鋯石輕稀土富集與Hf同位素異常成因：以滇西卓潘堿性雜巖體為例*

苗壯 趙志丹 雷杭山 武精凱 楊逸云 佟鑫

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083

鋯石是巖石中廣泛存在的副礦物，因其抗風(fēng)化能力強(qiáng)，U、Th含量高及U-Th-Pb體系封閉溫度高等特征而被廣泛用于放射性同位素定年。鋯石微量元素也被用于建立地質(zhì)溫度計(jì)(Watsonetal.,2006)、劃分巖石類型(Belousovaetal.,2002;Wangetal.,2012)、判斷構(gòu)造背景(Grimesetal.,2015;趙振華,2016)、追溯巖漿和熱液過程(Lietal.,2018;Yanetal.,2018)等方面。此外，鋯石的Hf-O同位素也可以示蹤地殼混染與地殼再循環(huán)等地質(zhì)過程(Kempetal.,2007;Liuetal.,2014)。

典型的巖漿成因鋯石具有輕稀土元素(LREE)虧損，重稀土元素(HREE)極度富集的特征，以花崗巖為代表的巖漿鋯石常具有明顯的正Ce異常和負(fù)Eu異常(趙志丹等,2018)。不同于直接從巖漿中結(jié)晶的巖漿鋯石，熱液鋯石可結(jié)晶于鋯飽和的熱液流體(Hoskin,2005)或由流體與蛻晶質(zhì)化鋯石之間發(fā)生離子交換以及構(gòu)造恢復(fù)形成(Geisleretal.,2003b)。受流體作用的影響，熱液鋯石常具有高U、低Th/U、高稀土元素(REE)總量的特征(Ayers and Peters,2018)。許多熱液鋯石的LREE含量明顯偏高(Hoskin,2005;Rayneretal.,2005;Lietal.,2018)，然而也有多地報(bào)道了具有其他REE配分形式的熱液鋯石(Pettkeetal.,2005;Pelleteretal.,2007;Toscanoetal.,2014)，這些變化可能受流體成分、體積、蝕變溫度和時(shí)間等多種因素的影響(Cavosieetal.,2006)。此外，當(dāng)測(cè)試過程中分析到納米級(jí)的微小礦物包裹體時(shí)也會(huì)得到異常的鋯石微量元素含量(Zhongetal.,2018)。滇西卓潘堿性雜巖體中發(fā)育多種不同類型的鋯石，為探究鋯石不同微量元素特征的成因提供了良好的研究對(duì)象。

滇西地區(qū)沿著哀牢山-紅河斷裂帶發(fā)育大量年齡在32～38Ma的鉀質(zhì)堿性侵入巖(Luetal.,2012;Tongetal.,2019)，其中卓潘堿性雜巖體由于其位于蘭坪-思茅盆地西緣且硅不飽和而區(qū)別于其他巖體(董方瀏等,2007;杜斌等,2018)。目前已報(bào)道卓潘巖體輝石正長(zhǎng)巖的黑云母40Ar/39Ar坪年齡為36.7±0.2Ma(董方瀏等,2005)和38.0±0.6Ma(張玉泉和謝應(yīng)雯,1997)；霞石正長(zhǎng)巖的霞石40Ar/39Ar坪年齡為36.9±0.2Ma(王江海等,2002);杜斌等(2018)對(duì)巖體中的正長(zhǎng)巖和正長(zhǎng)輝石巖進(jìn)行鋯石U-Pb年齡測(cè)試，獲得加權(quán)平均年齡分別是33.4±0.4Ma和34.2±0.3Ma。由以上可見巖體不同巖性之間年齡差距較大，缺乏準(zhǔn)確的定年。本文選取卓潘巖體中的霞石正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)巖和輝石巖樣品進(jìn)行鋯石U-Pb定年，鋯石微量元素及Hf同位素研究，在厘定巖體成巖年齡的同時(shí)進(jìn)一步判斷不同微量元素特征鋯石的形成原因。

