《鋯石U-PB測年》課件

1、鋯石U-PB測年P(guān)PT課件鋯石U-PB測年P(guān)PT課件 鋯石是最理想的測年對象 最常見副礦物，廣泛存在于不同地質(zhì)體中 抗風(fēng)化能力強 無或很低的普通鉛，而U含量適當(dāng) U-Pb同位素體系保存良好 可判斷體系是否封閉 應(yīng)用CL等方法，可對鋯石進行成因研究 SHRIMP等原位分析方法應(yīng)用 年齡測定從400 ), 鋯石晶格進行重新愈合和調(diào)整，使鋯石在結(jié)構(gòu)上更加穩(wěn)定。所以鋯石發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶作用時并沒有新的鋯石生成，只是對原有鋯石進行了不同程度的改造。 鋯石的重結(jié)晶作用一般優(yōu)先發(fā)生在鋯石邊部以及鋯石內(nèi)部礦物包裹體周圍等結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的區(qū)域。微量元素含量較高的鋯石的穩(wěn)定性低于微量元素含量較低的鋯石，因此，在同一樣品

2、的鋯石中微量元素較高的顆粒和、或區(qū)域更易于發(fā)生重結(jié)晶作用。受蛻晶化作用影響的鋯石區(qū)域由于其結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定性，最容易發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶作用。己有實驗結(jié)果表明，在有流體存在的情況下，在溫度 400時，嚴(yán)重蛻晶化鋯石可以很快發(fā)生重結(jié)晶作用。 鋯石變質(zhì)重結(jié)晶作用是 但是鋯石發(fā)生重結(jié)晶作用的區(qū)域不僅僅是發(fā)生過蛻晶化作用的區(qū)域，在沒有發(fā)生蛻晶化作用的晶質(zhì)鋯石區(qū)域同樣可以發(fā)生重結(jié)晶作用，只是發(fā)生重結(jié)晶作用需要較高的溫度和、或較長的流體作用時間。 由于變質(zhì)重結(jié)晶過程中只是鋯石晶格的重新調(diào)整，沒有新的鋯石生成，因此重結(jié)晶鋯石往往為自形到半自形，且外形與原巖巖漿鋯石環(huán)帶形狀相似，與原巖鋯石之間沒有明顯的生長界限。同時

3、，變質(zhì)重結(jié)晶鋯石區(qū)域的CL強度比原巖鋯石明顯增強，內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般為無分帶、弱分帶、斑雜狀分帶或海綿狀分帶等，局部有巖漿環(huán)帶的殘留, 見這些變質(zhì)特征的鋯石區(qū)域切割原巖鋯石的振蕩環(huán)帶(圖12(a) 。在重結(jié)晶鋯石與原巖鋯石之間有時會出現(xiàn)弱CL強度的重結(jié)晶前鋒(圖12(b)，而變質(zhì)增生鋯石則是指變質(zhì)過程中發(fā)生成核和結(jié)晶作用，有新的鋯石從周圍的介質(zhì)中結(jié)晶出來。所以變質(zhì)新生鋯石具有多晶面狀-不規(guī)則狀-規(guī)則外形，與原巖殘留鋯石之間界限清楚，不同變質(zhì)環(huán)境中增生的鋯石有其特征的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，且受變質(zhì)鋯石形成時的溫度條件和寄主巖石的化學(xué)性質(zhì)制約(圖12(c), (d)。 但是鋯石發(fā)生重結(jié)晶作用的區(qū)域不 圖12

4、重結(jié)晶鋯石和變質(zhì)增生鋯石外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(a) 邊部變質(zhì)重結(jié)晶鋯石結(jié)構(gòu)均勻且切割原巖鋯石的巖漿環(huán)帶，整個鋯石顆粒非常自形，(b)核部重結(jié)晶鋯石中有明顯的殘留巖漿環(huán)帶，重結(jié)晶鋯石和未受重結(jié)晶作用影響的歸屬區(qū)域之間有強度弱的標(biāo)志重結(jié)晶前鋒，整個鋯石顆粒較自形， (c)完全變質(zhì)新生鋯石，鋯石呈卵園形，無分帶或弱分帶， (d)變質(zhì)增生邊與原巖殘留鋯石之間有清楚的接觸界限，整個鋯石顆粒呈它形 圖12 重結(jié)晶鋯石和變質(zhì)增生鋯石外形和 淡色脈體中的鋯石具有淡色、透明的特點，說明鋯石中基本未產(chǎn)生蛻晶化現(xiàn)象，因而鋯石的U-Pb 年齡可信度較高。這類花崗片麻巖中淡色脈體的形成一般認(rèn)為是地質(zhì)體剝露過程中，減壓增溫

