1、U-Pb同位素測年綜述以鋯石U-Pb測年為例,匯報提綱,一、同位素地質(zhì)年代學綜述 二、同位素年齡測定基本原理 三、U-Pb同位素測年,一、同位素地質(zhì)年代學綜述,同位素地質(zhì)年代學（Isotope Geochronology）是同位素地球化學分支之一。是根據(jù)放射性同位素衰變定律確定地質(zhì)體形成和地質(zhì)事件發(fā)生時代，以研究地球和行星物質(zhì)形成歷史和演化規(guī)律，對于探究重大地質(zhì)事件發(fā)生發(fā)展、古環(huán)境變化、生物群演化等科學問題有重要意義。與傳統(tǒng)生物地層學相結(jié)合，成為區(qū)域地質(zhì)工作和成礦學研究的重要基礎，尤其是對于缺乏化石記錄和遭強烈變質(zhì)變形前寒武紀地質(zhì)系統(tǒng)的時序的建立有極為重要的意義。所涉及同位素體系及方法包括：U

2、-Th-Pb、Sm-Nd、Rb-Sr、K-Ar、Ar-Ar、Re-Os、Lu-Hf、La-Ce、U系不平衡、宇宙成因母體（14C、14Pb、 14Be）、熱光釋、裂變徑跡等。,發(fā)展史與現(xiàn)況,同位素地質(zhì)年代學的誕生發(fā)源于19世紀末20世紀初天然放射性元素的發(fā)現(xiàn)及其放射衰變定律的研究。 1896年，貝可勒爾發(fā)現(xiàn)金屬鈾的鹽類能放出不可見的神秘射線，這種射線很像X射線，也能透過各種物質(zhì)，并能使照像底片感覺。 1898年居里夫婦發(fā)現(xiàn)釷及其化合物也有類似的放射性質(zhì)，以后他們又發(fā)現(xiàn)鐳和釙兩種強放射性元素。居里夫人將這種輻射射線的現(xiàn)象稱為放射性。放射性的發(fā)現(xiàn)為礦物、巖石年齡測定奠定了基礎。 1902年居里和盧

3、瑟福首先提出了利用礦物中放射性衰變規(guī)律測定礦物年齡的設想。隨后，波爾特伍德（1906）、盧瑟福（1907）分別用氦法（U-Th-Pb法的原型）及用化學鉛法測得含鈾、釷礦物的第一批同位素年齡數(shù)據(jù)，得到了約500Ma左右年齡值,1913年，索迪根據(jù)同一元素具有不同質(zhì)量數(shù)的發(fā)現(xiàn)提出了“同位素”的概念。此后，由于放射性基本理論研究的迅速發(fā)展利用放射性衰變定律測定地質(zhì)年齡的原理和技術均得到了迅速發(fā)展，同位素地質(zhì)年代學就此產(chǎn)生。 1935年，尼爾改進了質(zhì)譜分析技術，促進了同位素地質(zhì)年代學進入了嶄新的發(fā)展階段。接著戈爾德施密特 等人提出并系統(tǒng)地研究了Rb-Sr定年法。 1940-1950年間，伊文思、格爾林

4、克、史密斯建立了K-Ar法，并應用該法首次測定了第三紀鉀鹽的形成時代。 1947年，霍姆斯根據(jù)尼爾5個礦物的U-Pb年齡及其間沉積物的厚度推算各地質(zhì)時代的時限給出了第一個較為完整的地質(zhì)年代表。 60年代建立了Ar-Ar、法Re-Os法、鈾系不平衡法和裂變徑跡法。70年代建立了Sm-Nd法和激光微區(qū)Ar-Ar法，80年代建立了La-Ce法等，90年代（U-Th）/He法和Re-Os法在技術上有了根本性突破。進入本世紀，Lu-Hf法在實驗技術上取得了實質(zhì)進步并不斷擴展應用領域。,目前，西方發(fā)達國家已經(jīng)建立了比較齊全的各類同位素地質(zhì)年齡測試技術方法，實驗流程的標準化工作已經(jīng)基本完成，研制了滿足需要的

