锆石成因矿物学研究_移根旺

锆石成因矿物学研究

移根旺

（广西电力工业勘察设计研究院，广西 南宁 530022）

摘 要：锆石是一种重要的副矿物，分布广泛，稳定性极强，可以指示源区的信息，本文从锆石的形态，颜色，成分进行讨论研究表明，不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型：岩浆锆石具有典型的振荡环带和/或扇形分带结构；变质锆石有其特征的内部结构，主要有无分带、弱分带、云雾状分带、扇形分带、面状分带和斑杂状分带等，不同成因变质锆石具有其特征的内部结构特点。 关键词：锆石；成因；微量元素；岩石学

中图分类号：P618.130.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2008）06-0259-02

一、前言

锆石常作为重要的副矿物存在于岩浆岩中，特别是同富钠的深成岩有关。锆石中常含有Hf。由于锆石不但分布广泛，而且稳定性极强，既使岩石受过部分熔融或区域变质作用的影响，也不会把锆石中的所有源区信息全部丢失。锆石常具有良好的晶形、特殊的晶体习性以及颜色和环带等现象，而且它们随着形成环境的不同，会有不同的特点。为了深入讨论锆石的成因，不少学者分别从锆石的形态、主量、微量和稀土元素以及氧同位素等方面进行了一系列研究，特别是近几十年离子探针开发以来，人们逐渐认识到同一地质体的不同锆石颗粒以及同一锆石颗粒内部的不同区域，均可能具有不同的成因，故只有对大量锆石颗粒进行全面分析，才可以得出具有地质意义的锆石成因，在此方面已取得了一定研究进展。本文就国内外关于锆石成因方面的研究成果进行综述。

二、锆石对源区的示踪

1．锆石形态、颜色对源区的示踪

锆石属四方晶系，对称型为L44L25PC，单晶体常呈柱状习性，以四方柱及四方双锥的聚形为特征，具有多种不同的颜色，如红棕色、黄色、灰色、绿色及无色。一般认为锆石形态特点与其形成时的物理、化学环境是密切相关的[1~3]。岩浆锆石通常为半自形到自形，粒径20～250µm。作为岩浆成因的花岗岩类岩石，其中的锆石一般为细长柱状，多数为具直线生长纹的自形晶体，常为简单的四方双锥或复四方双锥，锥面和柱面发育完善。花岗岩中的锆石晶体颜色除了无色透明的外，还常见到肉红色、玫瑰色的晶体[4]。产于金伯利岩及其相关岩石中的锆石常常为它形（少数情况下为半自形），较大的粒径（毫米级到厘米级）。部分基性-超基性岩中的锆石同样具有不规则的形状和较大的粒径。由于变质锆石发育多晶面，没有锥面和柱面之分，即使是外形呈现长粒状的锆石，其“柱面”实际上也是由众多的晶面组成的，但其顶端的多晶面更为发育。变质重结晶锆石常具有较多的暗色包体、浑圆状的生长纹和浑圆形内核[5]。锆石的颜色也是判别母岩

性质的良好标志，锆石的颜色深浅与铀、铅含量有关，颜色愈深，其铀、铅含量愈高，母岩形成的时代越老，颜色愈浅，母岩形成的时代愈新。

2．锆石的成分分析对源区的示踪

Zr，Hf，Th，U是锆石中最重要的组成元素，其中Hf，Tu，U皆作为Zr的类质同象形式存在。不同类型岩石中，锆石中的铪含量，特别是Zr/Hf值具有明显的区别，同一成因类型的不同侵入体之间也有差别。此外，从晶体的核部到边缘，不同类型的锆石具有不同的成分变化规律。大量研究表明，不同成因锆石有不同的Th，U含量及Th/U比值：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）。岩浆锆石的Th/U比值与Th和U在岩浆中的含量以及它们在锆石与岩浆之间的分配系数有关，具体对应关系为：（Th/U）锆石≌（DTh/DU）锆石/熔体·（Th/U）熔体。一般情况下（DTh/DU）锆石/熔体≌0.2，平均地壳物质中Th/U比值约为4，所以通常岩浆锆石的Th/U比值接近1。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。

但是可以肯定的是岩浆成因锆石无论是高温幔源花岗岩还是低温壳源型花岗岩中锆石均显示成分变化总的趋势是：从晶体核部至边缘（环带不明显的晶体）及晶体每个环带的（UO2+ThO2）含量升高，ZrO2 含量及内侧至外侧HfO2，

从基性到中性至酸性岩ZrO2/HfO2值下降，ZrO2/HfO2值降低。

从超基性岩到基性岩到中性岩至酸性岩Th，U含量上升。

3．锆石环带，成分分带及母岩成因

产生锆石的成分分异原因分析：随着变质程度的升高，围岩中的U、Th含量下降，而且在变质作用过程中，离子半径越大的离子，随变质热液从母岩的迁移率越大。U4+的离子半径为1.14Å，Th4+ 的离子半径为1.18Å，均大于Zr4+（R=0.98Å），因而在受热过程中U、Th离子易于随变质热液迁移而脱离锆石结晶的母岩，故在变质作用的初期，随着变质程度的升高，母岩的U、Th含量逐渐降低，结晶的锆石

收稿日期：2008-04-29 作者简介：移根旺（1982-），男，广西电力工业勘察设计研究院助工，硕士，主要从事地质工程工作。

260 中 国 水 运 第08卷 显示由核至边缘U、Th 含量下降的特点[3]变质作用中晚期锆石围岩中U、Th已基本迁移完毕，在此过程中结晶的锆石不含或少含U、Th。

