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文化   2024-10-31 09:02   江苏  
锆石年代学(Zircon Geochronology)是一种利用锆石矿物来测定地质事件发生时间的科学方法。锆石是一种非常稳定的矿物,能够抵抗物理和化学风化,因此它能够保存非常古老的年龄信息。在锆石中,放射性同位素衰变产生的变化可以用来确定锆石结晶时或后来经历热事件的时间。
用于锆石年代学的主要技术包括:
铀-铅(U-Pb)定年法:这是最常用的锆石定年方法之一。锆石中含有微量的铀和钍,它们会随着时间的推移衰变成铅。通过测量锆石中的铀、钍以及其衰变产物铅的比例,科学家可以计算出锆石形成的绝对年龄。
钐-钕(Sm-Nd)定年法:虽然不如U-Pb法常见于锆石研究中,但在某些情况下也会使用。这种方法基于钐元素向钕元素的放射性衰变过程。
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS):这是一种先进的分析技术,允许研究人员从锆石样品上精确地去除极小部分材料进行分析,从而减少对珍贵样本的破坏,并提高数据的空间分辨率。
锆石年代学对于理解地球历史上的重要事件非常重要,如大陆形成、造山运动、火山活动等。此外,它还被广泛应用于考古学领域,帮助确定古人类活动遗址的具体年龄。通过锆石年代学的研究,科学家们能够更准确地构建地球及生命演化的时空框架。

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这本书的主要内容包括:锆石的结构和化学性质;变质岩和火成岩中的锆石成分;锆石中的熔体包裹体;锆石中的热力学性质;锆石中的分异过程;锆石年代学的发展简史;锆石中的U-Pb年代学-ID-TIMS;锆石年代学之SIMS;锆石年代学的应用和未来前景;碎屑锆石的分析和沉积学记录;高精度锆石U-Pb年代学;锆石中的Lu-Hf和Sm-Nd同位素体系;锆石中的O同位素分析;锆石中的放射性影响;锆石中的光谱学分析;锆石结构的图册。


(a) 上排:来自正长斑岩中的锆石的阴极发光图像(左),显示了晶体在生长过程中外部形态的变化(右图示意表示)。参考Hoskin (2000)。(b) 下排:来自土耳其东北部中性碱性火山岩中的锆石的阴极发光图像。两颗晶体都显示出由于微量元素分布不均而导致的良好发育的振荡带和扇形分区。


法国东部孚日山脉变粒岩级岩石中的锆石:(a) 圆卵形颗粒;(b) “足球状”锆石;(c) 与(a)中颗粒来自同一变粒岩的棱柱状锆石,但出现在造岩矿物的颗粒边界上


锆石中的熔体包裹体和子矿物包裹体显微照片


(C) 溶蚀火成锆石的二次电子(SE)图像。(D) 来自副变质岩(片麻岩)中的非常圆润的变质锆石。(E) 由几个较小的颗粒通过变质作用增生焊接在一起形成的复合锆石颗粒。(F) 来自混合岩化浅色体中的完好的锆石形态。(G) 来自副变质岩(片麻岩)中的变质锆石,显示出晶体面的痕迹。(H) 来自夕线石级副变质岩中的环状变质锆石,显示了围绕某些矿物生长的“铸型”。


外来晶核在岩浆岩和高级变质岩中的外观变化。这里的“xenocrystic cores”指的是岩石中来自外部的、与主体岩石成分不同的晶体核心,通常是在岩浆上升过程中捕获的早期形成的矿物颗粒。这些外来晶核(异源包裹体)在岩浆岩和经历了高温高压条件下的变质岩中可以展现出多样的外观特征,这有助于地质学家了解岩石形成的历史及其所经历的地质过程。

