科学家首次发现天然锆石晶体结构的化学膨胀

图1. 响山A型花岗岩单颗粒锆石原位XRD分析图谱

图2. 响山A型花岗岩岩浆-热液演化过程与锆石的形成

锆石是花岗岩中最常见的副矿物，其化学成分稳定、抗风化能力强，常被用于约束岩浆岩形成的时代和成岩物质来源，但在岩浆演化过程中其晶体形态及地球化学特征变化的研究还相对薄弱。

通常情况下，矿物的晶胞参数随着温度的升高而变大，人们将这种现象称之为晶体结构的热膨胀 (thermal lattice expansion)。中国科学院广州地球化学研究所矿物物理化学学科组博士研究生曾令君等首次发现了天然锆石晶体结构的化学膨胀 (chemical lattice expansion)。基于矿物共生组合和晶体形貌，曾令君及其合作者在华北克拉通北缘燕山地区响山A型花岗岩中厘定出了三种类型的锆石，并确定它们分别形成于岩浆演化的超固熔线阶段的早期、超固熔线阶段的晚期和亚固熔线阶段。晶体结构分析显示，从岩浆早期到岩浆晚期锆石的晶胞参数逐渐变大。由于花岗质岩浆演化过程中体系的温度逐渐降低，可以排除热膨胀作用对响山A型花岗岩不同类型锆石晶胞参数的影响。锆石的元素地球化学特征研究表明，在响山A型花岗质岩浆演化过程中，体系的高场强元素和挥发分含量逐渐升高，晚期结晶的锆石明显富集相应的化学组分，从而导致锆石晶体结构发生化学膨胀。此外，该研究取得的成果对于示踪花岗质岩浆演化过程和揭示稀有金属成矿机制均具有重要启示。

相关成果已发表在国际矿物学期刊American Mineralogist上。（来源：中科院广州地球化学研究所）