鋯石微量元素地球化學對硅質(zhì)火山巖漿系統(tǒng)的制約

賀振宇，顏麗麗

(中國地質(zhì)科學院 地質(zhì)研究所， 北京 100037)

近年來的研究表明，大型硅質(zhì)火山作用(噴發(fā)體積約102～104km3)的巖漿系統(tǒng)是地殼尺度的，由深淺多個巖漿房相連構(gòu)成，經(jīng)歷了復雜的起源、存儲、運移、補給和噴發(fā)過程(圖1; Scandoneetal., 2007; Lipman and Bachmann, 2015; Bachmann and Huber, 2016; Cooper, 2017; Cashmanetal., 2017; Karakasetal., 2019; 馬昌前等, 2020)。目前關(guān)于硅質(zhì)巖漿的起源、巖漿在地殼巖漿儲庫的狀態(tài)、火山噴發(fā)產(chǎn)物的成分與晶體含量不均一性的成因機制，以及火山巖與侵入巖的成因聯(lián)系等問題，還存在許多不同認識，例如：幔源玄武質(zhì)巖漿持續(xù)的分離結(jié)晶(或伴隨有同化混染)被認為是硅質(zhì)巖漿的主要形成方式(Annenetal., 2006; Kelleretal., 2015; Frostetal., 2016; Karakasetal., 2017)；幔源巖漿底侵導致下地殼巖石的部分熔融作用也可以形成硅質(zhì)巖漿，但需要厚的成熟下地殼和能夠阻擋幔源巖漿快速上升的密度和流變學條件(Dufek and Bergantz, 2005; Reubi and Blundy, 2009; Karakasetal., 2017)。因此，分離結(jié)晶作用還是部分熔融作用對硅質(zhì)巖漿起源起主導作用仍存在很大爭議(Zimmerer and Mcintosh, 2012; Rooney and Deering, 2014; Kelleretal., 2015; Clemens and Stevens, 2016; 吳福元等, 2017)。另外，火山巖與侵入巖的成因聯(lián)系也是一個長期爭議的問題(Ustiyev, 1965; Lundstrom and Glazner, 2016)，主要分歧在于侵入巖是否代表了火山巖漿提取之后的巖漿房中的殘留體，還是僅僅是未噴出的火山巖巖漿(Bachmannetal., 2007; Barthetal., 2012; Zimmerer and Mcintosh, 2012; Gelmanetal., 2013; Glazneretal., 2015; Lundstrom and Glazner, 2016)。

圖 1 硅質(zhì)火山作用的地殼尺度巖漿系統(tǒng)示意圖[修改自Yan等(2016)、 Bachmann和Huber(2016)]Fig. 1 Schematic diagram of transcrustal silicic volcanic system (modified from Yan et al., 2016; Bachmann and Huber, 2016)

