西藏罗布莎铬铁矿体围岩方辉橄榄岩中的异常矿物

近些年,我们在西藏罗布莎蛇绿岩型铬铁矿中发现金刚石和柯石英等超高压矿物和异常地幔矿物,成果多次在美国AGU会议上做特邀报告,发表在2007年(Geology)和国内期刊上,并有4个新矿物获得国际新矿物委员会批准.这些成果在国内外引起广泛关注,也引发出一系列新的科学问题,例如,金刚石的赋存状态,物质来源和成因?与其伴随的铬铁矿的成因,与金刚石的关系?两者形成的地质背景、物理化学环境、保存和运移的规律、机制,等等.为了探讨这些问题,我们认为除了研究罗布莎铬铁矿之外,还应该开展铬铁矿的围岩地幔橄榄岩的研究,看看它们中都有什么矿物,与铬铁矿中的矿物究竟存在什么异同以及两者之间的成因联系?为此,我们从西藏罗布莎铬铁矿31号矿体不同高度取回两个各自为1吨重的方辉橄榄岩围岩样品,开展人工重砂矿物的分选.通过矿物成分、激光拉曼和X射线衍射光谱的研究,从中识别出金刚石等50余种矿物.经初步对,认为铬铁矿围岩方辉橄榄岩中发现的矿物组合与铬铁矿中相似,表明两者存在成因上的联系,并可能共同经历了从深部到浅部的地质过程.     

西藏罗布莎铬铁矿中的原位铂族矿物研究:铬铁矿结晶环境的指示

本文对罗布莎三个矿区的铬铁矿进行了详细的原位PGM研究,发现罗布莎各个矿区的铬铁矿中PGM组合和显微结构不同,暗示PGM能够记录铬铁矿形成与演化过程。罗布莎矿区的PGM显微特征显示铬铁矿结晶于高温、低硫逸度的环境中,可能系岩石/熔体反应和结晶分异双重作用下的产物;康金拉矿区的原位PGM主要为组合型包裹体,有少量产于铬铁矿裂隙之间的贱金属硫化物和合金矿物,为不同来源的熔体混合作用的结果,并暗示铬铁矿成矿后还受到热液流体的改造;香卡山矿区的PGM表明铬铁矿成矿之后遭受到还原性流体的交代作用,铬铁矿中早期结晶出来的硫化物或者铂族矿物被还原改造,形成铁镍矿等次生矿物,保存于铬铁矿粒间或者铬铁矿的裂隙中,这个过程可能与蛇纹石化或者晚期构造流体改造作用有关。罗布莎原位PGM研究表明,PGM矿物贯穿于铬铁矿结晶成矿过程的始终,PGM的矿物及其组合能够记录铬铁矿结晶时母熔体的物理化学条件,甚至还能反映铬铁矿成矿后所经历的后期构造热液事件。因此,结合单矿物分选和原位调查两种方法,查明铬铁矿中PGM的赋存类型及微观结构,对全面理解铬铁矿的成矿过程有重要意义。     

西藏罗布莎豆荚状铬铁矿中发现超高压矿物柯石英

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带东段的罗布莎豆荚状铬铁矿床中发现典型的超高压矿物柯石英和蓝晶石, 二者呈针柱状交生, 产在一个以TiFe合金成分为主的颗粒(0.7mm× 0.5mm大小) 的最外部.该颗粒从内到外由4层矿物组成, 分别为TiFe合金主体、2 0~ 70 μm宽的自然钛、约10 μm宽的TiSi合金及30~ 5 0 μm宽的柯石英和蓝晶石为主的硅酸岩和氧化物层.主体矿物为高Ti低Fe的TiFe合金, 内部出现由细粒状低Ti高Fe的TiFe合金和自然钛组成的蠕英结构.最外层由柯石英和蓝晶石组成的格架中分布细粒的Si金红石和Ti-Mg -K -Na -Ca氧化物.初步认为TiFe合金从深部高温高压环境往浅部上升过程中, 内部发生局部熔融, 分解出自然Ti, 并在其边部与其他硅酸岩矿物或熔体发生反应, 形成柯石英和蓝晶石.这一过程可能发生在洋脊拉张环境, 由于地幔柱的上涌, 将深部的豆荚状铬铁矿带到浅部, 使得其中包裹的一些高温高压环境下稳定的矿物变得不稳定, 发生熔融和交代反应, 形成新的不平衡的矿物组合.罗布莎柯石英的这种不寻常产出特征说明是在减压过程中形成, 不同于造山带中常见的由板块俯冲增压过程中形成的柯石英      

