一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法

技术领域

本发明属于锆石类型鉴定技术领域，具体涉及一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法。

背景技术

锆石是岩浆岩、沉积岩、变质岩和月岩中最重要的副矿物。由于其具有物理、化学性质稳定，普通铅含量低，封闭温度高等特点。从而锆石U-Pb定年是同位素年代学研究中最常用的方法，锆石U-Pb定年方法主要有单颗粒微量热电离质谱法(TIMS)、单颗粒锆石蒸发法、离子探针质谱法(SHRIMP)、激光等离子体质谱法(LA-ICP-MS)以及电子探针化学矿物法等。不论选用哪种锆石U-Pb定年方法，最终目的是对所获得的U-Pb同位素年龄给于令人信服且合理的地质解释。若所测定岩石中只有一种成因类型的锆石，无论运用哪种方法只会得到一个年龄。但是，大部分的地质体中(特别是经历了复杂地质作用过程的地质体)，可能存在继承锆石、岩浆锆石、捕获锆石、变质锆石乃至热液锆石等。同时，一颗锆石的不同区域可能具有不同的成因。因此，锆石成因类型的确定对所获得的同位素年龄作出科学、合理的解释尤为重要。

锆石成因类型的确定主要依据锆石形态学和成因矿物学方法来解决。随着科技的发展，特别是激光和电感耦合等离子体联用技术的快速发展，单颗粒副矿物化学组成，包括同位素和微量元素的原位(in-situ)定量分析技术得到了迅速发展。原位微区分析技术广泛应用于岩石学、矿床学、矿物学等方面的研究。综上，有必要开展一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因方法研究，以便达到快速准确、经济有效地解决地质问题的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法，能够快速、准确地判断锆石成因类型。

本发明的技术方案如下：

一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法，包括如下步骤：

步骤1)制备锆石样品靶；

步骤2)对锆石进行原位微量元素组成分析；

步骤3)利用球粒陨石标准化稀土元素配分曲线结合微量元素特征判别锆石成因。

所述的步骤1)将锆石样品(数量≥30)用双面胶粘在适于开展激光等离子质谱的靶上形成锆石样品靶。

所述的步骤1)将锆石样品(数量≥30)用双面胶粘在适于开展激光等离子质谱的靶上之后，用无色透明的环氧树脂固定，固化之后将表面抛光，形成锆石样品靶。

所述的步骤2)中，运用Analyte Excite 193nm气态准分子激光剥蚀系统或GeolasPro激光剥蚀系统，配合电感耦合等离子体质谱仪，对锆石进行原位微量元素组成分析。

所述的步骤2)中，进行锆石的Sc、Ti、Sr、Y、Nb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Zr、Hf、Ta、Hg、Pb、Th、微量元素组成分析。

所述的步骤3)中，分析样品中包括两种成因的锆石，分别为岩浆锆石和热液锆石。

所述的步骤3)中，确定岩浆锆石Th/U质量分数、热液锆石Th/U质量分数比值，比较岩浆锆石中La的质量分数与热液锆石中La的质量分数，比较球粒陨石标准化的锆石中Sm和La的质量分数比值与热液锆石中Sm和La的质量分数比值，从而分析得出岩浆锆石与热液锆石的稀土配分特征。

所述的步骤3)中，确定岩浆成因锆石成分变化的总体趋势，包括以下几方面：

锆石晶体核部至边缘Hf、U+Th含量变化，Zr含量及Zr/Hf比值变化；

从基性到中性至酸性岩，锆石中Zr/Hf比值变化，从超基性岩到基性岩到中性岩至酸性岩Th、U含量变化。

本发明的显著效果如下：

由于本方法设计了一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法，因此本方法涵盖面广、准确性高、时效性好。对判别锆石成因类型经济、有效，推广应用前景广阔；

