熱液鋯石鑒定特征及在熱液型金礦床年代學(xué)研究中的應(yīng)用

蔡宏明，劉桂萍，展新忠

（新疆大學(xué) 地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047）

目前，中國(guó)是世界第一大黃金生產(chǎn)國(guó)，金礦資源主要產(chǎn)于熱液成礦作用，約占金礦總儲(chǔ)量的90%。因此，熱液型金礦在金礦床研究中具有非常重要的作用。熱液礦床年代學(xué)的精細(xì)研究對(duì)探討礦床成因，區(qū)域成礦規(guī)律及指導(dǎo)找礦勘查具有重要意義。但是，對(duì)于熱液型金礦，由于其成礦期次較多，礦化階段間隔時(shí)間較長(zhǎng)，且早期礦化產(chǎn)物可能遭受后期改造并形成新的礦床，成礦時(shí)代較為復(fù)雜，對(duì)成礦年代學(xué)的研究帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，由于熱液鋯石抗擾動(dòng)能力較強(qiáng)，為通過(guò)U-Pb同位素分析，獲得熱液作用發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間和熱液礦床形成時(shí)代提供了可能。然而，由于缺乏系統(tǒng)研究，對(duì)其鑒定特征存有爭(zhēng)議，限制了其在熱液事件年代學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。為此，本文在論述熱液鋯石形成機(jī)制的基礎(chǔ)上，對(duì)其形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、地球化學(xué)組成、包裹體特征及形成溫度方面的研究進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，并提出主要鑒定特征。在此基礎(chǔ)上，介紹熱液鋯石U-Pb定年在熱液型金礦床成礦年代學(xué)研究中的應(yīng)用實(shí)例，以期引起關(guān)注，促進(jìn)對(duì)熱液鋯石的進(jìn)一步研究。

1 形成機(jī)制

熱液鋯石的形成機(jī)制主要有三種：①低溫低壓條件下，鋯石因ZrSiO4飽和而從富鋯流體中結(jié)晶。②從圍巖中捕獲的鋯石由于流體作用溶解－再結(jié)晶，形成新生鋯石。③由于U和Th的α衰變，鋯石產(chǎn)生非晶質(zhì)區(qū)域，與流體發(fā)生離子交換。

2 形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征

熱液鋯石形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常有兩種：①流體中的ZrSiO4飽和而成核和結(jié)晶形成熱液鋯石，呈半透明到不透明，主要為短柱狀或等軸狀，自形程度從自形到它形。在CL圖像上，熱液結(jié)晶鋯石具模糊環(huán)帶-無(wú)環(huán)帶或具有扇形環(huán)帶。②被熱液疊加或改造的鋯石通常有復(fù)雜的次生內(nèi)部結(jié)構(gòu)。當(dāng)熱液鋯石以增生方式疊加在巖漿鋯石或碎屑鋯石之上，通常會(huì)顯示“雙層”結(jié)構(gòu)，CL圖像顯示核部具明顯的震蕩環(huán)帶，幔部陰極發(fā)光強(qiáng)度較大，無(wú)環(huán)帶結(jié)構(gòu)，且局部出現(xiàn)邊部穿插核部震蕩環(huán)帶的現(xiàn)象，表明鋯石邊部可能與形成石英脈的晚期熱液事件有關(guān)。掃描電鏡圖像也揭示出增生結(jié)構(gòu)，這種雙層結(jié)構(gòu)與熱液增生和巖漿演化過(guò)程中鋯石不同的形貌演化趨勢(shì)有關(guān)。當(dāng)熱液增生鋯石含有較多的包裹體時(shí)，幔部呈云霧狀。更進(jìn)一步的，流體改造作用更強(qiáng)烈時(shí)，熱液鋯石呈現(xiàn)溶解－重結(jié)晶結(jié)構(gòu)，典型的為海綿狀結(jié)構(gòu)，這是重結(jié)晶鋯石圈閉一定流體包裹體而形成。另外，熱液鋯石可出現(xiàn)骨架狀，可能是晚期結(jié)晶形成，與礦化作用有關(guān)。