西藏罗布莎蛇绿岩豆荚状铬铁矿石中的合金成分

从西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的罗布莎豆荚状铬铁矿床中 ,揭示出包含 70～ 80种矿物的一个地幔矿物群 ,其中特别引人注意的是含有多种合金。本文报道了已发现的合金类型和它们的化学成分。这些合金矿物主要通过人工重砂选矿提取的 ,少数合金在矿石光片中可以见到。本文报道的部分合金系有 :Ni(Fe) - C- Cr系 ,W-Cr- Co系 ,Al- Fe- L a系 ,Fe- Si- Ti系 ,Ag- Sn- Si系 ,Ni- Ir- Fe系 ,Fe- Pd- Pt系 ,Fe- Ni- C系。这些碳化物、金属硅以及铁合金等表明它们形成于还原环境 ,然而主岩铬铁矿石则形成于氧化环境 ,认为罗布莎铬铁矿是从玻安质岩浆中结晶的。这样合金矿物可能是外来晶体 ;或者它们形成于地核被后来上升的地幔柱带到浅部 ,包在铬铁矿中 ;或者是滞留在地幔中的成核物质后来被铬铁矿捕获。     

西藏蛇绿岩中不寻常的地幔矿物群

在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩的铬铁矿中，首次发现由100余种（亚种）矿物组成的地幔矿物群，其中包括：自然元素，合金，氧化物，硫（砷）化物和硅酸盐。根据实验资料，其中一部分是超高压成因矿物。可能来自地球核-幔边界，是地球外核与下地幔底部硅酸盐之间化学反应的产物，另一部分矿物可能来自下地幔，过渡带和上地幔。西藏地幔矿物群，无论在矿物学和地球动力学上均有重要意义。     

西藏罗布莎蛇绿岩中不同产出的纯橄岩及成因探讨

罗布莎蛇绿岩中的纯橄岩有三种产出情况,除了与豆荚状铬铁矿伴生的薄壳状纯橄岩外,还有产在方辉橄榄岩底部被认为是堆晶岩的厚层状纯橄岩和方辉橄榄岩中的透镜状纯橄岩。厚层状纯橄岩约700～1000m厚,以橄榄石富镁(Fo93～95),单斜辉石低铝富镁(Al2O30.47%～0.85%,Mg#95～97),铬尖晶石高铬低镁(Cr#值平均77,Mg#平均51)为特征。该纯橄岩中的浸染状铬铁矿也是高铬低镁型,但Mg#值(平均59)高于厚层状纯橄岩的副矿物铬尖晶石。薄壳状纯橄岩与厚层状纯橄岩成分相近,其橄榄石Fo92～94,单斜辉石Al2O3<1%和Mg#95～97;铬尖晶石的Cr#值平均71,Mg#值平均52。与薄壳状纯橄岩伴生的块状铬铁矿为高镁高铬型,但Mg#值(平均68)相对更高些,Cr#值平均79。透镜状纯橄岩的特征是橄榄石Fo(91～92)和铬尖晶石Cr#(60左右)均低于前两类纯橄岩,但单斜辉石的Al2O3(1.41%～1.71%)则高于前两者。透镜状纯橄岩的矿物成分与方辉橄榄岩重叠,两者为渐变过渡关系。研究对比表明,罗布莎厚层状纯橄岩不同于经典的蛇绿岩的超镁铁质堆晶岩,认为将其成因解释为拉斑玄武质熔体与地幔橄榄岩的反应较为合理。透镜状纯橄岩与方辉橄榄岩存在成生联系,可能是地幔橄榄岩高度部分熔融的产物,或熔体和方辉橄榄岩在原位发生反应的产物;薄壳状纯橄岩成因与厚层状纯橄岩相同,但与其相伴的块状铬铁矿是否由拉斑玄武质熔体与方辉橄榄岩反应形成,值得商榷。     