5、導(dǎo)致部分熔融的結(jié)果，即淡色脈體形成時期應(yīng)反映地殼減薄的過程。 淡色脈體中的鋯石具有淡色、透明的特點，說明鋯石中基 在目前認(rèn)識條件下，對鋯石的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行詳細研究是區(qū)分變質(zhì)增生鋯石與變質(zhì)重結(jié)晶鋯石最為直接和有效的方法。變質(zhì)重結(jié)晶鋯石有兩種成因類型；沒有流體參與的亞固相條件下的重結(jié)晶作用和有流體參與下鋯石局部區(qū)域的溶解再結(jié)晶。第二類重結(jié)晶鋯石由于形成時在流體的參與下發(fā)生了礦物反應(yīng)，在鋯石再結(jié)晶時常常伴有其他磷酸鹽和、或硅酸鹽礦物的形成，同時再結(jié)晶的鋯石區(qū)域會圈閉一定的流體包裹體，所以這種類型的重結(jié)晶鋯石除有較均勻的結(jié)構(gòu)區(qū)域外，還常常有多空狀或海綿狀結(jié)構(gòu)區(qū)域，并常常富含流體和礦物包裹體(圖13

6、(a), (b),重結(jié)晶作用比較徹底的鋯石還會由于流體的溶蝕作用出現(xiàn)骨架狀結(jié)構(gòu)(圖13）。 在目前認(rèn)識條件下，對鋯石 圖13 有流體參與下重結(jié)晶鋯石的CL特征(a)-(c)局部為海綿狀結(jié)構(gòu)鋯石，(a)中局部有少量原巖鋯石的殘余，(c)中鋯石有骨架狀結(jié)構(gòu)（黑色管狀結(jié)構(gòu)部分為孔洞） 圖13 有流體參與下重結(jié)晶鋯石的CL特?zé)嵋航淮脑熹喪年帢O發(fā)光圖像熱液交代改造鋯石的陰極發(fā)光圖像 2、鋯石Th、U含量及Th/U比值 大量研究表明，不同成因鋯石有不同的Th、 U含量及Th/U比值；巖漿鋯石的Th、U含量較高、Th/U比值較大(一般0.4)；變質(zhì)鋯石的Th、U含量低、Th/U比值小(一般0.1)。巖漿

7、鋯石的Th/U比值與Th和U在巖漿中的含量以及它們在鋯石與巖漿之間的分配系數(shù)有關(guān)，平均地殼物質(zhì)中Th/U比值約為4，所以通常巖漿鋯石石的Th/U比值接近1。但是一些組成特殊的巖漿中結(jié)晶的巖漿鋯石具有異常的Th/U比值，例如有些巖漿巖鋯石的Th/U比值非常低，可以小于0.l，而部分碳酸巖樣品中巖漿鋯石具有異常高的Th/U比值，可以高達10000。所以，僅憑鋯石的Th/U比值有時并不能有效地鑒別巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石。 2、鋯石Th、U含量及Th/U巖漿鋯石變質(zhì)鋯石巖漿鋯石變質(zhì)鋯石巖漿鋯石變質(zhì)鋯石巖漿鋯石變質(zhì)鋯石巖漿鋯石和變質(zhì)鋯石Th/U比對比巖漿鋯石變質(zhì)鋯石巖漿鋯石變質(zhì)鋯石巖漿鋯石變質(zhì)鋯石巖漿鋯石變

8、質(zhì) 變質(zhì)增生鋯石的Th/U比值受變質(zhì)流體和/或熔體的成分、共生礦物的組成、以及變質(zhì)鋯石的生長速率等因素的影響。由于U在流體中的活動性比Th強，所以變質(zhì)流體一般富U貧Th，從這種類型的流體中結(jié)晶的鋯石常常具有較低的Th/U比值。在混合巖化地區(qū)部分熔融熔體中的成分也通常貧Th且富U，導(dǎo)致從這些熔體中結(jié)晶的鋯石也同樣具有非常低的Th/U比值。 變質(zhì)鋯石形成時，如果有富Th礦物(如獨居石和褐簾石)的同時形成，同樣會導(dǎo)致增生鋯石具有較低的Th/U比值。Vavra等人對Ivrea地區(qū)角閃巖相樣品、角閃巖到麻粒巖過渡相樣品以及麻粒巖相樣品中的變質(zhì)增生鋯石的Th、U特征進行了系統(tǒng)的對比研究后發(fā)現(xiàn)，生長速度最慢