認識硅質(zhì)火山巖漿系統(tǒng)的關(guān)鍵是揭示巖漿從起源到噴發(fā)過程中的結(jié)晶分異、堆晶、晶體-熔體分離、地殼混染、巖漿補給以及晶粥活化等巖漿作用過程的細節(jié)。地震成像、重力、電磁等地球物理研究手段能夠重現(xiàn)火山巖漿管道系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和演化以及熔體的運移和巖漿房的組成狀態(tài)等(Tibaldi, 2015; Pritchardetal., 2018)，例如地球物理成像研究揭示了中上地殼的巖漿房中熔體比例一般較低(低于20%)，不支持巖漿房中物質(zhì)以熔體為主的傳統(tǒng)認識(Delphetal., 2017; Mageeetal., 2018)。Dong等 (2020) 獲得的深地震剖面揭示了我國東南沿海白堊紀火山-侵入雜巖帶之下的中下地殼發(fā)育了大量的鎂鐵質(zhì)巖席，可能提供了大規(guī)模硅質(zhì)火山作用的地殼巖漿系統(tǒng)所必須的巖漿通量和熱的地殼環(huán)境(Walkeretal., 2013; Bachmann and Huber, 2016)。巖石學和地球化學研究可以為制約硅質(zhì)火山巖漿系統(tǒng)提供更加直接的信息，例如貧晶體火山巖及其包含的富晶體包體是巖漿房不均一和晶粥活化過程的直接證據(jù)(Burgisser and Bergantz, 2011; Huberetal., 2012; Bachmannetal., 2014; Foleyetal., 2020)。鋯石(ZrSiO4)是硅質(zhì)火山巖常見的副礦物，含有Th、U、Ti、Hf、P等多種微量元素和稀土元素，且具有較好的難熔性、穩(wěn)定性，可保留其長期的結(jié)晶生長歷史痕跡(Hoskin and Schaltegger, 2003)。近年來，隨著高精度鋯石U-Pb定年(CA-ID-TIMS，精度<0.1%， Schoeneetal., 2010)在精細制約火山巖漿系統(tǒng)的運移、存儲、補給和成礦等過程的應用和發(fā)展，鋯石微量元素地球化學也在相關(guān)研究中得到重視并發(fā)揮了巨大的作用(Mills and Coleman, 2013; Wotzlawetal., 2013; Sampertonetal., 2015; Deeringetal., 2016; Buretetal., 2017; Szymanowskietal., 2017; Ellisetal., 2019)。本文著重介紹鋯石微量元素地球化學在硅質(zhì)火山巖漿作用過程方面的研究進展。

1 晶粥巖漿房與火山巖-侵入巖成因聯(lián)系

關(guān)于硅質(zhì)火山巖漿系統(tǒng)研究近年來的重要進展之一，是認識到巖漿房主要由晶粥組成，而不是以熔體為主，熔體比例高的可運移巖漿只占很小比例，呈透鏡狀位于巖漿房的頂部，且多個成分和物理性質(zhì)不同的深淺巖漿房經(jīng)由巖漿管道相連通，形成地殼尺度的巖漿系統(tǒng)(圖1； Caricchi and Blundy, 2015; Bachmann and Huber, 2016; Cashmanetal., 2017; Cooper, 2017; Xuetal., 2020)。晶粥是一種晶體和熔體的混合物，由于具有高的晶體含量(50%～60%)和粘度，熔體的流動性和可噴發(fā)性有所降低，但晶體框架間的熔體會被抽取、匯聚，形成高硅火山巖漿，而殘留的堆晶體和熔體固結(jié)形成侵入體(Bachmann and Bergantz, 2004; Hildreth, 2004; Miller and Wark, 2008; Cashmanetal., 2017)。晶粥模型較為合理地解釋了硅質(zhì)巖漿的成因、硅質(zhì)火山巖的成分分層以及火山巖與侵入巖的成因聯(lián)系等問題(Bachmann and Bergantz, 2004; Hildreth, 2004; 吳福元等, 2017; Bachmann and Huber, 2019; 馬昌前等, 2020)。

由于硅質(zhì)巖漿的粘度相對較大(達105～106Pas)且溫度較低(一般<800℃)，晶體-熔體的有效分離對于硅質(zhì)巖漿尤其是高硅貧晶體巖漿的形成非常關(guān)鍵(Bachmann and Bergantz, 2004; 吳福元等, 2017; Bachmann and Huber, 2019)，而熔體抽取之后富晶體殘留的固結(jié)也是花崗巖體的重要形成方式之一(Miller and Miller, 2002; Weinberg, 2006; Lipman, 2007; 馬昌前等, 2020)。當巖漿中晶體含量較低時(< 20%)，主要通過晶體沉降方式實現(xiàn)晶體-熔體分離，但由于巖漿對流的影響，其效率很低；當晶體含量為50%～70%時，可以通過壓實方式有效實現(xiàn)晶體-熔體分離；而當晶體含量大于70%時，晶體-熔體分離只有通過晶體變形壓實作用才能實現(xiàn)，但這個過程尤其緩慢(Dufek and Bachmann, 2010; Holness, 2018; Bachmann and Bergantz, 2004; Bachmann and Huber, 2019)。此外，晶體-熔體分離的控制因素還有熔體的密度和粘度、晶體的密度、大小和形狀以及巖漿中晶體-熔體-流體的比例等(Dingwelletal., 1996; Scailletetal., 1998; Pistoneetal., 2017)。巖漿補給作用能夠增加巖漿的溫度和揮發(fā)分含量，引起晶粥的活化，促進晶體壓實作用和晶體間熔體的運移(Parmigianietal., 2014; Pistoneetal., 2017; Bachmann and Huber, 2019)。

