-TIMS (Parrish和Noble)。
锆石小科普
锆石小科普一、锆石是人造的？“锆石？不就是合成立方氧化锆吗？不就是那种几块钱就可以买一大包的很像钻石却很廉价的东西吗？”一提到锆石，大家的反应就是：假钻石，假宝石，不值钱！其实并不是！锆石是天然宝石！从成分上讲，「锆石」是一种硅酸盐矿物，不仅不是人造的，「锆石」还是地球上最古老的矿物之一。
2001年，地质学家在澳大利亚西部一片牧场的岩石中发现了一块体积极小的锆石，它的直径仅仅相当于人的头发丝直径的两倍。
科学家通过放射测年法对它进行鉴定后发现，这块微小的锆石竟然形成于距今44亿年前。
要知道地球的历史才只有46亿年、月球的历史才45亿年左右、人类的历史满打满算才200万年。
该岩石现存苏格兰博物馆在中世纪，这种宝石被认为能促进良好睡眠，驱赶邪灵及增加财富、荣誉和智慧。
锆石作为拥有丰厚传统底蕴的宝石，受到设计师们的追捧。
澳大利亚是最大的「锆石」产出国，其产地还有缅甸、尼日利亚、斯里兰卡、泰国和越南。
二、锆石有辐射吗？答案是有。
这也就是天然锆石一直没有得到普及的原因。
因为锆石的成分中含有放射性元素：铀（U）、钍（Th）。
因此说锆石有放射性也不为过。
但是通常用于制作首饰的锆石，必然是放射性在安全范围内的非低型锆石（辐射基本还不如手机大），因此大家可以放心佩戴。
按照结晶程度，锆石可分为高、中、低三型：高型是指结晶程度好的、宝石级别的锆石，通常这种类型的锆石价格较高、产量较少。
中型锆石可以通过一些优化、处理手段摇身一变成为高型锆石。
低型则是指结晶程度差、近似非晶体，这种类型的锆石不仅产量大、不够美观、还有辐射。
三、锆石=仿钻？锆石≠人造立方氧化锆，「人造立方氧化锆」才是“仿钻”。
很多人都听过锆石，但从来没有见过它。
这主要是因为在 20 世纪初无色锆石被广泛用作钻石仿制品。
长久以来，锆石就因其外观酷似钻石而更换了其角色，对于很多人而言其名字仍意味着“仿品”，这不免令人遗憾。
锆石的明亮度与闪光参数，仅次于钻石。
也正因为它的耀眼，在20世纪初，无色锆石被大量作为钻石的替代品吗，不过替身的日子并没有过多久。
宝石学——大三下上课课堂笔记
2016.2.22：1.考试：20个珠宝在3h内鉴定完毕2.日光效应：由于有磁铁矿等产生的反光3.宝石的分类2016.3.1：1.测宝石的密度----阿基米德定律/测重液/固体密度仪2.宝石学工具（观察内部有瑕疵与否、表面抛光如何等等）：i.放大镜----10倍（放大镜挨到眼睛上，两眼睁开）ii.镊子iii.手电筒iv.光学显微镜v.二色镜（解理与缝隙斜交才可）vi.滤色片vii.宝石偏光镜（宝石放上后，旋转底部的玻璃片---不要动上方的偏光镜/透明度差的宝石不能用/圆钻型要倾斜的摆---否则会出现博氏镜彩圈效果/裂隙多的宝石会有异常消光/异常消光现象）1.光性均质体：360°旋转宝石全暗2.非均质体（给光线分成两束光）：360°旋转4明4暗3.异常消光2016.3.8：1.折射仪：测平均折射率时候，寻找半明半暗分界线对应的刻度2.n e>n o，正光性/n o>n e，负光性----一轴晶3.N g-n m>n m-n p,正光性/N g-n m<n m-n p,负光性-----二轴晶4.还有等轴晶系5.折射油放的时候要少点6.折射仪对透明与不透明的宝石都可以测量，但是必须要抛光（必须要平）7.反射折射仪的误差较大8.分光镜----光源要集中，不要手拿宝石（人手血液会有所影响）9.发光性----跟宝石中的杂质有关----紫外灯有伤害，所以换样品的时候要先关上灯，另外脸部要紧挨上去（以免周围光源的影响）10.热导仪----预热-----预设X个格的量----钻石类和金属类的声音是不同的2017.3.15：1.金刚石产于金伯利岩的可以作为商业用钻，其余的很难有商业意义，金刚石很容易富集在砂矿中。
2.非洲南部的钻石（金刚石）产地很集中3.含B的金刚石会有点蓝色，而且导电4.1B或IIA型大多是合成的5.金刚石生成于高温高压的100km以下，随着火山喷发带到近地表（喷出地面或侵入地壳）6.4C分级原则7.切工级别划分8.0.17ct以上的可以进行钻石分级2017.3.22：1.红宝石：红色刚玉宝石2.蓝宝石：除了红宝石之外的刚玉宝石3.红蓝宝石的形成条件并不苛刻，成分要求富Al贫Si（独立的Al的矿物要在Si消耗殆尽后才能形成）4.中国山东蓝宝石和澳大利亚蓝宝石的成因是一致的，和泰国一样都需要进行改色5.红蓝宝石都是高档宝石（天然的宝石可能并不完美，但是可以进行处理与改善）6.传统扩散的效果不均匀、Be扩散是新型扩散典型颜色是橙色7.合成宝石：焰熔法（主要方法）、助溶剂法（有残存的助溶剂）、水热法（温度控制溶解度）8.焰熔法合成出星光红蓝宝石9.祖母绿是绿柱石家族中最名贵的种属10.