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锆石微破裂过程的离散元模拟

岩石学报 2024年第8期40卷 2574-2584页

作者：袁志煌田云涛高燕中山大学地球科学与工程学院广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室珠海519080 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 珠海519082

锆石中富含放射性元素U和Th,其U-Pb、U-Th-He与裂变径迹分析方法是最常用的地质热年代计,但这些年龄均与锆石的辐射损伤程度有关。锆石中放射性元素U和Th衰变所导致的晶体自辐射损伤,会改变晶体的物理和化学性质,在微观上表现为蜕晶化,... 详细信息

锆石中富含放射性元素U和Th,其U-Pb、U-Th-He与裂变径迹分析方法是最常用的地质热年代计,但这些年龄均与锆石的辐射损伤程度有关。锆石中放射性元素U和Th衰变所导致的晶体自辐射损伤,会改变晶体的物理和化学性质,在微观上表现为蜕晶化,宏观上则表现为密度降低和体积膨胀。不同生长环带间的差异膨胀产生相对膨胀力,导致锆石发生微破裂。为了探究微破裂的发育过程与机制,本文基于锆石自辐射损伤-体积膨胀经验关系,利用离散元模拟方法,模拟核-边双层锆石自辐射损伤过程中内部应力分布;结合锆石的弹性模量与抗拉强度,模拟自辐射损伤与围压对核部高U、Th(模型Ⅰ)与边部高U、Th(模型Ⅱ)两类锆石微破裂发育的影响。结果显示随着自辐射损伤及体积膨胀的增大,锆石微破裂过程具有显著的阶段性:模型Ⅰ边部破裂对称发育,从单条逐渐发育成空心“十”字与“米”字形破裂网络;模型Ⅱ核部发育的多个同心状破裂是由早期放射状破裂随自辐射损伤增强而拓展并逐渐相连而形成。围压的影响效果与自辐射损伤程度有关:低自辐射损伤下,围压增加会抑制模型Ⅰ边部与模型Ⅱ核部破裂的发育与拓展;高自辐射损伤下,随着围压的增大,模型Ⅰ放射状破裂密度增大,而模型Ⅱ同心状破裂数目减少。锆石中微破裂的发育将晶体分割成若干亚颗粒,改变原子扩散出颗粒的路径与距离,因此本文对锆石微破裂过程的研究,对于理解锆石中元素的扩散及相关的地质应用具有参考意义。

关键词：锆石微破裂自辐射损伤蜕晶化离散元模拟

锆石形貌与成分特征对藏南洛扎地区二云母花岗岩岩浆‒热液演化过程的指示

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大地构造与成矿学 2024年第3期48卷 529-546页

作者：蒙安平戴国庆张娜刘志超中山大学地球科学与工程学院广东珠海519082

喜马拉雅淡色花岗岩的高分异成因和稀有金属成矿潜力是近年来特提斯构造域研究的热点问题,但目前关于这些花岗岩,特别是对具有较低演化程度的二云母花岗岩的岩浆‒热液演化过程的认识较为薄弱,严重制约了对喜马拉雅淡色花岗岩成岩、成矿... 详细信息

喜马拉雅淡色花岗岩的高分异成因和稀有金属成矿潜力是近年来特提斯构造域研究的热点问题,但目前关于这些花岗岩,特别是对具有较低演化程度的二云母花岗岩的岩浆‒热液演化过程的认识较为薄弱,严重制约了对喜马拉雅淡色花岗岩成岩、成矿机制的全面理解。广泛存在于花岗质岩石中的锆石可以有效记录岩浆演化过程的物理化学信息,已成为追溯岩浆‒热液演化历史的有效工具。为此,本文对藏南洛扎地区早中新世(约20~18 Ma)和中中新世(约12 Ma)两个期次二云母花岗岩中的锆石进行了系统的形貌特征观察和化学成分分析。洛扎二云母花岗岩中的锆石以富含继承核和具有围绕其生长的后期增生边(与淡色花岗岩岩浆作用有关)为特征。根据形貌特征,岩石中的新生锆石可分为两类:第一类自形程度较好,具有清晰的振荡环带,属于岩浆锆石;第二类自形较差,含较多包裹体,阴极发光图像下呈斑驳状,与典型的热液锆石特征一致。这两类锆石均具有较高的HfO_(2)和极高的U含量,结合其他微量元素成分(Nb/Ta、Y/Ho、REE等)特征,指示它们形成于分异程度较高的熔体,其中第二类锆石形成于富卤素流体活动的环境,表明岩浆体系在演化过程中发生了流体相的出溶。两类锆石在HfO_(2)、UO_(2)、P_(2)O_(5)含量和δEu值等化学组成上没有明显差异,表明流体出溶过程并没有伴随着显著的结晶分异作用。同时,两类锆石给出了相似的结晶温度,暗示流体出溶作用发生在岩浆等温减压过程。根据锆石Ce-U-Ti氧逸度计估算结果,两个期次二云母花岗岩的岩浆体系均具有极低的氧逸度(ΔFMQ<–1),并在岩浆向热液状态转化的过程中岩浆体系的氧逸度有一定程度的上升,该特征与其他典型的稀有金属成矿花岗岩具有相似性。