9、的角閃巖相變質(zhì)增生鋯石具有最高的U含量2279g/g和最低的Th/U比值(0.01)，生長速度最快的麻粒巖樣品中等軸狀變質(zhì)增生鋯石具有最低的U含量(為53127 g/g)和最高的Th/U比值(Th/U比值都大于0.1，最大值可達0.73)，生長速度介于二者之間的角閃巖到麻粒巖過渡相變質(zhì)增生鋯石的U含量和Th/U比值介于二者之間。 變質(zhì)增生鋯石的Th/U 同一麻粒巖樣品中，生長速度較慢的面形分帶變質(zhì)增生鋯石的U含量高于生長速度較快的等軸狀生長的變質(zhì)鋯石，而Th/U比值則小于生長速度較快的等軸狀生長的鋯石。這可能是U比Th更易于進入鋯石的晶格中，在平衡狀態(tài)下，鋯石具有相對較高的U含量。生長速度較慢

10、的鋯石容易與接觸介質(zhì)到達化學(xué)平衡，導(dǎo)致這類變質(zhì)新生鋯石具有較高的U含量和較低的Th/U比值；而生長速度較快的變質(zhì)鋯石與生長介質(zhì)之間不能或只能部分到達化學(xué)平衡，導(dǎo)致其具有較低的U含量和較高的Th/U比值。變質(zhì)增生鋯石中也存在Th/U比值高達0.7的情況，同樣說明不能僅僅根據(jù)鋯石的Th/U比值來區(qū)分變質(zhì)鋯石和巖漿鋯石。 同一麻粒巖樣品中，生長速度 由于Th4+比Ua+具有更大的離子半徑，Th比U在鋯石晶格中更不穩(wěn)定，變質(zhì)重結(jié)晶作用過程中Th比U更容易被逐出鋯石的晶格，導(dǎo)致重結(jié)晶變質(zhì)鋯石區(qū)域具有相對較低的Th/U比值。變質(zhì)重結(jié)晶作用越強，變質(zhì)重結(jié)晶鋯石區(qū)域的Th/U比值會越低。放射成因Pb在鋯石晶格

11、中也不穩(wěn)定，鋯石重結(jié)晶作用過程中同樣會把鋯石中的放射成因Pb排除出晶格，鋯石重結(jié)晶作用越徹底，其U-Pb年齡會越小。所以，變質(zhì)重結(jié)晶鋯石的Th/U比值與其U-Pb年齡有明顯的正相關(guān)關(guān)系，只有那些Th/U比值最低、年齡值最小測定點年齡值的加權(quán)平均結(jié)果才能代表鋯石重結(jié)晶作用發(fā)生的時間。 由于Th4+比Ua+具有更 3、鋯石的包裹體研究 鋯石中的包裹體礦物成分研究不但可以很好地指示寄主巖石的演化歷史，同時還可以直接有效地制約鋯石的形成環(huán)境。不同環(huán)境中形成的鋯石具有與之對應(yīng)的包裹體礦物組成。如Hermann等人對哈薩克斯坦的Kokchetav超高壓地體中的超高壓片麻巖和碳酸巖中的鋯石進行了CL顯微結(jié)構(gòu)

12、觀察，從內(nèi)到外將鋯石分成4個小同的區(qū)域，在此基礎(chǔ)上對不同鉆石區(qū)域的礦物包裹體進行詳細的研究后發(fā)現(xiàn)，第1個區(qū)域(核部)的鋯石不含包裹體或含有綠泥石和斜長石等低壓礦物包裹體，指示其為原巖殘留鋯石(圖14(a), (c)；第2區(qū)域鋯石含有柯石英和金剛石等超高壓指示礦物包裹體，同時含有高硅多硅自云母、高Na和高A1成分的綠輝石、高Mg值的石榴石等，指示這一鋯石區(qū)域形成于超高壓變質(zhì)階段(圖14(a), (c)；第3區(qū)域鋯石含斜長石和綠泥石等低壓礦物，同時含有寄主巖石中角閃巖到麻粒巖相變質(zhì)階段形成的礦物(如:黑云母、鉀長石和多硅自云母等)，這些包裹體礦物成分指示相應(yīng)的鋯石區(qū)域形成于高角閃巖相到麻粒巖相退變