（1）用微区喇曼光谱能够准确地获得锆石晶体中各部位变生程度的大小，因而用该方法可以推断锆石形成时晶体内U、Th分带特征，对U、Th含量低的基性火成岩及它们的变质岩中的锆石更加适用。

（2）岩浆成因锆石具有从晶体中心至边缘喇曼光谱强度逐渐减弱和∆355值减小的趋势，由此可以间接推断岩浆锆石形成时晶体具有由核至边缘U、Th含量上升的特点。

（3）变质成因锆石则分两种，其中一种具有由晶体核至边缘喇曼峰强度和∆355值增大的特点，为形成时晶体从核至边缘U、Th含量减少造成；另一种从晶体核至边缘喇曼峰强度变化不大，为不含或基本不含U、Th的变质成因锆石晶体。

下图总结了岩浆作用与变质重结晶作用的温度变化特点及在这两种作用过程中形成的锆石的环带特征：当原岩在地下热流的影响下升温时，岩石发生变质重结晶作用，进一步升温，变质重结晶锆石开始生长，但生长出来的锆石又会被更高温（压）的变质流体溶蚀而浑圆化，然后锆石又生长（锆石组分发生了变化）新生长的锆石又会被更高温高压的变质流体溶蚀浑圆化，即锆石生长经历了：生长、被溶蚀浑圆、再生长、再被溶蚀浑圆化的过程。同时，由于岩浆结晶分异作用是由高温液态岩浆逐渐结晶为低温固态岩石的降温过程，在此过程中锆石的溶解度随温度的降低而降低，因此，早期结晶的锆石部分不会被后期更低温的岩浆溶蚀，即锆石在整个生长过程中均能保持自形，当锆石成分变化大时则引起光性不均，产生明显的自形环带。

图1 岩浆作用，变质作用过程中温度变化趋势，锆石的生

长特点及相互转化关系

4．锆石的结晶特征与成因讨论

锆石（100）与（110）面的发育程度反映了岩体形成温度的变化，形成温度高一般（110）面发育，形成温度低则（100）面发育，各岩体不同阶段侵入体的锆石形态十分类似，表明了同源、同期特征。

据形态学研究，偏锥面（311）和四方柱面（100）的出现表明它在偏基性的岩浆中结晶，锥面（111）和（110）发育，这代表该环带结晶石岩浆偏酸性。

例如通过对孟恩地区的锆石进行人工重砂的研究锆石结晶形态：华力西晚期岩体与燕山早期岩体存在着明显的差异，前者以（111）与（100）、（110）所组成的聚形为主，后者以（111）与（110）、（100）所组成的聚形为主，表明在两

种不同的物理化学条件下形成，非同源、同期产物。

锆石不同晶面的发育程度与岩浆的成分，形成地质环境密切相关。因此，锆石晶面的研究是了解岩浆物质性质的重要途径之一。锆石晶面统计分析结果可以作为一种地质温度计，用以反映岩浆结晶的温度；而用锆石群型的统计分析结果计算的岩石碱度指数和温度指数以及相关的图解，可以从矿物学的角度判断岩浆的物质来源。锆石结晶形态与晶出的地质环境、物理化学条件有着极其密切的关系，因而常被作为指示形成环境的标型矿物。

三、结论

（1）锆石形态、颜色对源区的示踪：作为岩浆成因的花岗岩类岩石，其中的锆石一般为细长柱状，多数为具直线生长纹的自形晶体，常为简单的四方双锥或复四方双锥，锥面和柱面发育完善。变质重结晶锆石常具有较多的暗色包体、浑圆状的生长纹和浑圆形内核（简平等，2001；Kroner et al；1994）。锆石的颜色也是判别母岩性质的良好标志，锆石的颜色深浅与铀、铅含量有关，颜色愈深，其铀、铅含量愈高，母岩形成的时代越老，颜色愈浅，母岩形成的时代愈新。

（2）锆石的成分分析对源区的示踪：大量研究表明，不同成因锆石有不同的Th，U含量及Th/U比值：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）。

岩浆锆石的Th/U比值与Th和U在岩浆中的含量以及它们在锆石与岩浆之间的分配系数有关，具体对应关系为：（Th/U）锆石≌（DTh/DU）锆石/熔体·（Th/U）熔体。

一般情况下（DTh/DU）锆石/熔体≌0.2，平均地壳物质中Th/U比值约为4，所以通常岩浆锆石的Th/U比值接近1。岩浆成因锆石均显示成分变化总的趋势是：从晶体核部至边缘（环带不明显的晶体）及晶体每个环带的内侧至外侧HfO2，（UO2+ThO2）含量升高，ZrO2含量及ZrO2/HfO2值降低。

（3）锆石不同晶面的发育程度与岩浆的成分，形成地质环境密切相关。

因此，锆石晶面的研究是了解岩浆物质性质的重要途径之一。锆石晶面统计分析结果可以作为一种地质温度计，用以反映岩浆结晶的温度；而用锆石群型的统计分析结果计算的岩石碱度指数和温度指数以及相关的图解，可以从矿物学的角度判断岩浆的物质来源。

参考文献

[1] 杨承运编.19.光性矿物学教程.地质出版社.

[2] 鲍学昭，陈松年，李忠民.1996.中国38亿年古陆壳锆石

的成因矿物学研究.矿物学报，16：（4）.

[3] 鲍学昭，陆松年，李惠民等.1995.河北高级变质岩中锆石

的成因矿物学研究.岩石矿物学杂志，14：（3）. [4] 李颖，付丹予，张晓东.2004.孟恩地区锆石群结晶特征及

成因探讨.内蒙古科技与经济，13.

[5] Hoskin P W O，Schaltegger U.2003.The composition of

zircon and igneous and metamorphic petrogenesis.Reviews in mineralogy and geochemistry，53：27~55.