豆荚状铬铁矿豆状结构成因机制探讨--以遵化地区豆荚状铬铁矿为例

豆荚状铬铁矿是蛇绿岩套地幔构造岩中特征的矿产 ,其矿石发育丰富的岩浆 -变形结构构造类型 ,对认识大洋上地幔成因及其成矿过程具有重要意义。对遵化新太古代豆荚状铬铁矿的深入研究 ,发现它们发育了丰富的岩浆结构 (豆状结构、豆壳状结构等 ) ,还保留了大量凝缩标志和旋转特征。对比分析其各种特征结构发现豆状结构是由浸染状结构逐步演化形成的 ,并且旋转和凝缩是形成豆状结构的主要机理。豆荚状铬铁矿以其独特而稳定的物理化学特性 ,记录了大洋地幔深部岩浆活动(特别是扩张中心原始岩浆活动 )以及大洋岩石圈运动过程。因此 ,研究其成因机制能够为研究大洋上地幔动力学机制提供重要线索     

遵化新太古代豆荚状铬铁矿变形特征、变形机制及其大洋地幔扩张运移的指示意义

豆荚状铬铁矿是蛇绿岩套地幔构造岩中特征的矿产,其矿石发育丰富的岩浆活动-高温变形结构构造类型,豆荚状铬铁矿高温下仍具有稳定的物理化学特性,对认识大洋上地幔扩张、横向运移具有重要指示意义。在对遵化新太古代豆荚状铬铁矿显微构造的深入研究基础上,通过对比分析豆荚状铬铁矿结构构造特征(岩浆活动、低温变形),提出高温变形结构及其特征(拉长网孔结构、条带状、糜棱状结构等)。借鉴现代洋中脊及弧后盆地扩张的构造模型,提出华北新太古代豆荚状铬铁矿扩张中心形成后的显微构造演化序列,豆荚状铬铁矿变形机制的研究,可以提供认识早期大洋上地幔动力学过程的新线索。     

豆荚状铬铁矿床的研究现状及进展

豆荚状铬铁矿床是工业上冶金级铬铁矿石的最主要来源,对于其成因研究依然是各国地质学家最为关注的热点之一。文章着重概述了近年来国内外地质学者对豆荚状铬铁矿床成因研究的现状和最新进展。最新研究表明,显生宙以来的豆荚状铬铁矿床具有一定的成矿专属性,主要赋存于蛇绿岩套底部(壳-幔边界,即岩石莫霍面)地幔橄榄岩中的一定层位中。世界上含矿的地幔橄榄岩普遍具有垂直熔融分带特征,即上部偏基性,下部偏酸性。豆荚状铬铁矿床与纯橄岩-方辉橄榄岩相密接相关,却很少见有豆荚状铬铁矿床产于二辉橄榄岩中。豆荚状铬铁矿的成矿作用经历了由洋中脊(MOR)扩张环境向岛弧体系俯冲环境的转变过程,而岛弧环境(岛弧、弧后盆地、弧前盆地等)是形成冶金级豆荚状铬铁矿的最为有利的构造环境。富铬铬铁矿与纯橄岩、玻安岩(Boninite)均为亏损地幔橄榄岩再次高度熔融的最终产物,而玻安岩普遍产于岛弧环境。虽然玻安岩不是铬的有效载体,但玻安岩的熔离促使铬铁矿达到进一步的富集。铬铁矿中的铬来自原始地幔,主要来自于地幔橄榄岩中两种辉石的不一致熔融及其对副矿物铬尖晶石的改造。随着部分熔融程度的增高,地幔橄榄岩逐渐向富镁方向演变,而对应的造矿铬尖晶石也逐渐向富镁、富铬方向演变。     

