锆石微破裂过程的离散元模拟

锆石中富含放射性元素U和Th,其U-Pb、U-Th-He与裂变径迹分析方法是最常用的地质热年代计,但这些年龄均与锆石的辐射损伤程度有关。锆石中放射性元素U和Th衰变所导致的晶体自辐射损伤,会改变晶体的物理和化学性质,在微观上表现为蜕晶化,宏观上则表现为密度降低和体积膨胀。不同生长环带间的差异膨胀产生相对膨胀力,导致锆石发生微破裂。为了探究微破裂的发育过程与机制,本文基于锆石自辐射损伤-体积膨胀经验关系,利用离散元模拟方法,模拟核-边双层锆石自辐射损伤过程中内部应力分布;结合锆石的弹性模量与抗拉强度,模拟自辐射损伤与围压对核部高U、Th(模型Ⅰ)与边部高U、Th(模型Ⅱ)两类锆石微破裂发育的影响。结果显示随着自辐射损伤及体积膨胀的增大,锆石微破裂过程具有显著的阶段性:模型Ⅰ边部破裂对称发育,从单条逐渐发育成空心“十”字与“米”字形破裂网络;模型Ⅱ核部发育的多个同心状破裂是由早期放射状破裂随自辐射损伤增强而拓展并逐渐相连而形成。围压的影响效果与自辐射损伤程度有关:低自辐射损伤下,围压增加会抑制模型Ⅰ边部与模型Ⅱ核部破裂的发育与拓展;高自辐射损伤下,随着围压的增大,模型Ⅰ放射状破裂密度增大,而模型Ⅱ同心状破裂数目减少。锆石中微破裂的发育将晶体分割成若干亚颗粒,改变原子扩散出颗粒的路径与距离,因此本文对锆石微破裂过程的研究,对于理解锆石中元素的扩散及相关的地质应用具有参考意义。

北疆卡鲁安Li-Be-Nb-Ta伟晶岩岩浆-热液过渡过程与晶体-熔体-流体相互作用:锆石矿物学记录

新疆卡鲁安伟晶岩型Li-Be-Nb-Ta矿床是阿尔泰造山带内重要的锂矿床之一。本文研究发现,卡鲁安富锂伟晶岩的各内部结构带,即钠长石-石英-白云母带(Ⅰ)、锂辉石-钠长石-石英带(Ⅱ)和锂云母-锂辉石-钠长石-石英带(Ⅲ)中的锆石结构和成分变化复杂,均发育三类、不同世代的锆石:Zr-P、Zr-A和Zr-O。Zr-P为原生岩浆锆石,它们具有均匀或振荡CL结构,相似的低HfO_(2)和Li、Be、Al、P、Ca、Fe、Nb、Cs、Ta含量。Zr-P_(Ⅰ)和Zr-P_(Ⅱ)的稀土元素配分模式呈左倾型,而Zr-P_(Ⅲ)的稀土配分模式呈平坦型,这与磷灰石和锰铝榴石分离结晶或熔-流体相互作用有关。Zr-A的CL结构不均匀,发育孔洞、微小富U/Th矿物包裹体,并含较高的Be、Al、P、Ca、Fe、Nb、Cs和Ta含量。Zr-A_(Ⅰ)和Zr-A_(Ⅱ)锆石显示相似的富集轻稀土、平坦式重稀土的M型稀土元素配分模式,而Zr-A_(Ⅲ)显示与Zr-P_(Ⅲ)相同的平坦型稀土配分模式。显微结构和成分差异表明,Zr-A是由原生岩浆锆石溶解-再沉淀而来,其中Zr-A_(Ⅰ)、Zr-A_(Ⅱ)锆石形成于岩浆热液过渡阶段的晶体-熔体-流体相互作用,而Zr-A_(Ⅲ)为流体交代的产物。Zr-O形成最晚,它们的CL结构均匀且强度最高,含最低UO_(2),而HfO_(2)、Li、Be、Al、P、Ca、Fe、Nb、Cs和Ta含量与原生岩浆锆石Zr-P相似,为热液成因。因此,卡鲁安富锂伟晶岩经历了岩浆、岩浆-热液过渡和热液多阶段演化,流体出溶后的晶体-熔体-流体相互作用活化早期锂辉石中的Li为伟晶岩晚期锂云母矿化(锂再富集)提供了重要物质条件。