已有研究提供了晶粥巖漿房以及晶體-熔體分異演化的巖石學和地球化學證據(jù)，例如，在世界許多火山-侵入雜巖中普遍觀察到了火山巖和侵入巖的成分間斷，被認為是晶體-熔體分離作用的結(jié)果(Dufek and Bachmann, 2010; Sliwinskietal., 2015; Deeringetal., 2016; Bachmann and Huber, 2016; Yanetal., 2016, 2018a; 吳福元等, 2017)；成分均一的大規(guī)模富晶體火山巖漿噴發(fā)，暗示了上地殼富晶體的巖漿房的存在以及巖漿補給-晶粥再活化過程(Bachmannetal., 2002; Bachmann and Bergantz, 2003)；貧晶體火山巖及其所含的富晶體包體，反映了巖漿房成分分層及堆晶作用的信息(Burgisser and Bergantz, 2011; Huberetal., 2012; Bachmannetal., 2014; Foleyetal., 2020)；不同階段噴發(fā)產(chǎn)物的SiO2含量、晶體含量、微量元素、溫度、揮發(fā)分等差異形成的火山巖成分分層現(xiàn)象，記錄了地殼巖漿系統(tǒng)的演化歷史(Hildreth and Wilson, 2007; Bachmann and Huber, 2016)。因此，揭示巖漿的晶體-熔體演化過程和動力學對于理解硅質(zhì)火山巖的成因以及破火山內(nèi)高硅火山巖與低硅中央侵入體的成因關(guān)系具有重要意義。鋯石能夠連續(xù)地從巖漿中結(jié)晶，并可能隨熔體遷移，或殘留在晶粥中，因而鋯石微量元素組成能夠為反演硅質(zhì)巖漿系統(tǒng)的演化過程提供重要信息。

2 鋯石微量元素與巖漿的晶體-熔體演化

雖然鋯石/熔體的分配系數(shù)在一定程度上受溫度影響，但鋯石微量元素含量及比值的系統(tǒng)變化主要反映了其結(jié)晶熔體的成分變化和共生礦物相，因而能夠示蹤巖漿的晶體-熔體演化過程(Luo and Ayers, 2009; Claiborneetal., 2010; Reidetal., 2011; Chelle-Michouetal., 2014; Sampertonetal., 2015)。一般來說，隨著巖漿分異演化，鋯石微量元素呈現(xiàn)出Hf含量升高、Zr/Hf、Th/U等比值降低的趨勢，因此鋯石Hf含量和Zr/Hf、Th/U等比值可以作為巖漿分異演化程度的指標(Claiborneetal., 2006, 2010; Reidetal., 2011; Wotzlawetal., 2013; Kirklandetal., 2015; Sampertonetal., 2015)。斜長石優(yōu)先容納Eu(圖2)，其分離結(jié)晶可以導致熔體Eu虧損，結(jié)晶的鋯石具有負的Eu異常(Eu/Eu*<1)，并隨著巖漿分異程度增加，負異常增大(Trailetal., 2012; Loaderetal., 2017)。鋯石微量元素對熔體中富稀土元素礦物如榍石、磷灰石、角閃石等共生礦物也比較敏感。榍石、磷灰石、角閃石相對富集中稀土元素(圖2)，它們從熔體中的分離結(jié)晶，能夠“抵消”鋯石Eu異常的程度，并產(chǎn)生中、重稀土元素比值(如Sm/Yb、Dy/Yb值)降低的趨勢(Deering and Bacmann, 2010; Trailetal., 2012; Wotzlawetal., 2013; Cooperetal., 2014; Buretetal., 2016; Loaderetal., 2017)。鋯石Ti含量與溫度呈正比，在Ti和Si活度已知的情況下，鋯石Ti溫度計可以用來估算鋯石結(jié)晶時的熔體溫度，進一步反演巖漿房的加熱事件(如巖漿補給作用等)及巖漿的溫度變化過程(圖3； Watsonetal., 2006; Ferry and Watson, 2007)。但需注意的是隨著巖漿演化，Ti和Si活度值可能發(fā)生變化，對溫度估算結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響，一般來說，估算溫度與Si活度呈正比，而與Ti活度呈反比(圖3； Ferry and Watson, 2007; Claiborneetal., 2010)。