再论蛇绿岩中豆荚状铬铁矿的成因——质疑岩石/熔体反应成矿说

着重论述了蛇绿岩地幔橄榄岩中豆荚状铬铁矿的成因,并对现今盛行的岩石/熔体反应成矿说提出了质疑。世界含铬铁矿的地幔橄榄岩均显示上部偏基性、下部偏酸性的垂直熔融分带,与蛇绿岩堆晶岩中上部偏酸性、下部偏基性的岩浆分异垂直层序恰恰相反。豆荚状铬铁矿与熔融剖面上部的纯橄岩或纯橄岩-方辉辉橄岩杂岩带紧密伴生。豆荚状铬铁矿是原始地幔岩高度熔融再造的产物,高铬型铬铁矿与PPG型蛇绿岩伴生,形成于岛弧或弧前盆地环境;高铝型铬铁矿与PTG型蛇绿岩伴生,形成于扩张脊（MOR）或弧后盆地环境。玻安岩（boninite）与高铬型豆荚状铬铁矿无成因关系,铬铁矿（或富铬矿浆）的形成反而为boninite提供了其形成所需的残余地幔;高铝型铬铁矿不是地幔橄榄岩/拉斑玄武质熔体反应形成的,而是富铬矿浆与基性熔体发生再平衡的产物。豆荚状铬铁矿中超高压矿物包体的出现为其地幔深部成因提供了佐证,而boninite形成于浅部较低压的条件;豆荚状铬铁矿中富集强相容元素IPGE（Os、Ir、Ru）合金,boninite富集不相容元素PPGE (Pt、Pd)硫（砷）化物, 而亏损IPGE,显示其形成较晚。因此,boninite与铬铁矿无生因关系,两者均受岛弧（或弧前盆地）环境的制约而在空间上相伴产出。     

铬同位素体系及其在铬铁矿成矿过程中的应用

近年来铬(Cr)同位素体系在示踪地幔部分熔融、岩浆结晶分异及俯冲带流体相关的地质过程中均取得了重要进展。本文通过实例研究综述了Cr同位素在铬铁矿成矿作用方向的主要进展,包括:(1) Stillwater层状岩体橄榄岩带和K?z?ldaˇg蛇绿岩壳幔过渡带内铬铁矿及共生硅酸盐矿物的Cr同位素研究,揭示了层状/似层状铬铁矿成矿过程中可能发生明显的Cr同位素分馏,且主要受结晶分异和岩浆补给过程控制;(2) K?z?lda?蛇绿岩豆荚状铬铁矿床的Cr同位素研究,证明了俯冲带地幔橄榄岩中尖晶石的部分熔融,可能是豆荚状铬铁矿床主要的成矿物质来源之一,同时俯冲带流体也可能直接参与成矿;(3)层状岩体及蛇绿岩中普遍存在矿物间的Cr同位素不平衡分馏现象,不仅可用以记录岩浆作用的冷却时间,同时也证明了铬铁矿成矿过程中释放的流体对矿物间的元素交换具有明显促进作用。     

西藏罗布莎不同类型铬铁矿的特征及成因模式讨论

蛇绿岩地幔橄榄岩中产出的豆荚状铬铁矿是铬的主要来源。已有的研究表明,豆荚状铬铁矿形成于洋中脊或俯冲带的浅部地幔环境。但随着近些年在豆荚状铬铁矿及围岩地幔橄榄岩中不断发现金刚石等深部矿物,人们也开始质疑豆荚状铬铁矿的浅部成因理论。本文系统研究了西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带东段的罗布莎豆荚状铬铁矿床,识别出两类铬铁矿,一类以方辉橄榄岩为围岩的致密块状铬铁矿(Cr1#),另一类是以纯橄岩壳为围岩的浸染状铬铁矿(Cr2#)。两类铬铁矿在铬尖晶石的矿物化学成分、PGE和Re-Os同位素特征上存在较大差别,属不同演化过程的结果。地幔橄榄岩的地球化学特征指示罗布莎橄榄岩中存在由低铬且轻稀土亏损和高铬且轻稀土富集的两类方辉橄榄岩。在此基础上,提出豆荚状铬铁矿为多阶段形成的新认识,经历了早期俯冲至地幔过渡带(410~660km)的陆壳和洋壳物质被脱水和肢解,过渡带产生的热和流体促成了地幔的熔融和Cr的释放和汇聚;铬铁矿浆在地幔柱/地幔对流驱动下,运移至过渡带顶部冷凝固结,并有强还原性的流体进入,后者携带了深部形成的金刚石、斯石英等高压矿物,并进入"塑性-半塑性地幔橄榄岩"中;随着物质向上移动,深度降低,早期超高压相矿物发生相变,如斯石英转变成柯石英,高压相的铬铁矿中出溶成柯石英和单斜辉石;在侵位过程和俯冲带环境,含水熔体与方辉橄榄岩反应形成了不含超高压矿物的规模相对较小的浸染状铬铁矿(Cr2#)及纯橄岩壳。     