1 地質(zhì)背景與樣品采集

思茅地體包含由變火山巖和變沉積巖組成的元古代變質(zhì)基底，古生代海相沉積巖，以及不整合于其上的中生代-古近紀(jì)陸源沉積物(云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局,1990)。該板塊夾持于保山地塊與揚(yáng)子板塊之間，西側(cè)為昌寧-孟連構(gòu)造帶，東側(cè)為哀牢山-紅河構(gòu)造帶(Metcalfe,2013)(圖1a)。這兩條構(gòu)造帶分別是古特提斯洋的主洋盆(瀾滄江洋)和支洋盆(金沙江-哀牢山洋)俯沖、閉合與造山作用的產(chǎn)物(Jianetal.,2009;Dengetal.,2014;Laietal.,2014a,b)。思茅地體在構(gòu)造屬性上屬于印支地體向北延伸的部分(Metcalfe,2013)，且是分離地塊，直到三疊紀(jì)才與印支地體拼合(Rossignoletal.,2016)，但這一觀點(diǎn)至今仍然存在爭(zhēng)議。隨著印度板塊向歐亞板塊的持續(xù)擠壓，在青藏高原東南緣沿哀牢山-紅河斷裂帶附近產(chǎn)生大量始新世至漸新世(38～32Ma)的鉀質(zhì)火山巖(Xuetal.,2001;Huangetal.,2010)、富堿侵入巖(Luetal.,2013;Heetal.,2016;Chenetal.,2017)和煌斑巖脈(Lietal.,2002;Xuetal.,2007;Luetal.,2015)，形成一條近700km的鉀質(zhì)堿性巖帶(圖1a)。

卓潘巖體位于思茅地體西緣，哀牢山-紅河剪切帶以西80km處。巖體為近東西向的橢圓狀巖株，長(zhǎng)約15km，寬約5km，侵位于白堊系砂巖中(圖1b)。巖體主要由西部的輝石巖和輝石正長(zhǎng)巖(65%)，東部的正長(zhǎng)巖(30%)以及圍繞巖體邊緣產(chǎn)出的少量霞石正長(zhǎng)巖(5%)組成，不同巖性之間呈漸變接觸。巖體內(nèi)第四紀(jì)沉積物覆蓋嚴(yán)重，與圍巖的接觸帶上可見硅化、絹云母化與角巖化(圖1b)。

本文鋯石分別取自卓潘堿性雜巖體的輝石巖(ZP1616)、正長(zhǎng)巖(ZP1612、ZP1618、ZP1620)和霞石正長(zhǎng)巖(ZP1602、ZP1607)樣品中。輝石巖具堆晶結(jié)構(gòu)，主要礦物包括單斜輝石(95%)、磷灰石(3%)、黑云母(2%)及少量Ti-Fe氧化物和鋯石(圖2a)。正長(zhǎng)巖為中粒結(jié)構(gòu)，礦物以堿性長(zhǎng)石(55%～70%)、單斜輝石(5%～35%)、黑云母(1%～10%)為主，以及少量角閃石、磷灰石、鋯石和榍石(圖2b,c)。霞石正長(zhǎng)巖具中粒結(jié)構(gòu)，主要礦物有鉀長(zhǎng)石(70%)、霞石(10%)、霓輝石(10%)、霓石(7%)及黑云母(3%)；副礦物包括磷灰石、鋯石、榍石和Fe-Ti氧化物(圖2d)。

圖2 滇西卓潘堿性雜巖體的鏡下照片Agt-霓輝石;Amp-角閃石;Ap-磷灰石;Bi-黑云母;Di-透輝石;Ne-霞石;Or-正長(zhǎng)石Fig.2 Microphotographs of Zhuopan alkaline rocks in western YunnanAgt-aegirine-augite;Amp-amphibole;Ap-apatite;Bi-biotite;Di-diopside;Ne-nepheline;Or-orthoclase

2 樣品制備及測(cè)試方法

鋯石顆粒由破碎后的新鮮巖石粉末經(jīng)重液法、磁選法、目視挑選法等技術(shù)分選得到，并粘在環(huán)氧樹脂盤上拋光制成鋯石靶。鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像采集在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石微量元素與U-Pb同位素測(cè)年在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用LA-ICP-MS分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)使用Photo-machines公司的EXCITE193nm，電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)為Agilent7900。激光束斑直徑32μm，工作電壓1.35kV。實(shí)驗(yàn)過程中每5個(gè)樣品點(diǎn)分別用2個(gè)91500標(biāo)樣進(jìn)行校正，儀器狀態(tài)監(jiān)測(cè)使用GJ-1和Plesovice鋯石標(biāo)樣。鋯石U-Pb數(shù)據(jù)利用ICPMSDataCal10.2進(jìn)行離線處理(Liuetal.,2008,2010)，并采用Andersen(2002)的方法進(jìn)行普通Pb校正。鋯石微量元素以29Si作為內(nèi)標(biāo)校正。