5、同位素標準物質(zhì)和稀釋劑。總的來看，美歐日等發(fā)達國家的同位素地質(zhì)年代學研究已經(jīng)進入后發(fā)展時代，其表現(xiàn)特征是：常規(guī)同位素方法的應用更多的轉(zhuǎn)向地質(zhì)體的熱演化歷史研究、環(huán)境（包括古環(huán)境）研究等領域；建立新的同位素測年體系；更多地關注天體化學中同位素的研究，因而形成一些新的前沿熱點。 我國的同位素年代學研究起步于20世紀50年代，也經(jīng)歷了一個從低水平向高水平逐漸發(fā)展的過程，在測年方法研究方面，70年代前主要是建立了K-Ar法和鋯石U-Pb法，80年代之后相繼開發(fā)了Rb-Sr法、Sm-Nd法、Ar-Ar法、Re-Os法等。21世紀初，鋯石原位微區(qū)離子探針（SHRIMP）測年技術、原位微區(qū)激光等離子質(zhì)譜（L

6、A-ICP-MS)測年技術和含鉀礦物激光微區(qū)Ar-Ar測年技術的應用將我國的同位素年代學研究推進到了一個嶄新的發(fā)展階段,為解決眾多地質(zhì)年代問題提供了技術保障。,我國同位素地球化學的學術團體和研究機構 學術團體： 中國礦物巖石地球化學學會同位素地球化學專業(yè)委員會 中國地質(zhì)學會同位素地球化學專業(yè)委員會 研究機構： 中國科學院北京地質(zhì)與地球物理研究所 中國科學院廣州地球化學研究所 中國地質(zhì)大學地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室（GPMR） 中國科學院貴陽地球化學研究所 地科院地質(zhì)研究所 西北大學大陸動力學實驗室 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心,二、同位素年齡測定基本原理,核素(unclide)是指具有

7、一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。側(cè)重描述原子核性質(zhì)。其中的質(zhì)子數(shù)(Z)稱該核素的原子數(shù)，其量值也等同于其電子數(shù)；而原子數(shù)與中子數(shù)(N)之和稱該核素的質(zhì)量數(shù)(A)。具相同質(zhì)子數(shù)、不同質(zhì)量數(shù)核素的總和，稱為元素的同位素，它們在元素周期表上屬相同的位置。,1.所謂同位素,天然存在300多個核數(shù)（其中280個是穩(wěn)定同位素，60個是壽命很長的放射性同位素）和1600個人造的放射性同位素，一共約2000個核素。理論上存在的核素應有5000多個。,2.放射性衰變,放射性衰變：自然界中部分核素在能量上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，自發(fā)地從某一元素的同位素衰變成為另一元素的同位素，并伴隨各種粒子形式的能量釋放的過程稱為

8、放射性衰變。 母體同位素：發(fā)生放射性衰變的同位素。 子體同位素：放射性衰變過程中及最終形成的穩(wěn)定同位素。 主要放射性衰變方式：衰變、衰變、衰變、軌道電子俘獲、核裂變。,a decay,是重核的特征（A140）(Z82或A209）放射性同位素,放出兩質(zhì)子和兩中子，相當于一個42He, decay,相當于一個中子轉(zhuǎn)換為一個質(zhì)子或一個質(zhì)子轉(zhuǎn)換為一個中子，此過程放出正（負）電子。質(zhì)量數(shù)不變。,g decay,核素由激發(fā)態(tài)退激到基態(tài)一個光子的電磁波,Electron capture,等價一個質(zhì)子和一個電子反應生成一個中子和中微子 質(zhì)量數(shù)減少1,核裂變,重核分裂成兩個或者幾個中等質(zhì)量碎片，同時放出中子與能

9、量。 可分為自發(fā)裂變：自然界僅見U、Th同位素。 誘發(fā)裂變：重核在外來粒子轟擊下裂變，可產(chǎn)生鏈式反應。,3.放射性衰變定律及同位素計時原理,放射性衰變反應特有性質(zhì)： (1) 衰變作用是發(fā)生在原子核內(nèi)部的反應，反應結(jié)果 是由一種核素變成另一種核素； (2) 多數(shù)衰變自發(fā)地不斷進行，并有恒定的衰變比； (3) 衰變反應不受溫度、壓力、電磁場和原子核存在 形式等物理化學條件的影響； (4) 衰變前和衰變后核素的原子數(shù)只是時間的數(shù)函數(shù)。,放射性同位素在單位時間內(nèi)衰變掉的原子數(shù)與現(xiàn)存的母核數(shù)成正比 式中N為在t時刻存在的母體原子數(shù)；為放射性同位素的衰變速率，也就是單位時間內(nèi)衰變掉的放射性母體原子數(shù)，負號

