豆莢狀鉻鐵礦成因的研究進(jìn)展

豆莢狀鉻鐵礦成因的研究進(jìn)展

鉻是重要的戰(zhàn)略物理之一。由于其堅(jiān)硬、耐堿、耐腐蝕等特點(diǎn)，它在冶金行業(yè)、耐堿化學(xué)品和化學(xué)工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。世界現(xiàn)有的鉻礦儲(chǔ)量74億t(1995統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)),可保證全球百年以上的生產(chǎn)與需求,并且主要分布于南部非洲和哈薩克斯坦。中國(guó)是主要的鉻鐵礦石消費(fèi)國(guó),從1990年以來(lái)年均消費(fèi)100多萬(wàn)噸鉻鐵礦,而鉻鐵礦一直是我國(guó)的緊缺礦種,鉻鐵礦儲(chǔ)量?jī)H占世界儲(chǔ)量千分之一左右,截止2004年底,全國(guó)擁有鉻鐵礦礦區(qū)53個(gè),礦石儲(chǔ)量221.33萬(wàn)t,查明資源儲(chǔ)量1000萬(wàn)t,主要分布在西藏、新疆、內(nèi)蒙古三省區(qū),其中國(guó)內(nèi)最大的羅布莎鉻鐵礦礦床為700萬(wàn)t,其次為新疆薩爾托海鉻鐵礦礦床為200萬(wàn)t。且中國(guó)鉻鐵礦存在品位低,礦山規(guī)模小,冶煉成本高的特點(diǎn),鉻鐵礦生產(chǎn)能力約22萬(wàn)噸/年。致使近幾年鉻鐵礦進(jìn)口量增長(zhǎng)顯著,每年鉻鐵礦需求量已經(jīng)高達(dá)90%以上依賴于進(jìn)口,僅2007年12月,中國(guó)進(jìn)口鉻鐵礦超過(guò)600萬(wàn)t。因此,在全國(guó)范圍內(nèi)尋找一批大型的鉻鐵礦礦床是解決中國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)鉻鐵礦資源進(jìn)口嚴(yán)重依賴的最有效途經(jīng)。豆莢狀鉻鐵礦礦床的成因一直是鉻鐵礦成礦理論研究的焦點(diǎn),但未達(dá)成一致的認(rèn)識(shí)。(1)20世紀(jì)初及更早,提出與層狀鉻鐵礦成因一樣,為巖漿的結(jié)晶分異作用形成。然而豆莢狀鉻鐵礦體所具有的獨(dú)特的豆莢狀結(jié)構(gòu)是層狀鉻鐵礦中所缺失的,其形成條件是上地殼中不具備的;豆莢狀鉻鐵礦為沿增生板塊邊界延伸的巖漿袋中的堆積體,隨后作為同源包體下沉到殘余地幔中;鉻鐵礦為鉻尖晶石液態(tài)熔滴聚集成礦漿,礦漿與巖漿熔離并結(jié)晶成鉻鐵礦。(2)20世紀(jì)80年代末期,Neary等提出了熔融殘余成因觀點(diǎn),認(rèn)為豆莢狀鉻鐵礦的成分與寄主橄欖巖的熔融程度有關(guān),其Cr#隨熔融程度的增高而增高,并認(rèn)為豆莢狀鉻鐵礦及透鏡狀純橄巖代表微小的巖漿房,鉻鐵礦在此下沉。之后,基于對(duì)新喀里多尼亞鉻鐵礦的研究,將產(chǎn)于地幔橄欖巖中的豆莢狀鉻鐵礦劃分為3類,即不整合礦體、次整合礦體和整合礦體,明確地反映了豆莢狀礦體的形成與大洋擴(kuò)張、地幔變形組構(gòu)-線理之間的關(guān)系,靠近擴(kuò)張脊的不整合礦體尚未明顯變形,豆莢體與線理斜交,并保存了特有的原生豆莢狀結(jié)構(gòu),而整合礦體已經(jīng)受強(qiáng)烈變形,塊狀礦石發(fā)育很好的拉分結(jié)構(gòu)代替了原生結(jié)構(gòu)。也有認(rèn)為豆莢狀鉻礦形成于上地幔內(nèi)小而陡的槽穴狀巖漿房,另有研究者認(rèn)為鉻鐵礦是在“開放體系巖墻狀構(gòu)造”中沉淀形成,并具有復(fù)雜的巖漿動(dòng)力學(xué)特征;以及豆莢狀鉻鐵礦代表耐火殘余,鉻鐵礦的Cr#值隨地幔巖熔融程度的增高而增高;王希斌等基于對(duì)地幔橄欖巖的礦物學(xué)研究首次提出了一種新見解:豆莢狀鉻鐵礦是原始地幔巖高度熔融再造的產(chǎn)物,揭示了如何從原始地幔巖的部分熔融—豆莢狀鉻鐵礦形成的演化過(guò)程。并在赤道東太平洋大洋中脊上開展的深海鉆探,首次獲得了現(xiàn)代洋中脊環(huán)境的豆莢狀鉻鐵礦樣品,直接證明了豆莢狀鉻鐵礦可以形成于洋中脊環(huán)境。(3)現(xiàn)階段更多研究者認(rèn)為巖石/熔體反應(yīng)的觀點(diǎn)更適合對(duì)豆莢狀鉻鐵礦的解釋,并提出大洋環(huán)境的俯沖帶上(SSZ)(弧后盆地、島弧及弧前環(huán)境)是豆莢狀鉻鐵礦形成的有利環(huán)境。這是由于在俯沖帶背景下(SSZ)上呈地幔楔狀的方輝橄欖巖與H2O飽和的玻安巖熔體在地幔前部發(fā)生巖石/熔體反應(yīng),并形成了富Os-Ir鉑族元素合金的豆莢狀鉻鐵礦[19,20,21,22,23,24,25,26,27]。(4)20世紀(jì)80年代中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所金剛石組在西藏羅布莎蛇綠巖鉻鐵礦中初次發(fā)現(xiàn)金剛石。隨后在羅布莎鉻鐵礦和世界典型鉻鐵礦礦床烏拉爾鉻鐵礦地幔橄欖巖和鉻鐵礦中相繼發(fā)現(xiàn)除金剛石外的更多地幔超高壓礦物,包括在羅布莎礦區(qū)發(fā)現(xiàn)呈斯石英假象的柯石英,和鉻鐵礦中出溶柯石英,在鉻鐵礦和圍巖方輝橄欖巖中也發(fā)現(xiàn)金剛石等超高壓礦物,進(jìn)而提出了豆莢狀鉻鐵礦可能形成于深部的觀點(diǎn)(>300km)。基于羅布莎不同類型礦石中的穆斯堡爾譜分析后,Ruskov等認(rèn)為致密塊狀鉻鐵礦經(jīng)歷了超高壓相的過(guò)程,而Arai認(rèn)為超高壓鉻鐵礦的形成是深部循環(huán)的成因,低壓相的鉻鐵礦通過(guò)對(duì)流進(jìn)入地幔,并且以物質(zhì)循環(huán)的模式再次出現(xiàn)在洋中脊。