圖 2 鋯石、榍石、磷灰石、角閃石和斜長石的稀土元素分配系數(shù)(數(shù)據(jù)據(jù)Sano et al., 2002; Bachman et al., 2005)Fig. 2 Mineral-melt partition coefficients of REE for zircon, titanite, apatite, amphibole and plagioclase (data from Sano et al., 2002; Bachman et al., 2005)

圖 3 鋯石Ti溫度計估算結(jié)果[據(jù)Ferry和Watson(2007)]Fig. 3 Temperatures calculated by the Ti-in-zircon thermometer (Ferry and Watson, 2007)

對火山-侵入雜巖的鋯石微量元素研究顯示，火山巖與侵入巖的鋯石微量元素含量變化范圍大多具有重疊或部分重疊的特點，例如浙東雁蕩山火山-侵入雜巖的流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖具有高的SiO2含量(70%～76%)，與破火山中央侵入相石英正長斑巖的SiO2含量(65%～66%)存在明顯間斷(Yanetal., 2016; 吳福元等, 2017)，但是它們的鋯石微量元素含量卻具有重疊的分布特點(圖4)，而不具有類似主量元素的成分上間斷，暗示了它們的鋯石是在同一個巖漿房內(nèi)連續(xù)結(jié)晶的，只是在晶體-熔體分離過程中隨熔體發(fā)生了遷移，這為火山巖-侵入巖的成因聯(lián)系提供了礦物學的證據(jù)。同時，這些鋯石顯示了微量元素方面的相關(guān)性，如Hf與Ti、Y/Dy與 Eu/Eu*之間的負相關(guān)以及Sm/Yb、Zr/Hf與Eu/Eu*之間的正相關(guān)等(圖4)，表明巖漿分異過程的分離結(jié)晶礦物主要有角閃石、榍石、磷灰石、斜長石、鋯石等(Yanetal., 2018b)。但是，火山巖與侵入巖的鋯石微量元素組成有時也不具有重疊的變化范圍，例如福建云山火山-侵入雜巖的高硅流紋巖和石英二長斑巖的鋯石微量元素組成具有明顯的區(qū)別。高硅流紋巖鋯石具有高的Hf、低的Ti含量和Zr/Hf值，而石英二長斑巖鋯石具有低的Hf、高的Ti含量和Zr/Hf值(圖5)。這一區(qū)別被解釋為火山巖巖漿提取自含有早期結(jié)晶鋯石的晶粥，但晶粥中鋯石(及其它晶體)并沒有隨熔體遷移，晶體與熔體發(fā)生了分離，火山巖中低Ti含量和Zr/Hf值的鋯石結(jié)晶自提取的火山巖巖漿，表明鋯石微量元素也能夠為示蹤巖漿房的晶體-熔體分離過程提供重要線索(Yanetal., 2020)。由于鋯石在晶體-熔體分離過程可能隨熔體遷移或殘留在晶粥中，并可能在分異巖漿或補給巖漿中經(jīng)歷進一步的生長，因此在一些火山噴發(fā)產(chǎn)物中經(jīng)常發(fā)育有復雜的鋯石晶群(Barthetal., 2012; 羅照華等, 2013; Steltenetal., 2015; Deeringetal., 2016; Buretetal., 2017; Zhangetal., 2018)。

