热液锆石形成机制、特征及地质意义研究

张丁宁，陶中一

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541006)

热液锆石形成机制、特征及地质意义研究

张丁宁，陶中一

(桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541006)

全面梳理了国内外与热液锆石相关的文献资料，总结了热液锆石的成因、矿物学特点、形成机理以及年代学意义等，以期为人们对于热液锆石的分析提供一定的借鉴作用。

热液锆石；热液蚀变作用；含金石英脉；微区原位测试

锆石是变质岩、岩浆岩、月岩中以及沉积岩等最为主要的副矿物。因为其布局宽泛，化学、物理性质极为稳定，含有较多的Th、U等放射性元素，铅含量相对较低，U-Pb体系封闭温度比较高，其是U-Pb同位素定年最佳的矿物，同时在地质学里面有着大量的运用。在最近几年时间内，伴随原位微区技术的逐渐进步，锆石U-Pb定年、结合阴极发光CL、微量元素、背散射BSE图像以及Hf同位素等相关内容的探讨已经有了较大的发展。针对某个时期演变的岩浆岩，岩浆锆石能够提供精准度较高的年龄信息；针对沉积岩里面碎屑锆石存在年限实施测定，能够摸索源区信息与历史基底的演变。具备悠久历史的变质岩里面所存在的锆石保存了多个阶段的生长架构与地区，通常会展示出多个年龄不同的时期，融合锆石的微量元素特点能够针对此年龄进行科学的阐述。

伴随锆石测年手段的日益进步，逐渐增多的研究成果对于锆石稳定性的观点带来了非常大的影响，经过研究得知锆石在热液环境下极易出现腐蚀、熔蚀以及改造等，又或许会产生具备“热液矿物”特点的锆石，也就是热液锆石。

1 热液锆石的形成机制

经过前十几年时间所进行的分析可知，锆石能够直接性的由中低温度的热液流体里面形成结晶。例如：Claoue'-Long等人[1]经过针对加拿大本土Abitibi绿岩带地区的金矿床石英脉里面所含有的锆石进行分析，指出此锆石是在温度为260～380℃、压强200 MPa的环境之下和自然金、石英等其它的热液矿物相靠近所产生的。Dempster等人[2]在苏格兰的高地板岩里面挖据出了颗粒非常之小(<10 μm)、无环带架构的全新锆石，分析得知其在绿片岩相变质环境(<350℃)下在变质流体里面结晶所产生的。近期的一项研究表明，波兰Sudetic蛇绿岩的蛇纹石化环节之中有着非常多热液锆石产生，此锆石产生在温度为270～300℃、压强100 MPa的环境下。Hoskin[3]将热液锆石产生机理概括成：a由围岩里面所捕获的锆石在热流体之中被溶解以后重新进行结晶，产生全新的锆石；b在温度较低(120～200℃)的环境下，由于放射性的减弱而受晶体架构破损的锆石和流体之间进行离子互换，使得晶体架构逐渐回复；c在中低温环境中流体里面所包含的ZrSiO4由于区域饱和而形成结晶。经过实验分析可知，流体里面存在较多的Cl-与F-，主要的载体便是Zr，硫酸根、磷酸根以及碳酸根离子同样能够与Zr产生配位体，造成热液体系里面所包含Zr的活性逐渐加强，为热液锆石的产生奠定了较好的基础。

2 热液锆石的形态与内部结构特征

热液锆石往往产生在中低温热液的环境之下，其结晶时的温度需求和岩浆锆石、变质形变的程度和变质锆石对比而言显著较低、较差，所以会产生完全不一样的结晶特性与外貌架构特点。岩浆锆石自我形成程度相对较高，晶体大都表现为四方柱、四方双锥以及复四方双锥的形状。其结晶的温度往往相对偏高，大都具备较为均匀的内部结构与岩浆包裹体。岩浆锆石在CL图像与BSE图像中能够观察到较为显著的岩浆振荡产生环带。变质锆石由于变质环境的不一样，其外貌也完全不同，内部架构大致涵盖弱分带、无分带、扇形分带、流动状分带以及斑杂状分带等其他较为繁琐的架构种类。经过对CL图像与BSE图像技术的运用，同时结合人们之前对于热液锆石所进行的分析能够得知，热液锆石的颗粒大都呈现为半自形至他形，半透明状，其棱线通常是不显著的，在双目镜下对其进行观察其是浅棕红色又或是暗棕色；热液锆石通常以岩浆锆石的重生边的方式展示，又或以肠状、细脉状存在于其他的矿物里面，其内部架构往往以多孔状为特点，同时存在着部分矿物包裹体，含有流体包裹体数量较多的时候便能够产生海绵状的组织。热液锆石大都会展示出较为显著的热液矿物包裹体以及数量较多的低盐度H2O-CO2流体包裹体，其表明锆石正是在热流体的背景之下进行沉淀结晶的。经过对于澳大利亚Boggy Plain岩体勘查、分析可知，其岩浆锆石的热液增生边并不具备阴极发光的特性[3]。McNaughton等人[4]指出，热液锆石具备和人工岩浆锆石完全相同的形态学特性。