地幔橄欖巖巖石和鉻鐵礦礦石的地球化學(xué)特征顯示豆莢狀鉻鐵礦可能形成于淺成(30~40km)環(huán)境,而又在地幔橄欖巖和豆莢狀鉻鐵礦中有地幔超高壓礦物的發(fā)現(xiàn)(>300km),由此我們對(duì)傳統(tǒng)的豆莢狀鉻鐵礦的成因提出了諸多問(wèn)題:鉻鐵礦為什么會(huì)成為異常礦物群的載體,鉻鐵礦的成因是否一定是淺成?鉻鐵礦的成因和異常礦物群的來(lái)源及成因是什么關(guān)系?礦體是來(lái)自于與圍巖的反應(yīng),還是兩者間為截然的關(guān)系?高鉻型和高鋁型鉻鐵礦的成因關(guān)系?以及豆莢狀鉻鐵礦中為什么會(huì)富集鉑族元素?為了能夠逐步地解答上述的疑問(wèn),重建豆莢狀鉻鐵礦的成礦模式,細(xì)分豆莢狀鉻鐵礦的過(guò)程。因此,有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外豆莢狀鉻鐵礦的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述,從宏觀對(duì)比的角度著手,對(duì)不同產(chǎn)出狀態(tài)的鉻鐵礦進(jìn)行研究,分析鉻鐵礦與圍巖間的相變關(guān)系,以及鉻鐵礦的形成過(guò)程,著重整理了豆莢狀的成因及其所含鉑族元素的特征,對(duì)鉻鐵礦的成礦階段進(jìn)行初步的擬定。1狀鉻鐵trt礦床世界上原生鉻鐵礦床主要包括兩種基本類型:一是產(chǎn)于MOHO面以上堆晶巖中的層狀(或似層狀)鉻鐵礦,類似于Hess劃分的層狀火成雜巖中的鉻鐵礦,此類鉻鐵礦通常位于前寒武紀(jì)穩(wěn)定大陸地臺(tái)的層狀鎂鐵-超鎂鐵雜巖體內(nèi)。層狀鉻鐵礦床所在鎂鐵-超鎂鐵層狀侵入雜巖通常下部以超基性巖為主,上部以基性巖為主,一般在巖體底部發(fā)育高溫的鉻鐵礦,中間依次發(fā)育銅鎳和鉑族礦物礦床,釩鈦磁鐵礦一般在較上部出現(xiàn)。雜巖體內(nèi)產(chǎn)出的鉻鐵礦也具典型巖漿堆晶層理,礦層由浸染狀和塊狀鉻尖晶石集合體與橄欖石和輝石等造巖礦物構(gòu)成,常常形成彼此互相平行的穩(wěn)定延伸的礦層,也與層狀火成巖平行,極少遭受變形改造。鉻鐵礦層的厚度可自1cm至1m以上不等,礦層穩(wěn)定,延伸較遠(yuǎn),可達(dá)數(shù)十千米以上,這類礦床在中國(guó)至今尚未發(fā)現(xiàn);另一類是產(chǎn)于MOHO面以下地幔橄欖巖中的豆莢狀鉻鐵礦,也稱為阿爾卑斯型鉻鐵礦礦床,與蛇綠巖地幔橄欖巖體密切伴生。主要見于顯生宙以來(lái)各造山帶中,少數(shù)見于前寒武紀(jì)穩(wěn)定地區(qū),是蛇綠巖的特征性礦產(chǎn)之一。豆莢狀鉻鐵礦的特征與層狀鉻鐵礦迥然不同,礦體側(cè)向延伸有限,其形態(tài)非常不規(guī)則,可以呈透鏡狀、板狀和寬窄不等的脈狀等,但以斷續(xù)出露的豆莢狀為最典型特征,故以此得名。礦石具有獨(dú)特的豆?fàn)詈颓驙罱Y(jié)構(gòu),鉻鐵礦變形構(gòu)造明顯,如拉分構(gòu)造及線理等,鉻鐵礦常由粒度不等的他形晶粒組成,并具有位錯(cuò)及亞晶粒等一系列變形特征,在礦體的邊部普遍有一定厚度的純橄巖外殼。層狀鉻鐵礦床規(guī)模巨大,總儲(chǔ)量占世界儲(chǔ)量的70%以上,零星分布于穩(wěn)定的克拉通區(qū)域,該類型最著名的幾個(gè)礦床包括南非的布什維爾德(Bushveld)、津巴布韋的大巖墻(GreatDyke)、美國(guó)的斯蒂爾沃特(Stillwater)、巴西巴伊亞州的坎坡莫索、印度奧里薩邦的庫(kù)塔克、芬蘭的凱米(Kemi)等鉻鐵礦床(圖1)。其中布什維爾德雜巖體是世界最大的層狀鉻鐵礦礦床,同時(shí)也是世界上最大的鉑族礦床;而豆莢狀鉻鐵礦在全球呈不均一的分布,主要產(chǎn)在喜馬拉雅—阿爾卑斯造山帶、地中海周圍、中東、東南亞、北美西部等地。典型的豆莢狀鉻鐵礦產(chǎn)在哈薩克斯坦、俄羅斯、古巴、紐芬蘭、日本、新喀里多尼亞、菲律賓、澳大利亞、印度、巴基斯坦、伊朗、土耳其、阿曼、西班牙、希臘、阿爾巴尼亞、南斯拉夫、芬蘭、埃及、沙特阿拉伯、摩洛哥、埃塞俄比亞及中國(guó)西藏、新疆、內(nèi)蒙古等地的蛇綠巖地幔橄欖巖內(nèi)[12,18,24,42,43,44,45]。其中最著名的為烏拉爾山最南端的肯皮爾賽鉻鐵礦床儲(chǔ)量已超過(guò)3億t,俄羅斯極地烏拉爾的拉依茲等礦床遠(yuǎn)景儲(chǔ)量約6億t,其他還有一些規(guī)模較大的同類型礦床(表1)。2豆莢狀鉻鐵礦形成環(huán)境討論豆莢狀鉻鐵礦床主要賦存于地幔橄欖巖中,而地幔橄欖巖普遍被認(rèn)為是蛇綠巖套底部組成部分。因此,對(duì)豆莢狀鉻鐵礦床形成環(huán)境的探討必然涉及到對(duì)蛇綠巖的形成環(huán)境認(rèn)識(shí)。1972年P(guān)enrose會(huì)議定義了典型的蛇綠巖剖面自上而下由含放射蟲的硅質(zhì)巖、枕狀熔巖、輝綠巖墻、均質(zhì)輝長(zhǎng)巖、堆積雜巖和變質(zhì)橄欖巖組成。豆莢狀鉻鐵礦產(chǎn)于蛇綠巖的地幔橄欖巖中,常保留豐富的上地幔巖漿活動(dòng)痕跡及后期高溫變形構(gòu)造。鉻鐵礦賦存于蛇綠巖中的兩個(gè)層位中,一是堆積雜巖底部的橄欖巖中,二是MOHO面以下的橄欖巖中。前者通常形成小型鉻鐵礦床,而后者多形成具工業(yè)價(jià)值的豆莢型鉻鐵礦床。蛇綠巖是豆莢狀鉻鐵礦的專屬巖石,也是大陸造山帶中殘存的古代大洋巖石圈殘片,記錄了大洋巖石圈的巖漿演化、變質(zhì)作用、構(gòu)造過(guò)程,提供了古洋盆形成、發(fā)展和消亡等方面的重要信息。