(1) 振荡带被重新均质化的锆石区域截断,修改自Poller (1997),阴极发光图像(CL)。(2-7) 部分保留了生长带的锆石,被横贯的再结晶带穿透,并局部发展出复杂的分区;2,3 - 修改自Pidgeon (1992),反射光(RL);4, 5 - 修改自Nemchin和Pidgeon (1997),RL;6 - 修改自Schaltegger等人(2002),CL;7 - 修改自Andersson和Williams (2001),CL。(8) “交错层理型”纹理(来自J. Hanchar未发表的数据)。(9-12, 17) 不均匀斑点状图案和复杂的分区,归因于晶体结构在结晶后的纯化过程中,富含微量元素带的逐渐迁移;9 - 修改自Vavra和Hansen (1991),CL;10 - 修改自Mulch等人(2002),CL;11, 12, 17 - 修改自Pidgeon等人(1998),RL。(13-15) 白榴辉岩中的锆石显示出局部再结晶和微脉络(添加了U)的增加量,这与U-Pb年龄的重置相关联,修改自Ashwal等人(1999),CL。(16) 斑点状、镶嵌纹理,表明低U区通过富含U(以及可能其他微量元素)的锆石进行了交代置换,修改自Corfu和Ayres (1984),RL。


高压岩石中锆石的分区。所示的颗粒大小均在70到300微米之间。(1) 内部弥散分区,边缘为生长带状区域;参考Corfu等人(2002),阴极发光图像(CL)。(2-4) 生长带的变化,2 - 修改自Gebauer等人(1997),CL;3 - 修改自Rubatto等人(1998),CL;4 - 修改自Bingen等人(2001b),CL。(5) 复杂分区,修改自Rubatto等人(1998),CL。(6-7) 具有带状纹理的核心蓝片岩锆石;6 - 修改自Gebauer等人(1997),CL;7 - 修改自Bingen等人(2001b),CL。(8-9) 蓝片岩中的斑点状纹理锆石,修改自Bröcker和Enders (1999),CL。

(1, 2) 来自弗里德福特结构中的角闪岩中的受冲击锆石晶体,修改自Kamo等人(1996),1 = 扫描电子显微镜(SEM),2 = 热释光(TL),正交偏光。(3) 具有三组平面变形特征的完好的锆石;马尼夸根撞击坑,修改自Bohor等人(1993);SEM。(4) 苏德伯里结构中铜崖流纹岩内受冲击锆石中的多组平面变形特征,来自F. Corfu(未发表数据),TL。(5, 6) 来自弗里德福特结构撞击后花岗岩中的锆石,修改自Gibson等人(1997);5 - 无冲击相关特征的完好晶体包裹着一个破裂的核心(反射光RL);6 - 具有三组平面变形特征的锆石核心被撞击后未破裂的锆石边缘包围(阴极发光CL)。(7) 来自弗里德福特结构熔岩-碎屑岩脉中的粒状锆石颗粒,修改自Kamo等人(1996),SEM。(8, 9) 具有排气和熔融纹理的多晶颗粒;8 - K/T界层远距离撞击喷射物,科罗拉多州贝尔温德峡谷,修改自Bohor等人(1993);SEM;9 - 苏德伯里结构中的昂纳平组(撞击熔岩),修改自Krogh等人(1996),SEM。


(1-3) 来自穆斯格雷夫山脉的锆石中的放射状和同心裂纹(修改自Lee和Tromp 1995;背散射电子图像BSE);1 - 从高U+Th中心部分的边缘开始的放射状裂纹,并向外部低U+Th壳层扩展;2 - 中间富U-Th壳层的膨胀导致沿中心部分出现同心裂纹,而在边缘出现放射状裂纹;3 - 高Th+U边缘的变质作用导致与较少变质的内部部分界面处出现同心裂纹。


锆石中的包裹体、共生体和增生体。这里展示的所有颗粒大小约为100至200微米。(1-3) 来自超高压片麻岩的锆石含有石榴石和钻石(1)以及镁方解石(2)的包裹体,但其本身与钻石和柯石英一起被包含在石榴石中(3);(修改自Korsakov等人2002,热释光TL)


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