关键词：喜马拉雅淡色花岗岩二云母花岗岩锆石岩浆‒热液演化氧逸度

东喜马拉雅构造结泥质高压麻粒岩的锆石和独居石定年与地质意义

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岩石学报 2021年第11期37卷 3413-3434页

作者：芦维瑞张泽明李文坛安文涛任宏飞郭明明王迪吴双鹏中国地质大学地球科学与资源学院北京100083 中国地质科学院地质研究所北京100037

东喜马拉雅构造结的南迦巴瓦杂岩含有广泛分布的高压麻粒岩,但由于以前获得了许多不同的年龄,对这些麻粒岩的变质与深熔时代、持续时间和成因存在不同认识。本文对泥质高压麻粒岩(蓝晶石榴黑云片岩)中的锆石和独居石进行了系统的内部结... 详细信息

东喜马拉雅构造结的南迦巴瓦杂岩含有广泛分布的高压麻粒岩,但由于以前获得了许多不同的年龄,对这些麻粒岩的变质与深熔时代、持续时间和成因存在不同认识。本文对泥质高压麻粒岩(蓝晶石榴黑云片岩)中的锆石和独居石进行了系统的内部结构、U-(Th)-Pb定年和微量元素分析,以求揭示这些岩石是否具有相同的演化过程。所研究的6个蓝晶石榴黑云片岩由石榴石、蓝晶石、黑云母、石英、钾长石、斜长石、夕线石、白云母、石墨和副矿物金红石、钛铁矿、锆石和独居石组成,峰期矿物组合是石榴石+蓝晶石+斜长石+钾长石+黑云母+石英+金红石。6个样品中的锆石均由继承碎屑核+变质(深熔)幔+变质(深熔)边组成。其中3个样品中的锆石幔和边较宽,均可进行原位定年,幔部给出了类似的较老年龄范围(39.6~31.6Ma、40.8~32.0Ma和38.1~31.3Ma),而边部给出了类似的较年轻年龄范围(26.8~17.3Ma、28.3~18.6Ma和28.4~18.8Ma)。另外3个样品的锆石幔部较窄,不能进行分析,其边部给出了与前3个样品锆石边部类似的年轻年龄范围(22.0~17.0Ma、20.9~16.9Ma和22.2~16.6Ma)。一个片岩样品中的独居石给出了与其锆石幔部+边部年龄类似的较宽年龄范围(38.1~17.5Ma),而另外3个样品中的独居石获得了与其锆石边部年龄相似的年轻年龄范围(26.0~18.8Ma、22.3~16.9Ma和26.4~19.4Ma)。随着年龄的减小,锆石和独居石的Th/U比值增大,Eu/Eu*减小,独居石的HREE和Y含量减小。基于这些分析结果,笔者认为所研究的6个片岩记录了相同的、从~41Ma持续到~17Ma的进变质与深熔过程。但是,由于某些样品中的锆石和独居石在早期变质和深熔过程中形成的结晶域(锆石幔部)很窄,无法定年,导致不同的样品获得了不同的年龄范围。结合现有研究成果,笔者推测南迦巴瓦杂岩中的高压麻粒岩经历了相似的长期进变质与深熔过程。

关键词：东喜马拉雅构造结高压麻粒岩锆石独居石地质年代学

扬子板块最古老岩石的锆石U-Pb年龄和Hf同位素组成

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中国科学（D辑） 2009年第9期39卷 972-978页

