寻找超高压地幔矿物的储存库——豆荚状铬铁矿

沿印度河—雅鲁藏布江缝合线出露的罗布莎蛇绿岩块位于拉萨南东 2 0 0km处 ,含有地幔矿物群。罗布莎蛇绿岩主要由地幔方辉橄榄岩、堆晶岩和蛇纹混杂岩组成。由 60～ 70种矿物组成的一个地幔矿物群出现在方辉橄榄岩相内的豆荚状铬铁矿中。这些矿物包括 :自然元素矿物 :金刚石、石墨、金、铜、铁、镍、硅、铬、铝、钨、锌、铅、锡 ;铂族矿物 :铱锇矿、锇铱矿、铱锇钌矿、含锇铱矿、含铱钌矿、Ir Os硫化物 ;合金 :FeSi,FeNi,SiC ,CrC ,NiC ,NiCrC ,Au Ag ,Ag Au ,Ag Sn ,AlFe ,IrFe ,NiFeCr,NiIrFe ,FeC ,FePtPd ;硫 (砷 )化物 :黄铁矿、毒砂、镍黄铁矿、闪锌矿、方铅矿、三方闪锌矿 ;氧化物 :铬铁矿、含硅镁尖晶石、刚玉、方镁石、金红石、方铁矿、锰方铁矿、CaO、石英 ;磷酸盐 :磷灰石 ;硅酸盐 :橄榄石、斜顽辉石、铬透辉石、锆石、榍石、硅线石、蓝晶石、角闪石、白云母、黑云母、金云母、钙铬榴石、钙铁榴石、镁铝榴石、铬绿泥石、蛇纹石、八面体假象蛇纹石、八面体假象绿泥石 ;碳酸盐 :方解石、白云石等。文中只介绍几个矿物 ,如金刚石、碳硅石、富Cr铬铁矿、富Si顽辉石、富Mg橄榄石、锆石、含硅镁尖晶石、八面体硅酸盐以及含水硅酸盐的深部爆破结构。这些矿物信息对地幔研究具有重要意义。     

西藏罗布莎铬铁矿床中的金刚石包体X更线衍射研究

在西藏罗布莎蛇绿岩的豆荚状铬铁矿石及橄榄岩中找到了金刚石,少数金刚石存在有硅酸盐包体。本研究采用X射线衍射中的CCD(电子藕合)探测技术,测得了粒度仅为20 μm左右的包体矿物的粉晶X衍射数据,数据表明该硅酸盐包体有两种,为滑石和蛇纹石。从而说明了西藏罗布莎产于蛇绿岩中的金刚石是天然金刚石,并非“人工合成物”。     

西藏蛇绿岩的超高压矿物：FeO、Fe、FeSi、Si和SiO2组合及其地球动力学意义

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的东段，出露罗布莎蛇绿岩块和豆荚状铬铁矿床。从豆荚状铬铁矿石中查明60－70种伴生矿物，其中包含FeO、Fe、FeSi、Si和SiO2组合。根据超高压－高温实验，该组合应形成于地球外核与下地幔之间的D“层，是地球外核的液态铁与镁硅酸盐钙钛矿（MgSiO3)相互化学反应的产物。西藏该超高压矿物组合揭示了蛇绿岩地幔活动可能深达地球外核。罗布莎蛇绿岩的该矿物组合可能是地幔－外地核之间的产物，或者是被对流作用，亦是被起源于D“层的地幔柱活动带到上地幔的。铬铁矿在地幔中结晶，并捕获了该矿物组合。     

雅鲁藏布江蛇绿岩带的康金拉铬铁矿中发现金刚石

西藏罗布莎铬铁矿床位于特提斯-喜马拉雅构造带的东端,即西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的东段.它在区域构造上受控于雅鲁藏布江缝合带,北侧为冈底斯-念青唐古拉构造带,南与喜马拉雅构造带毗邻.罗布莎蛇绿岩分布在拉萨东南大约200 km,东西走向延长43 km,最宽处4 km,面积约70 km2.     

记录地幔中存在氧元素的自然铁-方铁矿组合

笔者在西藏蛇绿岩的铬铁矿石中发现了十分复杂的地幔矿物群,其中包括自然铁-方铁矿的共生组合,它们被认为是外地核和下地幔的物质通过地幔柱作用携带到上地幔的。新发现的自然铁-方铁矿组合表明,外地核液态铁溶解有部分氧,当液态铁由外地核上升时,氧从液态铁中析出并呈不混溶状态存在于液态铁中。随着乳滴状自然铁球粒向上运移,在降压条件下液态铁和氧元素发生化学反应生成方铁矿(包括NI AS结构)。当氧耗尽时,在方铁矿中遗留下氧耗尽的空洞,形成眼球状构造。因此,眼球构造可能是外地核向地幔释放氧,下地幔内存在氧元素的历史记录。     