铬在橄榄石中的赋存状态：西藏罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿中的富铬橄榄石及对深部地幔成因的启示

西藏罗布莎蛇绿岩的地幔橄榄岩和铬铁矿中含有目前世界上已知最富铬的包裹体橄榄石(Cr2O3含量最高达1.49%)和富含铬铁矿出溶体的变形残晶橄榄石。通过对富铬橄榄石产出特征和其中Cr与其他元素相关关系的分析,结合前人的研究,指出铬是以还原态的Cr2+进入橄榄石晶格的,Cr2+可能以占据空位和部分替代Fe2+的方式稳定于富铬橄榄石初始相的晶格中。鉴于前人在罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿中大量超高压强还原相矿物的发现,认为这些富铬橄榄石的初始相可能为形成于地幔过渡带或下地幔的瓦兹利石或林伍德石,富铬橄榄石的产出也反过来证明了罗布莎地幔橄榄岩和铬铁矿中部分物质的深部地幔来源。     

极地乌拉尔豆荚状铬铁矿中发现金刚石和一个异常矿物群

1前言自1980报道在西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿的人工重砂样品发现金刚石[1]和八面体假象蛇纹石[2]以来,已经发现了一个由70～80种矿物组成的地幔矿物群[3]。近些年的重要新进展有:(1)铬铁矿中发现超高压矿物柯石英和蓝晶石,EBSD研究     

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。     

西藏罗布莎铬铁矿区电磁波CT应用效果

结合罗布莎铬铁矿区Ⅶ矿群实例,对地下电磁波CT的方法技术、解释推断作了概括,指出地下电磁波CT在铬铁矿区的应用是可行和有效的,可以确定矿体在两孔间的位置、延伸、产状及见矿连通情况,以及发现孔间盲矿体.     

西藏蛇绿岩豆荚状铬铁矿中简单氧化物矿物组合及其超高压成因

最近在西藏罗布莎蛇绿岩豆荚状铬铁矿中,发现包括金刚石、柯石英和某些简单氧化物,诸如SiO2、MgO、Fe2O3、Cr2O3、Al2O3以及(Si,Ti)O2等组成的矿物群。这些矿物是非常复杂的由70~80种矿物组成的地幔矿物群的一部分。这充分证实在地幔中存在简单氧化物。高压-高温相平衡实验表明,硅酸盐矿物在下地幔条件才可分解成FeO、MgO和SiO2等简单氧化物(>670km)。因此有理由认为罗布莎简单氧化物可能来自下地幔深部。     

In-situ Moissanite in Dunite: Deep Mantle Origin of Mantle Peridotite in Luobusa Ophiolite, Tibet

We report the discovery of an in-situ natural moissanite as an inclusion in the Cr-spinel from the dunite envelope of a chromitite deposit in Luobusa ophiolite, Tibet. The moissanite occurs as a twin crystal interpenetrated by two quadrilateral signal crystals with sizes of 17 μm× 10 μm and 20 μm× 7 μm, respectively. The moissanite is green with parallel extinction. The absorption peaks in its Raman spectra are at 967-971 cm-1, 787-788 cm-1, and 766 cm-1. The absorption peaks in the infrared spectra are at 696 cm-1, 767 cm-1, 1450 cm-1, and 1551 cm-1, which are distinctly different from the peaks for synthetic silicon carbide. Moissanites have been documented to form in ultra-high pressure, high temperature, and extremely low fO2 environments and their 13C-depleted compositions indicate a lower mantle origin. Combined with previous studies about other ultra-high pressure and highly reduced minerals in Luobusa ophiolite, the in-situ natural moissanite we found indicates a deep mantle origin of some materials in the mantle sequence of Luobusa ophiolite. Further, we proposed a transformation model to explain the transfer process of UHP materials from the deep mantle to ophiolite sequence and then to the supra-subduction zone environment. Interactions between the crown of the mantle plume and mid-ocean ridge are suggested to be the dominant mechanism.     

