[논문 리뷰] A Raman spectroscopic study of zircons on micro-scale and Its significance in explaining the origin of zircons

Xuezhao Bao, Huiming Li외 1명|ArXiv.org|2007. 07. 23.

Geological and Geochemical Analysis참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 마그마성 및 변성질량 지르콘의 핵심에서 가장자리로의 라만 피크 강도와 H/W 비율 변화 추세를 기반으로 미세 척도 라만 분광법을 사용하여 이를 구분한다. 분석 결과, 마그마성 지르콘에서는 강도 감소와 H/W 비율 감소가 가장자리로 갈수록 증가하는 유기물 분해도와 U/Th 농도 증가를 나타내며, 변성질량 지르콘에서는 증가하는 추세가 U/Th 농도 감소와 낮은 유기물 분해도를 시사한다. 이는 지르콘 기원 식별과 모체 암석의 진화 역사 이해에 기여한다.

ABSTRACT

The magmatic and metamorphic zircons were investigated with Raman spectrum microprobe analysis. We found notable differences between these two kinds of zircons exhibited by the variation trend of Raman peak intensity from core to rim of a crystal. In magmatic zircons, the intensity and the ratio H/W of Raman spectrum peaks gradually decrease from core to rim of a crystal, which is produced by an increase in metamictization degree and suggests an increase in U and Th concentrations from core to rim. In metamorphic zircons, there are two kinds of crystals according to their Raman spectra: the first group of zircons exhibits a variation trend opposite to those of magmatic zircons, tending to increase in the Raman peak intensity and H/W value from core to rim of a crystal, which is produced by a decrease in metamictization degree and indicates a decrease of U and Th concentrations from core to rim of a crystal. The second group of zircons exhibits no change in Raman peak intensity and H/W value through a crystal. The data of infrared and Raman spectra of these crystals show that they are well crystallized and have no lattice destruction induced by metamictization, and are thought to crystallize in high temperature stages of metamorphism. During these stages, the U and Th ions have been removed by metamorphic fluids from the parent rocks of these zircons. The other difference between magmatic and metamorphic zircons is the background level of their Raman spectra, which is high and sloped in magmatic zircons, but low and horizontal in metamorphic zircons. The differences between magmatic and metamorphic zircons can be used to identify the genesis of zircons and understand the origin and evolution history of their parent rocks.

연구 동기 및 목표

• 미세 척도 라만 분광법을 사용하여 마그마성 및 변성질량 지르콘을 구분하기 위해.
• 지르콘 결정의 핵심에서 가장자리로의 라만 피크 강도 및 H/W 비율 변화를 조사하기 위해.
• 관측된 라만 스펙트럼 추세를 유기물 분해도 정도와 U/Th 농도 기울기와 연관지기 위해.
• 스펙트럼 배경 및 강도 분석을 통해 지르콘 함유 암석의 응고 조건과 유체 상호작용을 규명하기 위해.
• 지르콘 기원을 규명하고 모체 암석의 진화 역사 재구성에 활용 가능한 스펙트럼 기반 방법을 제공하기 위해.

제안 방법

• 마그마성 및 변성질량 암석에서 채취한 개별 지르콘 결정에 대해 라만 스펙트럼 마이크로프로브 분석을 수행하였다.
• 핵심에서 가장자리로의 결정 단면을 따라 라만 피크 강도와 H/W 비율(고주파수 피크 강도 대 저주파수 피크 강도 비율)을 측정하였다.
• 적외선 및 라만 스펙트럼 분석을 통해 유기물 분해도에 의한 결정성과 격자 손상 정도를 평가하였다.
• 스펙트럼 배경을 비교: 마그마성 지르콘에서는 높고 기울어진 배경, 변성질량 지르콘에서는 낮고 평탄한 배경을 보였다.
• 유기물 분해도 수준으로 유추된 U 및 Th 농도 기울기와 스펙트럼 추세를 상관 분석하였다.
• 스펙트럼 행동에 따라 변성질량 지르콘을 두 그룹으로 분류: 핵심에서 가장자리로 갈수록 강도 및 H/W 비율 증가 그룹과 일정한 그룹.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마그마성 및 변성질량 지르콘 간에 핵심에서 가장자리로의 라만 스펙트럼 추세는 어떻게 다를까?
• RQ2 라만 피크 강도 및 H/W 비율의 변화는 지르콘 결정 내 U 및 Th 농도 기울기에 대해 무엇을 시사하는가?
• RQ3 유기물 분해도 정도는 지르콘 결정 전반에 걸쳐 어떻게 변화하며, U/Th 분포에 대해 무엇을 드러내는가?
• RQ4 어떤 변성질량 지르콘에서는 핵심에서 가장자리로 갈수록 라만 강도 및 H/W 비율에 변화가 없는 이유는 무엇인가?
• RQ5 라만 스펙트럼 배경 수준은 마그마성 지르콘과 변성질량 지르콘를 어떻게 구분하는 데 도움이 되는가?

주요 결과

• 마그마성 지르콘에서는 핵심에서 가장자리로 갈수록 라만 피크 강도와 H/W 비율이 감소하며, 가장자리로 갈수록 증가하는 유기물 분해도와 U 및 Th 농도 증가를 나타낸다.
• 변성질량 지르콘의 첫 번째 그룹에서는 핵심에서 가장자리로 갈수록 라만 강도 및 H/W 비율이 증가하며, 가장자리로 갈수록 감소하는 유기물 분해도와 낮아지는 U 및 Th 농도를 나타낸다.
• 변성질량 지르콘의 두 번째 그룹에서는 핵심에서 가장자리로 갈수록 라만 강도 및 H/W 비율이 일정하게 유지되며, 높은 결정성과 유기물 분해도에 의한 격자 손상이 없음을 나타낸다.
• 이 두 번째 그룹의 변성질량 지르콘들은 U 및 Th가 변성 유체에 의해 제거된 고온의 변성 단계에서 응고된 것으로 해석된다.
• 마그마성 지르콘에서는 높고 기울어진 스펙트럼 배경을, 변성질량 지르콘에서는 낮고 평탄한 배경을 보이며, 이는 구조적 무질서 정도의 차이를 반영한다.
• 이러한 뚜렷한 라만 스펙트럼 패tern은 지르콘 기원을 신뢰성 있게 식별하고, 그 모체 암석의 열역학적 및 유체 역사에 대한 통찰을 제공한다.