圖 4 雁蕩山火山-侵入雜巖的鋯石微量元素組成(據(jù)Yan et al., 2018b)Fig. 4 Trace element compositions in zircon from the Yandangshan volcanic-plutonic complex (data from Yan et al., 2018b)

圖 5 云山火山-侵入雜巖的鋯石微量元素組成(據(jù)Yan et al., 2020)Fig. 5 Trace element compositions in zircon from the Yunshan volcanic-plutonic complex (data from Yan et al., 2020)

3 鋯石多階段結(jié)晶與巖漿補給作用

巖漿補給作用一般是指熱的、偏原始的巖漿周期性地注入較冷的、演化的巖漿房，反映了火山巖漿系統(tǒng)是開放的系統(tǒng)(Davidson and Tepley, 1997; Coombsetal., 2003)。反復的巖漿補給作用能夠增加巖漿房的壓力和巖漿的揮發(fā)分含量，是觸發(fā)火山噴發(fā)、導致噴發(fā)方式轉(zhuǎn)變、引發(fā)成礦作用的重要因素(Pallisteretal., 1992; Murphyetal., 2000; de Silvaetal., 2008; Kentetal., 2010; Ruprecht and Bachmann, 2010; Buretetal., 2016)。另外，巖漿補給作用為巖漿房補給熱量和物質(zhì)，促進巖漿對流、晶體-熔體的分離和堆晶體的重熔及再活化(Hildreth and Wilson, 2007; Lipman, 2007; Cooper, 2017; Pistoneetal., 2017; Bachmann and Huber, 2019; 馬昌前等, 2020)。補給巖漿在一定條件下可以與原有巖漿一起噴發(fā)到地表，形成與火山巖成分不同的巖漿包體(Eichelbergeretal., 2000; Murphyetal., 2000; Peruginietal., 2007)，但是在一些情況下，補給巖漿與原有巖漿來源相同或成分接近，補給作用往往表現(xiàn)的較為“隱蔽”(Eichelbergeretal., 2000; Bachmann and Huber, 2016)。巖漿冷卻過程發(fā)生巖漿補給作用會導致巖漿成分及液相線溫度的變化，產(chǎn)生鋯石由飽和至不飽和的轉(zhuǎn)變，增加M值 [M = (Na+K+2 Ca)/(Al×Si)]和Zr含量及Zr飽和溫度，導致已結(jié)晶鋯石發(fā)生熔蝕和再結(jié)晶作用，形成具核-邊結(jié)構(gòu)等多階段結(jié)晶特點的鋯石，因此通過鋯石微量元素組成研究可以反演巖漿補給作用和晶粥重熔作用過程(Claiborneetal., 2010; Chamberlainetal., 2014)。

