熱液鋯石形成機(jī)制、特征及地質(zhì)意義研究

張丁寧，陶中一

(桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541006)

熱液鋯石形成機(jī)制、特征及地質(zhì)意義研究

張丁寧，陶中一

(桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541006)

全面梳理了國內(nèi)外與熱液鋯石相關(guān)的文獻(xiàn)資料，總結(jié)了熱液鋯石的成因、礦物學(xué)特點(diǎn)、形成機(jī)理以及年代學(xué)意義等，以期為人們對于熱液鋯石的分析提供一定的借鑒作用。

熱液鋯石；熱液蝕變作用；含金石英脈；微區(qū)原位測試

鋯石是變質(zhì)巖、巖漿巖、月巖中以及沉積巖等最為主要的副礦物。因?yàn)槠洳季謱挿?，化學(xué)、物理性質(zhì)極為穩(wěn)定，含有較多的Th、U等放射性元素，鉛含量相對較低，U-Pb體系封閉溫度比較高，其是U-Pb同位素定年最佳的礦物，同時(shí)在地質(zhì)學(xué)里面有著大量的運(yùn)用。在最近幾年時(shí)間內(nèi)，伴隨原位微區(qū)技術(shù)的逐漸進(jìn)步，鋯石U-Pb定年、結(jié)合陰極發(fā)光CL、微量元素、背散射BSE圖像以及Hf同位素等相關(guān)內(nèi)容的探討已經(jīng)有了較大的發(fā)展。針對某個(gè)時(shí)期演變的巖漿巖，巖漿鋯石能夠提供精準(zhǔn)度較高的年齡信息；針對沉積巖里面碎屑鋯石存在年限實(shí)施測定，能夠摸索源區(qū)信息與歷史基底的演變。具備悠久歷史的變質(zhì)巖里面所存在的鋯石保存了多個(gè)階段的生長架構(gòu)與地區(qū)，通常會展示出多個(gè)年齡不同的時(shí)期，融合鋯石的微量元素特點(diǎn)能夠針對此年齡進(jìn)行科學(xué)的闡述。

伴隨鋯石測年手段的日益進(jìn)步，逐漸增多的研究成果對于鋯石穩(wěn)定性的觀點(diǎn)帶來了非常大的影響，經(jīng)過研究得知鋯石在熱液環(huán)境下極易出現(xiàn)腐蝕、熔蝕以及改造等，又或許會產(chǎn)生具備“熱液礦物”特點(diǎn)的鋯石，也就是熱液鋯石。

1 熱液鋯石的形成機(jī)制

經(jīng)過前十幾年時(shí)間所進(jìn)行的分析可知，鋯石能夠直接性的由中低溫度的熱液流體里面形成結(jié)晶。例如：Claoue'-Long等人[1]經(jīng)過針對加拿大本土Abitibi綠巖帶地區(qū)的金礦床石英脈里面所含有的鋯石進(jìn)行分析，指出此鋯石是在溫度為260～380℃、壓強(qiáng)200 MPa的環(huán)境之下和自然金、石英等其它的熱液礦物相靠近所產(chǎn)生的。Dempster等人[2]在蘇格蘭的高地板巖里面挖據(jù)出了顆粒非常之小(<10 μm)、無環(huán)帶架構(gòu)的全新鋯石，分析得知其在綠片巖相變質(zhì)環(huán)境(<350℃)下在變質(zhì)流體里面結(jié)晶所產(chǎn)生的。近期的一項(xiàng)研究表明，波蘭Sudetic蛇綠巖的蛇紋石化環(huán)節(jié)之中有著非常多熱液鋯石產(chǎn)生，此鋯石產(chǎn)生在溫度為270～300℃、壓強(qiáng)100 MPa的環(huán)境下。Hoskin[3]將熱液鋯石產(chǎn)生機(jī)理概括成：a由圍巖里面所捕獲的鋯石在熱流體之中被溶解以后重新進(jìn)行結(jié)晶，產(chǎn)生全新的鋯石；b在溫度較低(120～200℃)的環(huán)境下，由于放射性的減弱而受晶體架構(gòu)破損的鋯石和流體之間進(jìn)行離子互換，使得晶體架構(gòu)逐漸回復(fù)；c在中低溫環(huán)境中流體里面所包含的ZrSiO4由于區(qū)域飽和而形成結(jié)晶。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析可知，流體里面存在較多的Cl-與F-，主要的載體便是Zr，硫酸根、磷酸根以及碳酸根離子同樣能夠與Zr產(chǎn)生配位體，造成熱液體系里面所包含Zr的活性逐漸加強(qiáng)，為熱液鋯石的產(chǎn)生奠定了較好的基礎(chǔ)。