其形成環(huán)境主要包括兩類,一為形成于大洋擴(kuò)張脊(MOR型),二為板塊俯沖消減帶上的島弧及大陸邊緣小洋盆等多種構(gòu)造環(huán)境中(SSZ型)。然而隨著近年來(lái)對(duì)蛇綠巖的深入研究,認(rèn)為蛇綠巖在形成和構(gòu)造就位的過(guò)程受到不同階段的部分熔融作用、熔體淬取、巖石-熔體反應(yīng)和地幔交代等多種作用的影響,在地球化學(xué)性質(zhì)上會(huì)造成元素富集或虧損,以至于目前?？梢姴煌愋偷牡蒯ｉ蠙鞄r(MOR型地幔橄欖巖和SSZ型地幔橄欖巖)可以并存于一套蛇綠巖中。與蛇綠巖形成環(huán)境的觀點(diǎn)類似,豆莢狀鉻鐵礦床形成環(huán)境目前也存在爭(zhēng)論,但大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為俯沖帶之上是豆莢狀鉻鐵礦形成最有利的構(gòu)造環(huán)境(SSZ)。在日本島弧西南部新生代Takarashima堿性玄武巖內(nèi)發(fā)現(xiàn)有豆莢狀鉻鐵礦捕虜體,并且具有典型的僅產(chǎn)于蛇綠巖地幔橄欖巖中的豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu),表明日本島弧的上地幔中存在有豆莢狀鉻鐵礦,直接證明了豆莢狀鉻鐵礦可以形成于島弧環(huán)境。另有在赤道附近東太平洋擴(kuò)張脊大洋深鉆中找到了原位鉻鐵礦,證明豆莢狀鉻鐵礦也可以形成于現(xiàn)代大洋擴(kuò)張中心,其鉻尖晶石Cr#[=100*Cr/(Cr+Al)]介于50~60,且鉻尖晶石中常見含TiO2(2%)的小顆粒狀含水礦物包體,如金云母和韭閃石等。鉻鐵礦作為深部地幔超高壓異常礦物載體的發(fā)現(xiàn),擴(kuò)大了對(duì)鉻鐵礦形成環(huán)境的了解,鉻鐵礦的形成環(huán)境可以位于過(guò)渡帶(410~600km),甚至下地幔的位置。綜上所述,世界上可知的鉻鐵礦主要產(chǎn)于下面這三種環(huán)境中,MOR、SSZ和地幔過(guò)渡帶,然而無(wú)論形成于MOR還是SSZ環(huán)境的蛇綠巖及其地幔橄欖巖中的豆莢狀鉻鐵礦均被認(rèn)為是在上地幔淺部,局部熔融發(fā)生在大洋下60~100km深度,或者俯沖帶上<50km的深度。因此,鉻鐵礦的形成環(huán)境的最大差別還在于淺成和深成的環(huán)境。對(duì)比全球蛇綠巖區(qū)的豆莢狀鉻鐵礦的地質(zhì)特征發(fā)現(xiàn),它們之間有較多的共性,可以簡(jiǎn)要概括為如下幾點(diǎn):(1)豆莢狀鉻鐵礦礦體形態(tài)獨(dú)特,明顯不同于層狀鉻鐵礦穩(wěn)定延伸的層狀特征,而多呈狹窄的扁豆?fàn)?、透鏡狀、巖墻狀,由于壓扁拉長(zhǎng)褶皺變形,構(gòu)造形態(tài)不規(guī)則而且分布無(wú)規(guī)律,其宏觀構(gòu)造特征類似變質(zhì)變形構(gòu)造。礦體橫向上延伸有限,最大長(zhǎng)度很少大于幾十米,厚度多小于5m。在同一蛇綠巖中零散分布的豆莢狀鉻鐵礦體可達(dá)數(shù)十到上百個(gè),并且具有相對(duì)一致的礦物成分與礦石結(jié)構(gòu)。豆莢狀鉻鐵礦還普遍顯示他形,以區(qū)別于自形較好的層狀鉻鐵礦;(2)世界各地含鉻地幔橄欖巖巖體因經(jīng)歷了不同程度的部分熔融作用而具有明顯的垂直分帶特征,即在剖面上從下到上隨著部分熔融程度的不同,依次為二輝橄欖巖→方輝橄欖巖→純橄巖,具有上部偏基性、下部偏酸性的特征,這與蛇綠巖套中莫霍面上部巖性具有下部偏基性、上部偏酸性的特征明顯不同;(3)豆莢狀鉻鐵礦大多出現(xiàn)于蛇綠巖套的輝長(zhǎng)質(zhì)堆晶巖與地幔橄欖巖界面(莫霍面)以下1000~1500m的垂直深度范圍內(nèi),它們多呈不規(guī)則形態(tài)出現(xiàn)于方輝橄欖巖內(nèi)。這一位置被認(rèn)為是大洋地殼與虧損上地幔之間的過(guò)渡帶,常在不同介質(zhì)內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的巖漿動(dòng)力作用過(guò)程,涉及地幔熔體的形成、聚集、滲濾及其向上遷移,以及高溫構(gòu)造變形,包括純橄巖經(jīng)歷的強(qiáng)烈剪切變形,發(fā)生強(qiáng)烈的熔體/地幔巖作用及高溫固態(tài)變形,在地幔橄欖巖內(nèi)出現(xiàn)與豆莢狀鉻鐵礦形成相關(guān)的多種小型巖脈;(4)豆莢狀鉻鐵礦床的一個(gè)最明顯特征是其主要賦存于以方輝橄欖巖中,或賦存于以方輝橄欖巖為主的地幔巖之上的殼-幔轉(zhuǎn)換帶的純橄巖中,礦體僅產(chǎn)于幾乎不含單斜輝石的方輝橄欖巖中,如東阿爾卑斯帶的希臘、塞浦路斯、土耳其以及伊朗等,而二輝橄欖巖中幾乎不含豆莢狀鉻鐵礦床,即便在有大量純橄巖存在的情況下,以二輝橄欖巖占主要地位的橄欖雜巖體中也很少產(chǎn)出豆莢狀鉻鐵礦床。豆莢狀鉻鐵礦床按礦石化學(xué)成分可分為高鋁(Cr#值為20~60)和高鉻(Cr#值為60~80)兩類。兩類鉻鐵礦床在構(gòu)造、結(jié)構(gòu)及礦物組合方面幾乎沒有差異,但鉻尖晶石在化學(xué)組分上有很大的差別,如薩爾托海和賀根山高鋁造礦鉻尖晶石的TiO2含量較高(0.18%~0.28%),而高鉻造礦鉻尖晶石的TiO2含量較低(0.08%~0.24%)。因存在如此差異,周美付等解釋為兩種不同類型的鉻鐵礦來(lái)源于不同的鉻鐵礦礦漿,但也有認(rèn)為高度的耐火殘余是高鉻型鉻鐵礦形成的觀點(diǎn),而高鋁型的鉻鐵礦多為鋁交代的結(jié)果。此外,近兩年來(lái)筆者對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的幾個(gè)鉻鐵礦礦床進(jìn)行系統(tǒng)采樣和對(duì)比研究,各礦床致密塊狀鉻鐵礦中鉻尖晶石的化學(xué)組分見表2。