新矿物:罗布莎矿

最近在西藏罗布莎村豆荚状铬铁矿石中发现一个由70~80种矿物组成的地幔矿物群,其中包括新矿物罗布莎矿,还有金刚石、柯石英、碳硅石、方铁矿、以及Fe-Si相矿物。所有这些矿物都是从豆荚铬铁矿石的人工大样中经选矿后得到的。罗布莎矿作为主矿物而含有自然硅和fersilicite[FeSi]的包裹体或呈交生体与自然硅共生。罗布莎矿呈不规则粒状,粒径0.1~0.2mm,由细粒聚合体组成,呈钢灰色,金属光泽,不透明。以Si为基础实验分子式为Fe0.83Si2。X-射线分析资料斜方晶系,空间群Cmca,a=9.874(14)A。,b=7.784(5)A。,c=7.829(7)A。,V=601.7(9)A。3,Z=16。罗布莎矿已为国际新矿物和矿物命名委员会批准,样品保存在中国地质博物馆。     

地球深部金属碳化物的晶体化学

金属碳化物的矿物十分稀少,但人工合成物则在化学成分及晶体结构两方面分布均较为丰富,可分成两种结构类型,即填隙结构型及复杂化合物型,其形成机理与碳原子与金属原子的半径比(Rc/Rm)有关。金属碳化物是西藏罗布莎铬铁矿床地幔矿物群的重要组成部分。列举了在该地区已发现的若干金属碳化物种属。探讨了该类矿物的形成机理以及该类矿物中的某些种属表征其形成的温度、压力状态的可能性。     

核-幔物质晶体化学、矿物学及矿床学初探

大量的高温、高压实验表明随着温度和压力的增加 ,地幔氧化物及硅酸盐的晶体结构会发生与其温度和压力相适应的多型转变 ,并导致元素金属性的增加 ,即氧离子半径的缩小以及硅和其他阳离子半径的增大。来自地核部分物质的晶体化学及晶体物理目前还很少涉及 ,根据其物质组成 ,可能具有金属及金属互化物的性质 ,即原子呈等大球最紧密堆积 ,具有高熔点、难溶性等特征。在地球形成时作为地核物质是最先凝聚的 ,并由于重力分异沉入地核 ,上升至浅部时不与其他元素化合 ,保持了零价状态 ;等大球最紧密堆积使其在地球各层圈中晶体结构保持恒定。地幔热柱使核、幔物质上升至地球浅部成为可能 ,并形成矿物及矿床。以西藏罗布莎铬铁矿床为例 ,已经发现了多达 5 0种的铂族元素矿物、铁族元素矿物及其金属互化物 ,包括成分复杂多变的Os Ir ,Os Ir Ru ,Pt Fe ,Ir Fe Ni,Fe Ni Cr及Fe Co等矿物 ,它们还与来自核幔边界的Si,Fe ,FexSiy,FeO和SiO2 矿物共生 ,其中铂属矿物及其金属互化物矿物应视为来自E层的地核矿物 ;探讨了该区矿物与陨石矿物在共生组合方面的相似性 ,地核矿物的聚集可能会形成新型的金属元素矿床     

西藏罗布莎蛇绿岩地幔岩中首次发现超高压矿物方铁矿和自然铁

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的东部,距拉萨市200km的罗布莎蛇绿岩的豆荚状铬铁岩中,发现方铁矿和自然铁。而且以自然铁为核心并包裹于方铁矿中,两者形成圆球形态。自然铁的空间群为Fm3m,晶胞参数a=0．28663nm。方铁矿空间群为Fm3m,晶胞参数a=0．43070nm。根据有关实验资料推断,高压矿物方铁矿和自然铁来自下地幔,并且可能为核幔边界化学反应生成物。     

藏南罗布莎蛇绿岩豆荚状铬铁矿中的铂族元素和贱金属合金

铂族元素和贱金属合金矿物选自西藏南部罗布莎蛇绿岩的豆荚状铬铁矿石中,包括Os-Ir、Os-Ir-Ru、Pt-Fe、Ir-Ni-Fe、Fe-Ni-Cr和Fe-Co,它们都具有成分上的广阔变动。此外还见到少量的金刚石、石墨、SiC和未定名的Cr-C、Fe-Si等合金;自然Fe、Ni、Cr、Cu和Si。这些合金和自然元素矿物是选自于铬铁矿的人工重砂样品中,但是有些矿物呈包裹体或呈连晶与铬尖晶石共生。它们大多为半自形和它形的颗粒状矿物,偶有完好晶体保存,矿物粒径0．05～0．5mm。有些矿物颗粒呈浑圆形,认为是液态乳滴。富Ru的铂族元素合金,Fe-Ni、Fe-Co合金,以及自然铁和自然镍,可以被解释成由铂族硫化物蚀变物。但是Pt-Fe、Os-Ir、Ir-Ni-Fe、FeSi合金、自然Si、FeO(方铁矿)等,认为是来自地幔的外来(捕虏)晶体,是被地幔柱搬运到浅部的,最后被铬铁矿浆捕获并成为其包体。