碎屑金紅石，地質(zhì)研究的“指針”

金紅石也是各種巖石特別是地殼組成巖石中重要的副礦物，它在巖石風(fēng)化過(guò)程和各種不同程度的變質(zhì)過(guò)程中均能保持較大的穩(wěn)定性。金紅石的主要成分為TiO2，它還含有數(shù)量眾多的其它微量元素，這些微量元素含量的變化特征，對(duì)于含金紅石的主體巖石所經(jīng)歷的地質(zhì)過(guò)程具有非常重要的指示意義。

金紅石就是較純的二氧化鈦，一般含二氧化鈦在95%以上，是提煉鈦的重要礦物原料，但在地殼中儲(chǔ)量較少。它具有耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度、小比重等優(yōu)異性能，被廣泛用于軍工航空、航天、航海、機(jī)械、化工、海水淡化等方面。金紅石本身是高檔電焊條必須的原料之一，也是生產(chǎn)金紅石型鈦白粉的最佳原料。

金紅石也是各種巖石特別是地殼組成巖石中重要的副礦物，它在巖石風(fēng)化過(guò)程和各種不同程度的變質(zhì)過(guò)程中均能保持較大的穩(wěn)定性。金紅石的主要成分為TiO2，它還含有數(shù)量眾多的其它微量元素(例如：Cr、Hf、Nb、Mo、Sn、Sb、Ta、V、W、U、Pb、Zr等)，這些微量元素含量的變化特征，對(duì)于含金紅石的主體巖石所經(jīng)歷的地質(zhì)過(guò)程具有非常重要的指示意義。同時(shí)，碎屑金紅石在沉積、成巖過(guò)程中表現(xiàn)出極高的穩(wěn)定性，因而是物源分析的理想指針礦物。

金紅石礦物特征

金紅石，是含鈦的主要礦物之一。四方晶系，常具完好的四方柱狀或針狀晶形，集合體呈粒狀或致密塊狀。暗紅、褐紅、黃或橘黃色，富鐵者呈黑色；條痕黃色至淺褐色。金剛光澤，鐵金紅石呈半金屬光澤。性脆，硬度6～6.5，密度4.2～4.3g/cm3，富含鐵、鈮、鉭者密度增大，高者可達(dá)5.5g/cm3以上。能溶于熱磷酸，冷卻稀釋后加入過(guò)氧化鈉可使溶液變成黃褐色。

碎屑金紅石來(lái)源

在自然界的含鈦礦物中，金紅石的分子體積最小，因而趨向于在高壓、高溫條件下形成。作為副礦物，金紅石廣泛分布于巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖和地外巖石(如隕石)等各類(lèi)巖石中。

碎屑金紅石源區(qū)示蹤方法

重礦物比值法

金紅石和鋯石、電氣石3種碎屑礦物，被認(rèn)為是沉積成巖過(guò)程中最穩(wěn)定的重礦物。ZTR指數(shù)，即鋯石(Zircon)、電氣石(Tourmaline)、金紅石(Rutile)在透明重礦物中的比例，常被用來(lái)評(píng)價(jià)砂巖重礦物組合的礦物成熟度。

與碎屑金紅石相關(guān)的ZTR指數(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于沉積物源研究中，并被證明為是一個(gè)快捷、簡(jiǎn)單而又有效的方法。用于區(qū)分一定區(qū)域的砂巖類(lèi)型，并結(jié)合碎屑鋯石的年齡數(shù)據(jù)，尋找了其可能的物源區(qū)和母巖類(lèi)型。

礦物化學(xué)法

金紅石中富含多種高場(chǎng)強(qiáng)元素及高價(jià)元素，如V，Cr，Nb，Ta，Zr，Hf等。近年來(lái)，隨著地球化學(xué)測(cè)試手段的提高和使用，礦物化學(xué)的方法被廣泛應(yīng)用于碎屑金紅石的源區(qū)分析中。

物源分析中可能偶見(jiàn)具有異常成分的碎屑金紅石，通過(guò)與典型來(lái)源金紅石的地球化學(xué)組分對(duì)比，可以推測(cè)其來(lái)源。例如，富含W，Sn等元素的碎屑金紅石極有可能來(lái)自于與金屬礦床相關(guān)的母巖。一般而言，造山帶中含金紅石的巖漿巖并不會(huì)大片出現(xiàn)，而且這種金紅石往往以細(xì)小顆粒存在，因而對(duì)沉積巖中的碎屑金紅石貢獻(xiàn)很少。

鋯含量溫度計(jì)法

大量的研究表明，變質(zhì)巖中金紅石的Zr含量與其結(jié)晶溫度密切相關(guān)，因此Zr元素的含量常作為研究金紅石形成條件的溫度計(jì)。碎屑金紅石的研究中，隨機(jī)選取一些顆粒，分析顆粒不同部位的Zr含量，可以更好地解釋碎屑金紅石母巖的性質(zhì)及經(jīng)歷的地質(zhì)作用。

對(duì)于金紅石Zr含量溫度所代表的地質(zhì)意義，目前存在一些爭(zhēng)議。不同地區(qū)、不同地質(zhì)背景的巖石中金紅石Zr含量溫度解釋并不相同。主要是以下幾個(gè)方面：①金紅石進(jìn)變質(zhì)生長(zhǎng)溫度。②峰期變質(zhì)溫度。③不同程度的Zr擴(kuò)散和流體參與下的退變質(zhì)溫度。

U—Pb定年法

金紅石含一定量的U，最高可達(dá)幾百×10－6。因而相對(duì)較高U含量的金紅石是Pb-Pb和U-Pb定年的理想礦物。常用的測(cè)試方法包括同位素稀釋離子質(zhì)譜法(ID-TIMS)、激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜法(LA-ICP-MS)、二次離子探針質(zhì)譜法(SIMS)、高精度離子探針(SHRIMP)等。

沉積巖中金紅石的U-Pb體系封閉性好，在沉積、成巖作用中不容易受到后期改造，碎屑金紅石的U-Pb年齡記錄了母巖最后一次冷卻至封閉溫度的時(shí)間，與沉積巖中碎屑白云母的Ar-Ar年齡及碎屑磷灰石的裂變徑跡年齡類(lèi)似，可以用來(lái)研究源區(qū)母巖的冷卻歷史。

其他方法

金紅石的氧同位素廣泛運(yùn)用于俯沖帶演化相關(guān)的流體地球化學(xué)研究中，并常與其他礦物

(如石英等)聯(lián)系起來(lái)。

金紅石含一定量的Hf，而且具有低Lu/Hf比值，其放射性成因的Hf可以忽略不計(jì)。因此，Hf同位素和Lu/Hf比值常用于殼幔演化研究中。這也為碎屑金紅石示蹤母巖的性質(zhì)提供了基礎(chǔ)。

小結(jié)

金紅石不僅能作為原料用來(lái)生產(chǎn)二氧化鈦，在地質(zhì)研究中也能發(fā)揮重要的作用。碎屑金紅石作為沉積物中最穩(wěn)定的重礦物之一，蘊(yùn)含著大量豐富的物源區(qū)信息，是重要的沉積物源指示礦物。隨著分析技術(shù)的日趨改進(jìn)和完善，碎屑金紅石越來(lái)越受到沉積地質(zhì)學(xué)家的高度重視。