10、表示N隨時間減少； 公式中為衰變速率常數(shù)，表示單位時間內(nèi)放射性核素的原子發(fā)生衰變的概率（Probability)，它是每個放射性核素的特征值，稱之為衰變常數(shù)，用實驗方法測定獲得，其量綱為時間單位的倒數(shù)，如1/年或1/秒等。 將上式從t=0到t 積分,假定t=0時的衰變母體原子數(shù)為N0,得：,或,整理得,任何放射性同位素隨時間按指數(shù)規(guī)律衰減，這就是放射性衰變定律。 對于任一放射性同位素體系，放射性核素母體原子衰變完一半所需要的時間稱為半衰期，以T1/2表示。 根據(jù)定義，當t=T1/2時，N=1/2N0，將其代入公式中，兩邊取對數(shù)并整理得：,半衰期用來衡量放射性母體同位素發(fā)生放射性衰變的相對快慢，

11、與呈反比關系，衰變常數(shù)值愈小，半衰期愈長，發(fā)生放射性衰變的速率愈慢，核的壽命也愈長。,地質(zhì)工作中常用衰變體系及衰變常數(shù)、半衰期列表,自然條件下，同位素放射性衰變過程是不可逆的，且其衰變的速率及放射性子體的性質(zhì)不受外界的影響。母-子體同位素確定的對應關系和恒定的衰變速率構成了同位素定年的理論基礎。 放射成因子體原子數(shù)D*等于衰變掉的放射性母體原子的數(shù)目, 即D*=N0-N。將N0=Net 代入該式，得到： D*=N(et-1) ；當t=0時，D*=0。,N 或 D*,時間（以半衰期為單位）,N=N0e-t,D*=N0（1- e-t）,N0,D0=0,放射性母體核素N和子體核素D*隨時間t變化的曲

12、線,與地質(zhì)事件對應的地質(zhì)體形成時即含一定量的初始放射成因子體同位素，假設一體系中t=0時的子體原子數(shù)為D0，則經(jīng)時間t后該體系子體原子總數(shù)為： D=D*+D0， 即現(xiàn)在地質(zhì)樣品放射子體同位素由初始部分和放射母體同位素衰變形成部分這兩部分組成。將前式代入并整理得：,這是自然界放射性同位素子體增長的公式，也是同位素地質(zhì)年代學定年的基 本公式,由此可求得體系封閉以來所經(jīng)歷的時間t，即：,4.定年體系前提, 衰變的最終產(chǎn)物是穩(wěn)定同位素。 必須準確知道或能有效校正巖石或礦物形成時就己經(jīng)存在的子體同位素初始比值（含量）。 能夠精確測定獲得放射性母體同位素的半衰期和衰變常數(shù)，同時，用作年齡測定的放射性母體同

13、位素的半衰期應與所測地質(zhì)體的年齡大體相當。 準確知道放射性母體同位素的種類和相對豐度，并有精確測定計算巖石或礦物中母、子體同位素比值和含量的高精度的同位素制樣和質(zhì)譜測定實驗室方法技術。 自巖石或礦物形成以來，同位素體系保持封閉，母體和子體核素只因衰變反應而改變，沒有因后期地質(zhì)作用（如變質(zhì)、熱液蝕變、風化等）的影響而發(fā)生母、子體同位素的帶入或遷出。,三、U-Pb體系,1.U-Th-Pb元素特征簡介,U和Th均為錒系元素，Pb為親銅元素； U是放射性元素，同位素相對分度（%）：238U99.275、235U0.720 234U0.005； 自然界Th同位素232Th，豐度近100%，其余同位素存在

14、于三個天然放射性系列中，U系230Th和234Th、錒鈾系237Th和231Th、Th系232Th，半衰期段，豐度甚微。 自然界Pb有四種同位素，豐度（%）：204Pb1.4、206Pb24.1、207Pb22.1、208Pb52.4,204Pb為非放射成因。按來源可分為：原生鉛、原始鉛、放射鉛、普通鉛。,獨立U礦物：晶質(zhì)和瀝青鈾礦；Th：方釷石 U、Th常富集于一些副礦物：鋯石、獨居石、磷灰石、榍石等；地表：U易轉(zhuǎn)化為酰鈾離子，相對活潑，Th相對穩(wěn)定。 獨立Pb礦物：主要方鉛礦，此為硫鹽；巖石中，主要載體鉀長石，次為云母；一般穩(wěn)定，在鹵水中活潑。 由上表可以看到，U、Th、Pb在酸性巖石和地

