不同类型岩浆岩中锆石环带特征研究

李灵慧;周奇明;赵志丹;张超;妥天恩

【摘要】通过观察不同类型岩浆岩中锆石晶形，用统计学的方法对华南和西藏地区不同岩性下的锆石晶形结构进行系统对比分析，定量研究锆石环带密度及其成因。结果表明不同成因类型的花岗岩 Th/U和长宽比(L/W)有明显的区别；锆石环带发育的紧密程度与 SiO 2含量有很大的相关性；高温条件下易形成较宽的结晶环带，低温条件下形成较窄的岩浆环带。%Based on observation of crystalline form of zircon in different types of magmatic rocks,this paper applied statistics method in the comparison study on crystalline form of zircon in different lithology in South China and Tibet area,and conducted a quantitative research on the density of zircon annulus and its genesis. The results indicate that the Th/U ratio and length/width ratio in different types of granite are various;the development compactness of zircon annulus is closely related to the SiO 2 content;high temperature condition is favorable for wider crystallization annulus,and low temperature condition is favorable for narrower mag-matic annulus.

【期刊名称】《矿产与地质》

【年(卷),期】2016(030)002

【总页数】5页(P289-293)

【关键词】锆石环带;环带密度;锆石成因

【作者】李灵慧;周奇明;赵志丹;张超;妥天恩

【作者单位】中国地质大学，北京 100083;中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西桂林 541004;中国地质大学，北京 100083;中国地质大学，北京 100083;中国地质大学，北京 100083

【正文语种】中文

【中图分类】P578.94

“锆石学”是地球化学学科在国内外近年来发展最快的一门方法和技术学科，它主要是在锆

石的结构和成分分析的基础上，获得锆石的U-Pb年龄、微量元素和Hf同位素，进而揭示锆石的成因、时代和岩石成因、成矿年代学与地质体构造演化等问题。但由于LA-ICPMS定年存在一定的局限性，对于锆石颗粒大、成因简单、包体少、普通铅低、年龄适中的锆石，定年效果好(如碎屑锆石)，反之，特别是对成因复杂的锆石，定年效果不是很好。因此，LA-ICPMS定年时不仅要利用锆石的 Th/U 比值来判别和区分不同类型的锆石，还需要对锆石的形态学、地球化学和微区特征等方面的综合研究来判别锆石的成因类型 [1-2]，特别是锆石形貌学中锆石环带特征的研究要结合高清阴极发光照相才能使所得结果更准确。

国外Fernando Corfu等人提出不同类型岩浆岩中锆石的晶形和环带结构有不同的特征，进而可以用来鉴别岩浆岩的类型和成因的观点 [3]，同时在近年的研究中，锆石的晶形与锆石环带的研究在定量上的研究有所欠缺，为此，在显微镜下观察记录锆石的晶形并统计分析，通过阴极发光下(CL)制图研究锆石环带结构是简便和有效的方法。

本文通过查阅大量的文献资料，对采自青藏高原、华南等地区的各类岩浆岩中的723颗锆石晶体进行了环带研究(包括测量CL图中环带长度、宽度、圈数)，统计归纳了锆石年龄与锆石产出的全岩的成分及微量元素与锆石的微量元素的关系和变化规律，以及定量的研究锆石环带密度与成因相互关系。

样品主要来自华南地区的江浙一带及西藏地区的冈底斯东部和科内前旗，统计数据见表1，在表1中对其进行不同角度的分析归类：首先从不同岩性上挑选了678粒，其中花岗岩共534粒、花岗闪长岩63粒、安山岩10粒、辉长岩12粒、二长岩57粒；其次从不同成因花岗岩挑选了261粒，其中A型花岗岩176粒、I型花岗岩53粒、S型花岗岩32粒；测定锆石形貌全套数据(包括量锆石环带长，宽，环带圈数)总计734个，其中SiO2含量及其它全岩主量元素的有效数据695个，锆石饱和温度的有效数据369个，锆石微量元素如Th/U和定年的有效数据638个。

数据处理方法：

(1)以锆石内核第一圈自外到最外层环带作为半径，长度方向上量得的半径记为W，宽度方向上量得的半径记为L，数出的环带圈数记为N，再以半径(W或L)与环带圈数N作比进行投图，该值代表单位环带的具体宽度和单位长度上环带的密度。

(2)统计并筛选出花岗岩中的锆石所在的全岩主量元素含量把其带入 [4]高温实验得出锆石溶解度模拟公式中算出锆石结晶时的温度，进而探究锆石环带密度与温度的关系。

2.1　不同类型岩浆岩锆石阴极发光图像

不同岩浆中由于岩浆结晶时的热力学条件的差异导致其锆石环带的不同。图1-a中为玄武岩中的岩浆锆石晶体 [5]，锆石环带比较宽，晶型发育较好，柱面发育；在花岗岩中的岩浆锆石(图 1-b)锆石环带相比基性岩石较窄，晶形发育较好 [6]，锆石的柱面{110}、{100}及锥面{111}均较发育，晶体呈柱状；在闪辉长岩中发育的岩浆锆石(图1-c)环带较宽 [7]，锆石柱面和复四方双锥发育，而锥面{111}发育很差或不出现。