作者：焦文放吴元保彭敏汪晶杨赛红地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学地球科学学院武汉430074 大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系西安710069

对扬子板块崆岭高级变质地体中的一个片麻岩进行了锆石CL内部结构分析、LA-(MC)-ICPMS锆石U-Pb定年和Hf同位素分析.CL照片显示,该片麻岩样品中的锆石主要为岩浆锆石,有少量窄的变质边.岩浆锆石的年龄为(3218±13)Ma,表明该样品是扬子板... 详细信息

对扬子板块崆岭高级变质地体中的一个片麻岩进行了锆石CL内部结构分析、LA-(MC)-ICPMS锆石U-Pb定年和Hf同位素分析.CL照片显示,该片麻岩样品中的锆石主要为岩浆锆石,有少量窄的变质边.岩浆锆石的年龄为(3218±13)Ma,表明该样品是扬子板块至今发现的最古老的岩石.它们的εHf(t)值为-2.33±0.51,两阶段模式年龄为(3679±49)Ma,表明其为更古老的(>3.6Ga)冥太古代地壳物质部分熔融作用形成.变质边部锆石给出了(2732±16)Ma的年龄,表明变质作用发生在新太古代,扬子板块在这一时期可能经历了一次重要的构造热事件.

关键词：崆岭锆石 U-Pb年龄 Hf同位素古老岩石

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锆石微量元素示踪锂成矿岩浆-热液演化过程

地质学报 2024年第5期98卷 1615-1636页

作者：胡方泱杨雷陈国辉吴福元中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 成都理工大学行星科学国际研究中心四川成都610059 河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 岩石圈演化国家重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

锂成矿过程中的岩浆-热液演化过程目前仍不清楚。锆石作为花岗岩和伟晶岩中普遍存在的副矿物,其微量元素成分演化可以记录岩浆演化过程。本文以松潘-甘孜构造带可尔因地区的花岗岩和伟晶岩中的锆石作为研究对象,对其进行原位微量元素分... 详细信息

锂成矿过程中的岩浆-热液演化过程目前仍不清楚。锆石作为花岗岩和伟晶岩中普遍存在的副矿物,其微量元素成分演化可以记录岩浆演化过程。本文以松潘-甘孜构造带可尔因地区的花岗岩和伟晶岩中的锆石作为研究对象,对其进行原位微量元素分析。锆石的形态结构特征显示花岗闪长岩与花岗岩中的锆石为岩浆锆石,而伟晶岩中的锆石受到不同程度热液作用影响。元素分析结果显示,从太阳河花岗闪长岩到可尔因二云母花岗岩到无锂辉石伟晶岩到锂辉石伟晶岩,锆石中的稀有金属元素(Li、Sn、Nb、Ta和Hf)和U含量逐渐升高,锆石的Zr/Hf比值逐渐降低。除此之外,太阳河花岗闪长岩和可尔因二云母花岗岩中的锆石具有较低的Fe含量,而无锂辉石伟晶岩和锂辉石伟晶岩中的锆石具有明显升高的Fe含量,且锆石Fe含量与稀有金属元素含量具有正相关关系,反映出热液作用越强,稀有金属含量越高的特征。热液导致伟晶岩中锆石的U-Pb体系受到改造,使得获得的年龄不可靠,而伟晶岩铌钽矿U-Pb年龄(210 Ma)相对可靠。基于锆石的微量元素特征,我们认为太阳河花岗闪长岩与锂成矿伟晶岩没有成因联系,二云母花岗岩与锂成矿伟晶岩具有成因联系,但是二云母花岗岩不是成矿伟晶岩的直接母岩。二云母花岗岩和无锂辉石伟晶岩Li_(锆石)/Li_(全岩)接近甚至超过1,指示其与全岩成分不平衡,表明岩浆演化过程中曾形成富锂熔体,且富锂熔体的形成与液态不混溶作用无关,而是岩浆分异的结果。富锂熔体可能在区域拆离断层作用下从岩浆体系中分离,随后不断演化形成了锂辉石伟晶岩,而残余岩浆逐渐冷却结晶形成了二云母花岗岩和无锂辉石伟晶岩。基于锆石中的微量元素可以有效示踪锂成矿过程,并且利用碎屑锆石的微量元素特征还可以指示区域富锂岩浆的存在及其形成时代,有望成为示踪区域锂成矿的一种新方法。