3 地球化學(xué)特征

3.1 Th、U含量及Th/U比值

熱液鋯石Th、U含量及Th/U比值組成并沒(méi)有明顯的規(guī)律。烏茲別克斯坦Muruntau金礦區(qū)花崗巖鈉長(zhǎng)石化過(guò)程中產(chǎn)生的熱液增生鋯石與未蝕變巖漿鋯石相比較，具有極高的U、Th含量，可能和熱液中的U、Th的高活動(dòng)性及區(qū)域背景高U含量有關(guān)。較高的U、Th含量在其他與花崗巖有關(guān)的熱液鋯石中也有發(fā)現(xiàn)，如來(lái)自海南尖峰嶺巖體和東澳大利亞Boggy Plain侵入體的熱液鋯石。但是，并非所有的熱液鋯石都具有高U、Th含量。如來(lái)自于澳大利亞Mole花崗巖的熱液鋯石Th、U含量低于相關(guān)巖漿鋯石。另一方面，Muruntau金礦區(qū)熱液鋯石Th/U比值為0.06～0.1，低于正常的巖漿鋯石而與變質(zhì)鋯石相似，與Hoskin和Schaltegge所認(rèn)為的熱液鋯石Th/U比值＜0.1一致。來(lái)自于Boggy Plain侵入體和Mole花崗巖的熱液鋯石Th/U比值變化范圍較大（0.05～0.82），部分與巖漿鋯石的Th/U比值重合，說(shuō)明Th/U比值并不能很好的區(qū)別熱液鋯石與巖漿鋯石。

3.2 稀土元素組成

稀土元素組成方面，熱液鋯石主要顯示兩種配分模式。以西班牙Iberian Aznalcollar礦區(qū)強(qiáng)烈蝕變的長(zhǎng)英質(zhì)火山／次火山巖中的熱液鋯石為代表，與巖漿鋯石相比較，稀土元素組成特征為總量較高，富集中稀土元素（TbN/YbN＞1），無(wú)明顯Ce或Eu異常，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖中顯示向上凸起的形狀。這一特征明顯區(qū)別于巖漿鋯石的正Ce異常及重稀土元素含量高于輕稀土含量的左傾模式。由此，通過(guò)輕重稀土元素的比值（如TbN／YbN、SmN/CeN）可區(qū)分巖漿鋯石和熱液鋯石。

另一種不常見(jiàn)但不可忽略的熱液鋯石稀土元素配分模式以來(lái)自澳大利亞Mole花崗巖的熱液鋯石為代表，相對(duì)巖漿鋯石，其REE總量低1個(gè)～3個(gè)數(shù)量級(jí)，顯示較強(qiáng)的Ce正異常。盡管Boggy Plain與Mole花崗巖有相似的地質(zhì)背景，但二者熱液鋯石具有截然不同的REE稀土配分模式，Hoskin等認(rèn)為這一現(xiàn)象可能和不同的熱液礦物共生組合有關(guān)系：前者與白鎢礦、鈦鐵礦、金紅石及含釔礦物共生；而后者與獨(dú)居石、釷石及磷釔礦共生。另一種可能的解釋是原始鋯石重結(jié)晶的過(guò)程中，其稀土元素在鋯石和流體相互作用過(guò)程中優(yōu)先進(jìn)入流體。

4 包裹體特征

熱液鋯石中通常含固相包裹體及流體包裹體，這也是熱液鋯石存在的主要證據(jù)之一。固相包裹體通常為熱液蝕變礦物和含礦硫化物組合，明顯不同于巖漿鋯石中的高溫巖漿巖礦物與熔體包裹體，也不同于變質(zhì)鋯石中的變質(zhì)礦物包裹體。如澳大利亞Gidginbung礦床中的熱液鋯石含有黃鐵礦、金紅石、砷黃鐵礦、重晶石、明礬石和氟磷灰石包裹體，明顯不同于同期侵入體巖漿鋯石中的熔體及長(zhǎng)石包裹體，說(shuō)明這些鋯石在熱液流體中的生長(zhǎng)晚于這些礦物的形成，或與之同時(shí)。熱液鋯石中的流體包裹體主要是含CO2-H2O流體包裹體或富CO2包裹體，顯示其熱液成因。