2.2　定量的角度研究花岗岩锆石环带特征

从图2中看出，S型花岗岩中锆石Th/U比值较低(绿色区域)，其比值为0.1～0.8，长宽L/W比值较小，其比值为1.0～2.0；A型花岗岩中的锆石具有较宽的Th/U比值(中褐色区域)，其比值为0.4～1.6；I型花岗岩中的锆石具有高的长宽比，L/W为1.0～3.0和中等的U/Th比值(黑色区域)，其比值为0.4～1.0。然而不管何种类型的花岗岩，其长宽L/W比一般都大于1，Th/U比值一般大于0.1，这在岩浆锆石标型中起着重要的作用，对进一步探究花岗岩密集生长环带的成因有深远的影响，推测其与锆石中微量元素的含量有关。

利用样品分析测试的SiO2含量数据按最新的岩浆岩中SiO2含量分类标准(SiO2含量小于45%为超基性岩，SiO2含量在45%～52%之间为基性岩，SiO2含量在52%～66%之间为中

性岩类，SiO2含量在66%以上为酸性岩)作图3。

从图3中可以看出，不同类型岩浆岩中的锆石环带(长和宽)密度是变化的，从超基性岩到酸性岩其环带密度(长和宽)呈逐渐增加的趋势，以及锆石环带长密度与宽密度随着全岩SiO2含量有着相同或者相似的变化趋势，同时在全岩SiO2含量与锆石环带密度关系上，酸性岩、基性岩和超基性岩均表现出全岩SiO2含量与锆石环带(长和宽)密度成正态或近于正态分布，而在中性岩中表现出双峰分布特征。表明，锆石环带发育的紧密程度与SiO2含量有很大的相关性。在高温下的超基性、基性岩中锆石的含量远少于中、酸性岩，是由于硅氧不饱和造成，同时在超基性、基性岩中即便有锆石，其环带发育也较弱，是因为锆石在这种高温和低黏度下还来不及形成环带就结晶了。也是高温玄武岩和碱性岩中含环带较宽的原因之一。酸、中性岩中锆石含量多，基性，超基性岩中锆石含量少，这是由全岩SiO2含量决定的。在酸性岩石中，有大量的Si-O原料，SiO2含量足够多，才会使ZrSiO4饱和析出形成锆石。

从图4中可看出，在环带密度变化范围上，花岗岩和闪长岩中锆石的环带密度变化范围最大，SiO2含量多的花岗闪长岩中锆石的环带密度接近花岗岩中的环带密度。图4表明，锆

石环带密度变化由玄武安山岩→闪长岩→辉长岩→二长岩→正长岩→花岗闪长岩→花岗岩，变化趋势是密度范围由小变大，说明锆石环带密度与SiO2含量有关。

一般认为振荡环带的宽度可与锆石结晶时的岩浆温度有关 [11]，由于高温条件下易形成较宽的结晶环带；低温条件下形成较窄的结晶环带。根据统计数据作图5，从图5反映出花岗岩中的锆石与结晶温度之间也有着一定的关系。I型花岗岩饱和温度范围为760K～840K，S型花岗岩饱和温度为720K～770K，A型花岗岩饱和温度范围为800K～860K。A型花岗岩为幔源花岗岩温度高，I、S型花岗岩为壳源花岗岩温度低。相对低温的I、S型花岗岩锆石环带宽度较A型花岗岩环带宽度范围小。

低温条件下的微量元素扩散速度慢，一般形成较窄的晶体结晶环带，如I型和S型花岗岩中的锆石。花岗岩的结晶温度较低，元素的扩散速度也相对较慢，晶体与熔浆界面处的微量元素会相对快地在缺失和富集间振荡[12-14]，因而形成细密的韵律生长环带。基性岩浆的结晶温度较高，元素扩散速度也相对快，晶体与熔浆界面处的微量元素会不容易在缺失和富集间振荡，因而形成较宽的环带(图6)。

(1)不同成因类型的花岗岩Th/U和长宽比(L/W)有明显的区别，S型花岗岩中锆石Th/U比值

为0.1～0.8，长宽L/W比值为1.0～2.0；A型花岗岩中的锆石具有较宽的Th/U，比值为0.4～1.6；I型花岗岩中的锆石具有高的长宽比，L/W为1.0～3.0和中等的U/Th比值，比值为0.4～1.0。

(2)锆石环带发育的紧密程度与SiO2含量有很大的相关性。超基性岩到酸性岩其环带密度(长和宽)呈逐渐增大的趋势，以及锆石环带长密度与宽密度随着全岩SiO2含量有着相同或者相似的变化趋势。

(3)高温条件下易形成较宽的结晶环带，低温条件下形成较窄的结晶环带。

【相关文献】

[1]　李长民.锆石成因矿物学与锆石微区定年综述[J]. 地质调查与研究，2009，33(3)：161-174.

[2]　马慧英.锆石分离与形态学研究的意义：以湖南省花岗岩锆石为例[J].矿产与地质，2015，29(5)：602-607.

[3]　CORFU F，HANCHAR J M，HOSKIN P W O， et al. Atlas of Zircon Textures[J]. Reviews in Mineralogy and Geochemistry ，2003，53：469-500.

[4]　WATSON E B，HARRISON T M. Zircon saturation revisited：Temperature and composition effects in a variety of crustal magmas types[J]. Earth and Planetary Science Letters，1983，64：295-304.

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