锆石成因矿物学研究及其对U_Pb年龄解释的制约.pdf

评 述 第49 卷 第 16 期 2004 年8 月 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb 年龄解释的制约 吴元保 郑永飞 (中国科学技术大学地球与空间科学学院, 合肥 230026. E-mail: ybwu@) 摘要 锆石U-Pb 定年是同位素年代学研究中最常用的方法, 如何对所得到的年龄值给予合理的地质解 释是锆石U-Pb 年代学研究的重点. 本文对近年来锆石成因矿物学研究及其对U-Pb 年龄解释的制约方 面有关的进展进行了系统的总结和评述. 不同地质环境中形成的锆石具有不同的结构类型: 岩浆锆石 具有典型的振荡环带和/或扇形分带结构; 变质锆石有其特征的内部结构, 主要有无分带、弱分带、云雾 状分带、扇形分带、面状分带和斑杂状分带等, 不同成因变质锆石具有其特征的内部结构特点. 岩浆锆 石的微量元素特征与其岩石类型有关, 从超基性岩到酸性岩中的锆石的微量元素含量逐渐升高; 不同 成因变质锆石具有不同的微量元素特征, 变质锆石的微量元素特征可以反映变质锆石的形成环境. 通 过锆石与石榴石之间微量元素的配分, 可以很好地确定含石榴石的高级变质岩中变质锆石形成的具体 P-T 条件. 锆石中原生包裹体矿物组成同样可以为锆石的形成环境提供明确的限定. 因此, 在进行锆石 U-Pb 定年的同时, 对锆石进行显微结构、微量元素特征和矿物包裹体成分等方面的综合研究, 限定锆 石的形成环境, 能够为锆石U-Pb 年龄的合理解释提供有效的制约. 关键词 锆石 显微结构 微量元素 包裹体 U-Pb 年龄 测定各种地质事件的准确时间是放射成因同位 锆石的形成环境进行限定, 进而为锆石 U-Pb 年龄的 素研究的主要任务之一. 由于锆石广泛存在于各类 合理解释提供有效和重要的制约[14~29] . 本文将对这 岩石中, 富含U 和Th, 低普通Pb 以及非常高的矿物 些方面的研究进展进行系统的总结和评述, 以期抛 稳定性, 使得锆石 U-Pb 定年成为同位素年代学研究 砖引玉, 引起同行们对这些方面的注意, 在进行锆石 中最常用和最有效的方法之一. 锆石 U-Pb 体系是目 U-Pb 定年的同时, 加强锆石成因矿物学方面的研究, 前已知矿物同位素体系中封闭温度最高的, 锆石中 对所得到的U-Pb 年龄赋予更加合理的地质解释. [1,2] Pb 的扩散封闭温度高达 900 ℃ , 是确定各种高级 1 不同成因锆石的内部结构特征 变质作用峰期年龄和岩浆岩结晶年龄的理想对象. 对于只有单阶段演化历史的岩浆岩, 锆石 U-Pb 定年 常用揭示锆石内部结构的方法有 HF 酸蚀刻图 往往可以给出非常准确的年龄信息. 但是对于具有 像、背散射电子(BSE) 图像和阴极发光电子(CL) 图像 复杂演化历史的变质岩, 锆石往往具有多期生长和/ 等. HF 酸蚀刻法的应用原理是由于锆石不同区域表 或重置区域的复杂内部结构. 虽然锆石记录了相应 面的微量元素含量和蜕晶化程度的差异导致其稳定 岩石经历的多期演化历史, 同时它也给常规热电离 性和抗HF 酸腐蚀能力的不同, 在HF 酸的作用下, 这 质谱(TIMS)分析方法获得复杂类型锆石的精确年龄 [30] 些锆石的内部结构就会显示出来 ( 图 1(a)). 这种方 及获得年龄的