西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿中金刚石的研究

在西藏罗布莎豆荚状铬铁矿中发现过金刚石,但迄今仍有人因为自己所取的小试样中没有分离出金刚石而否定罗布莎等地金刚石的存在。由于金刚石涉及西藏雅鲁藏布江缝合线和蛇绿岩、铬铁矿成因等问题,笔者重新在罗布莎铬铁矿中取样,经过选矿,又在1500kg样品中选出了25粒金刚石和近70种伴生矿物。这就表明西藏金刚石是的确存在的,而且它和蛇绿岩的铬铁矿同是深部成因的产物。     

古老大陆岩石圈地幔再循环与蛇绿岩中铬铁矿床成因

不同地区、不同时代蛇绿岩中不同类型铬铁矿岩的Re-Os同位素研究表明,在铬铁矿石或围岩中均存在极度亏损的具有大陆岩石圈地幔属性的物质。新疆达拉布特古生代蛇绿岩带中萨尔托海富Al铬铁矿岩的Os同位素组成为0.1109～0.1256,对应的模式年龄为3.5～0.6Ga;西藏班公湖—怒江中生代蛇绿岩带中东巧富Cr铬铁矿石及围岩Os同位素组成介于0.1175～0.1261,对应的模式年龄为1.5～0.1Ga;雅鲁藏布江中生代蛇绿岩带中罗布莎富Cr铬铁矿岩的Os同位素变化范围为0.1038～0.1266,对应的模式年龄为3.37～0.28Ga,而该带中不含矿的泽当二辉橄榄岩的Os同位素组成为0.1256～0.1261,没有古老大陆岩石圈地幔属性的物质存在,与新特提斯洋地幔Os组成较为接近。推测在蛇绿岩形成过程中,古老大陆岩石圈地幔参与循环有利于形成铬铁矿床,明确提出"熔体与古老大陆岩石圈地幔反应成矿"的假说,指出蛇绿岩带中存在的古老微陆块可能是找矿的指示标志。     

Unusual Mantle Mineral Group from Chromitite Orebody Cr-11 in Luobusa Ophiolite of Yarlung-Zangbo Suture Zone, Tibet

A wide variety of unusual mantle has been reported from podiform chromitite orebodies Cr-31 and Cr-74 in the Luobusa (罗布莎) ophiolite, Tibet. A detailed investigation of chromitite ore-body Cr-11, located in the Kangjinla (康金拉) district at the eastern end of the ophiolite, has revealed many of the same minerals, including diamond, moissanite, and some native elements, alloys, oxides, sulphides, silicates, carbonates, and tungstates. This orebody is particularly rich in diamonds, with over 1 000 grains recovered from about 1 100 kg sample of chromitite. More detailed studies and experi-ments are needed to understand the origin and significance of these unusual minerals because they have not been found in situ. It is a great breakthrough in mineralogical research that we have picked up more than 40 kinds of minerals from the Kangjinla chromite deposit in Luobusa. It is notable that a large amount of diamonds were firstly discovered from the Kangjinla chromite deposit as well as many other unusual minerals, such as moissanites, rutiles, native irons, and metal alloys. Especially, that diamond was found again in different chromitites In the same ophiolite belt provided new key evidence for discussing the origin of the diamond and the hosted ehromitite and ophiolite. The mantle mineral group in Tibet has great significance in mineralogy and geodynamics.     

