昌都地块那益雄组火山岩中锆石的基本特征分析

张 锦，李玉玉，朱亚林，刘进龙

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

昌都地块那益雄组火山岩中锆石的基本特征分析

张 锦，李玉玉，朱亚林，刘进龙

(西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069)

为精确测定昌都地块西侧那益雄组火山岩年龄，研究那益雄组火山岩中锆石晶体的基本特征和微量元素，利用锆石的反射光和阴极发光照片以及微量元素数据进行分析。研究表明：那益雄组火山岩中锆石，大多数为短柱状，粒径范围为30～150 μm，长短轴之比1：1～5：1，振荡环带明显，Th/U比值平均为0.6，大多数Th/U比值大于0.4，表现为岩浆锆石特征。锆石的稀土配分模式表现为：亏损轻稀土元素，逐步富集重稀土元素，同时显示Ce的正异常和Eu的负异常。

那益雄组火山岩；锆石；基本特征；微量元素

昌都地块西侧那益雄组在1991年被青海省地矿局归于晚二叠世乌丽群地层，分层信息主要是根据生物化石来划分的，然而根据生物化石划分地层具有一定的局限性，并且缺乏精确性。随着现今科技水平的进步，锆石测年技术越发成熟，由于要在昌都地块开展详尽的构造研究，所以需要做出那益雄组具体的年龄信息，而想要做出准确年龄信息的前提是需要对那益雄组火山岩的地球化学特征有所了解，并且对其火山岩中的锆石晶体进行详尽的研究，比如，锆石的形态特征，内部结构特征，以及微量元素特征，所以，本文着重对那益雄组火山岩中锆石的基本特征及微量元素特征进行研究，以便对下一步的锆石测年工作提供良好的依据。

1 采样区地质概况

采样区位于青海省格尔木市唐古拉山乡通天河西北侧,西距玉树州400 km左右(见图1),构造上位于昌都地块西侧,紧邻羌塘地块与昌都地块分界线。此处的那益雄组在1991年被青海省地矿局归于晚二叠世乌丽群地层[1]。

图1 采样区地质简图

该组出露面积不大，在周琼玛鲁一带向斜核部出露，厚度大于751.33 m。该组底部见一套紫色含砾砂岩、砾岩，下部以灰到紫红色泥质粗-细粒岩屑石英砂岩以及粉砂岩为主，偶见紫红色、灰黑色泥页岩夹层。上部主要是由于蚀变作用所影响的紫色到灰绿色蚀变微晶玄武岩、蚀变安山玄武岩。顶部为紫色薄层硅质岩。采样剖面位于通天河以北周琼玛鲁一带，具有良好的露头，层序清楚，分层标志较为明显，目前发现的化石基本控制了二叠系中统诺日巴尕日保组、九十道班组和上统那益雄组[2-6]。

2 锆石的基本特征

从岩浆中结晶形成的锆石称为岩浆锆石，锆石常作为重要的副矿物存在于岩浆岩中，可较好的指示原岩的形成时间。锆石晶体结构稳定，U、Pb含量高，普通Pb含量低，离子扩散速度低，封闭温度高，从而锆石被广泛应用于U-Pb同位素定年中[7-9]。

2.1 锆石的岩相学特征

岩浆锆石一般自形程度较高，通常为半自形到自形，粒径20～250 μm[10]，产于金伯利岩及其他相关岩石中的锆石常为它形且粒径较大[11,12]。

锆石晶体大小和初始岩浆中锆的含量有关，而它的晶形是由晶体内部结构和结晶物理化学条件共同决定的[13-15]。火山岩中的锆石具有较大的长宽比值，一般为长柱状或针状[10]。锆石的晶体形态特征是追溯锆石成因来源及其形成条件重要的标型特征之一[16-18]。

锆石的颜色与母岩结晶时的酸碱程度有关，偏酸性岩石的锆石一般呈现无色透明、淡黄色、黄褐色，偏基性岩石中的锆石呈现无色透明，肉红色、玫瑰色。所以，锆石颜色也是判别母岩性质的标志之一[19]。

2.2 锆石的阴极发光图像

阴极发光图像(CL)是利用锆石中微量元素(U、Th和REE)的含量与阴极发光的强度反向相关,含量越高,发出的光越弱。通常情况下锆石的CL图像能清晰地反映锆石的内部结构特征[15]。显然,锆石晶体的阴极发光图像明暗程度与U、Th、Hf的含量有关,含量高的地方阴极发光图上就会比较暗,母岩形成时代越老，含量低的地方比较亮,母岩形成时代越新。