2 熱液鋯石的形態(tài)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征

熱液鋯石往往產(chǎn)生在中低溫?zé)嵋旱沫h(huán)境之下，其結(jié)晶時(shí)的溫度需求和巖漿鋯石、變質(zhì)形變的程度和變質(zhì)鋯石對比而言顯著較低、較差，所以會產(chǎn)生完全不一樣的結(jié)晶特性與外貌架構(gòu)特點(diǎn)。巖漿鋯石自我形成程度相對較高，晶體大都表現(xiàn)為四方柱、四方雙錐以及復(fù)四方雙錐的形狀。其結(jié)晶的溫度往往相對偏高，大都具備較為均勻的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與巖漿包裹體。巖漿鋯石在CL圖像與BSE圖像中能夠觀察到較為顯著的巖漿振蕩產(chǎn)生環(huán)帶。變質(zhì)鋯石由于變質(zhì)環(huán)境的不一樣，其外貌也完全不同，內(nèi)部架構(gòu)大致涵蓋弱分帶、無分帶、扇形分帶、流動狀分帶以及斑雜狀分帶等其他較為繁瑣的架構(gòu)種類。經(jīng)過對CL圖像與BSE圖像技術(shù)的運(yùn)用，同時(shí)結(jié)合人們之前對于熱液鋯石所進(jìn)行的分析能夠得知，熱液鋯石的顆粒大都呈現(xiàn)為半自形至他形，半透明狀，其棱線通常是不顯著的，在雙目鏡下對其進(jìn)行觀察其是淺棕紅色又或是暗棕色；熱液鋯石通常以巖漿鋯石的重生邊的方式展示，又或以腸狀、細(xì)脈狀存在于其他的礦物里面，其內(nèi)部架構(gòu)往往以多孔狀為特點(diǎn)，同時(shí)存在著部分礦物包裹體，含有流體包裹體數(shù)量較多的時(shí)候便能夠產(chǎn)生海綿狀的組織。熱液鋯石大都會展示出較為顯著的熱液礦物包裹體以及數(shù)量較多的低鹽度H2O-CO2流體包裹體，其表明鋯石正是在熱流體的背景之下進(jìn)行沉淀結(jié)晶的。經(jīng)過對于澳大利亞Boggy Plain巖體勘查、分析可知，其巖漿鋯石的熱液增生邊并不具備陰極發(fā)光的特性[3]。McNaughton等人[4]指出，熱液鋯石具備和人工巖漿鋯石完全相同的形態(tài)學(xué)特性。

3 熱液鋯石的微量元素特征

鋯石里面的所含有的微量元素主要有：U、Hf、Th、Y以及Pb等其他元素。即使大都認(rèn)為造成熱液鋯石產(chǎn)生的熱液流體是巖漿分異的重要因素，然而巖漿鋯石與熱液鋯石依然具備相應(yīng)的微量元素特點(diǎn)。Hanchar等人[5]認(rèn)為，稀土元素(REE)的含有數(shù)量與配備形式能夠體現(xiàn)出鋯石的形成條件與熔體又或是流體的化學(xué)構(gòu)成。針對澳大利亞Boggy Plain巖體里面的鋯石所含有的微量元素進(jìn)行分析得知[3]，和巖漿鋯石對比而言，熱液鋯石含有較多的Au、W以及Mo等，其具備LREE較為聚集、REE總數(shù)較高、展示較弱的Ce正異常等其他特點(diǎn)。針對埃及Gabel Hamradom區(qū)域的花崗巖以及加拿大Acasta花崗質(zhì)脈巖里面的巖漿鋯石熱液生長邊所進(jìn)行的分析獲得了相同的結(jié)論[6]，熱液鋯石的REE配備特點(diǎn)體現(xiàn)出了相似性同時(shí)和沒有發(fā)生蝕變作用的巖漿鋯石之間有著顯著的差異。變質(zhì)鋯石的微量元素特點(diǎn)由于變質(zhì)環(huán)境的不一樣而存在不同差異。