5 形成溫度

Fu等對(duì)不同類(lèi)型巖漿巖中449個(gè)巖漿鋯石進(jìn)行了Ti含量分析，并利用鋯石Ti溫度計(jì)得到巖漿鋯石的結(jié)晶溫度高于600℃。熱液鋯石的形成溫度可通過(guò)其中流體包裹體均一化溫度的測(cè)定而獲得。Kerrich等對(duì)Abitibi綠巖帶金礦床石英-電氣石脈中的熱液鋯石進(jìn)行了流體包裹體測(cè)溫，獲得CO2-H2O及富CO2流體包裹體均一化溫度為260℃～380℃，代表熱液鋯石形成溫度。這些結(jié)果與Watson等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，該實(shí)驗(yàn)認(rèn)為在磷飽和溶液中，鋯石可在低于500℃的條件下發(fā)生增生。由上可知，熱液鋯石的結(jié)晶溫度低于500℃，低于巖漿鋯石的結(jié)晶溫度（＞～600℃）。因此，鋯石的結(jié)晶溫度可以有效的區(qū)分熱液鋯石和巖漿鋯石。

6 熱液型金礦床中熱液鋯石U-Pb定年

對(duì)結(jié)晶成因熱液鋯石或熱液改造的鋯石區(qū)域進(jìn)行微區(qū)U-Pb定年，可以得到熱液活動(dòng)的時(shí)間，進(jìn)而獲得熱液礦床的成礦時(shí)代。目前，熱液鋯石已成為對(duì)熱液作用及相關(guān)礦化，尤其是金礦化定年的有效對(duì)象，國(guó)內(nèi)外均獲得了成功的先例。如Peter等對(duì)美國(guó)Adirondack高地Fe-（Cu-Au）礦床熱液鋯石U-Pb測(cè)年，獲得Fe礦化事件的時(shí)間。張小文等對(duì)海南抱倫金礦礦區(qū)熱液鋯石進(jìn)行U-Pb同位素分析，限定了該礦床熱液作用的時(shí)間及金礦床的成礦時(shí)代。

熱液鋯石U-Pb定年用于熱液型金礦床的年代學(xué)研究顯示出特有的優(yōu)勢(shì)。首先，熱液鋯石能夠與不同世代的礦石礦物共生，能夠?yàn)榫_刻畫(huà)成礦作用時(shí)間提供依據(jù)。其次，相對(duì)其他測(cè)年對(duì)象，熱液鋯石抗擾動(dòng)能力較強(qiáng)，可以有效識(shí)別早期成礦有關(guān)的熱液作用。例如，針對(duì)河北東坪金礦床，石英流體包裹體Rb-Sr法和鉀長(zhǎng)石K-Ar法測(cè)定成礦時(shí)代為103Ma～105 Ma，而通過(guò)含金石英脈，蝕變花崗巖及富金石英礦石中的熱液鋯石U-Pb同位素分析，識(shí)別出多期成礦事件（～380 Ma、～350 Ma，～140 Ma），對(duì)該礦床成因模式的建立提供了新的約束。

7 結(jié)論

熱液作用過(guò)程中可產(chǎn)生熱液鋯石，通過(guò)形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征、Th/U比值準(zhǔn)確鑒定熱液鋯石存在困難。通過(guò)SmN/LaNLa和Ce/Ce*-SmN/LaN比值、普通Pb含量、包裹體組合及形成溫度可較好的識(shí)別熱液鋯石。在有效鑒別熱液鋯石的基礎(chǔ)上，可應(yīng)用U-Pb同位素定年技術(shù)精細(xì)確定熱液型金礦床成礦年代，對(duì)擴(kuò)展熱液型金礦床的年代學(xué)研究途徑具有重要意義。