13、質(zhì)階段(圖14b)、 ( d)，第4區(qū)域鋯石含有鉀長石和黑云母等礦物包裹體，結(jié)合其他特征，其可能形成于低角閃巖相變質(zhì)階段(圖14(d)。 3、鋯石的包裹體研究 圖14 不同變質(zhì)階段形成的鋯石的CL圖像和礦物包裹體組成(a)殘留鋯石核(I)和超高壓變質(zhì)增生邊(2)；（b)殘留鋯石核(I).榴輝巖到麻粒巖相變質(zhì)增生慢（2-3）和角閃巖相變質(zhì)增生邊(4)；（c）超高壓變質(zhì)鋯石(2)；（d）超高壓變質(zhì)鋯石(2)和榴輝巖到麻粒巖相變質(zhì)鋯石(2-3) 圖14 不同變質(zhì)階段形成的鋯石的CL 這些根據(jù)包裹體礦物組成得到的鋯石形成環(huán)境與通過其他方法(如鋯石的微區(qū)微量元素分析)得到的結(jié)論一致，充分說明了這一方法的

14、可行性。但鋯石中顯微礦物包裹體的成因有時較為復(fù)雜，概括起米主要有以下3種成因機制：(1)鋯石在生長時捕獲同時形成的包裹體礦物(原生包裹體)；(2)包裹體礦物沿著鋯石的微裂隙進入原來存在的鋯石中(次生包裹體)；(3)寄主鋯石中原來的包裹體礦物發(fā)生相變形成新的包裹體礦物。由于鋯石具有很高的礦物穩(wěn)定性，鋯石捕獲了包裹體礦物后，其礦物成分很難被后期地質(zhì)作用改造。即便是經(jīng)歷超高壓變質(zhì)作用，殘留鋯石中的低壓礦物成分還可以有效保存。這些結(jié)果都表明鋯石中的礦物包裹體通過第3種機制形成的可能性很小。 這些根據(jù)包裹體礦物 所以，如何鑒別鋯石中的包裹體為原生或次生成因是解決鋯石成因問題的關(guān)鍵。如果包裹體礦物沿著微裂

15、隙進入原來存在的鋯石中形成次生包裹體，在包裹體礦物的周圍一般會留下裂隙愈合的顯微結(jié)構(gòu)(圖15)。由于包裹體礦物進入鋯石過程中，還有可能對通道及包裹體周圍的鋯石產(chǎn)生不同程度的影響，所以在包裹體礦物周圍常常會形成斑雜狀的擾動結(jié)構(gòu)。而鋯石的原生礦物包裹體周圍一般不存在這些結(jié)構(gòu)(圖14)。所以，對含包裹體的鋯石進行詳細的顯微結(jié)構(gòu)分析是判斷包裹體是原生還是次生成因的有效方法。在己知演化歷史的地區(qū)，對含礦物包裹體的鋯石進行微區(qū)定年同樣不失為另一判斷原生和次生包裹體的有效方法。對含不同期次礦物包裹體的鋯石進行微區(qū)U-Pb定年，如果得到的年齡與包裹體礦物指示的地質(zhì)事件發(fā)生的時間一致，也可以證明這些礦物包裹體為

16、原生包裹體；如果得到的年齡大于礦物包裹體指示的地質(zhì)事件發(fā)生的時間，則說明鋯石中的礦物包裹體為次生包裹體。 所以，如何鑒別鋯石中的包裹 圖15 含有次生包裹體的鋯石的CL照片 圖15 含有次生包裹體的鋯石的CL照片鋯石U-PB測年P(guān)PT課件 4、對鋯石U-Pb年齡的制約 對于結(jié)構(gòu)簡單、成因意義明確的鋯石(如巖漿鋯石)，通過對其進行顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的綜合研究，選擇未受后期地質(zhì)作用影響的區(qū)域和/或顆粒進行微區(qū)定年，可以使年齡結(jié)果更加準(zhǔn)確合理。在具有復(fù)雜演化歷史的地區(qū)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋯石通過微區(qū)分析手段可以得到多組U-Pb年齡。對鋯石不同的區(qū)域進行系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、微量元素特征和包裹體成分的綜合研究，