鋯石原位Hf同位素測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室使用LA-MC-ICPMS(Neptune Plus)完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，激光束斑直徑44μm。同位素分餾校正使用91500鋯石標(biāo)樣，儀器狀態(tài)監(jiān)測(cè)使用GJ-1和TEM鋯石標(biāo)樣。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)方法見Huetal.(2012)。數(shù)據(jù)的離線處理使用ICPMSDataCal10.2(Liuetal.,2010)。

3 結(jié)果

3.1 鋯石形態(tài)與CL圖像特征

樣品鋯石多為不規(guī)則粒狀或柱狀，不同樣品之間鋯石形態(tài)差異明顯。依據(jù)CL發(fā)光特征可將鋯石分為四種類型(圖3a-d)：灰白色鋯石；暗色不發(fā)光鋯石；海綿結(jié)構(gòu)不透明鋯石；震蕩環(huán)帶發(fā)育的捕獲鋯石。各類鋯石的特征和在樣品中的分布如下：正長(zhǎng)巖樣品ZP1612和ZP1618中鋯石粒度65～390μm，表面較為平整，內(nèi)部透明-半透明。鋯石在CL圖中呈均一的灰白色，部分可見不規(guī)則的環(huán)帶區(qū)域，記為Ⅰ類鋯石(圖3a,i,j)。

霞石正長(zhǎng)巖樣品ZP1602、ZP1607和正長(zhǎng)巖樣品ZP1620中鋯石粒度70～370μm，邊部發(fā)育不同程度的溶蝕。部分鋯石表面粗糙，內(nèi)部不透明，CL圖中明暗雜亂呈海綿狀結(jié)構(gòu)(圖3c,e-g)；另一部分顆粒相較而言表面平整，內(nèi)部透明或半透明，CL圖中不發(fā)光或邊部微弱環(huán)帶(圖3b,e-g)，記為Ⅱ類鋯石。此外，樣品ZP1607中偶見CL圖呈灰白色的Ⅰ類鋯石(圖3f)；ZP1602中還發(fā)育少量粒度小，磨圓好且具明顯震蕩環(huán)帶特征的捕獲鋯石(圖3d)。

輝石巖樣品ZP1616中僅分選出52顆鋯石，粒度75～175μm。該樣品同時(shí)具有上述Ⅰ類、Ⅱ類兩種特征的鋯石，此外還有部分自形短柱-長(zhǎng)柱狀且環(huán)帶發(fā)育的捕獲鋯石(圖3d,h)。

圖3 卓潘堿性雜巖體鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 Cathodoluminescence (CL) images of zircon from Zhuopan alkaline complex

3.2 鋯石U-Pb年齡與微量元素

對(duì)6件卓潘堿性雜巖體的鋯石樣品進(jìn)行了年代學(xué)和微量元素分析，測(cè)試結(jié)果見表1、表2和圖4。正長(zhǎng)巖樣品ZP1612、ZP1618中發(fā)育Ⅰ類鋯石，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為35.7±0.3Ma(2σ，n=20)和35.7±0.4Ma(2σ，n=20)(圖4a,b)。這些鋯石Th含量為123×10-6～2928×10-6，U含量為116×10-6～3520×10-6，Th/U比值為0.4～3.0(表1)。鋯石稀土元素在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后呈現(xiàn)LREE虧損且分餾明顯的左傾特征((La/Ga)N=0.0001～0.02)(圖5a)。

表1 卓潘堿性雜巖體的鋯石U-Pb定年結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb analytical results of Zhuopan alkaline complex

霞石正長(zhǎng)巖樣品ZP1602、ZP1607中不透明且CL圖呈現(xiàn)海綿狀結(jié)構(gòu)的鋯石無法獲得穩(wěn)定的U-Pb同位素信號(hào)，因此僅對(duì)CL圖不發(fā)光的Ⅱ類鋯石進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)過程中避開裂隙與包裹體。2件樣品的鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為34.9±0.3Ma(2σ，n=13)和35.1±0.2Ma(2σ，n=16)(圖4c,d)。鋯石具有高的Th(115×10-6～18908×10-6)、U(971×10-6～17430×10-6) 含量和變化較大的Th/U比值(0.01～2.7)。其(La/Ga)N值在0.0001～4.6之間變化，表明鋯石LREE的分餾程度變化明顯，甚至呈現(xiàn)負(fù)斜率(圖5c)。

續(xù)表1Continued Table 1

續(xù)表1Continued Table 1

圖4 卓潘堿性雜巖體鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams for Zhuopan alkaline complex