在中國(guó)幾個(gè)主要鉻鐵礦床中,高鉻型鉻鐵礦有羅布莎、普蘭、東波以及東巧、玉石溝等,而賀根山、薩爾托海等為高鋁型鉻鐵礦,值得關(guān)注的是在普蘭和東波巖體中既有高鉻型鉻鐵礦又有高鋁型鉻鐵礦的特征(圖2),且高鋁型的鉻尖晶石中TiO2含量明顯低于薩爾托海及賀根山的含量,這對(duì)鉻鐵礦的成因研究提供較好的例子,是否表明普蘭和東波巖體經(jīng)歷了不同期次的演化過(guò)程,以及豆莢狀鉻鐵礦分類的重新審視。3斜方輝石和單斜輝石地幔橄欖巖為豆莢狀鉻鐵礦的專屬巖石,豆莢狀鉻鐵礦與純橄巖-方輝輝橄巖雜巖帶緊密伴生,因此形成鉻鐵礦所需的鉻可能主要來(lái)自地幔橄欖巖本身。并且地幔及地殼中鉻的豐度值表明,地幔及球粒隕石中的鉻含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地殼,說(shuō)明鉻鐵礦中的鉻主要來(lái)自原始地幔。原始地幔巖中的含鉻礦物主要包括:鉻尖晶石、鉻透輝石、頑火輝石,它們能在局部熔融時(shí)釋放出鉻。鉻尖晶石的含鉻量最高(Cr2O3為8.22%~34.87%),其次為單斜輝石(Cr2O3多在0.76%~1.44%),斜方輝石含鉻最低(Cr2O3為0.31%~0.94%)。以至于普遍認(rèn)為形成鉻鐵礦所需的鉻主要應(yīng)來(lái)自地幔橄欖巖中的副礦物鉻尖晶石和兩種輝石。并且實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)可知天然二輝橄欖巖在2000MPa和3500MPa下所做的無(wú)水實(shí)驗(yàn)證明(圖3),隨著熔融程度的增高,礦物相將遵循尖晶石(或石榴子石)→單斜輝石→斜方輝石的順序消失,最終的殘余相為橄欖石。部分熔融程度由二輝橄欖巖→方輝橄欖巖→純橄欖依次遞增。鉻透輝石經(jīng)不一致熔融產(chǎn)生鉻尖晶石和熔體,從而釋放出晶格中的鉻,并伴有橄欖石的形成;頑火輝石的熔融實(shí)驗(yàn)表明,在無(wú)水條件下,低于3×108Pa,或飽和水條件下由0~30×108Pa均可發(fā)生不一致熔融轉(zhuǎn)變成橄欖石,這與鏡下常見的頑火輝石的熔融殘余結(jié)構(gòu)和鉻尖晶石的出溶在斜方輝石一致。鉻尖晶石和單斜輝石幾乎能同時(shí)熔化,由于鉻的耐火性狀致使鉻尖晶石熔滴基本上未進(jìn)入玄武質(zhì)熔體,大部分仍留在地幔殘余中,與輝石中的出溶的鉻尖晶石一起參與成分的再造。類似于隨著方輝橄欖巖中輝石的逐漸熔融減小,輝石中的鉻以鉻尖晶石的形式釋放,而呈細(xì)小的液滴狀或蠕蟲狀與輝石伴生,且隨地幔巖熔融程度的增高,逐漸聚集形成鉻鐵礦的過(guò)程等。在地幔橄欖巖的演化過(guò)程中隨著熔融程度的增高,巖石也依次由二輝橄欖巖→方輝橄欖巖→純橄巖變化。與此同時(shí),各類造巖礦物和副礦物鉻尖晶石都要經(jīng)歷調(diào)整和再造,其中包括兩個(gè)演化系列:一個(gè)是三種造巖礦物(橄欖石、斜方輝石、單斜輝石)隨熔融程度的增高逐漸向富鎂的方向演化,表現(xiàn)為Mg#值的升高,另一個(gè)是副礦物鉻尖晶石逐漸從原始地幔巖中低鉻的尖晶石變成富鉻、貧鎂的造礦鉻尖晶石,表現(xiàn)為Cr#值的升高和Mg#值的降低,類似于圖4中的從Ⅰ、Ⅱ至Ⅲ區(qū)的變化。在同一地幔巖塊內(nèi),副礦物鉻尖晶石化學(xué)成分可以從高鋁系數(shù)變化到高鉻系數(shù)。因此,如果豆莢狀鉻鐵礦床代表最高度的耐火殘余物,則造礦鉻尖晶石應(yīng)該比副礦物鉻尖晶石具更高的鉻系數(shù),這似乎可以用來(lái)解釋高鉻的豆莢狀礦床的來(lái)源。然而從圖4可知,羅布莎高鉻型鉻鐵礦床中礦石的Mg#卻是最高值,表現(xiàn)為從純橄巖外殼中鉻尖晶石成分區(qū)(Ⅳ)至造礦鉻尖晶石成分區(qū)(Ⅴ)Cr#基本不變,而Mg#增加的過(guò)程。鉻鐵礦的圍巖中副礦物鉻尖晶石與鉻鐵礦中造鉻尖晶石的形成過(guò)程Mg#呈負(fù)相關(guān)性,所以這無(wú)法用簡(jiǎn)單的耐火殘余部分熔融的觀點(diǎn)來(lái)解釋。Zhou等指出:形成鉻鐵礦所需的鉻同源來(lái)自于在俯沖帶的環(huán)境下,斜方輝石和單斜輝石熔融后形成的富水玻安巖熔體與方輝橄欖巖反應(yīng),致使方輝橄欖巖的輝石中的鉻出溶聚集。所以其鉻的來(lái)源同樣為斜方輝石、單斜輝石及鉻尖晶石,只是認(rèn)為其形成的環(huán)境與機(jī)制不同;但與上述不同的是,白文吉等研究認(rèn)為:羅布莎鉻鐵礦床應(yīng)形成于地幔過(guò)渡帶(410~600km),并且過(guò)渡帶中的八面體硅酸鹽則是Cr元素的主要載體,Cr2O3含量較高與Cr3+具有八面體優(yōu)先占位特征而最易進(jìn)入八面體位置相關(guān);當(dāng)過(guò)渡帶中八面體硅酸鹽熔融解體時(shí),即釋放出大量的Cr2O3和MgO組成高鉻鉻尖晶石層,并由底辟作用運(yùn)移到上地幔,進(jìn)而認(rèn)為鉻鐵礦對(duì)于地幔橄欖巖而言是外來(lái)礦塊,鉻鐵礦中地幔超高壓礦物的發(fā)現(xiàn)即可證明這一點(diǎn)。另有在羅布莎地幔橄欖巖內(nèi),粗粒橄欖石中常見發(fā)育大量鉻尖晶石的出溶結(jié)構(gòu),這是否表明在較高壓力條件下,鉻已經(jīng)進(jìn)入橄欖石的晶格,與Moriwake等證實(shí)那樣在晶格中的空位進(jìn)行了替代4Cr3+圮Si4++△(△:晶格中的空位),隨后在壓力降低時(shí)出溶的結(jié)果。因此,按地幔的平均成分為二輝橄欖巖以及地幔的不均一性來(lái)看,鉻鐵礦中鉻應(yīng)來(lái)源于副礦物鉻尖晶石和兩種輝石,甚至部分橄欖石。