17、給出不同鋯石區(qū)域的成因機制，可以對這些得到的年齡賦予合理的地質(zhì)解釋。變質(zhì)流體活動過程中形成的脈體中的鋯石一般具有規(guī)則的外形，少有殘留核，無分帶到明顯的面狀分帶或振蕩分帶，非常低的Th/U比值(一般0.1)。通過微量元素和包裹體的研究，可以進一步確定這些變質(zhì)脈體中鋯石的具體形成條件(如綠片巖相、榴輝巖相或蛇紋石化熱液蝕變作用)。對這些鉆石區(qū)域進行U-Pb定年，可以對不同條件下流體活動的時間進行準(zhǔn)確的限定。 4、對鋯石U-Pb年齡的制約 5、討論 (1)不同環(huán)境中形成的鋯石具有不同的結(jié)構(gòu)類型，通過對鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行詳細研究可以區(qū)分鋯石的生長期次和不同期次鋯石的成因。 (2)鋯石中的礦物包裹體組成

18、對相應(yīng)鋯石區(qū)域的形成環(huán)境可以提供很好的制約。 (3)對復(fù)雜成因的鋯石需進行綜合研究，才能對鋯石的形成環(huán)境進行合理的限定，進而對鋯石的U-Pb年齡賦予更加合理的地質(zhì)解釋，為寄主巖石的演化歷史提供準(zhǔn)確的年代學(xué)制約。 （4）一個樣品中的鋯石由于不同成因、不同世代的鋯石可能具有相同的形態(tài)、大小和磁性，鋯石成因分辨對于鋯石年齡地質(zhì)意義的正確解釋至關(guān)重要，鋯石成因分辨是一個綜合的方法，不僅是鋯石本身的問題。 （5）最近，很多學(xué)者們對要測試的鋯石進行稀土、微量元素的測試，如果分配曲線一致，可證明所測的鋯石為同一期鋯石。 5、討論 MSWD 加權(quán)平均方差 MSWD 加權(quán)平均方差 近十余年來，（變質(zhì)）碎屑巖鋯石

19、年齡譜研究開展得越來越廣泛，探討的領(lǐng)域也越來越廣和越來越深入。目前，主要應(yīng)用于下列幾個方面： 1、通過最年輕碎屑鋯石時代的確定，對沉積時代進行制約； 2、通過碎屑鋯石年齡譜，了解蝕源區(qū)熱-構(gòu)造事件特征，重溯蝕源區(qū)地質(zhì)演化歷史； 3、通過碎屑鋯石年齡譜的對比研究，探索地質(zhì)構(gòu)造單元之間的關(guān)系； 4、對沉積相和不整合進行鑒別。 5、通過變質(zhì)鋯石的年齡譜探索遭受的變質(zhì)年齡。 近十余年來，（變質(zhì)）碎屑巖鋯石年齡譜研究開展鋯石U-PB測年P(guān)PT課件華北卓子山上元古界、寒武系和奧陶系砂巖碎屑鋯石頻率分布圖 華北卓子山上元古界、寒武系和奧陶系砂巖碎屑鋯石頻率分布圖 上三疊統(tǒng)老虎溝組碎屑鋯石U-Pb年齡頻率直方圖 華北陸塊區(qū)重大構(gòu)造轉(zhuǎn)換上三疊統(tǒng)老虎溝組碎屑鋯石U-Pb年齡頻率直方圖 華北陸塊區(qū)重下侏羅統(tǒng)北票組碎屑鋯石U-Pb年齡頻率直方圖 下侏羅統(tǒng)北票組碎屑鋯石U-Pb年齡頻率直方圖 十三陵碎屑沉積巖碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像石英巖粉沙巖十三陵碎屑沉積巖碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像石英巖粉沙巖西藏石英巖碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像西藏石英巖碎屑鋯石陰極發(fā)光圖像化隆巖群中的白云母石英巖碎屑鋯石SHRIMP U-Pb年齡諧和圖化隆巖群中的白云母石英巖碎屑 一、綠林林場二云母石英片巖的SHRIM