圖5 卓潘堿性雜巖體鋯石球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分模式(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)陰影部分?jǐn)?shù)據(jù)引自Hoskin (2005),Pelleter et al.(2007),Toscano et al.(2014),Li et al.(2018)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns for zircons from Zhuopan alkaline complex (normalizing data from Sun and McDonough,1989)Shadowed areas from Hoskin (2005),Pelleter et al.(2007),Toscano et al.(2014),Li et al.(2018)

正長(zhǎng)巖ZP1620中發(fā)育Ⅱ類鋯石，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為34.2±0.3Ma(2σ，n=18)(圖4e)。該樣品鋯石有極高的Th(1528×10-6～41624×10-6)、U(6489×10-6～20028×10-6)含量，Th/U比值為0.2～2.1，(La/Ga)N值為0.00002～0.09(表2)。該樣品呈現(xiàn)明顯的HREE富集體特征，且重稀土的分餾程度變化較大((Ho/Lu)N=0.5～1.1)(圖5a,b)。

輝石巖樣品ZP1616中兩類鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為35.6±0.3Ma(2σ，n=15)(圖4f)。鋯石Th含量為554×10-6～11498×10-6，U含量為564×10-6～5458×10-6，Th/U比值為0.4～3.0，(La/Ga)N值為0.00002～0.005(表2)。此外，測(cè)得其他短柱狀環(huán)帶鋯石的加權(quán)平均年齡為98.7±1.6Ma(2σ，n=6)(圖4f)，此類捕獲鋯石的微量元素特征不在本文的討論范圍之內(nèi)。

表2 卓潘堿性雜巖體的鋯石微量元素含量(×10-6)Table 2 Zircon elemental compositions of Zhuopan alkaline complex (×10-6)

續(xù)表2Continued Table 2

續(xù)表2Continued Table 2

所有被測(cè)試的鋯石具有不同程度的正Ce異常(Ce/Ce*=1.3～403)，未見明顯的Eu異常。從圖5和表2中可以看出，Ⅰ類鋯石發(fā)育的樣品其鋯石微量元素均一(如P1612、ZP1618)，而Ⅱ類鋯石的微量元素特征變化較大(如ZP1602、ZP1620)。為方便討論，本文進(jìn)一步將Ⅱ類鋯石的不同稀土配分形式分為3種類型：A型鋯石輕稀土含量低，有明顯左傾特征(圖5a)，其LREE<1170×10-6，(La/Gd)N<0.09，(Tm/Gd)N>2.2；B型鋯石輕稀土虧損但中-重稀土分餾較小(圖5b)，其(La/Gd)N<0.009，(Tm/Gd)N<2；C型鋯石輕稀土元素含量明顯升高且中-重稀土分餾較小(圖5c)，其LREE>1150×10-6，(Tm/Gd)N<2?？梢钥闯鏊孝耦愪喪南⊥僚浞中问脚cⅡ類鋯石中的A型相似(圖5a)。

3.3 鋯石Hf同位素

本文對(duì)發(fā)育Ⅱ類鋯石的正長(zhǎng)巖、霞石正長(zhǎng)巖和同時(shí)具有兩種鋯石的輝石巖樣品進(jìn)行鋯石Lu-Hf同位素測(cè)試，結(jié)果見表3(僅保留信號(hào)穩(wěn)定的數(shù)據(jù))。杜斌等(2018)對(duì)卓潘巖體中Ⅰ類鋯石的測(cè)試獲得其176Yb/177Hf比值為0.010074～0.104147，εHf(t)值為-10.6～-4.3。而本文測(cè)試的鋯石具有變化較大的176Yb/177Hf值(0.02～0.3)、176Hf/177Hf值(0.282788～0.285617)和εHf(t)值(0.9～100.9)。這些數(shù)據(jù)已無法代表成巖過程中原始的Hf同位素值，也無法計(jì)算出有意義的地殼模式年齡，其形成原因?qū)⒃诤笪恼撌觥?/p>

表3 卓潘堿性雜巖體的鋯石Lu-Hf同位素測(cè)試結(jié)果Table 3 Analytical results of zircon Lu-Hf isotopes for Zhuopan alkaline comple