蛇绿岩记录的大洋地幔内熔体迁移过程

大洋岩石圈形成演化的关键过程是熔体如何从软流圈地幔中抽取、迁移汇集并最终形成洋壳.蛇绿岩可能为揭示上述过程提供关键对象.前人研究发现,熔体在地幔中主要通过网脉状纯橄岩通道发生迁移汇聚,这种地幔通道与壳幔过渡带和洋壳内的岩浆体系共同构成大洋扩张中心的巨型熔体抽取系统.地幔深部来源的熔体在通过纯橄岩通道时,会发生复杂的熔岩相互作用,使得熔体和地幔的组成均发生变化,形成大洋岩石圈壳-幔组成解耦现象.在不同的大洋扩张中心,地幔内熔体迁移方式和过程是多样的,导致大洋岩石圈的结构和组成复杂多变.我国西藏雅江带蛇绿岩形成于多种构造体制(洋中脊、俯冲带等),其地幔内发育较为新鲜的纯橄岩通道样品,如纯橄岩、铬铁矿岩、辉石岩等.这些样品能够为深入研究地幔纯橄岩通道的成因、熔体在通道内的反应迁移过程,以及不同构造体制下大洋岩石圈壳-幔组成解耦与否的原因,提供新的窗口,同时有助于进一步认知大洋扩张中心巨型岩浆-动力系统、壳幔圈层分异和地球物质循环过程.     

我国铬铁矿床地质特征和找矿方向

我国已知的铬铁矿床均属于中小型豆荚状铬铁矿床,分布区域不均衡,开发利用条件差。豆荚状铬铁矿床包括高铬型和高铝型,两种矿床的形成环境和机制各不相同。弧后弧前盆地、岛弧、大洋中脊、转换断层均可能是豆荚状铬铁矿形成的理想构造环境,越来越多的学者认为豆荚状铬铁矿为深部地幔成因。铬铁矿是我国急缺的战略矿产,需要加大重要铬铁矿带隐伏矿体的找矿力度。     

西藏班公湖蛇绿混杂岩带演化特征

蛇绿岩带是大陆造山带中残存的古大洋岩石圈和上地幔的残片,它记录了洋壳地幔的对流、变形、熔融以及交代过程;蛇绿混杂岩带是不同时代、不同大小、不同构造环境的沉积物及洋壳和上地幔的残片,经俯冲消减、碰撞后混杂堆积构成的无序组合带,它涵盖了洋盆形成、俯冲消亡、弧-弧或弧-陆碰撞到陆内汇聚的造山作用时空演化全过程.从班公湖蛇绿岩带内部结构、岩石学特征、地球化学特征等方面进行了详细的野外调查和研究,最后从地质构造、地球化学及区域对比3个方面,分析了班公湖蛇绿岩的形成环境.     

铙钹寨岩体是蛇绿岩吗？——评“也谈铙钹寨超镁铁岩体的成因和构造类型的归属问题”

王希斌等根据铙钹寨岩体恢复的原岩由亏损强烈的方辉橄榄岩、纯橄岩和弱亏损的二辉橄榄岩组成以及有豆荚状铬铁矿存在,认为铙钹寨岩体属于大洋岩石圈地幔,是蛇绿岩的成员;并且还根据岩体存在两种地幔橄榄岩组合进一步推断铙钹寨岩体"可能经历了洋内扩张(形成 MOR 型的地幔残余)和洋内俯冲两个阶段的演化过程"。我们认为,铙钹寨岩体是交代的地幔橄榄岩,它不大可能是蛇绿岩;铙钹寨岩体的特征比较接近大陆岩石圈地慢而非大洋岩石圈地幔;铬铁矿不是判别蛇绿岩的标志;不能根据岩体存在强烈亏损和弱亏损的两种橄榄岩而推断其形成于两种环境。     

Chondritic osmium isotopic composition of Archean ophiolitic mantle, North China craton