锆石微量元素及其揭示的深部过程

近十年来对锆石研究已从早期的U-Pb放射性同位素定年和锆石同位素分析,发展到大量研究锆石的微量元素。锆石微量元素不仅可以作为锆石Ti温度计估算岩浆温度,也可以用来识别锆石及其母岩的岩石类型和成因,区分岩浆熔体或者流体控制的岩浆作用、变质作用、成矿作用等深部作用过程。文中在归纳总结岩浆锆石、变质锆石、热液锆石、碎屑锆石等不同类型锆石的微量元素成分基础上,以青藏高原碰撞后超钾质岩石中产出的锆石为例,系统介绍了超钾质岩石中各类锆石的结构、年龄和微量元素特征,并应用于解释超钾质岩石成因、岩浆源区成分、岩浆演化和上部地壳物质的混染、下地壳加厚和高原隆升之间的关系。

山西吕梁群和其主变质作用的锆石U-Pb年龄

本文用单颗粒锆石U-Pb定年方法对山西吕梁群的火山岩和宽坪村的花岗质混合片麻岩进行了年代学研究。吕梁群上部的双峰式火山岩喷发于大约2100Ma前,表明吕梁群形成于早元古代。而其主变质作用发生在早元古代晚期,即1806Ma左右。

10μm尺度锆石U-Pb年龄的LA-MC-ICP-MS测定

利用激光烧蚀多接收器等离子质谱系统,采用离子计数器与法拉第接收器同时接收U-Pb同位素的技术,对4个标准锆石GJ-1,91500,M257和TEMORA采用10μm剥蚀斑直径、单点剥蚀模式测定,得到了(602±3)Ma(n=32)、(1058±3)Ma(n=29)、(561.9±2.5)Ma(n=32)和(414.7±2.3)Ma(n=36)的结果;对GJ-1和TEMORA采用5μm剥蚀斑直径、曲线扫描模式测定,得到(596.9±4.5)Ma(n=22)、(417.9±2.5)Ma(n=32)的年龄,均与文献参考值在误差范围内一致。10μm斑径单点剥蚀得到I9801、05SD07-01两个典型变质锆石年龄分别为(426±2)Ma(n=30)、(1815±10)Ma(n=16),5μm斑径曲线扫描得到I9801、05SD07-01年龄分别为(427±3)Ma(n=32)、(1789±32)Ma(n=15),均为其可信年龄结果。利用LA-MC-ICP-MS系统对小颗粒锆石、锆石变质增生边或其他成因增生边进行10μm尺度内U-Pb定年是可行的。