祖母绿主要的优化方法是填充（在祖母绿的裂缝之间填充）11.祖母绿合成：水热法（主要方法---钉状包体）和助溶剂法12.海蓝宝石是仅次于祖母绿的绿柱石中的中档宝石13.金绿宝石----常常形成轮式双晶14.星光是用手电去照、合成红宝石用透射光去看弧形生长、合成蓝宝石的扩散的不均匀性会显示在棱上颜色中中间颜色轻2017.3.29：1.锆石是副矿物，与红蓝宝石共同采收2.橄榄石很难看到理想的晶体，都是粒状的东西3.尖晶石合成方法：焰熔法与助溶剂法4.锆石---辐照法改善的效果并不稳定5.托帕石---黄玉6.石榴子石六射星光，石榴子石是等轴晶系7.石榴子石的拼合可以去模仿祖母绿8.长石是地壳中含量最高的矿物9.拉长石的彩色只有干射，没有衍射----不是变彩而是韵彩10.长石最重要四个品种：月光石、日光石、拉长石、天河石2017.4.5：1.前几节课都在讲宝石，这节课讲玉石，其中翡翠是玉石中最著名的2.翡翠的正确定义是以硬玉矿物为主的辉石类矿物组成的纤维状集合体3.钠长石高压下变成硬玉加石英（可能成因之一）4.浸蜡不影响是不是A货、B货通常是用酸洗然后充填树脂，C货浑浊晕染5.镀膜翡翠会用一些脱皮处（用针）6.B货是照着光（反射）看到有些地方不反光，如果B货化很强，那么就成蜡状，C 活是对着光（投射）看到颜色一条条不是一片的，A货即使有坑洼处也是反光的。
变质岩石学-锆石年代学
澳大利亞Macquarie大學的LA-ICP-MS
南京大學地球科學系 LA-ICPMS實驗室
鋯石定年
DBG06 (115±2 Ma)
DBG06 (116±2 Ma)
2442±54 Ma
2501±18Ma
234±2 Ma
227±2 Ma
不同粒徑的鋯石定年斑束設計
Surface 1
30微米
20微米
TIMS U-Pb定年分析可以給出206Pb/204Pb, 208Pb/206Pb, 以及 普通鉛校正過的206Pb/238U，207Pb/235U，207Pb/206Pb比值。
為了減少Pb丟失的影響和吸附的普通Pb, 通常在鋯石溶 解前利用高壓氣體進行磨蝕或用酸浸濾處理.
TIMS
TIMS的優缺點
HF酸蝕刻法
陰極發光電子成相（CL imaging)
岩漿成因鋯石
變質成因
岩漿結晶的
變質結晶的
岩漿結晶的
蛻晶化鋯石 (metamict zircon)
雙層內部結構－兩期
深熔鋯石
magmatic
Inherited overgrowth
Inherited overgrowth
Alteration zircon
c
a a
Cavosie et al., 2006 GCA
White and Ireland，2012. CG
Xu et al.，2012. Lithos
澳大利亞國立大學標準鋯石
哈佛大學標準鋯石
遼南永勝霓霞正長岩
北京東嶺臺組火山岩
遼南永勝霓霞正長岩
遼東飲馬灣山輝長岩
SHRIMP和LA-ICPMS定年結果對比
Xu et al.，2012. Lithos
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。
锆石及Hf同位素 文献阅读笔记
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。
随着近年来同位素年代学向微区高精度方向发展，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。
这些方法的共同点就是需要标准锆石作外部校正，因此理想的标准锆石是U-Pb定年能否获得可靠结果的关键。
另一方面，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。
Hf有6个同位素，其中176Hf是由176Lu通过b衰变生成。
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。
（徐平，2004；科学通报；U_Pb同位素定年标准锆石的Hf同位素）锆石Hf同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所同位素实验室完成为使Hf同位素分析与锆石U-Pb年龄分析相对应，我们的锆石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。
地球化学分析：主量元素数据分析；稀土模式图，轻重稀土分馏，有无负铕异常；微量元素蜘蛛网图。
锆石的稀土元素分析：锆石的稀土模式图锆石的Hf同位素特征：1.形成年龄t 对Hf( t) 图解2.锆石的Hf二阶段模式年龄直方图3.地球化学图解分析构造背景、物源（耿元生周喜文，2010；岩石学报；阿拉善地区新元古代早期花岗岩的地球化学和锆石Hf 同位素特征）通过对北京昌平地区燕辽裂陷槽内出露的基底密云群片麻岩及其上覆沉积盖层底部长城系常州沟组和顶部青白口系长龙山组砂岩的锆石LA-ICP-MSU-Pb年龄和Hf同位素组成的研究，对华北克拉通新太古代-元古宙期间的沉积与地壳演化进行探讨。