关键词：锆石微量元素锂成矿岩浆-热液演化松潘-甘孜构造带

测点相对位置对离子探针锆石U-Pb定年的影响

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岩石学报 2019年第8期35卷 2615-2624页

作者：凌潇潇李秋立刘宇唐国强李娇中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

离子探针得益于高空间分辨率的特点,在复杂变质锆石的微区原位年代学研究中,其常被作为首选技术手段。对具有复杂环带结构的锆石进行原位分析,通常可以得到岩石多期次地质演化信息,因此在一颗有核(幔)边结构的锆石上进行多点分析是常见... 详细信息

离子探针得益于高空间分辨率的特点,在复杂变质锆石的微区原位年代学研究中,其常被作为首选技术手段。对具有复杂环带结构的锆石进行原位分析,通常可以得到岩石多期次地质演化信息,因此在一颗有核(幔)边结构的锆石上进行多点分析是常见现象。为了定量地评估多点分析时测点的相对位置对离子探针测量结果的影响,本研究采用目前报道最为均一的锆石标样M257为测试对象,分为四种情况,即同一测点重复测试年龄、同一测点先氧同位素分析后年龄测试、在首个测点的上/下/左/右方且预剥蚀区域有部分重叠的范围内测试、距首个测点有显著距离测试等,进行了系统性U-Pb定年对比实验。结果显示,相对一个颗粒上的首个测点,第二个测点的测试深度和预剥蚀区域的变化会给测试结果带来-5%到+11%的系统偏差,尤以与首个测点的预剥蚀区域有重叠且位于一次离子入射方向后侧的分析点会产生最为显著的系统偏差。因此,在采用离子探针进行副矿物U-Pb测试的时候,当需要原位重复分析或在临近区域多点分析时,需要特别注意多个测点的相对位置和分析顺序。本实验结果指示,以往通过离子探针方法对变质锆石进行过核边多点分析,通过变质锆石边部所获得的年龄结果值得重新审视,有将变质时代持续时间扩大化的隐忧。

关键词：离子探针锆石 U-Pb年龄测试位置系统偏差

云南中甸地区斑岩体锆石微量元素与Hf-O同位素特征及其对成岩成矿的启示

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岩石学报 2024年第4期40卷 1163-1184页

作者：莫雷冷成彪陈喜连李凯旋东华理工大学核资源与环境国家重点实验室南昌330013 东华理工大学地球科学学院南昌330013

中甸铜多金属成矿带位于义敦岛弧南缘,被分为东、西两个斑岩带。本文以东斑岩带的普朗、地苏嘎岩体,西斑岩带的雪鸡坪岩体为研究对象,通过锆石微量元素和Hf-O同位素特征研究,结合所收集到的这些岩体的全岩地球化学数据,来揭示两个斑岩... 详细信息

中甸铜多金属成矿带位于义敦岛弧南缘,被分为东、西两个斑岩带。本文以东斑岩带的普朗、地苏嘎岩体,西斑岩带的雪鸡坪岩体为研究对象,通过锆石微量元素和Hf-O同位素特征研究,结合所收集到的这些岩体的全岩地球化学数据,来揭示两个斑岩带的岩浆来源与演化过程、构造背景,并探讨造成其成矿差异的控制因素。结果表明,3个岩体所含锆石都亏损轻稀土、富集重稀土,具有明显的Ce正异常和Eu负异常,Th/U平均值分别为0.19、0.27、0.13,均为岩浆锆石。普朗、地苏嘎和雪鸡坪岩体锆石ε_(Hf)(t)值分别为-0.31±0.6、0.0±0.6、1.71±0.7,锆石δ^(18)O值分别为6.2±0.3‰、6.2±0.4‰、6.1±0.4‰;3个岩体的源区相差不大,均为壳幔岩浆混合,但普朗和地苏嘎岩体地壳物质贡献更多。全岩主微量元素变化特征与锆石Nb/Yb和Th/Nb与Eu/Eu^(*)的相关性显示东斑岩带的普朗和地苏嘎岩体比西斑岩带的雪鸡坪岩体的结晶分异程度更高。在锆石微量元素构造判别图解中,这些岩体均落在火山弧或与弧相关的造山环境范围。结合全岩的Nb-Y和Rb-(Y+Nb)判别图解,以及中甸地区成岩年龄的统计,进一步判定东、西斑岩带岩体均形成于与晚三叠世甘孜-理塘洋壳西向俯冲相关的大陆弧背景。采用锆石氧逸度计估算的普朗、地苏嘎和雪鸡坪岩体的氧逸度分别为ΔFMQ+1.58、ΔFMQ+1.42、ΔFMQ+1.91(QFM为石英-铁橄榄石-磁铁矿缓冲剂)。结合Eu/Eu^(*)值和全岩V/Sc比值分析,发现3个岩体均有较高氧逸度,但普朗和地苏嘎的岩浆氧逸度略低于雪鸡坪,说明在相对较高氧逸条件下,氧逸度高低与成矿规模不成比例。3个岩体的锆石结晶温度分别为769±34℃、783±36℃、819±40℃。结合全岩Sr/Y比值,发现普朗和地苏嘎岩浆含水量高于雪鸡坪。由此推断,更高的水含量和岩浆分异度可能是东部斑岩带比西部斑岩带发育更多斑岩矿床的重要原因,这也暗示东斑岩带具有更大的找矿潜力。

