热液锆石鉴定特征及在热液型金矿床年代学研究中的应用

蔡宏明，刘桂萍，展新忠

（新疆大学 地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047）

目前，中国是世界第一大黄金生产国，金矿资源主要产于热液成矿作用，约占金矿总储量的90%。因此，热液型金矿在金矿床研究中具有非常重要的作用。热液矿床年代学的精细研究对探讨矿床成因，区域成矿规律及指导找矿勘查具有重要意义。但是，对于热液型金矿，由于其成矿期次较多，矿化阶段间隔时间较长，且早期矿化产物可能遭受后期改造并形成新的矿床，成矿时代较为复杂，对成矿年代学的研究带来一定挑战。

针对上述问题，由于热液锆石抗扰动能力较强，为通过U-Pb同位素分析，获得热液作用发生的准确时间和热液矿床形成时代提供了可能。然而，由于缺乏系统研究，对其鉴定特征存有争议，限制了其在热液事件年代学研究中的广泛应用。为此，本文在论述热液锆石形成机制的基础上，对其形态及内部结构特征、地球化学组成、包裹体特征及形成温度方面的研究进行系统总结，并提出主要鉴定特征。在此基础上，介绍热液锆石U-Pb定年在热液型金矿床成矿年代学研究中的应用实例，以期引起关注，促进对热液锆石的进一步研究。

1 形成机制

热液锆石的形成机制主要有三种：①低温低压条件下，锆石因ZrSiO4饱和而从富锆流体中结晶。②从围岩中捕获的锆石由于流体作用溶解－再结晶，形成新生锆石。③由于U和Th的α衰变，锆石产生非晶质区域，与流体发生离子交换。

2 形态及内部结构特征

热液锆石形态及内部结构通常有两种：①流体中的ZrSiO4饱和而成核和结晶形成热液锆石，呈半透明到不透明，主要为短柱状或等轴状，自形程度从自形到它形。在CL图像上，热液结晶锆石具模糊环带-无环带或具有扇形环带。②被热液叠加或改造的锆石通常有复杂的次生内部结构。当热液锆石以增生方式叠加在岩浆锆石或碎屑锆石之上，通常会显示“双层”结构，CL图像显示核部具明显的震荡环带，幔部阴极发光强度较大，无环带结构，且局部出现边部穿插核部震荡环带的现象，表明锆石边部可能与形成石英脉的晚期热液事件有关。扫描电镜图像也揭示出增生结构，这种双层结构与热液增生和岩浆演化过程中锆石不同的形貌演化趋势有关。当热液增生锆石含有较多的包裹体时，幔部呈云雾状。更进一步的，流体改造作用更强烈时，热液锆石呈现溶解－重结晶结构，典型的为海绵状结构，这是重结晶锆石圈闭一定流体包裹体而形成。另外，热液锆石可出现骨架状，可能是晚期结晶形成，与矿化作用有关。

3 地球化学特征

3.1 Th、U含量及Th/U比值

热液锆石Th、U含量及Th/U比值组成并没有明显的规律。乌兹别克斯坦Muruntau金矿区花岗岩钠长石化过程中产生的热液增生锆石与未蚀变岩浆锆石相比较，具有极高的U、Th含量，可能和热液中的U、Th的高活动性及区域背景高U含量有关。较高的U、Th含量在其他与花岗岩有关的热液锆石中也有发现，如来自海南尖峰岭岩体和东澳大利亚Boggy Plain侵入体的热液锆石。但是，并非所有的热液锆石都具有高U、Th含量。如来自于澳大利亚Mole花岗岩的热液锆石Th、U含量低于相关岩浆锆石。另一方面，Muruntau金矿区热液锆石Th/U比值为0.06～0.1，低于正常的岩浆锆石而与变质锆石相似，与Hoskin和Schaltegge所认为的热液锆石Th/U比值＜0.1一致。来自于Boggy Plain侵入体和Mole花岗岩的热液锆石Th/U比值变化范围较大（0.05～0.82），部分与岩浆锆石的Th/U比值重合，说明Th/U比值并不能很好的区别热液锆石与岩浆锆石。

3.2 稀土元素组成

稀土元素组成方面，热液锆石主要显示两种配分模式。以西班牙Iberian Aznalcollar矿区强烈蚀变的长英质火山／次火山岩中的热液锆石为代表，与岩浆锆石相比较，稀土元素组成特征为总量较高，富集中稀土元素（TbN/YbN＞1），无明显Ce或Eu异常，在球粒陨石标准化配分模式图中显示向上凸起的形状。这一特征明显区别于岩浆锆石的正Ce异常及重稀土元素含量高于轻稀土含量的左倾模式。由此，通过轻重稀土元素的比值（如TbN／YbN、SmN/CeN）可区分岩浆锆石和热液锆石。