美國科羅拉多州San Juan火山區(qū)的Fish Canyon凝灰?guī)r以大規(guī)模噴發(fā)(>5 000 km3)、具單一的英安質(zhì)成分和富含晶體等特點，被視作晶粥活化噴發(fā)的典型案例(Bachmannetal., 2002; Bachmann and Bergantz, 2003)。研究者通過鋯石微量元素分析結(jié)合質(zhì)量平衡計算反演了Fish Canyon火山的巖漿中晶體含量的變化和晶粥活化的速率，結(jié)果表明在噴發(fā)前的219 ka，巖漿中晶體含量高達75%～80%，之后由于補給巖漿的底侵和擾動，晶粥發(fā)生重熔，晶體含量降低到噴發(fā)時的45%，并觸發(fā)了火山噴發(fā)(Wotzlawetal., 2013)。中國東南沿?；鹕?侵入雜巖的鋯石也廣泛發(fā)育核-邊結(jié)構(gòu)，具有多階段結(jié)晶的特征，核部CL較暗、環(huán)帶清晰，具有熔蝕結(jié)構(gòu)，邊部CL圖像較亮、環(huán)帶不明顯(圖6)。CL較亮的鋯石，有時也可呈單獨的顆粒(圖6b; He and Xu, 2012; Yanetal., 2018b, 2020)。這類CL圖像較亮的鋯石一般具有低的Hf、Yb、U含量以及高的Ti含量和Zr/Hf、Eu/Eu*值，暗示了結(jié)晶自相對不演化的巖漿，并且鋯石在高溫、低演化巖漿中發(fā)生了熔蝕和再生長，反映了巖漿補給作用與晶粥活化過程(Chamberlainetal., 2014; Yanetal., 2018b, 2020)。應用鋯石Ti溫度計可以進一步制約原始巖漿與補給巖漿的溫度變化過程。

圖 6 多階段結(jié)晶鋯石的陰極發(fā)光圖像(據(jù)Yan et al., 2018b)Fig. 6 Cathodoluminescence (CL) images of zircon formed by multistage crystallization (after Yan et al., 2018b)a、b—雁蕩山流紋質(zhì)火山巖； c—雁蕩山石英正長斑巖a and b—Yandangshan rhyolitic volcanic rocks; c—Yandagnshan porphyritic quartz syenite

4 鋯石微量元素對斑巖成礦系統(tǒng)的制約

許多大型破火山根部的淺成斑巖體與Cu、Mo、Au等成礦作用具有密切的成因聯(lián)系(Sillitoe, 2010)。巖漿補給作用引起火山巖漿復活在破火山內(nèi)部形成淺成侵入體的同時(Lipman, 2007)，對斑巖成礦系統(tǒng)的流體來源和演化也發(fā)揮了重要的作用，鋯石微量元素能夠示蹤深部巖漿演化過程，從而揭示成礦過程的關(guān)鍵制約因素(Tapsteretal., 2016; Buretetal., 2016, 2017; Zhangetal., 2017)。例如，阿根廷Farallón Negro火山-侵入雜巖的Bajo de la Alumbrera斑巖銅礦的成礦作用與侵入相英安斑巖有關(guān)，Buret 等 (2016) 通過成礦斑巖的鋯石中發(fā)育的暗色條帶的微量元素組成揭示了巖漿演化過程中“隱藏”的巖漿補給作用。微量元素分析結(jié)果顯示鋯石中發(fā)育的CL暗色條帶具有顯著高的Th、U和稀土元素含量以及Yb/Gd和Th/U值，被認為與巖漿房冷卻過程中高溫基性巖漿補給事件有關(guān)：基性巖漿與冷的酸性巖漿接觸發(fā)生淬冷，釋放出富CO2流體，導致酸性熔體中H2O溶解度降低，引起鋯石快速結(jié)晶，形成CL暗色的生長條帶，之后由于CO2-H2O在酸性巖漿的進一步平衡，“正?！变喪^續(xù)生長。這一基性巖漿補給事件為斑巖成礦系統(tǒng)提供了必要的流體、硫和金屬元素 (Buretetal., 2016)。類似地，Large 等 (2018) 在新幾內(nèi)亞島Ok Tedi 的Au-Cu礦床的成礦斑巖中發(fā)現(xiàn)了兩類鋯石(高Th/U和低Th/U)，認為低Th/U類鋯石來自安山質(zhì)的補給巖漿，高演化巖漿的補給作用促進了巖漿-熱液系統(tǒng)的演化和Au-Cu成礦作用。