4 討論

4.1 輕稀土富集鋯石的成因

卓潘堿性雜巖體中Ⅱ類C型鋯石富集的輕稀土元素與典型巖漿鋯石特征有明顯不同。常見的引起鋯石中LREE含量升高的原因有以下幾種：(1)一些情況下鋯石結(jié)晶于巖漿演化后期時(shí)會(huì)出現(xiàn)富集LREE的特征(Pettkeetal.,2005)，如早期熔體中富集HREE的礦物(如角閃石)的結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致鋯石結(jié)晶時(shí)熔體富含LREE(Whitehouse and Kamber,2002)；(2)測(cè)試過程中分析到細(xì)小的礦物包裹體，如磷灰石、榍石、褐簾石、磷釔礦、獨(dú)居石等(Jainetal.,2001;Cavosieetal.,2006;Xiaetal.,2010;Zhongetal.,2018)；(3)由于放射性元素(Th、U)含量高，鋯石晶格產(chǎn)生放射性損傷(Holland and Gottfried,1955;Murakamietal.,1991)，并引起局部輕稀土元素含量升高(Whitehouse and Kamber,2002;Cavosieetal.,2006)；(4)鋯石形成于熱液流體中或被熱液作用改造(Hoskin,2005;Pettkeetal.,2005;Schaltegger,2007)。

卓潘堿性雜巖體的不同巖性由同源巖漿結(jié)晶分異而來(杜斌等,2018)，但全巖的MgO和SiO2含量與LREE含量之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系(陳喜峰等,2015;杜斌等,2018)。如果鋯石富集LREE的特征是因?yàn)槠浣Y(jié)晶于巖漿作用后期，則這種鋯石在數(shù)量上應(yīng)該與早期結(jié)晶的鋯石相近，但事實(shí)上絕大多數(shù)的巖漿鋯石都為L(zhǎng)REE虧損的模式(Zhongetal.,2018)。此外，卓潘巖體的礦物組合中富集HREE的礦物并非主要的礦物相，僅發(fā)育少量由輝石變化而來的角閃石。因此，鋯石結(jié)晶于巖漿演化后期或富含HREE礦物的早期結(jié)晶不是鋯石富集LREE的主要原因。

鋯石中Th、U等元素的衰變會(huì)使鋯石產(chǎn)生晶格損傷(lattice damage)，而鋯石LREE的富集程度可能與損傷程度相關(guān)(Whitehouse and Kamber,2002;Cavosieetal.,2006)。使用參數(shù)Dα代表鋯石形成以來經(jīng)受α粒子轟擊的程度(Holland and Gottfried,1955;Murakamietal.,1991)，以(La/Gd)N代表LREE富集程度，從Dα-(La/Gd)N圖解中可以看出損傷程度較高的鋯石并非一定富集輕稀土元素(圖6a)，因此可以排除晶格損傷的決定性影響。

在分析過程中測(cè)試到亞微米(sub-micrometer)級(jí)的磷酸鹽包裹體同樣可以引起鋯石LREE的富集，且此時(shí)可以明顯觀察到P與(La/Gd)N之間的線性關(guān)系(圖6b)。在樣品數(shù)據(jù)的離線處理過程中，C型鋯石中沒有觀察到P元素信號(hào)強(qiáng)度的明顯峰值，而且LREE富集程度與P之間沒有相關(guān)關(guān)系(圖6b)，進(jìn)一步排除了分析到磷灰石、磷釔礦等礦物包裹體的可能。同理，鋯石的(La/Gd)N值與Th之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系(圖6c)，排除了分析到(富Th)獨(dú)居石等礦物包裹體的可能。

卓潘巖體鋯石的輕稀土富集程度與Nb、Ta呈現(xiàn)不同程度的正相關(guān)關(guān)系(圖6d,e)。常見的富含Nb、Ta元素的鋯石礦物包裹體有金紅石和榍石，然而金紅石在硅酸鹽熔體中虧損REE(Foleyetal.,2000;Klemmeetal.,2005)，因此可以排除；榍石則富集輕稀土(Dengetal.,2015;范裕等,2017)或中稀土元素(MREE)(Green and Pearson,1983;Tiepoloetal.,2002)，可能會(huì)造成鋯石LREE的富集。Xuetal.(2015)報(bào)道了滇西富堿侵入巖帶中榍石的礦物化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)寄主巖石發(fā)生銅礦化的榍石具有更高的REE含量。本文選取其中稀土元素最富集的榍石與卓潘鋯石進(jìn)行混合模擬。鋯石樣品選自ZP1607中的一顆Ⅰ類鋯石，該樣品還同時(shí)發(fā)育輕稀土虧損(A型)和輕稀土富集(C型)的Ⅱ類鋯石。結(jié)果顯示(圖7a)，輕稀土最富集的鋯石需要50%體積分?jǐn)?shù)的榍石加入，且此時(shí)重稀土元素?cái)M合程度較差，Ti含量遠(yuǎn)高于卓潘鋯石中的實(shí)際含量。當(dāng)有少量榍石加入時(shí)會(huì)無法觀測(cè)到明顯的正Ce異常，這也與實(shí)際觀察不符。此外，鋯石的(La/Gd)N值與Ti之間也沒有正相關(guān)關(guān)系，因此鋯石LREE的富集由榍石等微小礦物包裹體引起的可能性較小。