只是鉻的出溶機(jī)制與環(huán)境可能在不同的階段而有所差別。當(dāng)原始地幔巖高度熔融時(shí),在純橄巖-方輝輝橄巖雜巖帶內(nèi),細(xì)粒而分散的副礦物鉻尖晶石和從原始地幔巖的輝石中出溶的鉻尖晶石經(jīng)熔化得以初步富集。純橄巖-方輝輝橄巖雜巖帶是一個(gè)高溫剪切流變帶,巖帶內(nèi)的橄欖巖顯示某些剪切流變的微觀證據(jù),如扭折帶、拉開構(gòu)造、變晶結(jié)構(gòu)、亞晶粒及位錯(cuò)構(gòu)造。當(dāng)熔融程度進(jìn)一步增高時(shí),分散在純橄巖中的鉻尖晶石逐漸熔化形成分開的熔滴。鉻熔滴的聚集借助于地幔剪切流,在剪切帶塑性流起主要作用。隨著熔融程度的進(jìn)一步提高,在揮發(fā)分和水的參與下,由于剪切流的作用小的富鉻熔滴可聚集成大的礦漿囊。聚集的程度取決于熔融程度和剪切變形強(qiáng)度。熔融程度愈高,剪切流愈強(qiáng),則聚集程度就愈高。所以,豆莢狀鉻鐵礦的富集和地幔塑性變形是準(zhǔn)同時(shí)的,豆莢狀鉻鐵礦的最終富集過(guò)程應(yīng)該是至少在上地幔區(qū)域內(nèi)。然而在鉻鐵礦中超高壓礦物的發(fā)現(xiàn),使作為超高壓礦物載體的鉻鐵礦,其形成環(huán)境也有可能來(lái)源于下地?；蜻^(guò)渡帶。所以富鉻尖晶石有可能在下地?；蜻^(guò)渡帶就已經(jīng)形成,并且在深部地幔就已初步富集,而與在洋中脊或者上地幔部分熔融所形成的鉻鐵礦不同,包括后來(lái)淺成俯沖帶上的巖石/熔體的反應(yīng)過(guò)程的鉻鐵礦。4利用含ho和流體的熱價(jià)特征豆莢狀鉻鐵礦的巖漿結(jié)晶分異成因認(rèn)為鉻鐵礦體是在巖漿管道內(nèi),由玄武巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物,其成礦作用類于似層狀鎂鐵-超鎂鐵雜巖體的鉻鐵礦床。但是,結(jié)晶分異作用只限于殼層內(nèi)的層狀堆積巖或蛇綠巖的堆積巖層中,而豆莢狀鉻鐵礦體主要賦存于高虧損橄欖巖相內(nèi),所以這種觀點(diǎn)無(wú)法解釋其成因。豆莢狀鉻鐵礦的耐火殘余的觀點(diǎn)認(rèn)為豆莢狀鉻鐵礦石代表最高度的耐火殘余,其應(yīng)是最富保存在固相中的Cr、Mg等相容元素,應(yīng)最虧損Al、Ti、Fe、Ca等不相容元素,但是造鉻尖晶石的化學(xué)成分和礦物成分卻并沒有這種規(guī)律性,因此,耐火殘余的觀點(diǎn)也并不能解釋這些現(xiàn)象。此外,雖然原始地幔巖中鉻含量雖然比地殼中要高,但仍為很低的含量(約0.3%),要形成超過(guò)20%鉻含量的礦石,部分熔融程度應(yīng)超過(guò)85%,并且還要求鉻都保留在固相中。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在東太平洋中脊及日本堿性巖中的捕虜體豆莢狀鉻鐵礦,其部分熔融程度為30%左右,礦石類型為細(xì)粒豆莢狀。因此,如何提高巖石的部分熔融程度對(duì)鉻鐵礦形成起至關(guān)重要的作用。耐火殘余的觀點(diǎn)持有者認(rèn)為豆莢狀鉻鐵礦礦石中含水礦物及流體包裹體的出現(xiàn)表明其部分熔融程度可以達(dá)到較高的程度,包括在東太平洋洋中脊的豆莢狀鉻鐵礦內(nèi)發(fā)現(xiàn)富含Na-Ti的含水礦物包體,以及阿曼豆莢狀鉻鐵礦由均一的玄武巖質(zhì)巖漿結(jié)晶形成。并且認(rèn)為H2O及流體參與了地幔熔融作用和鉻鐵礦的成礦作用,特別是H2O的加入大大地降低了橄欖石的熔點(diǎn),致使巖石的部分熔融程度顯著提高。另外,水(流體)的參與不僅促進(jìn)了斜方輝石相轉(zhuǎn)變形成更多的橄欖石,也促進(jìn)了橄欖石熔化進(jìn)入礦漿,這也許能較容易地解釋豆莢狀鉻鐵礦中較高的部分熔融程度問(wèn)題和地球化學(xué)元素的富集。巖石/熔體反應(yīng)的觀點(diǎn)認(rèn)為豆莢狀鉻鐵礦不在MOR環(huán)境形成,而是在俯沖帶(SSZ)由富H2O流體熔融形成的玻安巖與地幔楔中方輝橄欖巖反應(yīng)形成[19,20,21,22,23,24,25,26,27]。對(duì)這一觀點(diǎn)論述,不同的學(xué)者看法有所不同。玻安巖是一套巖石中具有高M(jìn)gO的安山熔巖特征[19,20,21,22,23,24,25,26,27]?！安０矌r、島弧拉斑玄武巖和鈣堿性巖”稱為“玻安巖系列”。玻安巖的特征是:富MgO(9%~25%),高M(jìn)g#(0.55~0.83)、Cr(200×10-6~1800×10-6)、Ni(70×10-6~450×10-6),低TiO2(0.1%~0.5%),中等SiO2,富H2O和LREE,虧損HFSE,以及具U型REE配分型式,斑晶主要為斜頑火輝石或斜方輝石,以及少量的橄欖石,基質(zhì)中見角閃石和玻璃質(zhì)等。這些特征表明玻安巖應(yīng)來(lái)自耐火源區(qū),屬?gòu)?qiáng)虧損的幔源區(qū)在含H2O條件下進(jìn)一步高度熔融的產(chǎn)物;該源區(qū)在玻安巖形成之前已被交代,而且加入由俯沖板塊帶入的富LREE和LILE的流體,為高度局部熔融的產(chǎn)物。鮑佩聲等認(rèn)為高鉻型豆莢狀鉻鐵礦為原始地幔巖高度熔融再造的產(chǎn)物,同時(shí)賦存鉻鐵礦的地幔橄欖巖也是經(jīng)高度熔融虧損后形成的,并且這一虧損幔源區(qū)在俯沖板塊帶入H2O和流體時(shí),發(fā)生高度部分熔融而形成玻安巖,玻安巖的形成明顯要晚于豆莢狀鉻鐵礦,進(jìn)一步的指出當(dāng)?shù)蒯r經(jīng)高度熔融形成鉻鐵礦漿后,方可提供玻安巖形成所需的虧損源區(qū)。