巴尔哲碱性花岗岩锆石稀土微量元素、U-Pb年龄及其成岩成矿指示

巴尓哲碱性花岗岩体是分布在我国东北兴蒙造山带中段的罕见超大型稀土、铌、铍、锆矿床。本文通过对碱性花岗岩东岩体(矿体)成矿期有关深色和浅色锆石进行阴极发光、电子探针成分和LA-ICP-MS的分析测试,利用锆石地球化学特征探讨了岩体成岩成矿作用的关系。岩体的锆石可分为浅色和深色两类,两类锆石阴极发光具有不同特征,浅色锆石可见较宽不连续振荡环带,部分锆石存在核幔分区;和浅色锆石相比,深色锆石边部或内部凹坑、裂纹处溶蚀结构更发育。两类锆石均富含Nb、U、Y和REE元素,但深色锆石具有更高的Fe含量。Ⅰ型浅色锆石轻稀土富集,重稀土分异明显,具有高Hf、Nb、Ta,低Y特征,Ⅱ型浅色锆石轻稀土亏损,重稀土分异不明显,其稀土元素球粒陨石分布模式具有明显的"M型"四分组效应,显示出熔体-流体结晶锆石的特征。深色锆石原生结晶部分稀土配分模式与浅色锆石Ⅱ型相似,轻稀土亏损,重稀土分异不明显,受流体改造部分∑REE无明显变化,但LREE和Nb、Ta、U、Th含量及Th/U比值降低。浅色锆石和深色锆石的206Pb/238U年龄相近,获得锆石U-Pb的结晶年龄为122.7±1.8Ma(MSWD=5.1),与前人用Rb-Sr法及U-Pb法测定的年龄值一致;上述结果显示,巴尓哲岩体成矿期锆石具有幔源花岗岩来源特征,大型稀有稀土金属成矿物质的富集可能和源区经历的近期富集交代及岩体在富含F,Cl等挥发分流体-水环境下作用下经历分离结晶两个因素叠加有关。可以认为,巴尓哲富稀土花岗岩成岩与成矿作用是近于同时完成的。

激光探针等离子体质谱法(LAM-ICPMS)用于年轻锆石U-Pb定年

利用激光探针等离子体质谱（LAM－ICPMS）技术对中生代钻石进行了详细的206Pb／23U定年研究。采用线扫描（Linescan）进样法减小了传统的剥深（Depthprofile）进样法所引起的激光熔蚀分异效应；优化仪器参数可消减ICP－MS对Pb和U的质量歧视效应；测得了精确的206Pb／238U比值及年龄。研究结果表明，均匀颗粒锆石的206Ph／238U比值测量精度为2％～10％，定年精度和准确度优于3％；对大颗粒（100～160μm）及均匀的年轻锆石U－Pb定年可与灵敏的高分辨离子探针（SHRIMP）定年结果相比。

赣南白面石铀矿区花岗岩的锆石年代学、地球化学及成因研究

赣南白面石铀矿区是华南重要的火山岩型铀矿区,矿体产在白面石火山盆地的玄武岩和砂岩中。该火山盆地基底为白面石花岗岩,以前的研究表明是白面石花岗岩为铀矿化提供了成矿所需的铀。锆石LA-ICP-MSU-Pb同位素定年研究表明白面石花岗岩形成于(241±7)Ma,为印支期花岗岩。白面石花岗岩主要岩性为中细粒二云母花岗岩,岩石具有高硅(SiO2含量为71.99%～73.82%)、高铝(Al2O3含量13.26%～14.57%)的特点,铝饱和指数A/CNK为1.15～1.28,属于强过铝花岗岩。微量元素组成特征表现为富集Rb,Th,Ta和亏损Sr,Ba,Ti和Eu。稀土元素显示轻稀土富集和Eu负异常的特点。白面石岩体具有较高的(87Sr/86Sr)i比值(0.71162～0.71613)和较低的εNd(t)值(-13.9～-12.2),两阶段Nd同位素模式年龄变化为2.01Ga～2.15Ga。岩浆期锆石具有较低的εHf(t)值,变化为-15.1～-11.9,两阶段Hf模式年龄计算为2.01Ga～2.21Ga,与Nd模式年龄一致。岩相学和地球化学特征均表明白面石花岗岩属于典型的强过铝S型花岗岩,结合年代学和同位素特征,推测其源区可能是类似于桃溪群的变质沉积岩。白面石花岗岩的地球化学特征类似于华南许多的产铀花岗岩,可能是多期变质和重熔事件使其成为富铀花岗岩,随后在后期的地壳拉张导致的热液活动中转移铀,为铀矿化提供铀源。