Podiform chromitites are diagnostic but rare features of Phanerozoic ophiolites, and often contain the most pristine textural, chemical and isotopic record of convective upper mantle conditions extant during ophiolite genesis. Ophiolitic podiform chromitites, owing to their high Os concentrations and low Re/Os ratios provide the best evidence for the Os-isotopic evolution of oceanic mantle, but established records of ophiolitic chromites from bona fide Archean ophiolites are still lacking. We report Re–Os isotopic compositions of the world's oldest known ophiolitic podiform chromites from the 2.5 billion year old Dongwanzi–Zunhua ophiolite, North China. This provides the oldest Os isotope composition for the convective upper mantle yet obtained from ophiolitic podiform chromitites, and reveals a chondritic Os isotopic composition of the Archean convective upper mantle.     

Chromite deposits in China and their origin

The major chromite resources of China occur in ophiolites and continental intrusions. Podiform chromite deposits are mainly developed in the Palaeozoic and Mesozoic ophiolitic mantle sequences. They occur as tabular, lenticular, or irregular masses hosted by dunite lithologies, or dunite lenses, or harzburgite associated with dunite lenses. Main stratiform deposits occur within the Archean Northern China craton and are named as the Gaosi-type deposits, which are contained in intrusions similar to their Alaskan-type counterparts and are characterised by their ring-shaped ores. Stratiform deposits are also found in Phanerozoic ophiolites. Chromites in the ophiolites are chemically divided into high-A1 and high-Cr types, both of which plot in the alpine type field. Chromites from the Gaosi-type deposits belong to high-Fe type, possessing uniform Al contents. The podiform chromitites were generated from magmatic pockets in the mantle sequences, whereas those deposits (such as the Dadao deposit) in cumulate sequences had a similar origin but crystallized at shallower depths. Stratiform Gaosi-type deposits should have formed by accumulation of chromites which were in equilibrium with an ultramafic magma with a uniform Al content.     

元古代蛇绿岩及铬铁矿

本文总结了国外典型元古代蛇绿岩的岩石组合、野外产状、地球化学资料以及成矿特征,并与显生宙蛇绿岩进行了对比,继而探讨元古代板块构造演化和铬铁矿成因。资料表明,早元古代和中-新元古代均有蛇绿岩的存在,但前者较少,仅见于Canadian地盾的Cape Smith Belt中的Prutuniq蛇绿岩(2. 05～2. 0Ga)和芬兰Fennoscandian地盾的Outokumpu和Jormua蛇绿岩(时代为1. 97～1. 96Ga),而中-新元古代的蛇绿岩则见于世界许多地区,如埃及东部沙漠区(～750Ma)和非洲东北部地区(ca.900～800Ma)等。与显生宙蛇绿岩相比,这些老蛇绿岩具如下特征:(1)它们均为被肢解的蛇绿岩,大多与"弧火山岩"和(或)混杂岩伴生,经历不同程度的变形和变质(具绿片岩相-角闪岩相组合);(2)岩石组合大多较齐全,壳层组合发育,以镁铁-超镁铁岩(堆晶岩)、辉长岩、镁铁质席状岩床(墙)杂岩、火山岩为代表;层状镁铁-超镁铁岩的韵律层以及矿物的隐晶变化等均提示了岩浆多期次活动及开放岩浆房的特征;(3)元古代蛇绿岩中既有高铝型铬铁矿,也有高铬型铬铁矿,且主要寄主于纯橄岩(或蛇纹岩)中;高铝型和高铬型直接受控于熔体的熔融程度及含水流体的参与,反映了铬铁矿形成于俯冲带演化的不同阶段;铬铁矿规模均较小,且均以低TiO 2为特征,均为岩浆分异作用的产物,明显区别于显生宙熔融残余成因的豆荚状铬铁矿;(4)元古代蛇绿岩常伴有硫化物Cu-Co-Zn-Au矿,且铬铁矿含Zn较高(Zn=0. 11%～0. 18%)(如芬兰Outokumpu蛇绿岩);橄榄岩及铬铁矿中常含较高的MnO (高达1. 79%,如埃及东部的Wizer蛇绿岩);(5)元古代蛇绿岩具多种成因:主要为俯冲带成因(如埃及蛇绿岩、北东非蛇绿岩、芬兰Outokumpu蛇绿岩),少量为洋中脊成因(加拿大Purtuniq蛇绿岩)及裂谷成因(芬兰Jormua蛇绿岩)等。     