变质岩石学-第五章 锆石年代学
四 锆石U-Pb定年方法
1. Isotope dilution thermal ionization mass spectrometry 同位素稀释热电离质谱仪(ID TIMS)，也称溶液法或稀释 法。多颗粒，单颗粒，化学流程，离子交换柱分离
一般锆石中含ZrO2 = 65.9%, SiO2 = 32%, HfO2 =0.5 2.0%, Th, U, HREE, P微量。
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 4.54.6，无磁性，是分选的有利条件。
锆石的结构
锆石是四方晶系矿物
2. Secondary Ion Mass Spectroscopy二次离子探针法 Sensitive High Resolution Ion Microprobe高灵敏度高分辨率 二次离子探针质谱计法：SHRIMP、Cameca)法 3. Laser ablation-inductively coupled plasma-mass
第一次成功的测试是用Ar+为一次离子源，对澳大利亚 Broken Hill的方铅矿进行了S、Pb同位素分析，获得了精确 的结果，这标志着SHRIMP新技术的诞生。SHRIMP的成功 极大地推动了地球科学的发展。
技术特点: 高分辨率, 高灵敏度, 高精度, 微区原位
SHRIMP的最大技术优势是矿物（锆石，独居石、榍石、 磷钇矿和磷灰石等）的微区原位(in situ)定年，不需化学处 理，可对一个矿物的不同部位直接定年，一般束斑直径是 20~30μm左右，1-2μm深。 可以测定非常年轻形成的锆石年龄(<2 Ma).
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1、一般锆石中U、REE和Th等微量元素含量越高，锆石阴极发
光的强度越弱，钻石的CL图像和BSE图像的明暗程度往往具
有相反的对应关系。
----“锆石PPT”
2、CL图像反映锆石的内部结构最清楚，也是锆石内部结构研究中
最常用和最有效的方法。
3、振荡环带的宽度可能与锆石结晶时岩浆的温度有关，高温条件下微量元素
扩散快常常形成较宽的结晶环带(如辉长岩中的锆石)(图2(a))；低温条件
下微量元素的扩散速度慢，一般形成较窄的岩浆环带(如I型和S型花岗
岩中的钻石)(图2(b))。
4、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。
5、岩浆锆石的Th、U含量较高、Th/U比值较大(一般>0.4)；变质
锆石的Th、U含量低、Th/U比值小(一般<0.1)。
但是一些组成
特殊的岩浆中结晶的岩浆锆石具有异常的Th/U比值，例如有
些岩浆岩锆石的Th/U比值非常低，可以小于0.l，而部分碳酸
岩样品中岩浆锆石具有异常高的Th/U比值，可以高达10000。
所以，仅凭锆石的Th/U比值有时并不能有效地鉴别岩浆锆石
和变质锆石。
6、生长速度较慢的锆石容易与接触介质到达化学平衡，导致这类
变质新生锆石具有较高的U含量和较低的Th/U比值；而生长
速度较快的变质锆石与生长介质之间不能或只能部分到达化学
平衡，导致其具有较低的U含量和较高的Th/U比值。
7、变质流体活动过程中形成的脉体中的锆石一般具有规则的外形，
少有残留核，无分带到明显的面状分带或振荡分带，非常低的
Th/U比值(一般<0.1)。
通过微量元素和包裹体的研究，可以进
一步确定这些变质脉体中锆石的具体形成条件(如绿片岩相、榴
辉岩相或蛇纹石化热液蚀变作用)。
对这些钻石区域进行U-Pb
定年，可以对不同条件下流体活动的时间进行准确的限定。
8、正长岩中锆石具有正Ce 异常、负Eu 异常和中等富集重稀土
元素(HREE); 花岗质岩石中锆石明显负Eu 异常、无Ce 异常,
无明显H REE 富集; 碳酸岩中锆石无明显的Ce 、Eu 异常,
轻、重稀土元素分异程度变化较大; 镁铁质火山岩中锆石的轻、重稀土元素分异明显; 金伯利岩中锆石无明显的Eu 、Ce 异常,
轻、重稀土元素分异程度不明显[ 28 , 31] (图2)。
大部分地球
岩石中锆石的HREE 比LREE 相对富集,显示明显的正Ce
异常、小的负Eu 异常; 而陨石、月岩等地外岩石中锆石则具
强的Eu 亏损、无Ce 异常[ 28] 。
Belousova 等[ 28] 建立了
通过锆石的微量元素对变化图解和微量元素的质量分数来判别
不同类型的岩浆锆石的统计分析树形图解。
“锆石地球化学特
征及地质应用研究综述”
9、。