鋯石中Nb，Ta元素含量取決于熔體成分(Nardietal.,2013)，實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)證明鋯石結(jié)晶時(shí)熔體中的P會(huì)阻止Ta進(jìn)入鋯石晶格，而Al則會(huì)促進(jìn)該過程(Van Lichterveldeetal.,2011)。卓潘鋯石的平均Nb、Ta含量與其寄主巖石的Al含量成正相關(guān)，與P含量呈負(fù)相關(guān)，因此富含Nb和Ta的鋯石可能是由于結(jié)晶于富Al貧P的巖漿。此外，在富F的堿性流體中，Th、U、Nb、Hf、REE等不相容元素具有強(qiáng)的流動(dòng)性(Rubinetal.,1993)，這種流體中沉淀的鋯石也會(huì)富集相應(yīng)的元素。澳大利亞Boggy Plain帶狀侵入巖體(Hoskin,2005)，內(nèi)蒙巴爾哲堿性花崗巖(Yangetal.,2014)，冀西北東坪堿性雜巖體(Lietal.,2018)等多處都被報(bào)道有輕稀土富集且U含量高的熱液鋯石(圖5c)，這些熱液鋯石相對(duì)于巖漿鋯石也具有更高的Nb、Ta含量(圖6d,e)。在(Sm/La)N-Ce/Ce*圖解中C型鋯石與熱液鋯石特征一致(圖7b)，這些證據(jù)表明輕稀土富集的鋯石還可能與熱液流體作用有關(guān)。此外，趙振華等(2010)報(bào)道了水泉溝堿性正長(zhǎng)巖中的鋯石具有平滑的稀土配分模式，并且在輕稀土形成似M型四分組效應(yīng)。卓潘巖體中的C類鋯石也呈現(xiàn)了相似的特征(圖5c)。

圖7 鋯石與榍石包裹體混合模擬(a)與鋯石成因判別圖解(b,底圖據(jù)Hoskin,2005;c,d,底圖及數(shù)據(jù)引自Li et al.,2018)圖a模型中鋯石數(shù)據(jù)取自本文樣品ZP1607的13號(hào)測(cè)試點(diǎn)，榍石數(shù)據(jù)取自Xu et al.(2015)中的樣品TC904，百分?jǐn)?shù)代表榍石混入的體積分?jǐn)?shù)；圖b-d的圖例同圖6Fig.7 Modeling of mixing between zircon and titanite inclusions (a) and discriminant diagrams for zircons in Zhuopan (b,after Hoskin,2005;c,d,after Li et al.,2018)Spot 13 from sample ZP1607 in this study and sample TC904 from Xu et al.(2015) represent the initial magmatic zircon composition and titanite end-member,respectively;the percentage represents the volume of titanite;Symbols in Fig 7b-d are same as in Fig.6

卓潘巖體的Ⅱ類鋯石除了LREE富集的C型鋯石外，還具有所謂典型“巖漿鋯石”稀土特征的A型鋯石和總稀土含量高但HREE平坦的B型鋯石。這些暗色鋯石在REE-Eu/Eu*圖解(圖7c)和REE-LREE圖解(圖7d)中與熱液鋯石具有相同的稀土元素特征。盡管當(dāng)巖漿源區(qū)殘留大量石榴子石也可以產(chǎn)生重稀土元素平坦的B型鋯石，但這種特征僅在一件正長(zhǎng)巖樣品的部分鋯石中發(fā)現(xiàn)，所以其并非繼承自源區(qū)。因此，不能僅依靠LREE富集特征準(zhǔn)確區(qū)分熱液鋯石與巖漿鋯石。例如，在澳大利亞Mole花崗巖(Pettkeetal.,2005)和摩洛哥Tamlalt-Menhouhou金礦的鈉長(zhǎng)巖(Pelleteretal.,2007)中可見到具有“巖漿鋯石”稀土特征的熱液鋯石(圖5a)；而在西班牙Aznalcóllar礦區(qū)的流紋巖(Toscanoetal.,2014)中發(fā)育有同B型鋯石類似的熱液鋯石(圖5b)。這些鋯石微量元素的變化可能體現(xiàn)了流體成分以及蝕變時(shí)反應(yīng)溫度和持續(xù)時(shí)間的不同(Cavosieetal.,2006)。熱液鋯石可以直接從鋯飽和流體中結(jié)晶(Hoskin,2005)，也可以由流體與蛻晶質(zhì)化鋯石之間發(fā)生離子交換形成(Geisleretal.,2003a)。卓潘巖體中發(fā)育大量不透明且CL圖下呈雜亂的海綿狀結(jié)構(gòu)的鋯石(圖3e-j)，部分還殘留有上一代鋯石的核部(圖3e)，可能是熱液流體與巖漿鋯石反應(yīng)形成(Lietal.,2014)。本文測(cè)試的Ⅱ類鋯石一部分在透射光下呈半透明暗褐色，CL圖中不發(fā)光，既無環(huán)帶也沒有殘留鋯石核部，推測(cè)為鋯飽和流體中直接沉淀形成(Hoskin,2005;Lietal.,2014)；另一部分同時(shí)具有前述兩種鋯石的特征，可能是在過渡過程中形成。

