锆石UPb年代学及锆石成因矿物学ppt课件.ppt

锆石U Pb年代学和成因矿物学研究 THEMINERALZIRCON Refractoryaccessorymineralcommonlyoccursinmagmatic metamorphic pegmatitic andalluvialrocks ChemicalFormula ZrSiO4Composition Zirconium49 77 Zr67 22 ZrO2Silicon15 32 Si32 78 SiO2Oxygen34 91 O ElectrovalenceandIonradii Zr4 0 84 U4 1 05 Th4 1 10 Pb2 1 29 ZirconhashighUcontentandhighU Pbratios andthusisideallysuitedforhighprecisiongeochronology Thedecayseriesofuraniumandthorium 238U206Pb 8 6 Q235U207Pb 7 4 Q232Th208Pb 6 4 Q Basicofradiogenicisotopedating 1 Basicofradiogenicisotopedating 2 Basicofradiogenicisotopedating 3 锆石U Pb定年的基本方法比较 锆石U Pb年龄一致曲线图 1 锆石U Pb年龄一致曲线图 2 Tera WasserburgconcordiaDiagram Concordiadiagram 如何得到合理的锆石U Pb年龄 1 1000Ma的锆石 选择207Pb 206Pb年龄 分析过程中Pb同位素之间的分馏小 1000Ma的锆石 选择206Pb 238U年龄 235U衰变成207Pb的含量低 微区分析时 选择不同的成因区域分析 如何得到合理的锆石U Pb年龄 2 单颗粒分析时选择不同物理性质的颗粒进行分析 Edgesofzirconwillbeblurredbutstillretaininitialcompositioninzirconcenters Preservationofoxygenandcationzoninginzircon 1 不同成因锆石的内部结构特点和年龄意义2 锆石的微量元素研究及其对U Pb年龄的制约3 锆石的矿物包裹体研究及其对U Pb年龄的制约 常用锆石内部结构分析方法 1HF酸蚀刻法2背散射电子图像3阴极发光电子图像 HF酸蚀刻法 原理 锆石抗HF酸腐蚀性 优点 简单易行 缺点 破坏锆石表面结构 背散射电子图像 原理 锆石表面的平均分子量 优点 表面特征清楚 照相速度快 缺点 效果较差 100 m 阴极发光电子图像 原理 微量元素含量和晶体缺陷 优点 可以清楚显示内部结构 缺点 表面特征不清楚 锆石CL强度与U和Y含量的关系 RubattoandGebauer 2000 Dy和Tb等稀土元素影响锆石的CL强度 HancharandRudnick 1995 典型岩浆锆石的CL特征 辉长岩岩浆温度高环带宽 花岗岩岩浆温度低环带窄 岩浆锆石 辉长岩岩浆温度高环带宽 变质锆石的CL结构类型 50 m 无分带特征锆石 弱分带锆石 扇形分带锆石 冷杉叶状分带锆石 受温度和饱和程度影响 面状分带锆石 斑杂状分带锆石 受溶蚀作用影响的锆石 Varvaetal 1996 Schalteggeretal 1999 海绵状分带锆石 流动状分带锆石 变质锆石形成机制 深熔过程中从熔体中结晶 Vavraetal 1999 Keayetal 2001 固相矿物分解产生的Zr和Si 成核和结晶 Fraseretal 1997 Bingenetal 2001 变质流体中结晶 Liatietal 1999 Rubattoetal 2003 原岩锆石的变质重结晶作用 HoskinandBlack 2000 Tomascheketal 2003 热液蚀变 Vavraetal 1999 Liatietal 2002 典型固态重结晶锆石CL图像特征 较规则的外形CL较亮 无分带 弱分带或斑杂状分带重结晶区域常常切割岩浆环带 无明显界限 变质重结晶锆石内部结构特征 Pidgeonetal 1998 典型变质增生锆石CL特征 多晶面或不规则 在残留锆石外部或整个颗粒具有典型变质锆石分带特征不切割残留岩浆环带 界限清楚 变质重结晶锆石和变质增生锆石的区分 麻粒岩相变质锆石CL特征 榴辉岩相变质锆石CL特征 角闪岩相变质增生锆石CL特征 不同变质条件下生长锆石的结构变化变质锆石生长时的温度控制 297 西Alps的Monviso地区榴辉岩脉中的锆石 RubattoandHermann 