激光探针等离子体质谱用于锆石Pb-Pb定年的分析和校正方法的进一步探讨

激光探针等离子体质谱可对锆石进行快速准确的Ｐｂ－Ｐｂ同位素定年。本文进一步探讨了该方法应用中的几个问题。对不同样品采用不同的聚焦方式可以对Ｕ／Ｐｂ分异有一定的控制作用。在一定的条件下，不连续和连续采样模式都可以得到较高精度和准确度的结果。连续采样模式还可以得到同位素计数的深度剖面。不同的测量滞留时间会影响测量结果的精度。２０ｍｓ为适合锆石２０７Ｐｂ／２０８Ｐｂ分析的最佳测量滞留时间。在对测定结果进行校正时，可以采用玻璃标样ＮＩＳＴ６１０和钻石标样两种不同的校正方法。

浙东晚中生代玄武岩的锆石SHRIMP U-Pb年代学及其地质意义

对浙江东部晚中生代分属上下岩系的8个火山-沉积岩地层的玄武岩样品中的锆石进行了内部结构研究,并用SHRIMP方法测定了U-Pb年龄。结果显示,下岩系玄武岩中多数锆石给出206Pb/238U年龄为(120±1)Ma,Th/U比值为0.65～2.44;上岩系玄武岩中最年轻锆石的206Pb/238U年龄为(103±2)Ma,Th/U范围是0.57～3.03。上下岩系的形成时代的结果与前人研究的相应地层年代一致,但也存在有明显差别。在测定过程中发现,下岩系玄武岩中锆石年龄分布相对集中,仅有少量的古老锆石残留,表明在玄武岩形成过程中,只有少量地壳成分混染。上岩系中与玄武岩同时形成的锆石含量较少,多数是捕获锆石,且年龄分布范围较大,几乎覆盖了华南地块所有岩浆活动时代,这表明在玄武岩形成过程中捕获了陆壳物质,这种陆壳物质很可能是含有不同时期锆石的碎屑沉积岩/物。

内蒙古黄土窑孔兹岩系的锆石与金红石年龄研究

内蒙古黄土窑及其毗邻地区孔兹岩系已有一些1800～1900Ma的锆石U-Pb年龄数据,但因孔兹岩是高级变质的沉积岩,其锆石U-Pb年龄往往代表峰期变质年龄而不是原岩沉积年龄,因此孔兹岩系属太古宙还是古元古代长期未决。内蒙古黄土窑是晋蒙孔兹岩系的经典产地之一,对其锆石和金红石研究和年龄测试,得到孔兹岩系的碎屑锆石年龄为2310Ma,变质成因锆石年龄为1873Ma,金红石代表的冷却年龄为1793Ma。表明晋蒙孔兹岩系的原岩年龄为古元古代。

赣东北鹅湖岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄、Sr-Nd-Hf同位素地球化学与岩石成因

对赣东北鹅湖岩体进行了SHRIMP锆石U-Pb年代学、元素和Sr-Nd-Hf同位素地球化学及岩石成因研究。SHRIMP锆石U-Pb定年结果表明,鹅湖岩体形成于早白垩世的(121.7±2.9)Ma;岩相学及元素和Sr-Nd-Hf同位素特征表明鹅湖花岗岩属于S型,主要是由地壳深处(至少40km)的古元古代变质沉积岩发生部分熔融形成的,成岩过程中并没有发生强烈的分离结晶作用和幔源岩浆混合作用,赣东北地区早白垩世伸展构造背景造成的软流圈地幔上涌可能是下地壳岩石发生部分熔融的诱因。

华夏地块龙泉地区发现亚洲最古老的锆石

锆石这一矿物是迄今为止所发现的地球最初500个百万年间（地质学界通常称为“冥古代”）的唯一地壳物质残留,对于了解地球早期地壳演化过程至关重要。近年来,随着高精度 SHRIMP 测年技术的广泛运用,笔者最近在华夏地块龙泉地区发现了2颗约4100 Ma的碎屑锆石。其中一颗为目前发现亚洲最古老的锆石,其内部结构简单,具有正常的震荡环带,207Pb/206Pb年龄为（4127±4） Ma；其δ18O与地幔岩浆的氧同位素类似,可能来自于早期的幔源岩浆或者未经历地表过程的深部地壳物质的熔融。另外一颗锆石具有明显的核边结构,其核部结晶年龄约为4100 Ma,变质边年龄约为4070 Ma,外围还有2层岩浆增生边年龄介于3800~3600 Ma,代表了该4100 Ma的锆石核部在后期经历了复杂的地壳演化过程,4070 Ma的变质边是目前已获得最为可靠的全球变质年龄。上述发现表明冥古宙时地壳性质和构造环境存在多样性,为认识地球早期大陆演化过程提供了重要新信息。