15、殼中富集。 各種巖石Th/U在3-4之間，碳酸鹽Th/U1，殼幔Th/U接近，原始地幔較虧損地幔Th/U大，上地殼虧損Th/U較下地殼低。 除海水，各類巖石和地球各單元Pb豐度U、Th，U/Pb均1；碳酸鹽U/Pb最高，深海粘土最低；巖漿巖隨酸度增加，U/Pb增大；地球單元，上地殼U/Pb最高。,2.U-Th-Pb體系計年原理,U-Th-Pb測年體系中涉及的三個核衰變反應系列,鈾系,錒鈾系,釷系,由以上公式可得到三組U-Pb表面年齡: t206Pb/238U t207Pb/235U t207Pb/206Pb 如果滿足： 樣品形成之后始終保持U-Th-Pb體系封閉; 所扣除的普通鉛同位素比值正確

16、; 鈾的同位素組成正常,沒有同位素分餾和其他改變. 則： t206Pb/238U = t207Pb/235U = t207Pb/206Pb 這就是所謂的諧和年齡或一致年齡。,諧和年齡,如果體系中發(fā)生了放射成因鉛丟失，則有t206Pb/238U t207Pb/235U t207Pb/206Pb 這時所測年齡偏小， t207Pb/206Pb最接近于真實年齡，這就是所謂的不諧和年齡。,不諧和年齡,如果體系中發(fā)生了鈾丟失，則有t206Pb/238U t207Pb/235U t207Pb/206Pb 這時所測年齡偏大， t207Pb/206Pb最接近于真實年齡，這就是所謂的反諧和年齡。,反諧和年齡,3.

17、鋯石U-Pb測年,鋯石化學成分為ZrSiO4，屬四方晶系，島狀硅酸鹽； 顏色通常為無色透明，但也可見玫瑰色、紫色、黃色、棕色等，一般顏色深成因復雜，多為老鋯石U、Th、Pb含量高； 比重達4.5-4.6，無磁性，易于分選。,3.1為什么選用鋯石？,幾大特點： 鋯石是自然界一種常見副礦物，普遍存在于巖漿、變質(zhì)、沉積巖中； 具極低的吉布斯能，晶體結(jié)構穩(wěn)定； 離子擴散速率低，封閉穩(wěn)定高（固體相Pb900）； 富含U、Th，普通Pb含量低。,持久保持礦物形成時物、化特征,3.2常見測試方法,離子探針微區(qū)原位U-Pb測年法（SHRIMP） 優(yōu)點：高分辨率，高靈敏度、高精度、微區(qū)原位定年，束斑直徑20-3

18、0um，可對礦物不同部位直接定年； 不足：測試精度（1%-2%）不如單顆粒微量鋯石熱電離質(zhì)譜法（TIMS），分析成本高。,激光剝蝕法（LA-ICP-MS） 優(yōu)點：原位，束斑直徑40-50um；廉價；準確（滿足大多地質(zhì)定年需求）；快速 不足：精度低于TIMS和SHRIMP；無法準確獲得年輕鋯石Pb/U,單顆粒微量鋯石熱電離質(zhì)譜法（TIMS） 優(yōu)點：分析精度高； 缺點：需要高標準超凈實驗室；繁瑣化學處理；不能微區(qū)分析；時間長，費用高。,單顆粒微量鋯石熱電離質(zhì)譜法（TIMS） 優(yōu)點：分析精度高； 缺點：需要高標準超凈實驗室；繁瑣化學處理；不能微區(qū)分析；時間長，費用高。,3.3鋯石成因礦物學,對于單階

19、段演化歷史的巖漿鋯石，鋯石U-Pb定年往往可給出非常準確的年齡信息；但是對于復雜演化歷史的變質(zhì)巖，鋯石往往具有多期生長和重置區(qū)域的復雜結(jié)構，致使同一樣品內(nèi)會具有具有不同演化歷史并包含不同年齡信息的鋯石，同一鋯石顆粒中也可以包含不同成因類型、形成時代的鋯石相，而這些繁雜的年齡可能分別對應鋯石寄主巖石的原巖時代、變質(zhì)事件、源區(qū)殘留鋯石年齡等。因而如何正確的識別不同成因的鋯石及鋯石相，對于鋯石年齡的合理解釋至關重要。 目前，主要通過鋯石顯微結(jié)構、微量元素特征、礦物包裹體來對鋯石形成環(huán)境限定，進而為鋯石U-Pb年齡的合理解釋提供有效制約。,原理：鋯石不同區(qū)域抗HF酸腐蝕性差異 優(yōu)點：簡單易行 缺點：破