关键词：锆石微量元素 Hf-O同位素岩石成因成矿作用中甸斑岩带

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锆石自辐射损伤对晶格破坏与元素运移的影响

大地构造与成矿学 2020年第4期44卷 772-782页

作者：孙钰函吴立群焦养泉荣辉中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074

锆石富U和Th并具有极高稳定性,通常用于地质测年。岩浆锆石晶体具有典型的振荡环带结构,其核部的振荡环带常受到局部改造而形成杂乱不规则的区域,此类锆石的结构可分为外部振荡环带区域和核部孔隙区域。由放射性元素衰变所产生的自身辐... 详细信息

锆石富U和Th并具有极高稳定性,通常用于地质测年。岩浆锆石晶体具有典型的振荡环带结构,其核部的振荡环带常受到局部改造而形成杂乱不规则的区域,此类锆石的结构可分为外部振荡环带区域和核部孔隙区域。由放射性元素衰变所产生的自身辐射损伤会导致锆石的晶格破坏(锆石蜕晶化),从而使振荡环带区域形成小型指状交互断裂结构,这为元素交换提供了“运移通道”。本文结合锆石的微观结构,探讨自辐射损伤对锆石内部元素运移的影响,以及砂岩型铀矿中铀源与铀的迁移。砂岩型铀矿床中的锆石晶体在表生含铀氧化流体和铀矿物辐射双重作用下,使U迁入导致锆石U含量增加;另一方面,造山带中的锆石蜕晶化作用释放出的铀,运移至沉积盆地可为砂岩型铀矿提供微弱“铀源”。

关键词：锆石微观结构自辐射损伤运移通道砂岩型铀矿

锆石SHRIMP测年对狮泉河蛇绿岩形成和俯冲的时间约束

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岩石学报 2006年第4期22卷 895-904页

作者：郑有业许荣科马国桃高顺宝张刚阳马新民茨邛中国地质大学西藏地质调查院拉萨850000

用锆石SHRIMP方法测定了狮泉河蛇绿混杂岩带中蛇绿岩的堆晶橄榄辉石岩、闪长岩墙和辉长闪长岩墙的U-Pb年龄,提供了狮泉河蛇绿岩形成和俯冲的时间约束。堆晶橄榄辉石岩的等时线年龄为193．1±3．2Ma,指示狮泉河带始于早侏罗世拉开形成洋... 详细信息

用锆石SHRIMP方法测定了狮泉河蛇绿混杂岩带中蛇绿岩的堆晶橄榄辉石岩、闪长岩墙和辉长闪长岩墙的U-Pb年龄,提供了狮泉河蛇绿岩形成和俯冲的时间约束。堆晶橄榄辉石岩的等时线年龄为193．1±3．2Ma,指示狮泉河带始于早侏罗世拉开形成洋壳;闪长岩墙的等时线年龄为165．8±1．7Ma、辉长闪长岩墙的等时线年龄为163．35±0．75Ma,可能代表了狮泉河带开始由扩张转化为俯冲消减的时间。

关键词：狮泉河蛇绿岩 SHRIMP测年锆石