岩浆锆石通常具有典型的岩浆振荡环带，这是岩浆锆石与其他类型锆石区分的重要特征之一。一般中基性岩浆岩通常形成于高温条件下，常形成较宽的结晶环带，酸性岩浆岩通常形成温度相对较低，常形成相对较窄的岩浆环带[20]。岩浆锆石中还可能出现扇形分带的结构，这种结构是由于锆石结晶时外部环境的变化导致各晶面的生长速率不一致造成的[13]。部分地幔岩石中的锆石还可表现出无分带或弱分带的特征[18]。

对样品1玄武安山岩中的锆石进行分析，锆石大多数无色透明，部分是黄褐色，呈自形-半自形短柱状，极少数为长柱状，粒径范围为30～150 μm，长短轴之比1：1～5：1。样品2玄武粗安岩中的锆石进行分析，锆石大多数无色透明，部分是淡黄色，大多数程自形-半自形短柱状，极少数为长柱状，粒径范围为30～120 μm，长短轴之比1：1～4：1。对样品3玄武安山岩中的锆石进行分析，锆石大多数无色透明，少数是淡黄色，大多数程自形-半自形短柱状，少数为长柱状，粒径范围为30～180 μm，长短轴之比1：1～3：1。部分锆石表面可见裂缝，可能为后期遭受构造运动所致。在阴极发光图像(CL)中，几乎所有的锆石都显示有典型的韵律振荡环带，说明这类锆石为岩浆成因。在极个别的锆石颗粒中，发现有椭圆形的残留锆石核，这些残留的锆石呈现高的CL亮度，且无明显环带，推断可能是岩浆喷发时所携带上来的，新结晶的锆石把它包裹其中。样品3中大多数锆石都呈现扇形分带的结构，这种扇形分带结构是由于锆石结晶时外部环境的变化导致各晶面的生长速率不一致造成的[13]。

图2 样品中所挑锆石

2.3 锆石的地球化学特征

锆石记录了岩浆的演化过程，岩浆锆石的微量元素组成随岩浆分异演化系统地变化而变化，所以，研究岩浆锆石的微量元素特征，可以反映主岩的成分演化，共生分离结晶相，混合以及熔融源区性质等诸多信息。通过前人大量的研究得出，岩浆锆石的Th、U含量较高, w(Th)/w(U)比值较大(一般大于0. 4)。研究表明，岩浆成因锆石成分变化总的趋势是：从晶体核部至边缘及晶体每个环带的内侧至外侧HfO2、UO2+ThO2含量升高，ZrO2含量及ZrO2/ HfO2值降低。从基性到中性至酸性岩ZrO2/ HfO2值下降，从超基性岩到基性岩到中性岩U、Th含量上升[21]。

2.4 锆石微量元素

对于岩浆锆石，Belousova 等在2000年的研究结果表明,锆石中的微量元素含量对源岩的类型和结晶条件很敏感，从超基性岩→基性岩→花岗岩,锆石中的微量元素含量总体升高。这种升高的趋势反映了岩浆的分异程度。所以，锆石中稀土元素分析能够很好判断寄主岩石的成因类型，并且为探索锆石的形成环境提供有力的证据。

样品1中锆石的稀土配分模式表现为：亏损轻稀土元素([Sm/La]N=81)逐步富集重稀土元素([Lu/Gd]N=28)，即从Sm到Lu逐渐增高，同时显示Ce的正异常(Ce/Ce*=18)和Eu的负异常(Eu/Eu*=0.25)。微量元素显示， Th/U比值平均为0.6，大多数w(Th)/w(U)比值大于0.4，表现为岩浆锆石特征。

样品2中锆石的稀土配分模式表现为：亏损轻稀土元素([Sm/La]N=71)逐步富集重稀土元素([Lu/Gd]N=32)，即从Sm到Lu逐渐增高，同时显示Ce的正异常(Ce/Ce*=3.55)和Eu的强烈负异常(Eu/Eu*=0.04)。微量元素显示，Th/U比值平均为0.4，大多数w(Th)/w(U)比值大于0.4，表现为岩浆锆石特征。

样品3中锆石的稀土配分模式表现为：亏损轻稀土元素([Sm/La]N=69)逐步富集重稀土元素([Lu/Gd]N=25)，即从Sm到Lu逐渐增高，同时显示Ce的正异常(Ce/Ce*=5.37)和Eu的强烈负异常(Eu/Eu*=0.06)。微量元素显示， Th/U比值平均为0.42，大多数w(Th)/w(U)比值大于0.4，表现为岩浆锆石特征。

3 结语

(1)样品中的锆石大多数无色透明，多数为短柱状，极少数为长柱状，粒径范围为30～150 μm，长短轴之比1：1～5：1，振荡环带明显，在极少数的锆石颗粒中，发现有椭圆形的残留锆石核，这些残留的锆石呈现高的CL亮度，且无明显环带，推断可能是岩浆喷发时所携带上来的，新结晶的锆石把它包裹其中。