3 热液锆石的微量元素特征

锆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。即使大都认为造成热液锆石产生的热液流体是岩浆分异的重要因素，然而岩浆锆石与热液锆石依然具备相应的微量元素特点。Hanchar等人[5]认为，稀土元素(REE)的含有数量与配备形式能够体现出锆石的形成条件与熔体又或是流体的化学构成。针对澳大利亚Boggy Plain岩体里面的锆石所含有的微量元素进行分析得知[3]，和岩浆锆石对比而言，热液锆石含有较多的Au、W以及Mo等，其具备LREE较为聚集、REE总数较高、展示较弱的Ce正异常等其他特点。针对埃及Gabel Hamradom区域的花岗岩以及加拿大Acasta花岗质脉岩里面的岩浆锆石热液生长边所进行的分析获得了相同的结论[6]，热液锆石的REE配备特点体现出了相似性同时和没有发生蚀变作用的岩浆锆石之间有着显著的差异。变质锆石的微量元素特点由于变质环境的不一样而存在不同差异。

总而言之，岩浆锆石、热液锆石以及变质锆石的微量元素与稀土元素的构成或许存在着非常显著的差距，能够当作划分不一样成因锆石最为重要的参考。然而当前对于导致此差距的原因并不是非常的清晰，推演或许和热液流体的根源、物质构成及化学物理性质相关。

4 微区原位测试技术

原位分析测试技术的不断变革创新，是锆石等其他副矿物在地学之中能够获得大量运用的重要基础。当前，最常见的微区原位测试技术有激光探针、离子探针以及同位素稀释—热电离质谱法等等。

4.1 离子探针

离子探针(SHRIMP)是当前微区原位测试方式里面最为领先的同时精准程度最高的测年形式，具备较高的灵敏度、较高的空间分辨率以及对于检测样品的影响较小等特征。其检测机理是：当固体样品在真空环境被含有几千电子伏能量的单次离子束轰击的时候，一次粒子经过繁琐的碰撞环节将一些能量传递至检测样品的外表，造成样品的外部机构出现损伤，逸出含有检测样品外部信息的碎片与粒子等，其间大约有0.01%～10%的粒子被电离，经过电离之后的粒子经过样品外部的高压增加速度以后，融入到质谱仪中，根据荷质比来达到质谱的相互分离。经过接收器进行检测，同时和标准样品比较之后获得样品外表所含有的元素数量与二次离子图像等等。

4.2 激光探针

激光探针(LAM-ICPMS)，也就是激光探针能够对于固体样品微区点的微量元素、常量元素以及同位素等其他组分实施原位监测。其机理如下：将检测样品放入到封闭性较好的样品室之中，经过激光聚焦在检测样品的微区，使得检测样品的部分发生熔蚀气化，将已经经过气化的检测样品经过样品管引入至ICP-MS里面，其次运用质谱仪针对进入的物质实施同位素比率的测定，按照所检测矿物和对应标准矿物之间的同位素比率的检测成果，针对相关元素的含有数量以及同位素的具体年龄实施相应的计算。

在相应环境下便能够取得和SHRIMP技术相类似的精准度，同时速度较快、费用低廉。然而此方式对于检测样品有着较大的损坏，没有办法实施重现性的测定，同时检测环节遭受汞所造成的影响。

4.3 同位素稀释—热电离质谱法

同位素稀释—热电离质谱法(ID-TIMS)所能检测的矿物年龄范畴较为宽泛，每次检测的精准程度能够达到0.1%，不需要使用标准矿物对其实施修正，防止寻求与制作标准矿物。然而事先处理的环节较为繁琐同时需要耗费非常多的时间，没有办法披露较为复杂的锆石内部微区具体的年代信息。其检测机理便是采取化学方式将需要检测的矿物在合适的温度、压强背景下发生溶解。在其完全溶解以后，将Pb与U分别运用离子交换色谱由样品溶液里面完全分离出，其次经过热电离质谱仪针对Pb与U实施有关的检测，通过具体的计算便能够获得矿物相应的U-Pb同位素年龄。