Chromite growth,dissolution and deformation from a morphological view point: SEM investigations

The SEM investigations on some chromite crystals show significant morphological differences between cumulate chromites (from stratiform complexes and from ophiolites) and chromites from podiform deposits (ophiolites). The later exhibit a rounded habit and abundant pits which are both the result of dissolution processes. Accordingly, the interpretation of the silicate inclusions within these chromites and the interpretration of the trace-elements distribution need great care. The nodules, a typical structure of the podiform chromites, are explained by a magmatic growth followed by a progressive recrystallization. The accessory chromites which define the mineral lineation in the tectonite peridotites from ophiolites have been deformed by processes of intracrystalline gliding, stretching and dissolution. In the harzburgites, the orthopyroxene has progressively exsolved at sub-solidus (symplektites) vermicular to massive chromite displaying euhedral forms. In the dunitic lenses, the idiomorphic chromites which are aligned parallel to the lineation may have also recrystallized in a solid state.     

西藏罗布莎豆荚状铬铁矿床深部找矿突破与成因模式讨论

中国铬铁矿资源的瓶颈状态已持续多年。最近,在西藏罗布莎蛇绿岩地幔橄榄岩的深部勘探发现200万t致密块状铬铁矿床,这是中国近50年来铬铁矿找矿的重大突破,对今后继续寻找同类型的铬铁矿床具有重要指导意义。蛇绿岩地幔橄榄岩中产出的豆荚状铬铁矿床是工业需求铬的重要来源。研究豆荚状铬铁矿的成矿作用和矿体围岩地幔橄榄岩地质特征,建立铬铁矿的成矿模型和找矿标志,是开展寻找同类型矿床的重要保证。随着近些年在豆荚状铬铁矿及围岩地幔橄榄岩中金刚石等深部矿物的不断发现和深入研究,人们对蛇绿岩型铬铁矿的物质来源和形成过程,有了新的认识,提出了铬铁矿的深部成因模式。研究认为深部成因铬铁矿床主要经历了4个阶段:(1)早期俯冲到地幔过渡带(410~660 km)的陆壳和洋壳物质被脱水和肢解,过渡带产生的热和流体促成了地幔的熔融和Cr的释放和汇聚;(2)铬铁矿浆在地幔柱驱动下,运移到过渡带顶部冷凝固结,并有强还原的流体进入,后者携带了深部形成的金刚石、斯石英等高压矿物,进入"塑性—半塑性地幔橄榄岩"中;(3)随着物质向上移动,深度降低,早期超高压相矿物发生相变,如斯石英转变成柯石英,高压相的铬铁矿中出溶成柯石英和单斜辉石;(4)在侵位过程和俯冲带环境下,含水熔体与方辉橄榄岩反应形成了不含超高压矿物的规模相对较小的浸染状铬铁矿及纯橄岩岩壳。进一步研究表明,同处雅鲁藏布江缝合带西段的几个大型地幔橄榄岩岩体与罗布莎岩体可以对比,经历了相同的构造背景和豆荚状铬铁矿的成矿作用,存在较大的找矿空间。     

Crystallization of Podiform Chromitites from Silicate Magmas and the Formation of Nodular Textures

Abstract: Podiform chromite deposits consist of numerous individual accumulations of chromite in the mantle sequences of ophiolites, suggesting formation in separate, mini-magma conduits in the upper mantle. They may show unique nodular and orbicular textures. Simple mixing of two distinct magmas, invoked for chromite deposits in layered intrusions, is inadequate to explain the formation of podiform chromite deposits. More likely, melt/rock interaction triggers the precipitation of chromite by addition of newly-formed droplets of melt to the main body of magma passing through a conduit, a process similar to that of magma mingling but involving a turbulent, moving magma so that newly-formed melt droplets behave like snowballs. These droplets concentrate chromite to form an outer shell and, while the magma is moving upwards, less dense silicate melts are squeezed out of the droplets as the shell collapses to form a nodule. Upon cooling, both orbicular and nodular textures are preserved in the chromitite.     