黑龙江翠宏山铅锌多金属矿区花岗岩锆石SHRIMP U-Pb测年及其地质意义

翠宏山铅锌多金属矿床产在花岗岩体与下寒武统西林群铅山组变质岩系的接触带内,是一矽卡岩型铅锌多金属矿床。岩浆活动强烈,具有脉动活动特点,形成的岩石类型主要有二长花岗岩、碱长花岗岩,总结岩石地球化学特征,认为二者分别具有"I"型花岗岩和"A"型花岗岩特征,花岗岩的形成与造山后伸展作用有关。采用锆石U-Pb方法确定了岩浆岩的形成年龄,获得二长花岗岩年龄为192.8±2.5Ma、199.0±3.1Ma。研究认为,铅锌多金属成矿与岩浆活动关系密切,成矿作用发生在印支晚期-燕山早期。

阿拉善地块南缘龙首山东段“龙首山岩群”的再厘定——来自碎屑锆石U-Pb定年的证据

龙首山东段滑石口井地区存在一套浅变质的沉积岩系，原被认为属于古元古代“龙首山岩群”。本文取自这套变沉积岩系的2件样品的碎屑锆石年龄范围介于0．52～3．56Ga之间，与相邻的寒武系大黄山群碎屑锆石年龄谱相似，其时代可能为中、晚寒武世。取自原“龙首山岩群”和寒武系大黄山群的3件变沉积岩样品中，共获得129个谐和的碎屑锆石年龄，主要分布在0．7～1．2Ga（约占47％，峰值～0．8、～0．94、～1．0C-a）和2．5～2．8Ga（约占31％，峰值～2．5、～2．7Ga），相对较小的年龄群集中在0．5～0．6Ga（约占7％，峰值～0．56Ga）和1．4～1．8渤（约占10％，峰值～1．5Ga），其余年龄零星分布于1．8～2．4Ga，少量锆石年龄〉3．0Ga。碎屑物源分析认为，大黄山群的碎屑物质主要来自祁连地块，其中新元古代末一早古生代初期的碎屑物质来自北祁连造山带相关的火成岩，新元古代碎屑物质来自祁连地块广泛分布的新元古代岩浆岩，而中元古代一太古宙碎屑物质可能来自祁连地块再循环的变质基底岩石。结合区域地质资料认为，龙首山东段的浅变质沉积岩系和寒武系大黄山群可能沉积于祁连地块北侧的大陆边缘，在构造背景上属于祁连造山带，而不属于阿拉善地块。

江西大岭上钨矿花岗斑岩锆石特征、成因及意义

锆石特征较好地记录了形成环境,可以指示其成因类型,反演寄主岩石岩浆的演化过程。本文利用阴极发光和LA_ICPMS技术获得了江西大岭上钨矿区花岗斑岩锆石的阴极发光图像、微量元素数据。研究表明该花岗斑岩中的锆石包括无核燕山期岩浆锆石、继承锆石和被捕获锆石。无核锆石阴极发光图像暗黑,Th/U<0.1,LREE/HREE比值高,Ce弱正异常,平均锆石Ti温度计地质温度为872℃,兼具岩浆锆石和热液锆石的特征,为形成于伟晶岩阶段之前的富含热液的岩浆晚期阶段的岩浆锆石。捕获锆石整体具灰白阴极发光,其裂隙中见暗黑阴极发光,Th/U>0.4,LREE/HREE值低,Ce正异常,锆石Ti温度计地质温度为766℃,为典型的岩浆锆石。继承锆石的核具有灰白色阴极发光,其边缘阴极发光暗黑,锆石微量元素特征值介于前两类锆石之间,其核部为形成于燕山期之前的岩浆锆石,其边部为与无核锆石同时形成的锆石边。区域上形成于燕山期之前的岩浆岩仅有晋宁期花岗闪长岩,因此捕获锆石和继承锆石核可能来源于晋宁期花岗闪长岩。晋宁期花岗闪长岩可能是黑云母花岗斑岩的一种源岩。无核锆石特征说明,该类锆石结晶时,寄主岩石岩浆处于富含高温热液、压力降低的环境中,岩浆演化处于伟晶岩阶段之前的岩浆晚期阶段。该阶段的这种富含热液的岩浆具有很强的金属运载能力,值得进一步研究。