類似于Hickey等所指出的:“某些橄欖巖具有玻安巖所需要的橄欖巖源區(qū)的地球化學(xué)特征”。玻安巖只能對(duì)富鉻礦體周圍的橄欖巖或純橄巖發(fā)生交代作用,引起其痕量元素發(fā)生變異(使LREE由虧損變?yōu)楦患?,或有少量新礦物的形成。這種交代作用普遍存在于SSZ型地幔橄欖巖中,但有這種交代作用的地幔橄欖巖并不一定存在鉻鐵礦。王希斌等對(duì)國(guó)內(nèi)含鉻地幔橄欖巖的稀土元素地球化學(xué)特征總結(jié)后認(rèn)為,其REE配分型式是多樣的,其中屬“U”型REE配分型式者見于雅魯藏布江、班公湖—怒江、西準(zhǔn)噶爾、內(nèi)蒙古北等蛇綠巖帶中,其巖石類型包括二輝橄欖巖、方輝橄欖巖和純橄巖,有的遠(yuǎn)離鉻鐵礦或不含鉻鐵礦。鑒于上述幾種原因,鮑佩聲等認(rèn)為僅憑含礦圍巖與玻安巖具有相同的“U”型REE配分型式就得出鉻鐵礦是由玻安巖交代近礦圍巖形成的結(jié)論是缺乏說(shuō)服力的。此外,玻安巖形成的溫壓條件與豆莢狀鉻鐵礦形成的溫壓條件也存在很大的差異,具體表現(xiàn)在玻安巖的形成溫度大于1250℃,且在低壓(<500~1000MPa)的條件下。SternandBloomer指出玻安巖形成于溫度高達(dá)1250℃和極低的壓力(3~10km深度)條件下,玻安巖斑晶間的18O差異提示了氧同位素平衡溫度為(1250±60)℃,新喀里多尼亞玻安巖的形成溫度為1250~1300℃,壓力小于1000MPa。以至于眾多學(xué)者認(rèn)為玻安巖應(yīng)來(lái)自殘余橄欖巖的低壓熔化,所以更無(wú)法解釋在豆莢狀鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)的超高壓礦物的成因。綜上所述,對(duì)于豆莢狀鉻鐵礦的成因,無(wú)論是耐火殘余,還是巖石/熔體反應(yīng),其所表明的豆莢狀鉻鐵礦的觀點(diǎn)主要差異在于玻安巖和鉻鐵礦形成的先后,以及鉻鐵礦形成所需的溫度與壓力條件不同。然而無(wú)論是洋中脊環(huán)境還是俯沖帶環(huán)境,鉻鐵礦的形成深度都小于50km,這個(gè)溫度壓力條件卻是無(wú)法提供地幔超高壓礦物的形成環(huán)境(詳后)。據(jù)此,筆者認(rèn)為豆莢狀鉻鐵礦的形成過(guò)程可能更趨復(fù)雜,其形成過(guò)程中可能還要涉及到過(guò)渡帶甚至下地幔物質(zhì)的參與。因此,十分有必要對(duì)豆莢狀鉻鐵礦形成過(guò)程的探討,劃分出其形成過(guò)程中物質(zhì)的演變過(guò)程。5鉑族元素地球化學(xué)鉑族元素由Os、Ir、Pt、Ru、Rh、Pd六種元素組成,以痕量或超痕量形式存在于地質(zhì)體系中,是一種較特殊的化學(xué)元素,具有相似的物理、化學(xué)性質(zhì)。在地質(zhì)作用演化過(guò)程中,子體巖石中的鉑族元素較明顯地繼承了母體的特征。六個(gè)鉑族元素的地球化學(xué)行為在地幔部分熔融、巖漿結(jié)晶分異過(guò)程中既有共性也有差異。按其熔點(diǎn)降低的順序,可分為兩組,即IPGE(包括Os、Ir、Ru)和PPGE(包括Rh、Pt、Pd)。鉑族元素是高度親鐵、親硫元素,在鐵金屬/硅酸鹽熔體之間具有很高的分配系數(shù)。在鐵金屬/硅酸鹽熔體之間測(cè)定的PGE分配系數(shù)分別高達(dá)107(Pd)和1012(Pt和Ir)量級(jí)。地球上的PGE主要富集在由鐵鎳組成的地核,而由硅酸鹽構(gòu)成的地幔和地殼中豐度則很低(表3)。在一定程度上鉑族元素是鎂鐵-超鎂鐵巖漿演化的靈敏指示劑,尤其豆莢狀鉻鐵礦只分布于超鎂鐵巖中。因此,豆莢狀鉻鐵礦的鉑族元素特征可以直接反映其形成過(guò)程,以及超鎂鐵巖的演化過(guò)程。5.1礦物形式及礦物組成豆莢狀鉻鐵礦普遍含有較高的IPGE,尤其含較高的Ir,表明Ir在鉻鐵礦中為相容元素。與在地幔橄欖巖的硅酸鹽和氧化物相分析后發(fā)現(xiàn)幾乎所有的Ir均出現(xiàn)在尖晶石中所一致。豆莢狀鉻鐵礦中PGE含量很低,Os、Ir、Ru豐度是球粒隕石的0.1~1.0倍,Pt、Pb是球粒隕石的0.01倍。高Cr型鉻鐵礦比高鋁型鉻鐵礦有更高的Os、Ir、Ru、Rh含量,在球粒隕石或原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖上都呈“負(fù)傾斜型”配分型式。而且Ru、Rh、Pd在尖晶石和硅酸鹽熔體間的分配系數(shù)特征不同,其中在氧化條件下CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系中Ru和Rh在尖晶石為強(qiáng)相容元素,而Pd為強(qiáng)不相容元素。對(duì)于IPGE是否以固溶體方式進(jìn)入鉻鐵礦晶格還是以獨(dú)立礦物形式保存還存在較大爭(zhēng)議?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的豆莢狀鉻鐵礦中的鉑族元素礦物(PGM)大多以包裹體的形式存在。一些研究者認(rèn)為IPGE在鉻鐵礦中形成固溶體而從巖漿中結(jié)晶,且實(shí)驗(yàn)結(jié)果也支持Os、Ir、Ru進(jìn)入鉻尖晶石晶格。然而,在豆莢狀鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)了PGE礦物(如硫釕礦(RuS2)、硫鋨礦(OsS2)、Os-Ir合金以包裹體形式存在于鉻鐵礦顆粒中,表明PGE也可以以獨(dú)立礦物形式存在。在西藏雅魯藏布江縫合帶東段羅布莎鉻鐵礦礦床中同樣發(fā)現(xiàn)了大量的呈自形-他形Os-Ir、Os-Ir-Ru等合金礦物,以及其西側(cè)的澤當(dāng)蛇綠巖體內(nèi)致密塊狀鉻鐵礦中存在不同產(chǎn)狀的含鉑族硫化物,呈裂隙狀與包裹體狀分布(圖5)。