由于本方法充分利用了现有的高精尖仪器，充分发挥了先进技术手段在矿物分析中的作用，因此本方法能够原位、简单、快捷、精确的判别锆石成因类型，为认识地质作用过程和推动地球科学的发展提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明所提供的一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法流程图；

图2为本发明实施例中某地区锆石球粒陨石标准化稀土元素配分曲线

图3为本发明实施例中某地区锆石球粒元素特征图。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种运用锆石微量元素组成判别锆石成因的方法，该方法包括以下步骤:

步骤一，制备锆石样品靶；

将锆石样品(数量≥30)用双面胶粘在适于开展激光等离子质谱的靶上，用无色透明的环氧树脂固定，固化之后将表面抛光至锆石中心。

步骤二，对锆石进行原位微量元素组成分析；

将步骤一制备好的锆石样品靶运用Analyte Excite 193nm气态准分子激光剥蚀系统或GeolasPro激光剥蚀系统(由COMPexPro 102ArF 193nm准分子激光器和MicroLas光学系统组成)配合ICP-MS(电感耦合等离子体质谱仪)(型号为Agilent 7700X或Analytikjena Plasma-Quant MS Elite)，进行锆石的Sc、Ti、Sr、Y、Nb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Zr、Hf、Ta、Hg、Pb、Th、微量元素组成分析。

分析数据见表1；

表1锆石微量元素组成数据表

步骤三，数据处理，准确判别锆石成因。

将步骤二所获得的锆石上述微量元素数据进行分析，利用球粒陨石标准化稀土元素配分曲线结合微量元素特征判别锆石成因，如图2和图3所示。

本次分析样品中包括两种成因的锆石，分别为岩浆锆石和热液锆石。

如表1和图2所示，其中岩浆锆石Th/U质量分数比值较大(大部分>0.4)，热液锆石Th/U质量分数比值较小(大部分＜0.1)；岩浆锆石中La的质量分数明显低于热液锆石，而(Sm/La)

从图2中的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线中可以看出，岩浆锆石与热液锆石具有明显不同的稀土配分特征，岩浆锆石从La至Lu之间总体急速增加，Ce和Eu正异常明显以及较陡立的HREE富集模型；而热液锆石明显具有较高的REE含量，球粒陨石标准化稀土元素配分曲线比较平缓，Ce、Eu正异常较小。

岩浆成因锆石成分变化的总体趋势是，从锆石晶体核部至边缘Hf、U+Th含量升高，Zr含量及Zr/Hf比值降低。从基性到中性至酸性岩，锆石中Zr/Hf比值下降，从超基性岩到基性岩到中性岩至酸性岩Th、U含量上升。变质成因锆石具有从晶体中心到边缘Zr含量上升，Hf和U+Th含量下降及Zr/Hf比值上升的特点。

对某一地质体中的锆石而言，通常岩浆锆石Th，U含量较高，Th/U比值较大(一般>0.4)且均匀较高的REE和陡立的HREE富集模型正Ce异常、适度的Eu负异常；变质锆石Th，U含量低、Th/U比值小(一般<0.1)而分散不同程度的LREE富集，HREE含量低；变质增生锆石具有较低的重稀土富集程度，因而对于具有核幔结构的锆石，其REE分析显示变质增生边的HREE含量明显低于岩浆锆石核HREE的含量。

一般变质锆石的Nb、Ta含量及Nb/Ta比值均低于岩浆锆石。岩浆锆石与热液锆石具有明显不同的稀土配分特征，岩浆锆石从La至Lu之间急速增加，具有Ce和Eu异常，而热液锆石通常具有明显较高的REE含量，比较平缓的轻稀土图形，而Ce异常较小；此外，热液锆石通常具有较高的Th、Hf和Y含量。

由于不同地质体中锆石微量元素组成因其形成地质环境而不同。此锆石成因类型的判别是针对同一地质体(同一个分析样品)中锆石，锆石的微量元素含量、比值或变化趋势可以进行横向的比较。所以微量元素的含量及元素比值未限定具体的数值或变化的范围。

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。