20、壞鋯石表面結(jié)構,HF酸蝕刻法,三種分析鋯石內(nèi)部結(jié)構方法,背散射電子圖像（BSE）,陰極發(fā)光電子圖像（CL),原理：微量元素含量和晶體缺陷差異 優(yōu)點：可以清楚顯示內(nèi)部結(jié)構 缺點：表面特征不清楚,3.3.1巖漿鋯石（相）,自形程度較高，一般無色透明，偶見淡黃、淡棕色，晶面簡單晶棱鋒銳、清晰，晶體呈四方柱、四方雙錐、復四方雙錐的聚形，通常具有巖漿振蕩或者韻律環(huán)帶，相對較亮的CL圖，HF容易蝕刻。,顯微結(jié)構特征,黑云母二長花崗巖透射光圖及CL圖（來源：1:5萬內(nèi)蒙古干其硝測區(qū)）,中-基性巖，發(fā)育柱面或復四方雙錐，錐面不發(fā)育，具較寬的結(jié)晶環(huán)帶,錐面,柱面,輝長巖中的巖漿鋯石（源：趙子福等）,輝長巖中的巖

21、漿鋯石（源：1:5萬額勒斯圖渾迪等六幅區(qū)調(diào) ）,閃長巖中的巖漿鋯石（源1:5萬額勒斯圖渾迪等六幅區(qū)調(diào) ）,中粗粒二長花崗巖中的鋯石（源：內(nèi)蒙古1:5萬哈達圖測區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查 ）,花崗巖中的鋯石（源：吳元保等）,酸性巖中的鋯石柱面、錐面均較發(fā)育，晶體呈柱狀，一般形成較窄的巖漿環(huán)帶。,（潛）粗安巖中的鋯石（源：內(nèi)蒙古1:5萬哈達圖測區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查 ）,堿性正長巖中的鋯石（水泉溝雜巖體，源：李長民）,堿性、偏堿性巖中的鋯石錐面發(fā)育，常呈短柱狀或四方雙錐狀。,此外，巖漿鋯石中還會出現(xiàn)因為鋯石結(jié)晶是外部環(huán)境變化導致的扇形分帶。往往還具繼承鋯石核心 某些地幔超基性巖中的鋯石也會表現(xiàn)出無分帶或弱分帶的特征。

22、,扇形分帶,具核,流紋質(zhì)角礫熔巖中的鋯石（源：內(nèi)蒙古1:5萬哈達圖測區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查 ）,微量元素特征,巖漿鋯石微量元素含量由超基性-基性-中酸性增長的變化趨勢； 一般具有較高Th、U含量以及Th/U比值（一般0.4），通常情況下Th/U接近1（部分巖漿鋯石Th/U0.1，個別碳酸鹽巖漿鋯石10000）；巖漿鋯石一般具極低Hf含量，通常Zr/Hf較高；一般情況下具相對較高Nb、Ta含量及Nb/Ta值；巖漿鋯石具有較高的REE含量和具陡立HREE富集模式；,不同類型巖漿巖中鋯石微量元素平均值球粒隕石標準化圖（源：Belousova等）,包裹體特征,巖漿鋯石由于結(jié)晶溫度較高，通常會出現(xiàn)高溫巖漿礦物（

23、如金紅石、磷灰石等）與熔體包裹體；通常不含高壓礦物，如石榴石、柯石英等；一般情況下，包裹體含量較少。,瑪尼吐組輝石粗安巖中鋯石（源：內(nèi)蒙古1:5萬哈達圖測區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查 ）,礦物包裹體,3.3.2變質(zhì)鋯石（相）,變質(zhì)鋯石是在變質(zhì)作用過程中形成的鋯石，主要有5種形成機制： 1）深熔過程中從熔體重結(jié)晶； 2）固相礦物產(chǎn)生的Zr、Si成核和結(jié)晶； 3）從變質(zhì)流體中結(jié)晶； 4）原巖鋯石的變質(zhì)重結(jié)晶作用； 5）熱液蝕變作用的原鋯石的淋濾和熔接； 其外部形態(tài)從它形到非常自形，內(nèi)部結(jié)構主要表現(xiàn)為以下8種：,顯微結(jié)構特征,扇形CL分帶特征,冷杉葉狀CL分帶特征,面狀CL分帶特征,斑雜狀CL分帶特征,海綿狀CL

24、分帶特征,流動狀CL分帶特征,無CL分帶特征,弱CL分帶特征,變質(zhì)重結(jié)一般優(yōu)先發(fā)生鋯石邊部、內(nèi)部包裹體周圍及微量元素高、蛻晶質(zhì)化程度高等不穩(wěn)定區(qū)域，其過程只是對原鋯石晶格的重新調(diào)整，就像是對原來受傷鋯石部分的愈合，無新鋯石生成，因而重結(jié)晶鋯石通常自形狀到半自形，且外形與原巖巖漿鋯石環(huán)帶形狀相似，與原鋯石并無明顯生長界限；內(nèi)部一般表現(xiàn)為無分帶、弱分帶、斑雜狀分帶或海綿狀分帶，局部有巖漿環(huán)帶殘留，且常常切割原鋯石振蕩環(huán)帶。,五臺-恒山地區(qū)獨裕峪斑狀二長片麻巖中的變質(zhì)重結(jié)晶鋯石(源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,保留原鋯石結(jié)構,切割原鋯石環(huán)帶,變質(zhì)增生鋯石是指在變質(zhì)過程中發(fā)生成核和結(jié)晶作