因此,含鉑族元素的礦物在豆莢狀鉻鐵礦中呈多期性特征。5.2豆莢狀鉻鐵礦中pge含量及配分模式對(duì)于豆莢狀鉻鐵礦中含鉑族元素礦物不同的學(xué)者觀點(diǎn)亦有所不同。當(dāng)?shù)蒯８叨染植咳廴跁r(shí),幔源區(qū)釋放出PGE,它們作為細(xì)小的金屬集合體出現(xiàn)在寄主巖漿中,并向上遷移,直到鉻鐵礦結(jié)晶時(shí)而成為鉻鐵礦的晶核。PGE礦物和硅酸鹽巖漿的早期結(jié)晶相也可能為同時(shí)沉淀,以及PGE礦物能形成巖漿早期結(jié)晶相橄欖石和鉻鐵礦的結(jié)晶核。鉻鐵礦之所以富集Pt和Pd是由于以硫釕礦和Ir-Os合金為核心而結(jié)晶,致使鉑族元素發(fā)生分離,剩下的熔體虧損Ir、Os和Ru。這也有可能是在局部熔融的早期Pt、Pd與硫化物一起優(yōu)先從地幔中移出,而留下富集Os、Ir和Ru的殘余。即便有觀點(diǎn)認(rèn)為Os-Ir合金是低溫條件下從鉻鐵礦中出熔的結(jié)果,但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為硫釕礦(RuS2)、硫鋨礦(OsS2)、Os-Ir合金和橄欖石、輝石一起均作為原生包裹體產(chǎn)于鉻鐵礦顆粒,并且是在巖石圈上地幔巖漿房中早期的晶出相,與鉻鐵礦同沉積而不是在溫度降到固相線之下從鉻鐵礦晶格中出溶的產(chǎn)物[106,107,108,109,110,111,112,113,114,115,116,117,118,119,120,121]。實(shí)驗(yàn)礦物學(xué)特征表明在高溫條件下,不含水的富氯流體中金屬硫化物可以大量運(yùn)移,PGE可能以氯化物形式在流體中遷移,并且豆莢狀鉻鐵礦中富Cl、富揮發(fā)分的流體包裹體也證實(shí)了這一點(diǎn)。豆莢狀鉻鐵礦中PGE含量及配分模式,主要經(jīng)歷巖漿結(jié)晶和交代兩個(gè)過(guò)程。Economou-Eliopoulos認(rèn)為高Cr型鉻鐵礦是源于幔源原始的巖漿中結(jié)晶而形成(Pd/Ir值低,Ni/Cu值高),而高Al型鉻鐵礦源于分異演化的巖漿(Pd/Ir值高,Ni/Cu值低);ZhouandRobinson認(rèn)為高Al型和高Cr型鉻鐵礦來(lái)源于兩種不同組成的巖漿,高Cr型鉻鐵礦來(lái)源于與玻安質(zhì)有關(guān)的熔體,高Al型形成于拉斑玄武質(zhì)熔體;希臘Vourinos鉻鐵礦巖卻表現(xiàn)出不同的特征,多數(shù)礦石PGE含量很低,表明早期結(jié)晶過(guò)程中S不飽和,而少數(shù)PGE富集的鉻鐵礦表明可能存在原始巖漿和部分分異巖漿的混合,強(qiáng)烈虧損PGE的鉻鐵礦則可能是結(jié)晶與早期經(jīng)過(guò)虧損的地幔的再次部分熔融的結(jié)果;在豆莢狀鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)了RuS2和Os-Ir-Ru合金包裹體,而且PGE含量和蛇紋石化程度沒有相關(guān)性,表明母巖漿的成分是控制鉻鐵礦PGE含量和配分模式的重要因素;至少20%的部分熔融可以使地幔硫化物全部進(jìn)入熔體,并產(chǎn)生富PGE的巖漿。PGE在硫化物/硅酸鹽之間有很高的分配系數(shù),約為104,而原始地幔低程度部分熔融(8%~25%)產(chǎn)生的熔體S是飽和的,剩余硫化物在殘余地幔橄欖巖中,以至于PGE保留在上地幔的殘余硫化物中,原始巖漿中強(qiáng)烈虧損PGE。在俯沖帶的位置殘余地幔橄欖巖的再熔融產(chǎn)生玻安質(zhì)巖漿,并發(fā)生巖石-熔體的反應(yīng),使巖漿中硫強(qiáng)烈不飽和,但相對(duì)富集PGE,特別是IPGE,這也許能較好地解釋高Cr型鉻鐵礦形成于玻安質(zhì)巖漿;此外,地幔在含水條件下部分熔融,分異出流體相,PGE和Cr一起被流體運(yùn)移,這時(shí)PGE仍保持球粒隕石模式,隨著氧逸度和壓力的改變,流體分異出富鉻、貧硫的流體(富集IPGE)和富硫的流體(富集賤金屬硫化物和PPGE)。上述結(jié)果與Zhou等在研究中國(guó)造山帶鉻鐵礦的鉑族元素表明豆莢狀鉻鐵礦富集IPGE,虧損PPGE的現(xiàn)象是一致的。因此,結(jié)合前述的IPGE和PPGE元素地球化學(xué)特征,不難看出,PPGE只有當(dāng)巖漿作用的較晚階段S達(dá)到飽和時(shí)方能被硫化物攜帶進(jìn)入玻安質(zhì)熔體中,致使巖漿房中形成的輝石巖、輝長(zhǎng)巖高度富集PPGE。從目前在豆莢狀鉻鐵礦中鉑族元素特征來(lái)看,鉑族元素常與硫化物伴生,從圖5可知鉑族元素可能存在多期性,且硫化物的不同產(chǎn)狀、不同期次也決定了鉑族元素形成過(guò)程的多期性。在同一巖體中(如雅魯藏布江縫合帶西段普蘭、東波巖體)發(fā)現(xiàn)高鋁和高鉻型鉻鐵礦,是否表明形成于兩種不同的巖漿,進(jìn)一步的研究結(jié)果表明高鋁和高鉻型鉻鐵礦中鉑族元素的含量存在不同的特征(圖6),高鉻鉻鐵礦比高鋁鉻鐵礦更富IPGE,這是否能解釋為高鉻鉻鐵礦來(lái)源于玻安質(zhì)巖漿而高鋁型來(lái)源于拉斑玄武質(zhì)巖漿,還值得進(jìn)一步的研究。在鉻鐵礦結(jié)晶作用的早期巖漿中,硫化物達(dá)不到飽和,只有當(dāng)上升的熔體在進(jìn)入巖漿房之前方達(dá)到飽和,而不混溶的硫化物熔體可瞬間出現(xiàn)。況且Pt、Pd的熔點(diǎn)較低,趨向于留在更加分離的巖相中,如在島灣Pt、Pd的砷化物并入輝石巖中。