2003 石英脉中的锆石Alps西部Sesia Lanzo地区 Rubattoetal 1999 希腊Rhodope地区 Liatietal 1999 流体参与的部分重结晶锆石 80Ma 流体参与的重结晶锆石 52Ma 50Ma 低温 500oC 热液蚀变锆石 50 m 混合岩化作用形成的锆石 750Ma 130Ma 锆石的微量元素研究 Th U特征 岩浆锆石一般具有较高的Th U含量和Th U比值 Th U 0 4 变质锆石具有相对较低的Th U含量和Th U比值 Th U 0 1 岩浆锆石的Th U比值 岩浆锆石的Th U比值取决于锆石形成时熔体的Th U比值少数岩浆锆石同样具有较低的Th U比值 Th U zircon present DTh DU zircon melt Th U melt present DTh DU zircon melt 0 2 Th U melt present 4 变质增生锆石Th U比值的影响因数 变质流体组成一般富U贫Th Rowleyetal 1997 Mojzssisetal 2002 变质锆石形成时共生矿物成分 如独居石 褐帘石 Gebauer 1996 Hermann 2002 变质锆石的生长速度 Vavraetal 1999 10 102 103 104 10 102 102 10 103 103 104 104 锆石生长速度快Th U比值升高 混合岩化过程中深熔锆石一般具有较低的Th U比值 Keayetal 2001 变质重结晶锆石的Th U比值与重结晶程度相关 HoskinandBlack 2000 岩浆锆石微量元素应用 判断寄主岩石的类型 锆石典型的稀土元素特征 不同类型岩浆锆石的稀土元素特征 HoskinandIreland 2000 不同类型岩石锆石的微量元素特征 Belousovaetal 2002 不同类型岩石锆石微量元素判别图解 锆石的稀土元素组成制约岩石的演化历史 Pecketal 2001 岩浆锆石中轻稀土超量 WhitehouseandKamber 2002 3 6Ga 3 8Ga 锆石轻稀土超量的原因 LREE优先进入锆石的晶格缺陷中 锆石结晶时的熔体成分与全岩成分不一致 分析点中包含了富LREE的磷酸盐矿物 如独居石和磷灰石 后期地质事件的扰动中 LREE优先进入锆石 锆石中LREE超量判别的 La Sm CN Th和 La Gd CN Th U图解 变质锆石微量元素特征研究 指示锆石的形成环境 与石榴石共生的锆石具有HREE亏损的特征 Schalteggeretal 1999 Titaniumcontentinzirconasathermometery 不同变质条件形成锆石的微量元素特征 榴辉岩相变质锆石 无Eu负异常 重稀土相对亏损 Nb Ta及Nb Ta低 无长石 有石榴石和金红石 麻粒岩相变质锆石 Eu异常明显 重稀土相对亏损 有长石 有石榴石 不和石榴石共生的变质锆石 无重稀土相对亏损 榴辉岩相变质锆石中存在Eu的负异常解释 继承全岩特征或形成于还原环境 528Ma 与石榴石共生的锆石的重稀土特征 封闭体系亏损开放体系不亏损 1580Ma 65Ma 锆石与石榴石之间微量元素的分配系数 Rubatto 2002 重稀土相对亏损的锆石形成于榴辉岩相峰期变质期间 RubattoandHermann 2003 Lanzo地区泥质麻粒岩锆石的稀土元素组成 Whitehouseetal 2003 澳洲中部Reynolds地区混合岩锆石的微量元素特征 前进变质石英脉中锆石的稀土元素特征 76Ma 65Ma 角闪岩相退变质锆石的稀土元素特征 固态重结晶锆石各区域的稀土元素特征 HoskinandBlack 2000 锆石的微量元素Er P和U Th图解 重结晶锆石轻稀土超量和后期地质作用有关 固态重结晶过程中锆石的U Pb明显丢失 Pidgeonetal 1998 CL图像黑色区域是变质重结晶作用造成的吗 流体参与下重结晶锆石的微量元素特征 流体参与下重结晶锆石的微量元素特征 流体参与下锆石重结晶作用发生的机制 流体活动和锆石重结晶作用发生的时代 锆石微区包裹体研究意义 指示寄主岩石的演化历史 Yeetal 2000 LiuJBetal 2001 LiuFLetal 2001 指示锆石的形成环境 Hermannetal 2001 柯石英的特征Raman谱峰 不同锆石区域包裹体矿物组成差异 主要矿物与锆石中矿物包裹体成分对比 锆石不同区域的年龄对应的P T条件 526Ma 包裹体矿物在寄主锆石中形成的方式 锆石增生过程中捕获包裹体矿物 原生包裹体 包裹体矿物沿裂隙进入早形成的锆石区域 次生包裹体 寄主锆石中原来的包裹体矿物发生相变形成新的包裹体矿物