4.2 成巖年齡及地質(zhì)意義

卓潘堿性雜巖體的Ⅱ類鋯石具有高的U含量(3231×10-6～14739×10-6)，對(duì)高U鋯石(U>2000×10-6)進(jìn)行U-Pb定年時(shí)，表觀年齡隨U的升高而明顯的偏高現(xiàn)象被稱為“高U效應(yīng)(High-uranium matrix effect)”(White and Ireland,2012;Gaoetal.,2014;李秋立,2016)。但是這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在SIMS或SHRIMP測(cè)試過程中，且對(duì)較為年輕的鋯石(約20～50Ma)影響不明顯(White and Ireland,2012)。本文使用LA-ICP-MS可以為高U鋯石提供可靠的U-Pb年齡(Zhaoetal.,2014)，且樣品屬于年齡較小的新生代鋯石(約35Ma)，在鋯石U含量與年齡圖解中沒有發(fā)現(xiàn)年齡隨U含量的增加而升高的現(xiàn)象(圖8a)。

圖8 卓潘鋯石U含量與年齡協(xié)變圖解(a)與鋯石α衰變強(qiáng)度與年齡協(xié)變圖解(b)Fig.8 Variation diagrams for U vs.Age (a) and Dα vs.Age (b) of zircons in Zhuopan

由于U在流體中活動(dòng)性較高，受熱液作用影響的鋯石一般具有較高的U含量。Th、U的衰變會(huì)造成鋯石的晶格損傷，從而引起放射性成因Pb丟失，使獲得的U-Pb表觀年齡相對(duì)偏低(Geisler and Schleicher,2000;Mathieuetal.,2001)。從圖8b中可以看到，放射性損傷高的鋯石年齡相對(duì)較小。卓潘巖體中熱液鋯石發(fā)育的ZP1602、ZP1607、ZP1620樣品的加權(quán)平均年齡(34.9Ma、35.1Ma、34.2Ma)略小于巖漿鋯石發(fā)育的樣品ZP1612和ZP1618(均為35.7Ma)，而兩類鋯石均有發(fā)育的輝石巖樣品ZP1616的加權(quán)平均年齡(35.6Ma)則正好位于二者之間(圖9)。因此，正長(zhǎng)巖ZP1612和ZP1618的U-Pb年齡更能代表卓潘巖體的成巖時(shí)間(約35.7Ma)，這與相同樣品中榍石的U-Pb年齡是一致的(馬倩等，未發(fā)表數(shù)據(jù))。Ⅱ類鋯石發(fā)育的樣品其年齡沒有明確的地質(zhì)意義，可能代表熱液活動(dòng)時(shí)間或者與成巖年齡的混合年齡。本文獲得的成巖年齡略大于杜斌等(2018)測(cè)得的正長(zhǎng)巖(33.4Ma)和正長(zhǎng)輝石巖(34.2Ma)的巖漿鋯石年齡，卓潘巖體中可見大量巖脈侵入，年齡差距是可能是由巖漿的持續(xù)活動(dòng)造成。

圖9 卓潘堿性雜巖體鋯石U-Pb年齡頻率直方圖Fig.9 Histograms of U-Pb ages of the Zhuopan alkaline complex