成礦斑巖一般具有高的氧逸度與水含量，鋯石的Ce和Eu異常程度能夠反映巖漿氧逸度和水含量的變化。由于Ce4+相對Ce3+更易于進入鋯石晶格，因此高的氧逸度會導致鋯石Ce含量升高和Ce4+相對Ce3+富集，同時高的氧逸度和水含量會抑制斜長石的結(jié)晶，且Eu3+不易進入斜長石，從而結(jié)晶鋯石具有低的Eu異常程度(Ballardetal., 2002; Trailetal., 2012; Chelle-Michouetal., 2014; Zhangetal., 2017; Leeetal., 2017; Loaderetal., 2017)。例如，智利 El Salvador斑巖銅礦區(qū)成礦作用與斑巖密切相關(guān)，早、晚兩期形成的斑巖的鋯石微量元素組成顯示出兩個不同的演化趨勢：在低演化階段(Hf含量為9 000×10-6)，兩期斑巖鋯石均顯示弱的Eu負異常(Eu/Eu*=0.6～0.8)，但隨著巖漿演化(Hf為12 000×10-6時)，早期貧礦斑巖鋯石的Eu/Eu*逐漸降低到大約0.4，而晚期富礦斑巖鋯石仍顯示高的Eu/Eu*值(0.6～0.7； Leeetal., 2017)。

5 鋯石微量元素數(shù)據(jù)與解釋的影響因素

目前，研究者一般通過LA-ICP-MS或SIMS(SHRIMP-RG)等分析方法獲得鋯石的微量元素含量(Claiborneetal., 2010; Buretetal., 2017; Cobleetal., 2018; Szymanowskietal., 2018)。這些方法獲得的鋯石微量元素含量分析結(jié)果實際上是在分析束斑范圍內(nèi)(一般20～50 μm)的混合結(jié)果，因此在數(shù)據(jù)解釋過程中，需要注意不同環(huán)帶、扇形分區(qū)以及鋯石褪晶化、其它礦物包裹體等對分析結(jié)果的影響(Chamberlainetal., 2014; Belletal., 2019; Zouetal., 2019)。除了基于CL圖像和透、反射光圖像選擇最合理的分析區(qū)域外，一些異常高的元素含量也能夠指示分析數(shù)據(jù)的可靠程度，從而篩選出能夠代表鋯石真實微量元素組成的分析結(jié)果，如Ca、Al、Na、K指示長石和火山玻璃的影響，Ca、P、F指示磷灰石的影響，F(xiàn)e指示Fe-Ti 氧化物的影響，Ca和Fe指示褐簾石的影響等。最近，Zou等(2019) 提出了La指標，用La ≤ 0.1×10-6來篩選“干凈鋯石”，以簡便可靠地識別礦物包裹體對分析結(jié)果的影響。Bell等(2019) 提出LREE-I指標(LREE-I=Dy/Nd+Dy/Sm)來篩選受到后期蝕變或改造的鋯石，LREE-I>50的鋯石被認為是未受蝕變或包裹體影響的巖漿鋯石。

鋯石常見的扇形分區(qū)也會導致微量元素分布的不均一，尤其體現(xiàn)在柱面(沿a軸和b軸生長)和錐面(沿c軸生長)微量元素含量上的區(qū)別，這種不均一性也是選取鋯石微量元素分析點位以及使用微量元素分析結(jié)果反演火山巖漿演化時必須關(guān)注的問題(Reidetal., 2011; Chamberlainetal., 2014; Cooperetal., 2014)。Chamberlain等(2014) 揭示了美國加州Long Valley破火山Bishop凝灰?guī)r中鋯石顆粒的扇形分區(qū)特征，柱面CL較亮且Ti、U、Th含量較低，其(Sc+Y+REE3+)/P值接近1(反映磷釔礦替代機制)，而錐面CL較暗且Ti、U、Th含量較高，其(Sc+Y+REE3+)/P值相對較高(約2.1～3)，并且兩類扇形分區(qū)的微量元素呈兩個獨立但平行的演化趨勢。這種鋯石微量元素組成差異與鋯石生長速度較快導致的柱面和錐面微量元素未達到平衡有關(guān)(Watson and Liang, 1995; Watson, 1996)，而不是反映了結(jié)晶自不同演化過程的熔體(Claiborneetal., 2010; Chamberlainetal., 2014; Cooperetal., 2014)。