来自蛇绿岩地幔的硫（砷）化物矿物组合

近来在西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的罗布莎蛇绿岩块的地幔豆荚状铬铁矿中发现一个包括金刚石、柯石英、自然元素、合金、氧化物以及硫(砷)化物组成的地幔矿物群。该矿物群的硫(砷)化物具有特殊化学成分并呈包裹体分布在贱金属(BM)和铂族元素(PGE)或它们的合金中,大量化学成分分析得知它们主要由下列元素组成:S、As、Te、Fe、Ni、Co、Cu、Pt、Pd、Ru、Rh、Os、Ir、Mn和Ti。根据化学成分可辨别出约30种硫(砷)化物矿物:FeS、NiS、(Ni,Fe)S、Fe3S2、Ni3S2、(Ru,Os,Ir)S2、Rh7As3、Rh5Ni(Cu)As4、Pd4Rh3As3、Pd8As2、Pd3TeAs、Pd7Te3、RuAs、PtAs2、Ni4Rh3As3、Rh(As,S)2、(Rh,Ir)(As,S)2、Ir(As,S)2、MnS、Ti7S3、Ti7N3、Rh3.5Se3.5CuS2、RhS、Ir2S3、(Ir,Cu)2、S3(Co,Ni,Fe)2(As,S)3、(Ir,Pt)(As,S)2、Ru3(As,S)7以及(BM)x(PGE)yS10-(x y)等,其中包括已定名和未定名的矿物。由于矿物粒度小(<25μm),缺乏X射线分析资料,有待进一步研究。     

Origin of the Zedang and Luobusa Ophiolites,Tibet

The Zedang and Luobusa ophiolites are located in the eastern section of the Yalung Zangbo ophiolite belt,and they share similar geological tectonic setting and age.Thus,an understanding of their origins is very important for discussion of the evolution of the Eastern Tethys Ocean.There is no complete ophiolite assemblage in the Zedang ophiolite.The Zedang ophiolite is mainly composed of mantle peridotite and a suite of volcanic rocks as well as siliceous rocks,with some blocks of olivinepyroxenite.The mantle peridotite mainly consists of Cpx-harzburgite,harzburgite,some lherzolite,and some dunite.A suite of volcanic rocks is mainly composed of caic-aikaline pyroclastic rocks and secondly of tholeiitic pillow lavas,basaltic andesites,and some boninitic rocks with a lower TiO2 content （TiO2 ＜ 0.6％）.The pyroclastic rocks have a LREE-enriched REE pattern and a LILE-enriched （compared to HFSE） spider diagram,demonstrating an island-arc origin.The tholeiitic volcanic rock has a LREE-depleted REE pattern and a LILE-depleted （compared to HFSE） spider diagram,indicative of an origin from MORB.The boninitic rock was generated from fore-arc extension.The Luobusa ophiolite consists of mantle peridotite and mafic-ultramaflc cumulate units,without dike swarms and volcanic rocks.The mantle peridotite mainly consists of dunite,harzburgite with low-Opx （Opx ＜ 25％）,and harzburgite （Opx ＞ 25％）,which can be divided into two facies belts.The upper is a dunite-harzburgite （Opx ＜ 25％） belt,containing many dunite lenses and a large-scale chromite deposit with high Cr203; the lower is a harzburgite （Opx ＞25％） belt with small amounts of dunite and lherzolite.The Luobusa mantle peridotite exhibits a distinctive vertical zonation of partial melting with high melting in the upper unit and low melting in the lower.Many mantle peridotites are highly depleted,with a characteristic U-shaped REE pattern peculiar to fore-arc peridotite.The Luobusa cumulates are composed of wehrlite and olivine-pyroxenite,of the P-P-G ophiolite series.This study indicates that the Luobusa ophiolite was formed in a fore-arc basin environment on the basis of the occurrence of highly depleted mantle peridotite,a high-Cr2O3 chromite deposit,and cumulates of the P-P-G ophiolite series.We conclude that the evolution of the Eastern Tethys Ocean involved three stages：the initial ocean stage （formation of MORB volcanic rock and dikes）,the forearc extension stage （formation of high-Cr203 chromite deposits and P-P-G cumulates）,and the islandarc stage （formation of caic-alkaline pyroclastic rocks）.