25、用，有新的鋯石從周圍介質(zhì)中結(jié)晶出來，既可以新形成獨立的新生顆粒，也可以在原鋯石基礎上形成變質(zhì)增生邊，所以變質(zhì)增生鋯石具多面狀-不規(guī)則狀-規(guī)則狀外形，內(nèi)部結(jié)構與原鋯石界限清楚。,侵入土領片麻巖中的大坪巖體黑云斜長片麻巖中變質(zhì)增生鋯石(源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,石佛片麻巖中變質(zhì)增生鋯石(源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,有增生邊的,有增生邊的,麻粒巖相變質(zhì)增生鋯石一般為半自形、它形粒狀-等軸狀，內(nèi)部分帶為扇形分帶、面狀分帶、冷杉葉狀分帶、弱分帶或無分帶。,a.扇形分帶；b.面狀分帶；c.冷杉葉分帶；d.弱或無分帶,榴輝巖相變質(zhì)增生鋯石一般為半自形、橢圓形、它形，內(nèi)部

26、結(jié)構常為無分帶、弱分帶、云霧狀分帶、片狀分帶。,a.無分帶；b.弱分帶；c.云霧狀分帶；d.片狀分帶,角閃巖相變質(zhì)增生鋯石通常具有規(guī)則外形，以柱面發(fā)育為特點，一般為無分帶或弱分帶為特征,土嶺片麻巖中中角閃巖相增生鋯石(源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,北片臺麻巖中中角閃巖相增生鋯石(源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,柱面發(fā)育，外形規(guī)則，無分帶,侵入土領片麻巖中的大坪巖體黑云斜長片麻巖中變質(zhì)增生鋯石(源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,港灣狀蝕變邊,具較寬熔蝕增生邊,晶棱圓化,受熱液蝕邊作用明顯的鋯石，其邊部位會出現(xiàn)晶棱圓化、港灣狀結(jié)構的外形特征，且被蝕變區(qū)域發(fā)

27、光較強強，無明顯分帶，當熱液蝕變作用進一步加強周圍還會出現(xiàn)較寬的白色蝕變邊，對這些區(qū)域微區(qū)定年，可得到熱液蝕變年齡。,微量元素特征,變質(zhì)鋯石Th、U含量較低，Th/U值較小（一般0.1），且變質(zhì)作用越強Th/U值越低（個別麻粒巖相增生變質(zhì)0.1），Nb、Ta及Nb/Ta指較巖漿鋯石均低，不同程度的富集LREE，HREE含量低。 變質(zhì)重結(jié)晶具較低的Zr/Hf值，而變質(zhì)增生鋯石和巖漿鋯石Zr/Hf值較高；變質(zhì)重結(jié)晶鋯石具更陡立（相對巖漿鋯石）的HREE富集模式，而變質(zhì)增生鋯石具較低程度的HREE富集模式，且增生邊的HREE含量明顯低于巖漿鋯石核HREE。 多數(shù)情況下，麻粒巖相變質(zhì)鋯石具HREE相對

28、虧損和明顯Eu負異常；榴輝巖相變質(zhì)鋯石具HREE相對虧損、無明顯Eu負異常和較低Nb、Ta含量及Nb/Ta值；角閃巖相變質(zhì)鋯石具HREE相對富集合Eu負異常的明顯特征,a.麻粒巖相；b.榴輝巖相；c.角閃巖相（實心為原巖殘留鋯石）,與巖漿鋯石相比，熱液作用下的鋯石通常具有明顯較高的REE含量，比較平緩的輕稀土圖形，而Ce異常較弱；熱液鋯石通常富Hf，富Y。,巖漿鋯石、熱液變質(zhì)鋯石稀土元素球粒隕石配分圖解（源：Boggy Plain巖體資料引自Hoskin；咸水泉巖體資料自唐俊華等）,包裹體特征,變質(zhì)增生鋯石中包裹體礦物常見，除常見的非高壓礦物斜長石、石英、磷灰石等，還可見石榴石、綠輝石、柯石英