如前所述，火山巖漿會經(jīng)歷起源、存儲、分異、補給和噴發(fā)等多個階段的演化，在火山巖中可能會形成不同階段結(jié)晶的鋯石晶群，如自生晶(autocrysts)、前成晶(antecrysts)、殘留晶(restites)、捕擄晶(xenocrysts)等(Milleretal., 2007; Stormetal., 2011; Pietraniketal., 2013; Wotzlawetal., 2013; 羅照華等, 2013; Sampertonetal., 2015; Steltenetal., 2015; Siégeletal., 2018; Zhangetal., 2018)，因此，需要對這些不同來源的鋯石晶群進一步區(qū)分，揭示它們的微量元素組成對于制約火山巖漿起源和演化過程的不同具體意義。鋯石微量元素分析和高精度年代學相結(jié)合，能夠為精確鑒別不同成因的鋯石晶群提供信息，并揭示火山巖漿演化的時間過程。例如，美國黃石高原火山區(qū)是典型的硅質(zhì)超級火山，經(jīng)歷了3期噴發(fā)事件(Wattsetal., 2012; Steltenetal., 2015)。Stelten 等 (2015) 在破火山形成以后噴發(fā)的流紋巖的鋯石中識別出邊部的自生晶和核部的前成晶，認為前成晶隨著從晶粥中提取的熔體運移進入噴發(fā)巖漿房，并且限定了這一過程的時間非常短暫(<6 ka)，大量前成晶的存在還暗示了不同噴發(fā)期次火山巖漿之間的成因聯(lián)系。但是，對于時代較老的火山活動產(chǎn)物(>100 Ma)，即使采用高精度的年代學分析方法，分析誤差也可能會超過巖漿作用過程的時間尺度。通過巖石薄片的鋯石產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、與其它礦物的包裹關(guān)系和原位微量元素組成的分析，結(jié)合基質(zhì)和斑晶以及火山巖不同成分分層中鋯石的晶型和微量元素組成對比，可以進一步限定鋯石的生長演化歷史以及鋯石在晶體-熔體演化過程的行為，從而為通過鋯石微量元素研究制約巖漿作用過程提供更加可靠的信息(Pietraniketal., 2013; S·odczyk and Breitkreuz, 2014; Siégeletal., 2018; Przyby·oetal., 2020)。

6 主要認識

鋯石是硅質(zhì)火山巖常見的副礦物，鋯石微量元素如Th、U、Ti、Hf和稀土元素的含量和系統(tǒng)變化記錄了其結(jié)晶熔體的成分、溫度、氧逸度和水含量及共生礦物等信息，在示蹤火山巖漿系統(tǒng)的結(jié)晶分異、晶體-熔體分離、巖漿補給作用等演化過程以及揭示火山巖-侵入巖的成因聯(lián)系、制約斑巖成礦系統(tǒng)的巖漿-熱液系統(tǒng)演化等研究方面具有重要作用。鋯石微量元素分析與高精度年代學研究相結(jié)合，可以精細揭示火山巖漿系統(tǒng)的多階段演化過程及其時間尺度。在鋯石微量元素數(shù)據(jù)的解釋和篩選過程中，需注意不同扇形分區(qū)、鋯石褪晶化和其他礦物包裹體對分析結(jié)果的影響，并結(jié)合鋯石產(chǎn)狀的巖相學研究，識別不同成因的鋯石晶群，為制約火山巖漿系統(tǒng)的演化過程提供可靠信息。

致謝評審專家對本文提出了十分有益的修改意見，在此表示誠摯的感謝。