[論文レビュー] Two Trends of Composition Variation of Zircons and Their Significance in Origin Discrimination

Xuezhao Bao|ArXiv.org|Jul 23, 2007

Geological and Geochemical Analysis参考文献 4被引用数 6

ひとこと要約

本論文は、ジルコン結晶における2つの明確な化学的ゾーニング傾向を特定した。火成ジルコンは核から端縁に向かってZrO2/HfO2比とZrO2含有量が減少し、HfO2および(UO2 + ThO2)が増加する傾向を示すが、変成ジルコンは逆の傾向を示す。これらの組成変化は、結晶化学的挙動と地球的地質的プロセスによって制御されており、火成的・変成的起源のジルコンを識別する信頼できる地球化学的手法を提供する。

ABSTRACT

Zircons can crystallize in a wide range of physical and chemical conditions. At the same time, they have high stability and durability. Therefore zircons can grow and survive in a variety of geological processes. In addition, the diffusivity of chemical compositions in their crystals is very low. Consequently,we can trace back the evolution history of the planetary materials containing zircon by zircon U-Th-Pb geochronology and geochemistry studies. However, this depends on our ability to decipher its genesis,namely magmatic or metamorphic origins. In this paper, we have found that there are obvious differences between magmatic and metamorphic zircons in their chemical composition zonations. The magmatic zircons exhibit composition zonation of increasing HfO2, and (UO2 + ThO2) content and decreasing ZrO2/HfO2 ratio and ZrO2 content from inner to outer parts within each growth zone or from core to rim of a crysta1. The metamorphic zircons exhibit compositional variation trend opposite to that of magmatic (igneous) zircons,tending to decrease in HfO2, (UO2+ ThO2)and increase in ZrO2/HfO2 ratio and ZrO2 from core to rim of a crystal. These chemical composition variation trends are thought to be controlled by the crystal chemical features of ions themselves and the evolution trends of magmatism and metamorphism respectively, and can be used to identify the genesis of zircons. Their morphological features are also discussed.

研究の動機と目的

• 異なる地質的起源を有するジルコン結晶における系統的な化学的組成変化を同定すること。
• 地球化学的シグネチャーを用いて火成的ジルコンと変成的ジルコンを区別する課題を解決すること。
• 微量元素および酸化物ゾーニングパターンに基づいて、ジルコン生成起源を信頼性高く識別する手法を確立すること。
• 観察されたゾーニング傾向とその背後にある結晶化学的および成因的要因を関連付けること。
• 多様な岩石タイプにおけるジルコンを用いた地球時計測定および成因的解釈の正確性を向上させること。

提案手法

• 電子マイクロプローブまたは同等の分析技術を用いた、ジルコンの核から端縁への化学的ゾーニングパターンの系統的分析。
• 主要成分および微量元素の酸化物成分（ZrO2、HfO2、UO2、ThO2）の定量的測定と、成長ゾーンごとの比の算出。
• 火成岩と変成岩のタイプにおけるジルコン組成傾向の比較を通じて、対照的なゾーニングパターンの特定。
• 既知の成因的プロセス（火成的結晶化対比して変成的再結晶化）と観察されたゾーニング傾向の相関。
• 特にイオン拡散挙動およびイオン半径適合性に注目した結晶化学的原則を用いた傾向の解釈。
• 地球化学的解釈を補強し、起源識別を高めるために、ジルコン結晶の形態的分析を実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 火成的環境と変成的環境からのジルコン結晶では、どのような化学的組成変化が生じるか？
• RQ2 火成的起源と変成的起源のジルコンにおける核から端縁へのゾーニングパターンは、どのように異なるか？
• RQ3 特定の酸化物および微量元素の傾向が、火成的起源と変成的起源のジルコンを信頼性高く区別できるか？
• RQ4 観察された組成ゾーニング傾向を制御する結晶化学的および成因的要因は何か？
• RQ5 これらの傾向は、地質学的研究におけるジルコン起源識別精度をどの程度向上させ得るか？

主な発見

• 火成的ジルコンは、核から端縁に向かってZrO2/HfO2比とZrO2含有量が減少し、HfO2および(UO2 + ThO2)が増加する傾向を示す。
• 変成的ジルコンは逆の傾向を示す：HfO2および(UO2 + ThO2)が減少し、ZrO2/HfO2比とZrO2が増加する。
• これらの対照的なゾーニングパターンは、結晶化と再結晶化過程におけるイオン拡散挙動および化学的活性の違いに起因する。
• これらの傾向は、多様な地質的環境において一貫性があり再現可能であり、診断的マーカーとしての使用を支持する。
• 観察された傾向は、ジルコン構造内におけるZr⁴⁺、Hf⁴⁺、U⁴⁺、Th⁴⁺のイオン半径および価数適合性に起因する物理的・化学的制御を受ける。
• 本研究は、ジルコン地球時計測定および成因学における起源識別に、強固な地球化学的フレームワークを提供する。