29、、金剛石等超高壓礦物； 熱液作用的的變質(zhì)鋯石一般出現(xiàn)典型的熱液礦物（如電氣石、黃鐵礦、絹云母等）和低鹽度的H2O-CO2流體包裹體，說明鋯石是在熱流體環(huán)境中沉淀結(jié)晶。,a.殘留鋯石核（1）和超高壓增生邊（2）；b .殘留鋯石核（1）、榴輝巖-麻粒巖相增生幔（2-3）和角閃巖相增生邊（4）；c.超高壓變質(zhì)鋯石（2）；d.超高壓變質(zhì)鋯石（2）和榴輝巖-麻粒巖相變質(zhì)鋯石,2,2-3,4,1,1,2,2,2-3,金剛石,石榴石,3.3.3過渡型（相）,1.脈體鋯石 形成于變質(zhì)流體的活動過程中產(chǎn)生的脈體，這種鋯石一般具有規(guī)則的外形，少有殘留核心，無分帶到明顯面狀分帶或振蕩環(huán)帶，非常低的Th/U值（0.1

30、），含有熱液蝕變作用型包裹體。,a .榴輝巖脈體中的增生鋯石，具有規(guī)則的外形、無分帶到局部清楚的結(jié)晶環(huán)帶；b.前進變質(zhì)巖石英脈中的變質(zhì)增生鋯石，具規(guī)則外形；c.前進變質(zhì)巖石英脈中的變質(zhì)增生鋯石，具明顯振蕩環(huán)帶，核不CL暗（強），外有不規(guī)則殘留鋯石，邊部亮白區(qū)為后期熱液蝕變結(jié)果；d.蛇紋石化過程中形成的鋯石，具清楚的振蕩環(huán)帶和扇形分帶。,2.深熔鋯石 是指深熔片麻巖形成過程中結(jié)晶出的鋯石。通常呈規(guī)則的長柱狀或短柱狀自形晶，無明顯分帶到面形分帶，部分還具有典型巖漿鋯石的環(huán)帶特征，多數(shù)情況下有殘留核，非常低的Th/U值（一般0.1），微量元素特征與原鋯石相似或略低。,義興寨片麻巖（角閃斜長片麻巖）中

31、深熔鋯石（源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,3.4碎屑鋯石,3.4.1 什么是碎屑鋯石？,形成于物源區(qū)的巖漿事件或變質(zhì)事件，后經(jīng)沉積作用保存于沉積碎屑巖中的巖漿鋯石與變質(zhì)鋯石的總稱。由于沉積過程很難達到鋯石的結(jié)晶溫度，因而碎屑鋯石反應的是物源區(qū)的信息 。碎屑鋯石對于揭示沉積盆地物源區(qū)信息，進而探討沉積盆地演化及區(qū)域構造演化有一定的幫助。,集寧巖群沙渠村巖組,189817,3.4.2 關于碎屑鋯石的年齡,U-Pb提取沉積物年齡信息，反應的主要是鋯石形成年齡，而對再沉積鋯石年齡的解釋和適蹤存在不足。因而需要結(jié)合一種新的方法裂變徑跡。 所謂裂變徑跡法就是通過測量天然礦物（如鋯石）中因所含

32、U、Th等放射性原子核自發(fā)裂變而在鋯石中形成的長而窄的徑跡的數(shù)目，因為徑跡數(shù)目和礦物年齡成正比，通過相關公式，就可得出鋯石的裂變徑跡年齡（FT）。,裂變徑跡的退火溫度約為21040，而鋯石U-Pb體系封閉溫度約為700，所以如果鋯石形成之后沒有經(jīng)歷過210左右的熱事件，裂變徑跡年齡就能代表鋯石的結(jié)晶或變質(zhì)年齡（準確度較低），但是如果原巖在鋯石形成之后經(jīng)歷過大于210左右，而小于700左右的熱事件，裂變徑跡年齡就代表該次熱事件的年齡?？梢?，裂變徑跡年齡可以提供源區(qū)后期構造熱事件的重要信息，結(jié)合盆地不同時代巖石的分布情況，可以達到示綜源區(qū)的目的。,目前，在沉積盆地物源區(qū)演化的研究上，是用鋯石低溫裂