總而言之，巖漿鋯石、熱液鋯石以及變質(zhì)鋯石的微量元素與稀土元素的構(gòu)成或許存在著非常顯著的差距，能夠當(dāng)作劃分不一樣成因鋯石最為重要的參考。然而當(dāng)前對于導(dǎo)致此差距的原因并不是非常的清晰，推演或許和熱液流體的根源、物質(zhì)構(gòu)成及化學(xué)物理性質(zhì)相關(guān)。

4 微區(qū)原位測試技術(shù)

原位分析測試技術(shù)的不斷變革創(chuàng)新，是鋯石等其他副礦物在地學(xué)之中能夠獲得大量運(yùn)用的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前，最常見的微區(qū)原位測試技術(shù)有激光探針、離子探針以及同位素稀釋—熱電離質(zhì)譜法等等。

4.1 離子探針

離子探針(SHRIMP)是當(dāng)前微區(qū)原位測試方式里面最為領(lǐng)先的同時(shí)精準(zhǔn)程度最高的測年形式，具備較高的靈敏度、較高的空間分辨率以及對于檢測樣品的影響較小等特征。其檢測機(jī)理是：當(dāng)固體樣品在真空環(huán)境被含有幾千電子伏能量的單次離子束轟擊的時(shí)候，一次粒子經(jīng)過繁瑣的碰撞環(huán)節(jié)將一些能量傳遞至檢測樣品的外表，造成樣品的外部機(jī)構(gòu)出現(xiàn)損傷，逸出含有檢測樣品外部信息的碎片與粒子等，其間大約有0.01%～10%的粒子被電離，經(jīng)過電離之后的粒子經(jīng)過樣品外部的高壓增加速度以后，融入到質(zhì)譜儀中，根據(jù)荷質(zhì)比來達(dá)到質(zhì)譜的相互分離。經(jīng)過接收器進(jìn)行檢測，同時(shí)和標(biāo)準(zhǔn)樣品比較之后獲得樣品外表所含有的元素?cái)?shù)量與二次離子圖像等等。

4.2 激光探針

激光探針(LAM-ICPMS)，也就是激光探針能夠?qū)τ诠腆w樣品微區(qū)點(diǎn)的微量元素、常量元素以及同位素等其他組分實(shí)施原位監(jiān)測。其機(jī)理如下：將檢測樣品放入到封閉性較好的樣品室之中，經(jīng)過激光聚焦在檢測樣品的微區(qū)，使得檢測樣品的部分發(fā)生熔蝕氣化，將已經(jīng)經(jīng)過氣化的檢測樣品經(jīng)過樣品管引入至ICP-MS里面，其次運(yùn)用質(zhì)譜儀針對進(jìn)入的物質(zhì)實(shí)施同位素比率的測定，按照所檢測礦物和對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)礦物之間的同位素比率的檢測成果，針對相關(guān)元素的含有數(shù)量以及同位素的具體年齡實(shí)施相應(yīng)的計(jì)算。

在相應(yīng)環(huán)境下便能夠取得和SHRIMP技術(shù)相類似的精準(zhǔn)度，同時(shí)速度較快、費(fèi)用低廉。然而此方式對于檢測樣品有著較大的損壞，沒有辦法實(shí)施重現(xiàn)性的測定，同時(shí)檢測環(huán)節(jié)遭受汞所造成的影響。

4.3 同位素稀釋—熱電離質(zhì)譜法

同位素稀釋—熱電離質(zhì)譜法(ID-TIMS)所能檢測的礦物年齡范疇較為寬泛，每次檢測的精準(zhǔn)程度能夠達(dá)到0.1%，不需要使用標(biāo)準(zhǔn)礦物對其實(shí)施修正，防止尋求與制作標(biāo)準(zhǔn)礦物。然而事先處理的環(huán)節(jié)較為繁瑣同時(shí)需要耗費(fèi)非常多的時(shí)間，沒有辦法披露較為復(fù)雜的鋯石內(nèi)部微區(qū)具體的年代信息。其檢測機(jī)理便是采取化學(xué)方式將需要檢測的礦物在合適的溫度、壓強(qiáng)背景下發(fā)生溶解。在其完全溶解以后，將Pb與U分別運(yùn)用離子交換色譜由樣品溶液里面完全分離出，其次經(jīng)過熱電離質(zhì)譜儀針對Pb與U實(shí)施有關(guān)的檢測，通過具體的計(jì)算便能夠獲得礦物相應(yīng)的U-Pb同位素年齡。