4.3 高REE鋯石Hf同位素異常

在卓潘鋯石的Lu-Hf同位素測(cè)試過程中，許多暗色鋯石無法獲得穩(wěn)定的176Hf/177Hf信號(hào)，而排除這些點(diǎn)之后，剩余的鋯石仍然具有變化很大的176Hf/177Hf值(εHf(t)=1～100)(圖10、表3)，部分?jǐn)?shù)據(jù)明顯高于普通鋯石(εHf(t)<20)。在測(cè)試176Hf的過程中必須扣除同質(zhì)異位素176Lu和176Yb的干擾，當(dāng)沒有進(jìn)行足夠的干擾校正時(shí)，鋯石176Hf/177Hf值會(huì)隨176Yb/177Hf值的增大而比真實(shí)值偏高(Fisheretal.,2014)。經(jīng)過證實(shí)對(duì)高Yb鋯石(Yb/Hf >0.05)運(yùn)用173Yb/171Yb=1.132685來計(jì)算質(zhì)量偏移系數(shù)(βYb)，用176Yb/173Yb=0.79639來進(jìn)行干擾校正會(huì)得到較好的結(jié)果(Fisheretal.,2014)。然而在圖10中可以看到，校正后的數(shù)據(jù)仍然具有極高的176Hf/177Hf值，推測(cè)這是由于鋯石的Lu-Hf體系受到影響或還有其他因素干擾了測(cè)試的準(zhǔn)確度。

圖10 卓潘鋯石176Yb/177Hf-176Hf/177Hf協(xié)變圖解Fig.10 Plot of 176Yb/177Hf vs.176Hf/177Hf for zircons in Zhuopan

后期的熱液蝕變過程對(duì)鋯石的原生Hf同位素特征影響很小(Gerdes and Zeh,2009;Lentingetal.,2010)，盡管在蝕變過程中存在Lu和Yb的遷移，但由于鋯石的Lu/Hf值很低，對(duì)176Hf/177Hf初始值的計(jì)算影響不大(Gerdes and Zeh,2009)；而Yb含量的變化可以通過后期計(jì)算進(jìn)行校正。對(duì)于直接從流體中結(jié)晶的熱液鋯石，有兩種模型可以解釋其極高的Hf同位素成因：(1)熱液流體溶解圍巖中的磷灰石和單斜輝石，部分磷灰石中極高的176Lu/177Hf值會(huì)形成大量放射性成因Hf同位素。例如Valleyetal.(2010)對(duì)美國(guó)Adirondack高地的磁鐵礦-磷灰石礦床進(jìn)行礦物化學(xué)研究認(rèn)為，流體中溶解5%高Lu磷灰石即可在約35Myr的時(shí)間內(nèi)使其形成熱液鋯石的εHf(t)值上升35個(gè)單位。卓潘巖體中熱液鋯石與巖漿鋯石的年齡相差很小，在如此短時(shí)間內(nèi)累積100個(gè)單位的εHf(t)值則需要溶解更高Lu含量或更多體積的磷灰石。(2)一些變質(zhì)巖中的礦物有高的176Hf/177Hf值，如榴輝巖中的石榴子石(176Hf/177Hf >0.29)(Schmidtetal.,2011;Chengetal.,2018)。流體與變質(zhì)圍巖反應(yīng)過程中若石榴子石的高放射性Hf同位素釋放進(jìn)入流體，從中結(jié)晶出的熱液鋯石也會(huì)有較高的Hf同位素比值(Valleyetal.,2010;Lietal.,2018)。卓潘巖體位于昌寧-孟連變質(zhì)巖帶與點(diǎn)蒼山-哀牢山變質(zhì)巖帶之間，研究區(qū)內(nèi)豐富的斷裂為流體的遷移提供了條件。因此鋯石異常高的εHf(t)值可能是相關(guān)流體吸收了具高Lu/Hf或高176Hf/177Hf的礦物。

5 結(jié)論

(1)卓潘堿性雜巖體中CL圖下呈灰白色的Ⅰ類鋯石屬于巖漿鋯石，其U-Pb年齡為35.7Ma，代表巖體的成巖年齡。

(2)巖體中CL圖呈暗色的Ⅱ類鋯石受到熱液作用影響。由于熱液成分和蝕變條件的不同，鋯石的稀土元素呈現(xiàn)不同的配分模式，輕稀土元素的富集并不是識(shí)別熱液鋯石的唯一標(biāo)志。

(3)熱液鋯石異常高εHf值的成因可能是相關(guān)流體吸收了具高Lu/Hf或高176Hf/177Hf的礦物成分。

致謝本研究的野外工作受到喻學(xué)惠教授的大力幫助；中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王曉紅老師和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室胡兆初教授在鋯石U-Pb定年和Hf同位素測(cè)試過程中提供了重要幫助；二位審稿人提出了寶貴的修改意見；在此一并表示感謝。