锆石微破裂过程的离散元模拟

学术精汇

作者：

袁志煌1 田云涛*1 2 高燕1 2

作者单位：

1. 中山大学地球科学与工程学院，广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室2. 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)

摘要：

锆石中富含放射性元素U和Th，其U-Pb、U-Th-He与裂变径迹分析方法是最常用的地质热年代计，但这些年龄均与锆石的辐射损伤程度有关。锆石中放射性元素U和Th衰变所导致的晶体自辐射损伤，会改变晶体的物理和化学性质，在微观上表现为蜕晶化，宏观上则表现为密度降低和体积膨胀。不同生长环带间的差异膨胀产生相对膨胀力，导致锆石发生微破裂。为了探究微破裂的发育过程与机制，本文基于锆石自辐射损伤-体积膨胀经验关系，利用离散元模拟方法，模拟核-边双层锆石自辐射损伤过程中内部应力分布；结合锆石的弹性模量与抗拉强度，模拟自辐射损伤与围压对核部高U、Th（模型Ⅰ）与边部高U、Th（模型Ⅱ）两类锆石微破裂发育的影响。结果显示随着自辐射损伤及体积膨胀的增大，锆石微破裂过程具有显著的阶段性：模型Ⅰ边部破裂对称发育，从单条逐渐发育成空心“十”字与“米”字形破裂网络；模型Ⅱ核部发育的多个同心状破裂是由早期放射状破裂随自辐射损伤增强而拓展并逐渐相连而形成。围压的影响效果与自辐射损伤程度有关：低自辐射损伤下，围压增加会抑制模型Ⅰ边部与模型Ⅱ核部破裂的发育与拓展；高自辐射损伤下，随着围压的增大，模型Ⅰ放射状破裂密度增大，而模型Ⅱ同心状破裂数目减少。锆石中微破裂的发育将晶体分割成若干亚颗粒，改变原子扩散出颗粒的路径与距离，因此本文对锆石微破裂过程的研究，对于理解锆石中元素的扩散及相关的地质应用具有参考意义。

关键词：

锆石微破裂自辐射损伤蜕晶化离散元模拟

刊期：

2024，8（40）

所属栏目：

基金资助：

国家自然科学基金项目(42172229、42488201),南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）(SML2023SP239)

分类号：

P578.941,P597.3

DOI：

10.18654/1000-0569/2024.08.17

页数：

页码：

2574-2584

来源期刊

岩石学报

Acta Petrologica Sinica