云开地块西北缘那蓬岩体的锆石U-Pb年龄

分布于罗定—广宁断裂北侧的那蓬岩体是典型的岩浆成因花岗岩，它富含堇青石、红柱石和夕线石等富铝矿物。采集于滨北新珠塘采场的花岗岩包含两类石即短柱状和长柱状晶体。锆石U－Pb定年结果表明，其下交点年龄为418±12Ma，而上交点年龄为1607±96Ma，它们分别代表岩体的形成时代和源岩时代。故那蓬岩体是加里东期岩浆活动的产物。

浙江景宁鹤溪群斜长角闪岩变质新生锆石特征、离子探针(SHRIMP)U-Pb年龄及地质意义

景宁鹤溪群斜长角闪岩变质新生锆石特征是粒度均匀（约70μm），晶体结晶和透明度极好，色调一致的淡粉红色，呈金刚光泽．未见裂隙、表面熔蚀、环带和核心构造。离子探针质谱GHRIMPⅡ）的206Pb／238U、207Pb／235U两组年龄在误差范围内基本谐和，206Pb／238U年龄的加权平均值（252±5Ma）为变质新生铁石的结晶年龄。锆石的精确定年（252±5Ma）为丽水—余姚断裂以东地区呈“天窗式”零星出露于中生代火山岩系中的鹤溪群提供了一个变质作用的确切年龄，也为印支运动在丽水—余姚断裂以东地区的存在提供了重要的年代学佐证。

广西龙胜丹洲群细碧岩锆石U－Pb及Sm－Nd等时线年龄

用单颗粒锆石Ｕ－Ｐｂ及全岩、全岩－矿物Ｓｍ－Ｎｄ等时线法对广西龙胜丹洲群细碧岩进行了地质年代学研究。结晶锆石年龄为９７７±１０Ｍａ，代表细碧岩的形成时代；锆石Ｕ－Ｐｂ及全岩Ｓｍ－Ｎｄ等时线均反映出～０．６Ｇａ的一次后期事件年龄，很可能代表一次较大规模富ＣＯ２流体的热液蚀变作用时代，即本区受细碧岩层控的滑石矿的成矿年龄；细碧岩全岩矿物Ｓｍ－Ｎｄ内部等时线年龄为２０１±４０Ｍａ，代表了印支期岩浆热事件的时代。

锆石的结构与化学稳定性 :核废料处置矿物类比物研究

锆石可作为核废料处置矿物类比物的重要矿物 ,近年来对此开展了大量的研究。在综合前人研究成果的基础上 ,文中对天然锆石遭受放射性照射所导致的晶格破坏、蜕晶质化以及锆石在各种热液条件下的稳定性、表面反应特性等几个方面进行了总结研究 ,特别是对各种热液条件下锆石的溶解动力学及元素传质进行全面讨论 ,进一步阐明了锆石作为核废料处置矿物类比物的优越性 ,指出今后一方面应着重对锆石的放射性破坏机制及蜕晶质化过程中的元素扩散、迁移和聚集进行系统的研究 ,另一方面着重研究不同变质程度锆石的淋滤机制和不同条件下淋滤溶液 (不同 pH值、无机溶液组分、有机溶液等 )对锆石中各种元素的影响。