(2)锆石的稀土配分模式表现为：亏损轻稀土元素，逐步富集重稀土元素，即从Sm到Lu逐渐增高，同时显示Ce的正异常和Eu的负异常。微量元素显示，Th/U比值平均为0.6，大多数w(Th)/w(U)比值大于0.4，表现为岩浆锆石特征。

(3)结合以上分析，在对岩浆锆石进行测年选点时，尽量选择结晶较为完整的部分进行打点，并且需要避开裂纹和包裹体，这样测出的年龄才有可能是岩浆喷发的年龄。

[1]地矿部青海省地质矿产局.青海省区域地质志.中华人民共和国地质矿产部地质专报.一、区域地质,第24号.北京:地质出版社.1991..

[2]何元良, 张善桢. 青海玉树地区上拉秀一带的晚二叠世植物化石及其地质意义[J]. 青藏高原地质文集.1984(1).

[3]潘广. Gigantopteris植物群在青藏陆台的发现[J]. 科学通报.1957(11):341-341.

[4]刘广才. 唐古拉山中段开心岭群乌丽群的时代定义问题[J]. 青海国土经略.1993(1):1-9.

[5]牛志军, 徐安武, 王建雄,等. 青海南部二叠纪罗甸期火山岛沉积相模式及对[竹][蜓]类动物群分布的制约[J]. 中国科学: 2008(2):145-156.

[6]潘术娟. 昌都地块西段二叠纪开心岭群沉积特征及其构造意义[D]. 中国地质大学(北京).2011.

[7]Buick R, Thornett J R,M C Naughton N J, Smith J B，Barley ME, Savage M. Record of emergent continental crust similar to 3.5 billion years ago in the Pilbara craton of Australia [J]. Nature, 1995, 375:574-575.

[8]Goldfarb R J, Phillips G N, Nokleberg W J, Tectonic setting of synorogenic gold deposits of the Pacific Rim[J].Ore Geol Rev. 1998, 13: 185-218.

[9]Wilde S A, Valley J W, Peck W H, Graham CM. Evidence from detrital zircons for the existence of continental crust and oceans on the Earth 4.4 Gyr ago [J]. Nature, 2001, 409: 175-178.

[10]Hoskin P W O , Schaltegger U. The Com position of Zircon and Igneous and Metamorphic Petrogenesis[J]. Reviews in Mineralogy & Geochemistry , 2003 , 53 :27-62.

[11]Belousova E A , Griffin W L , Pearson N J. Trace Element Composition and Catholuminescence Properties of Southern African Kimberlitic Zircons[J]. Miner al. Mag. , 1998 , 62 :355-366.

[12]Konzett J, Ulmer P. The Stability of Hydrous Potassic Phases in Lherzolitic Mantle—an Experimental Study to 9.5 GPa in Simplified and Natural Bulk Compositions[J]. Journal of Petrology, 1999, 40(4):629-652(24).

[13]Vavra G, Gebauer D, Schmid R, et al. Multiple zircon growth and recrystallization during polyphase Late Carboniferous to Triassic metamorphism in granulites of the Ivrea Zone (Southern Alps): an ion microprobe (SHRIMP) study[J]. Contributions to Mineralogy & Petrology, 1996, 122(4):337-358.

[14]Benisek A, Finger F. Factors controlling the development of prism faces in granite zircons: a microprobe study[J]. Contributions to Mineralogy & Petrology, 1993, 114(4):441-451.

[15]刘显凡, 卢秋霞. 锆石形态标型特征及标型生长机制探讨[J]. 矿物岩石.1997(2):179-184.

[16]简平, 程裕淇, 刘敦一. 变质锆石成因的岩相学研究——高级变质岩U-Pb年龄解释的基本依据[J]. 地学前缘.2001, 8(3):183-191.

[17]李长民. 锆石成因矿物学与锆石微区定年综述[J]. 地质调查与研究.2009, 32(3):161-174.

[18]吴元保, 郑永飞. 锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J]. 科学通报.2004, 49(16):1589-1604.

[19]李颖, 付丹予, 张晓东. 孟恩地区锆石群结晶特征及成因探讨[J]. 内蒙古科技与经济.2004(13):119-120.

[20]Rubatto D, Gebauer D. Use of Cathodoluminescence for U-Pb Zircon Dating by Ion Microprobe: Some Examples from the Western Alps[M]. Springer Berlin Heidelberg, 2000.

[21]移根旺. 锆石成因矿物学研究[J]. 中国水运月刊, 2008, 8(6):259-260.

2016-10-17

张锦(1992-)，女，陕西咸阳人，在读硕士研究生，主攻方向：岩石地球化学。

P588.21+1

B

1004-1184(2017)01-0170-03