大洋地幔橄榄岩-铬铁矿中的金刚石和深地幔再循环

全球多地蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现微粒金刚石,并在中国西藏南部和俄罗斯乌拉尔北部的蛇绿岩铬铁矿中发现原位产出的金刚石,认为是地球上金刚石的一种新的产出类型,不同于金伯利岩型金刚石和超高压变质型金刚石。它们与呈斯石英假象的柯石英、高压相的铬铁矿和青松矿等高压矿物以及碳硅石和单质矿物等强还原矿物伴生,指示蛇绿岩中的这些矿物组合形成于深度150~300 km或者更深的地幔。金刚石具有很轻的C同位素组成（δ13C-18‰~-28‰）,并出现多种含Mn矿物和壳源成分包裹体。研究认为它们曾是早期深俯冲的地壳物质,达到>300 km深部地幔或地幔过渡带后,经历了熔融并产生新的流体,后者在上升过程中结晶成新的超高压、强还原矿物组合,通过地幔对流或地幔柱作用被带回到浅部地幔,由此建立了一个俯冲物质深地幔再循环的新模式。蛇绿岩型地幔橄榄岩和铬铁矿中发现金刚石等深部矿物,质疑了蛇绿岩铬铁矿形成于浅部地幔的已有认识,引发了一系列新的科学问题,提出了新的研究方向。      

PGE and PGM in the Luanga mafic-ultramafic intrusion in Serra dos Carajás (Pará State, Brazil)

The late Archean, Luanga mafic-ultramafic complex intrudes an Archean greenstone belt, that is mainly composed of ultramafic and mafic metavolcanics. The Luanga intrusion consists of dunite, peridotite, gabbro and norite; chromitite seams and layers are present in the ultramafic rocks.A metamorphic overprint transformed the primary paragenesis into a serpentine-talc-chlorite-tremolite and magnetite association. The magnetite is commonly altered to Fe-hydroxides. Unaltered chromite commonly displays atoll-like textures and a chemical composition typical of stratiform chromites (Cr₂O₃ below 45 wt%).Base-metal sulfides, base-metal alloys, platimum-group minerals and platinum group element bearing phases are present in the form of inclusions in the silicate assemblages and in or on the edges of chromite grains. The main minerals detected are pentlandite, pyrrhotite, millerite, chalcopyrite and mackinawite, Fe---Ni alloy, braggite, sperrylite and platinum group elements (PGE) bearing sulfo-arsenides. Braggite is associated with the chromite, whereas sperrylite lies on the edges of or is included in silicates. The PGE content of the massive and disseminated chromities is dominated by Pt (up to 8900 ppb) and the chondrite-normalized PGE profile shows a cuspidal shape with a Pt peak.The main hypothesis for the source of the PGE-rich magma, which fractionated the chromitite-bearing ultramafic magma, consists of a relatively primitive mantle that partially melted in the late Archean.     

蛇绿岩中铬铁矿研究的问题与思考

蛇绿岩中的铬铁矿广泛分布在全球不同时代和地区的造山带中，是工业铬矿的重要来源。金属铬的物理化学性质决定了其耐高温、耐腐蚀和抗氧化等许多特性，是生产不锈钢等特种钢、用于军工、航天等领域的重要战略资源。尽管研究历史悠久，但许多关键的科学问题并没有解决，是地球科学研究的前沿和热点。本文简述了铬铁矿的性质，综述了全球铬铁矿资源的分布与需求现状；通过大数据分析，回顾了铬铁矿的研究历史和进展；概述了蛇绿岩铬铁矿的主要产出特征和地质背景；探讨了研究中存在的关键科学问题，包括蛇绿岩豆荚状铬铁矿成矿母岩浆性质，成矿物质来源和聚集成矿作用以及成矿动力学背景；讨论了铬铁矿成因的不同模式以及相关的高温高压实验岩石学的研究进展；综述了蛇绿岩铬铁矿中新发现的一系列新矿物及其地质意义，提出蛇绿岩铬铁矿是研究俯冲物质深地幔循环和地球深部动力学的重要窗口等新认识。