另一种不常见但不可忽略的热液锆石稀土元素配分模式以来自澳大利亚Mole花岗岩的热液锆石为代表，相对岩浆锆石，其REE总量低1个～3个数量级，显示较强的Ce正异常。尽管Boggy Plain与Mole花岗岩有相似的地质背景，但二者热液锆石具有截然不同的REE稀土配分模式，Hoskin等认为这一现象可能和不同的热液矿物共生组合有关系：前者与白钨矿、钛铁矿、金红石及含钇矿物共生；而后者与独居石、钍石及磷钇矿共生。另一种可能的解释是原始锆石重结晶的过程中，其稀土元素在锆石和流体相互作用过程中优先进入流体。

4 包裹体特征

热液锆石中通常含固相包裹体及流体包裹体，这也是热液锆石存在的主要证据之一。固相包裹体通常为热液蚀变矿物和含矿硫化物组合，明显不同于岩浆锆石中的高温岩浆岩矿物与熔体包裹体，也不同于变质锆石中的变质矿物包裹体。如澳大利亚Gidginbung矿床中的热液锆石含有黄铁矿、金红石、砷黄铁矿、重晶石、明矾石和氟磷灰石包裹体，明显不同于同期侵入体岩浆锆石中的熔体及长石包裹体，说明这些锆石在热液流体中的生长晚于这些矿物的形成，或与之同时。热液锆石中的流体包裹体主要是含CO2-H2O流体包裹体或富CO2包裹体，显示其热液成因。

5 形成温度

Fu等对不同类型岩浆岩中449个岩浆锆石进行了Ti含量分析，并利用锆石Ti温度计得到岩浆锆石的结晶温度高于600℃。热液锆石的形成温度可通过其中流体包裹体均一化温度的测定而获得。Kerrich等对Abitibi绿岩带金矿床石英-电气石脉中的热液锆石进行了流体包裹体测温，获得CO2-H2O及富CO2流体包裹体均一化温度为260℃～380℃，代表热液锆石形成温度。这些结果与Watson等的实验结果一致，该实验认为在磷饱和溶液中，锆石可在低于500℃的条件下发生增生。由上可知，热液锆石的结晶温度低于500℃，低于岩浆锆石的结晶温度（＞～600℃）。因此，锆石的结晶温度可以有效的区分热液锆石和岩浆锆石。

6 热液型金矿床中热液锆石U-Pb定年

对结晶成因热液锆石或热液改造的锆石区域进行微区U-Pb定年，可以得到热液活动的时间，进而获得热液矿床的成矿时代。目前，热液锆石已成为对热液作用及相关矿化，尤其是金矿化定年的有效对象，国内外均获得了成功的先例。如Peter等对美国Adirondack高地Fe-（Cu-Au）矿床热液锆石U-Pb测年，获得Fe矿化事件的时间。张小文等对海南抱伦金矿矿区热液锆石进行U-Pb同位素分析，限定了该矿床热液作用的时间及金矿床的成矿时代。

热液锆石U-Pb定年用于热液型金矿床的年代学研究显示出特有的优势。首先，热液锆石能够与不同世代的矿石矿物共生，能够为精确刻画成矿作用时间提供依据。其次，相对其他测年对象，热液锆石抗扰动能力较强，可以有效识别早期成矿有关的热液作用。例如，针对河北东坪金矿床，石英流体包裹体Rb-Sr法和钾长石K-Ar法测定成矿时代为103Ma～105 Ma，而通过含金石英脉，蚀变花岗岩及富金石英矿石中的热液锆石U-Pb同位素分析，识别出多期成矿事件（～380 Ma、～350 Ma，～140 Ma），对该矿床成因模式的建立提供了新的约束。

7 结论

热液作用过程中可产生热液锆石，通过形态和内部结构特征、Th/U比值准确鉴定热液锆石存在困难。通过SmN/LaNLa和Ce/Ce*-SmN/LaN比值、普通Pb含量、包裹体组合及形成温度可较好的识别热液锆石。在有效鉴别热液锆石的基础上，可应用U-Pb同位素定年技术精细确定热液型金矿床成矿年代，对扩展热液型金矿床的年代学研究途径具有重要意义。