熱液鋯石鑒定特征及在熱液型金礦床年代學研究中的應用

蔡宏明，劉桂萍，展新忠

（新疆大學 地質與礦業工程學院，新疆 烏魯木齊 830047）

目前，中國是世界第一大黃金生產國，金礦資源主要產于熱液成礦作用，約占金礦總儲量的90%。因此，熱液型金礦在金礦床研究中具有非常重要的作用。熱液礦床年代學的精細研究對探討礦床成因，區域成礦規律及指導找礦勘查具有重要意義。但是，對于熱液型金礦，由于其成礦期次較多，礦化階段間隔時間較長，且早期礦化產物可能遭受后期改造并形成新的礦床，成礦時代較為復雜，對成礦年代學的研究帶來一定挑戰。

針對上述問題，由于熱液鋯石抗擾動能力較強，為通過U-Pb同位素分析，獲得熱液作用發生的準確時間和熱液礦床形成時代提供了可能。然而，由于缺乏系統研究，對其鑒定特征存有爭議，限制了其在熱液事件年代學研究中的廣泛應用。為此，本文在論述熱液鋯石形成機制的基礎上，對其形態及內部結構特征、地球化學組成、包裹體特征及形成溫度方面的研究進行系統總結，并提出主要鑒定特征。在此基礎上，介紹熱液鋯石U-Pb定年在熱液型金礦床成礦年代學研究中的應用實例，以期引起關注，促進對熱液鋯石的進一步研究。

1 形成機制

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

2 形態及內部結構特征

熱液鋯石形態及內部結構通常有兩種：①流體中的ZrSiO4飽和而成核和結晶形成熱液鋯石，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，熱液結晶鋯石具模糊環帶-無環帶或具有扇形環帶。②被熱液疊加或改造的鋯石通常有復雜的次生內部結構。當熱液鋯石以增生方式疊加在巖漿鋯石或碎屑鋯石之上，通常會顯示“雙層”結構，CL圖像顯示核部具明顯的震蕩環帶，幔部陰極發光強度較大，無環帶結構，且局部出現邊部穿插核部震蕩環帶的現象，表明鋯石邊部可能與形成石英脈的晚期熱液事件有關。掃描電鏡圖像也揭示出增生結構，這種雙層結構與熱液增生和巖漿演化過程中鋯石不同的形貌演化趨勢有關。當熱液增生鋯石含有較多的包裹體時，幔部呈云霧狀。更進一步的，流體改造作用更強烈時，熱液鋯石呈現溶解－重結晶結構，典型的為海綿狀結構，這是重結晶鋯石圈閉一定流體包裹體而形成。另外，熱液鋯石可出現骨架狀，可能是晚期結晶形成，與礦化作用有關。

3 地球化學特征

3.1 Th、U含量及Th/U比值

熱液鋯石Th、U含量及Th/U比值組成并沒有明顯的規律。烏茲別克斯坦Muruntau金礦區花崗巖鈉長石化過程中產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的高活動性及區域背景高U含量有關。較高的U、Th含量在其他與花崗巖有關的熱液鋯石中也有發現，如來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。如來自于澳大利亞Mole花崗巖的熱液鋯石Th、U含量低于相關巖漿鋯石。另一方面，Muruntau金礦區熱液鋯石Th/U比值為0.06～0.1，低于正常的巖漿鋯石而與變質鋯石相似，與Hoskin和Schaltegge所認為的熱液鋯石Th/U比值＜0.1一致。來自于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，說明Th/U比值并不能很好的區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礦區強烈蝕變的長英質火山／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），無明顯Ce或Eu異常，在球粒隕石標準化配分模式圖中顯示向上凸起的形狀。這一特征明顯區別于巖漿鋯石的正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，通過輕重稀土元素的比值（如TbN／YbN、SmN/CeN）可區分巖漿鋯石和熱液鋯石。

另一種不常見但不可忽略的熱液鋯石稀土元素配分模式以來自澳大利亞Mole花崗巖的熱液鋯石為代表，相對巖漿鋯石，其REE總量低1個～3個數量級，顯示較強的Ce正異常。盡管Boggy Plain與Mole花崗巖有相似的地質背景，但二者熱液鋯石具有截然不同的REE稀土配分模式，Hoskin等認為這一現象可能和不同的熱液礦物共生組合有關系：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晶的過程中，其稀土元素在鋯石和流體相互作用過程中優先進入流體。

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，也不同于變質鋯石中的變質礦物包裹體。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石包裹體，說明這些鋯石在熱液流體中的生長晚于這些礦物的形成，或與之同時。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等對不同類型巖漿巖中449個巖漿鋯石進行了Ti含量分析，并利用鋯石Ti溫度計得到巖漿鋯石的結晶溫度高于600℃。熱液鋯石的形成溫度可通過其中流體包裹體均一化溫度的測定而獲得。Kerrich等對Abitibi綠巖帶金礦床石英-電氣石脈中的熱液鋯石進行了流體包裹體測溫，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。這些結果與Watson等的實驗結果一致，該實驗認為在磷飽和溶液中，鋯石可在低于500℃的條件下發生增生。由上可知，熱液鋯石的結晶溫度低于500℃，低于巖漿鋯石的結晶溫度（＞～600℃）。因此，鋯石的結晶溫度可以有效的區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

對結晶成因熱液鋯石或熱液改造的鋯石區域進行微區U-Pb定年，可以得到熱液活動的時間，進而獲得熱液礦床的成礦時代。目前，熱液鋯石已成為對熱液作用及相關礦化，尤其是金礦化定年的有效對象，國內外均獲得了成功的先例。如Peter等對美國Adirondack高地Fe-（Cu-Au）礦床熱液鋯石U-Pb測年，獲得Fe礦化事件的時間。張小文等對海南抱倫金礦礦區熱液鋯石進行U-Pb同位素分析，限定了該礦床熱液作用的時間及金礦床的成礦時代。

熱液鋯石U-Pb定年用于熱液型金礦床的年代學研究顯示出特有的優勢。首先，熱液鋯石能夠與不同世代的礦石礦物共生，能夠為精確刻畫成礦作用時間提供依據。其次，相對其他測年對象，熱液鋯石抗擾動能力較強，可以有效識別早期成礦有關的熱液作用。例如，針對河北東坪金礦床，石英流體包裹體Rb-Sr法和鉀長石K-Ar法測定成礦時代為103Ma～105 Ma，而通過含金石英脈，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，識別出多期成礦事件（～380 Ma、～350 Ma，～140 Ma），對該礦床成因模式的建立提供了新的約束。

7 結論

熱液作用過程中可產生熱液鋯石，通過形態和內部結構特征、Th/U比值準確鑒定熱液鋯石存在困難。通過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別熱液鋯石。在有效鑒別熱液鋯石的基礎上，可應用U-Pb同位素定年技術精細確定熱液型金礦床成礦年代，對擴展熱液型金礦床的年代學研究途徑具有重要意義。