锆石（ZrSiO₄）的主微量元素特征（如Ti、Eu元素和Si、O、Hf等同位素）不仅可以较好的反映岩浆演化过程中的物理化学状态，还可以有效的示踪岩浆物质的来源及详细的岩浆演化过程（如岩浆混合、分异等）。最新研发的微区原位分析技术可以精确的测定锆石的Zr同位素组成，结果显示单颗粒锆石最大的Zr同位素分馏可达~5‰，这使得锆石Zr同位素在示踪岩浆分异演化方面具有广阔的前景。然而，锆石结晶过程中如何产生如此显著的Zr同位素分馏存在巨大的争议。

锆石多产于中-酸性火成岩中，其在一些基性岩（如辉长岩或橄长岩）中也可结晶。基性岩浆分异过程中，由于熔体温度通常较高且贫硅，难以达到锆石的饱和结晶状态，因此基性岩中的锆石通常形成于晚结晶的矿物间隙，或者被早期形成的贫Zr矿物所包裹；反之，中-酸性岩浆不仅温度相对较低且具有较高的Zr含量，从而较容易达到锆石饱和结晶状态，因此中-酸性岩中锆石结晶相对较早且可以一直持续至岩浆完全冷凝，这也使得其中锆石的粒径变化较大。手标本中锆石产状的差异是否与锆石巨大的Zr同位素分馏相关尚不清楚。

图1（a）二长闪长岩和（b）粗粒钾长花岗岩薄片中锆石的产状特征；（c-d）不同产状锆石颗粒的Zr同位素组成和Zr/Hf比值. Zrn：锆石，Ap：磷灰石，Bt：黑云母，Kfs：钾长石，Mag：磁铁矿，Cpx：单斜辉石，Ti：榍石

石岛碱性杂岩体是典型的岩浆多阶段结晶分异的产物。它主要由辉长岩、二长闪长岩、辉石正长岩、角闪石正长岩、石英正长岩和钾长花岗岩以及包裹其中的镁铁质包体和脉体组成，这些岩石中均含有大量的锆石，这为研究不同成分岩浆结晶分异过程中锆石产状与单矿物尺度显著的Zr同位素分馏之间的关系提供了理想对象。

图2（a-d）锆石的Zr同位素与Zr/Hf比值之间的协变关系。空心圆圈代表了从岩石手标本中分离出的锆石颗粒；图（a）和（c）中实心圆圈代表了岩石薄片中不同产状的锆石颗粒；图（d）中实心圆圈代表了继承的锆石颗粒. 黄色方框代表了寄主岩石的Zr同位素及Zr/Hf比值. N代表了分析锆石的颗粒数量。

中国地质大学（武汉）壳幔交换动力学科研团队的袁禹博士后在合作导师宗克清教授及郭京梁副教授的指导下，与巴黎地球物理学院Frédéric Moynier教授等人合作，通过对石岛碱性杂岩体内二长闪长岩和钾长花岗岩中（分别代表基性和酸性端元）不同产状的锆石进行Zr同位素和微量元素剖面分析，并与分离的锆石颗粒进行对比，获得如下结果：

（1）大部分锆石颗粒具有核部轻边部重的Zr同位素特征，相应的Zr/Hf比值则是由核到边逐渐降低；少量锆石颗粒呈现相反的趋势（图1c-d）；

（2）基性岩中，被包裹的锆石具有极高的Zr/Hf比值和极低的δ⁹⁴Zr；而产于主要造岩矿物间隙的锆石和分离的锆石均具有较低的Zr/Hf比值和较高的δ⁹⁴Zr（图2a）；

（3）酸性岩中，分离的大颗粒锆石具有相对较高的Zr/Hf比值和较低的δ⁹⁴Zr；而薄片中与磷灰石共生的小颗粒锆石则具极低的Zr/Hf比值和极高的δ⁹⁴Zr（图2c）；

这些发现表明大部分锆石结晶会优先富集轻的Zr同位素，少量核部δ⁹⁴Zr比边部高的锆石（如粒间锆石）可能与贫锆矿物生长过程中驱离Zr元素有关（⁹⁰Zr比⁹⁴Zr扩散更快），这两种不同的环带特征均与动力学模拟的结果相符合。另一方面，由于锆石的产状和Zr/Hf比值可以推断锆石的相对结晶顺序，譬如被包裹的锆石（高Zr/Hf比值）肯定比粒间的锆石结晶早（低Zr/Hf比值），大颗粒锆石（高Zr/Hf比值）肯定比小颗粒锆石结晶早（低Zr/Hf比值），而锆石的δ⁹⁴Zr与Zr/Hf比值具有较好的相关性（图2），因此我们推断锆石的结晶顺序可能是单矿物尺度巨大Zr同位素分馏的成因。另外，鉴于薄片中不同产状的锆石的地球化学特征明显不同，我们认为仅通过分离的锆石的地球化学特征对其寄主岩浆的成分进行约束可能存在问题。

本研究受国家自然科学基金（42203018、42273017、41922021）、博士后面上项目（2021M692978）和湖北省创新群体（2020CFA045）的资助。

文章信息（*为通讯作者）：Yuan, Yu, Zong, Keqing*, Guo, Jing-Liang, Zhang, Wen, Wang, Zaicong, Moynier, Frédéric, Feng, Lanping, Hu, Zhaochu, Liu, Yongsheng, 2023. Linking Significant Zr Isotopic Fractionation in Magmatic Zircons with Petrographic Textures. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 128 (10) e2023JB026915. https://doi.org/10.1029/2023JB026915