Karrei等研究Tonga弧的高鈣玻安巖后指出:其PGE和Au的濃度在原始的玻安巖和拉斑玄武巖中是最高的(Pd的濃度為20×10-9),而虧損Ir、Ru(分別為0.1×10-9和0.5×10-9)?；诖?鮑佩聲等提出了玻安巖不具備提供Cr及IPGE來(lái)源的潛能,并不贊同鉻鐵礦中Cr和PGE來(lái)自于地幔組合和侵入它的巖漿。也即表明,高鋁和高鉻鉻鐵礦中PGE的特征與熔體屬性無(wú)關(guān),更多的可能是與礦體形成過(guò)程時(shí)候巖漿中S的飽和程度有關(guān)。在巖漿初期階段硫不飽和,Pt、Pd的硫化物尚未形成,只有當(dāng)巖漿更加分異到硫飽和時(shí)才能富集在堆晶巖或熔體中。6下地潭深部超高壓礦物系統(tǒng)綜上所述,豆莢狀鉻鐵礦形成過(guò)程涉及到深部與淺部的過(guò)程,并很有可能經(jīng)歷從過(guò)渡帶、洋中脊和俯沖帶環(huán)境,甚至地表后期的演化。豆莢狀鉻鐵礦被認(rèn)為經(jīng)歷了多階段的部分熔融,熔離和在上地幔SSZ環(huán)境下的巖漿混合作用。本文在此對(duì)其形成過(guò)程進(jìn)行初步的擬定。鉻的來(lái)源:地幔本身存在不均一性,并且其平均組分為二輝橄欖巖,白文吉等在致密塊狀鉻鐵礦中選出的橄欖石Fo值高達(dá)97~98和極小的晶飽參數(shù),依此推測(cè)這些橄欖石是在超高壓環(huán)境下結(jié)晶形成,以及下地幔應(yīng)該為鎂硅酸巖為主的組成。豆莢狀鉻鐵礦產(chǎn)于地幔橄欖巖中,其形成鉻鐵礦所需的鉻無(wú)疑應(yīng)來(lái)自于地幔橄欖巖,實(shí)驗(yàn)及理論研究都表明形成鉻鐵礦所需的鉻主要應(yīng)來(lái)自地幔橄欖巖中的副礦物鉻尖晶石和兩種輝石,甚至少量的橄欖石。鉻鐵礦中出融的透輝石和柯石英指示鉻尖晶石的形成深度“>300km”,并伴有多種地幔流體的存在,Maruyama在2007就已經(jīng)提出過(guò)渡帶深部地幔流體的存在以及深部物質(zhì)可以通過(guò)地幔柱帶上淺地幔。另有地球物理資料也表明地震不連續(xù)帶(過(guò)渡帶)也可能是因?yàn)檫^(guò)渡帶中有流體的存在所致。在輝石熔融出鉻液滴的同時(shí),早期的俯沖板片的物質(zhì)包括鋯石,Si,C,Ni等在過(guò)渡帶(400~600km)已經(jīng)熔融成為流體,并且這些流體與含鉻液滴交織在一起,部分含Si流體甚至進(jìn)入了鉻液滴中。隨著鉻液滴的聚集變大,以及上升時(shí)壓力的降低,鉻鐵礦逐漸成為了超高壓礦物的載體。鉻尖晶石的結(jié)晶:含鉻液滴隨著流體的運(yùn)移聚集,為超高壓礦物流體提供環(huán)境。在下地幔深部鉻的價(jià)態(tài)和特征一直以來(lái)都不是很清楚,如果在下地幔對(duì)流過(guò)程中鉻尖晶石-橄欖石能維持一個(gè)封閉的系統(tǒng),那么有可能轉(zhuǎn)變成后期階段由鉻尖晶石和似鉻尖晶石(或者林伍德石)組成的CF/CT型巖石。實(shí)驗(yàn)礦物的研究表明尖晶石可以在大于16Gpa、大于1600K的條件下形成,近年來(lái),在鉻鐵礦及圍巖中發(fā)現(xiàn)的超高壓礦物,通過(guò)計(jì)算及實(shí)驗(yàn)礦物學(xué)證明它們的形成溫度與壓力都為大于1000℃,深度大于300km。這些超高壓礦物包括:20世紀(jì)80年代已經(jīng)在鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)八面體假象蛇紋石,含Si金紅石礦物,呈針柱狀集合體交生在一起柯石英和藍(lán)晶石,鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)出溶的柯石英,進(jìn)一步支持了鉻鐵礦形成于斯石英相(>300km),并且從深部到淺部的減壓作用,以及在俄羅斯烏拉爾鉻鐵礦中也存在一個(gè)異常地幔礦物群,包括:金剛石,Cr,W,Co,Si,Al,Ta等自然元素:SiC、WC等碳化物,金紅石和含Si金紅石,鈦鐵礦,剛玉,藍(lán)晶石,假象八面體蛇紋石,自然鐵,方鐵礦等40余種礦物。因此,鉻尖晶石作為這些大量的超高壓礦物的載體,其形成條件必定也類似于超高壓礦物,并形成了初始成礦的鉻鐵礦礦漿。鉻鐵礦的成礦:豆莢狀鉻鐵礦的富集來(lái)自于圍巖的壓力,物質(zhì)屬性和流體對(duì)鉻鐵礦的側(cè)向壓力不同所致,在低含量SiO2、高壓、低粘度的情況,含礦液滴才有可能聚集成為豆莢狀結(jié)構(gòu);另有實(shí)驗(yàn)表明,高壓低粘度的橄欖石成分熔體以小滴形式,與高硅質(zhì)、低壓、粘度較大的巖漿混合時(shí),可以形成豆莢狀鉻鐵礦及其特征的豆?fàn)顦?gòu)造,低壓熔體有利于鉻的擴(kuò)散與聚集。不同硅活度的巖漿滴由于粘度、密度及溫度差異,在未完全混合時(shí)形成豆?fàn)顦?gòu)造,鉻鐵礦將成核結(jié)晶,對(duì)流作用使鉻鐵礦聚集于熔滴核部。殘余巖漿經(jīng)過(guò)滲濾、擠壓而遷移,造成鉻鐵礦進(jìn)一步聚集和富集,鉻鐵礦豆殼不斷被凝縮而結(jié)晶沉淀。鉻鐵礦易形成于上地幔狹窄的巖漿通道內(nèi),巖漿持續(xù)地流動(dòng)和遷出是形成豆莢狀鉻鐵礦的重要條件。鉻鐵礦原始構(gòu)造形成之后,在固相與半固相條件下持續(xù)變形,豆?fàn)罴岸箽顦?gòu)造被破壞,并形成其他特征的變形構(gòu)造,如扭折帶、拉長(zhǎng)構(gòu)造、變晶結(jié)構(gòu)、亞晶粒及位錯(cuò)構(gòu)造。近期鉻鐵礦的穆斯堡爾譜的分析也證明了此觀點(diǎn),致密塊狀鉻鐵礦中鉻尖晶石Fe3+/∑Fe=0.42,屬超高壓相的鉻鐵礦,并且致密塊狀鉻鐵礦在地幔對(duì)流上升過(guò)程,在相對(duì)較低的壓力條件下與圍巖地幔橄欖巖反應(yīng)形