5 热液锆石的年代学意义

随着韧性剪切作用相关的热液作用对于含金石英脉等其它种类热液矿床里面的锆石U-Pb体系封闭性产生了非常大的影响，经过对于遭受热液蚀变作用巨大影响的锆石微区又或是颗粒实施U-Pb定年，便能够获得热液蚀变所出现的精准时间范畴，也就是热液矿床产生的具体时间。针对那些并未遭受热液蚀变所造成影响的锆石微区，也就是在遭受交代蚀变影响的锆石里面依然具有着锆石U-Pb体系所具备的封闭性然而没有被重新安置的微区实施U-Pb定年，能够获得体现此岩石又或是原生锆石产生的时代。针对张宣区域的后沟金矿与东坪金矿里面所含有的热液锆石与岩浆锆石等实施U-Pb定年，得知后沟金矿里面所含有的岩浆锆石的年龄大概是380 Ma；东坪金矿床里面所包含的热液锆石的年龄大概是140 Ma；后沟金矿床里面所含有的热液锆石的年龄大概是154 Ma。因为成矿和成岩之间的年龄差距大约在226～240 Ma范围内，研究得知后沟与东坪金矿床的产生和水泉沟岩浆的侵犯之间没有任何直接性的联系，同时东坪的成矿时间和后沟的脆韧性剪切带产生时间较为接近[7]。

6 结 论

1) 锆石的成分与组成结构完全记录了岩石所经过的较为繁琐的地质环节，所以对于内部架构较为繁琐的锆石实施同位素与形成原因实施微区原位的分析，需要在对其内部架构实施全面研究的基础之上展开。

2) 锆石的形成原因非常复杂，在划分锆石形成原因又或是分析锆石U-Pb定年的时候，需要将锆石的外形、矿物包裹体、内部CL特性以及痕量元素特点等相互融合进行充分的研究。

3) 对于含金石英脉里面的热液锆石实施原位微区定年是明确石英脉型金矿床形成时间最为主要的方式，然而含金石英脉里面还往往存在着由围岩里面所获取的变质锆石又或是岩浆锆石。所以，石英脉型金矿床锆石U-Pb年代学分析的核心便是把热液锆石和捕获锆石进行合理的划分。

[1] Claoue'-Long J C, King R W, Kerrich R. Archaean hydrothermal zircon in the Abitibi greenstone belt: constraints on the timing of gold mineralisation[J]. Earth & Planetary Science Letters, 1990, 98(1): 109-128.

[2] Dempster T J, Hay D C, Bluck B J. Zircon grows in slate[J]. Geology, 2004(32): 221-224.

[3] Hoskin P W O. Trace-element composition of hydrothermal zircon and the alteration of Hadean zircon from the Jack Hills, Australia[J]. Geochim. Cosmochim. Acta, 2005, 69(3): 637-648.

[4] McNaughton N J, Mueller A G, Groves D J. The age of the giant Golden Mile Deposit, Kalgoorlie, Western Australia: Ion-microprobe zircon and monazite U-Pb geochronology of a synmineralization lamprophyre dike[J]. Economic Geology, 2005(100): 1427-1440.

[5] Hanchar J M, Westrenen W V. Rare earth element behavior in zircon-melt systems[J]. Elements, 2007, 3(1): 37-42.

[6] Geisler T, Rashwan A A, Rahn M K W, et al. Low-temperature hydrothermal alteration of natural metamict zircons from the Eastern Desert, Egypt[J]. Mineral Mag, 2003, 67(3): 485-508.

[7] 李长民，李拓，邓晋福，等. 冀西北后沟金矿田脆韧性剪切带年代学新证据：来自LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄的发现[J]. 大地构造与成矿学，2012，36(2)：157-167.

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

张丁宁(1992-)，女，河北石家庄人，在读硕士研究生，研究方向：地质学，手机：15977338125，E-mail：364837354@qq.com；通讯作者：陶中一(1982-)，女，广西桂林人，讲师，研究方向：花岗岩与成矿，E-mail：635322483@qq.com.

P597

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.009