变质矿物内部结构研究——彩色阴极发光研究的地质意义

阴极发光(CL)方法主要应用于原位离子探针和激光剥蚀技术进行年龄测定之前的锆石研究,以及碳酸盐、长石和石英等矿物结构的分析。本研究介绍了采用热阴极发光方法分析变质矿物内部结构的优势,并结合不同岩类各变质相的常见代表性变质矿物,介绍了利用彩色阴极发光研究矿物结构的实例。一般来说,CL的产生是由激发元素如Mn、稀土元素(REE)和晶格缺陷引起的。像Fe这样的CL抑制元素的存在可以减少发光甚至完全不发光。变质矿物内部的CL彩色环带生长特征,在偏光显微镜的薄片研究中无法看到,但用彩色阴极发光方法在几秒钟内就可以识别出来。稀土元素的含量往往低于电子探针的检测限,对此,配之以分光计,阴极发光显微镜甚至可以提供化学成分的数据信息。本研究精选典型的具有彩色阴极发光结构的变质矿物,如大理岩中的橄榄石、镁铝榴石、钙铝榴石、镁铝榴石和钙铝榴石固溶体、锆石、矽线石、红柱石、蓝晶石、灰硅钙石、粒硅钙石、硬柱石、黝帘石/斜黝帘石、透辉石、硬玉/绿辉石、硅灰石、透闪石、葡萄石、绿泥石、钾长石、斜长石、石英、柯石英、玉髓等,展示了其CL显微镜下的结构特征。上述变质矿物来自不同地质环境的岩石中,如Margarita岛的高压(HP)变质岩,Dora-Maira地块(意大利)、苏鲁(中国)、Kokchetav地块(哈萨克斯坦)、西部片麻岩地区(挪威)和Pohorje(斯洛文尼亚)的超高压(UHP)变质岩,罗马尼亚的矽卡岩矿床和接触变质岩,美国内华达州的Twin Lakes和Bushveld杂岩,多米尼加共和国里约热内卢圣胡安杂岩,中国日喀则的交代岩,南非的Namaqualand、中国内蒙古的高温(HT)-超高温(UHT)变质岩,意大利Monzoni、坦桑尼亚Merelani的亚绿片岩和宝石级的黝帘石样品以及来自瑞士Campolungo的钙硅酸盐样品。矿物的内部特征主要指具有不同颜色分布的均匀无带状结构、同心环状分带结构(反映从核到边缘的元素逐渐增加或减少)、振荡环带结构、不均匀生长结构和生长过程中晶体形态变化的结构。进一步研究表明,变质结构还包括矿物的出溶结构、放射性损伤结构、变形结构、不同晶粒域出现的流体通道闭合结构以及细粒矿物的分布结构。CL方法用于薄片研究的优点之一是可以在较低放大倍数下较全面地观察各种矿物之间及其内部的结构。此外,CL记录的是清晰的彩色图像,而不像常规使用的U/Pb年龄测定前的电子探针CL系统,只能记录锆石的黑白图像。尽管上述讨论的CL信息主要是描述性的,但在使用电子探针、离子探针、激光剥蚀以及其他光谱学或矿物流体包裹体等研究之前,可作为重要的辅助研究方法。