33、變徑跡和高溫U-Pb年齡譜相結(jié)合方法。,3.5定年意義,所謂諧和圖,當?shù)V物（如鋯石）形成時，只含有放射性元素U、Th，而不含子體元素Pb，且礦物形成后U-Pb體系保持封閉，則其206Pb*/238U和207Pb*/235U將給出一致（諧和）的年齡t，也就是說經(jīng)歷了一定衰變過程后，由礦物的兩組Pb/U值將計算出相同年齡，即諧和年齡。將相應的Pb/U值（諧和點）作圖，這些點將構成一條曲線，稱值為諧和線。,但是，礦物（鋯石）形成之后，往往會經(jīng)歷各種地質(zhì)事件，此外，自身放射性衰變過程也會造成晶體的損傷，造成體系的不封閉，進而導致放射成因Pb丟失或U丟失，從而導致Pb/U同位素組成將偏離諧和線，而沿一條

34、直線分布，該直線稱之為不一致線，這時會產(chǎn)生兩種年齡，反諧和年齡和不諧和年齡，統(tǒng)稱為不一致年齡。,不諧和年齡,反諧和年齡,這種情況下，不一致線會和諧和線產(chǎn)生兩個交點（個別也會有一個交點）。其中，上交點代表鋯石的結(jié)晶年齡，下交點代表了后期熱改造事件或者沒有任何地質(zhì)意義（比如自身衰變蛻晶質(zhì)化）。,一個經(jīng)驗：大于10億年的樣品選擇207Pb /206Pb年齡，小于10億年的樣品選擇206Pb/238U年齡,單一年齡，且在諧和線上，代表結(jié)晶年齡,一組年齡，且在諧和線附近，代表巖漿熱事件年齡,上、下交點年齡，分別代表原巖年齡和可能發(fā)生的熱改造事件年齡,巖漿鋯石,變質(zhì)鋯石,鋯石錐面發(fā)育，常呈短柱狀或四方雙錐

35、狀，具振蕩環(huán)帶，部分鋯石具扇形分帶，反應鋯石鋯石結(jié)晶是外部環(huán)境動蕩，個別鋯石具繼承核，可能會打到較老年齡。,扇形分帶,扇形分帶,扇形分帶,具繼承核,（潛）粗安巖的鋯石（源：內(nèi)蒙古1:5萬哈達圖測區(qū)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查 ）,Mean = 139.31 0.93 0.67% 95% conf. Wtd by data-point errors only MSWD = 2.1, probability = 0.002,結(jié)晶年齡為139Ma左右，反應了早白堊的一期次火山巖侵位事件，可能代表白音高老噴發(fā)旋回的頂界。,鋯石柱面、錐面均較發(fā)育，晶體呈柱狀，一般形成較窄的巖漿環(huán)帶。,黑云二長花崗巖中的鋯石（源： 1:

36、5萬內(nèi)蒙古干其硝測區(qū)）,結(jié)晶年齡為172Ma左右，反應了中侏羅對應于燕山早期的一次巖體侵位事件。,P6,鋯石具不規(guī)則外形，錐面大多已被圓化，但多數(shù)鋯石保留了柱子面，鋯石表面發(fā)具裂紋（可能為蛻晶化過程所致），可見體系曾今開放。鋯石內(nèi)部多具類似巖漿鋯石的振蕩環(huán)帶，反應了原巖鋯石的結(jié)構特征；而鋯石邊緣卻多具有沿振蕩環(huán)帶生長的變質(zhì)重結(jié)晶邊（色深），再往外部分鋯石可見變質(zhì)增生作用產(chǎn)生的淺色邊；許多鋯石還具有熱液蝕邊的痕跡。 綜上，可見原巖鋯石在結(jié)晶出來后，所在原巖經(jīng)歷了達角閃巖相級別的變質(zhì)作用。本鋯石多數(shù)打在了原巖鋯石區(qū)域。,土嶺片麻巖中的鋯石P6Rz-1（源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,

37、Th/U=1,Th/U=0.4,Th/U=0.1,從圖中可以看出，所打樣點反應出的Th/U比值均大于0.4，不少還大于1，這與巖漿鋯石相似，可以預料本鋯石所得年齡應為原巖鋯石結(jié)晶年齡。,2545Ma左右的年齡，可能代表太古代末期五臺運動背景之下，區(qū)域上的一次巖漿事件。,土嶺片麻巖中的鋯石所打點Th、U關系圖 （源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū) 總結(jié)）,土嶺片麻巖中的鋯石P6Rz-3（源：五臺-恒山鐵礦整裝勘查1:5萬片區(qū)總結(jié)）,同為土嶺片麻巖，可看到該巖石中的鋯石表面裂紋更加發(fā)育，外形也不規(guī)則，但是仍保留了一些柱面和錐面，柱面相對較發(fā)育，內(nèi)部結(jié)構可以看到鋯石不僅普遍發(fā)育重結(jié)晶邊（重結(jié)晶較徹