5 熱液鋯石的年代學(xué)意義

隨著韌性剪切作用相關(guān)的熱液作用對于含金石英脈等其它種類熱液礦床里面的鋯石U-Pb體系封閉性產(chǎn)生了非常大的影響，經(jīng)過對于遭受熱液蝕變作用巨大影響的鋯石微區(qū)又或是顆粒實(shí)施U-Pb定年，便能夠獲得熱液蝕變所出現(xiàn)的精準(zhǔn)時(shí)間范疇，也就是熱液礦床產(chǎn)生的具體時(shí)間。針對那些并未遭受熱液蝕變所造成影響的鋯石微區(qū)，也就是在遭受交代蝕變影響的鋯石里面依然具有著鋯石U-Pb體系所具備的封閉性然而沒有被重新安置的微區(qū)實(shí)施U-Pb定年，能夠獲得體現(xiàn)此巖石又或是原生鋯石產(chǎn)生的時(shí)代。針對張宣區(qū)域的后溝金礦與東坪金礦里面所含有的熱液鋯石與巖漿鋯石等實(shí)施U-Pb定年，得知后溝金礦里面所含有的巖漿鋯石的年齡大概是380 Ma；東坪金礦床里面所包含的熱液鋯石的年齡大概是140 Ma；后溝金礦床里面所含有的熱液鋯石的年齡大概是154 Ma。因?yàn)槌傻V和成巖之間的年齡差距大約在226～240 Ma范圍內(nèi)，研究得知后溝與東坪金礦床的產(chǎn)生和水泉溝巖漿的侵犯之間沒有任何直接性的聯(lián)系，同時(shí)東坪的成礦時(shí)間和后溝的脆韌性剪切帶產(chǎn)生時(shí)間較為接近[7]。

6 結(jié) 論

1) 鋯石的成分與組成結(jié)構(gòu)完全記錄了巖石所經(jīng)過的較為繁瑣的地質(zhì)環(huán)節(jié)，所以對于內(nèi)部架構(gòu)較為繁瑣的鋯石實(shí)施同位素與形成原因?qū)嵤┪^(qū)原位的分析，需要在對其內(nèi)部架構(gòu)實(shí)施全面研究的基礎(chǔ)之上展開。

2) 鋯石的形成原因非常復(fù)雜，在劃分鋯石形成原因又或是分析鋯石U-Pb定年的時(shí)候，需要將鋯石的外形、礦物包裹體、內(nèi)部CL特性以及痕量元素特點(diǎn)等相互融合進(jìn)行充分的研究。

3) 對于含金石英脈里面的熱液鋯石實(shí)施原位微區(qū)定年是明確石英脈型金礦床形成時(shí)間最為主要的方式，然而含金石英脈里面還往往存在著由圍巖里面所獲取的變質(zhì)鋯石又或是巖漿鋯石。所以，石英脈型金礦床鋯石U-Pb年代學(xué)分析的核心便是把熱液鋯石和捕獲鋯石進(jìn)行合理的劃分。

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Formation & Characteristics of Hydrothermal Zircon and Its Geological Significance

ZHANG Dingning, TAO Zhongyi

(DepartmentofEarthSciences,GuilinUniversityofTechnology,Guilin,Guangxi541006,China)

In this paper, you can see the research data of hydrothermal zircon will be summarized, including the genetic mineralogy characteristics, the formation mechanism and chronological significance of hydrothermal zircon. All of these will be of a reference function to the analysis of hydrothermal zircon.

Hydrothermal zircon; Hydrothermal alteration; Auriferous quartz vein; Micro zone in situ test

2017-04-10

張丁寧(1992-)，女，河北石家莊人，在讀碩士研究生，研究方向：地質(zhì)學(xué)，手機(jī)：15977338125，E-mail：364837354@qq.com；通訊作者：陶中一(1982-)，女，廣西桂林人，講師，研究方向：花崗巖與成礦，E-mail：635322483@qq.com.

P597

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.009