地質地球所揭示狀鉻鐵礦床形成礦物粒間熔流體反應

　　大型層狀鎂鐵-超鎂鐵巖體是研究幔源巖漿演化和成礦過程的天然實驗室。對該類型巖體的研究能夠促進礦物學、巖石學、礦床學和地球化學等基本理論的建立和完善。此類巖體賦含有豐富的鉻鐵礦、鉑族元素、釩鈦磁鐵礦等礦床資源，其中大型層狀鉻鐵礦床儲量占全球資源總量的70%。盡管層狀鉻鐵礦床的成因機制尚存爭議，但多數學者認為大量鉻鐵礦的結晶并聚集成礦，較大的改變演化巖漿及伴生硅酸鹽礦物的物理化學性質。剖析這一改造過程直接關乎巖石和礦物化學組成對成巖成礦過程的示蹤作用。

　　中國科學院地質與地球物理研究所研究員蘇本勛及其合作者，對北美Stillwater大型層狀鎂鐵-超鎂鐵雜巖體的超鎂鐵巖和鉻鐵礦石進行礦物巖石學觀察和元素及Li-O同位素分析。結果顯示：（1）最早結晶的橄欖石和鉻鐵礦極少直接接觸，多由斜方輝石和/或單斜輝石等粒間礦物相隔；不同巖相以及不同類型鉻鐵礦石之間，礦物組合和橄欖石顆粒大小呈規律性變化（圖1）。（2）鉻鐵礦石中的硅酸鹽礦物元素含量（尤其是過渡族元素和流體活動性元素）明顯區別于方輝橄欖巖和純橄巖；鉻鐵礦石中橄欖石的元素含量變化范圍較斜方輝石更大，而方輝橄欖巖和純橄巖中橄欖石的元素含量變化范圍較小（圖2）。（3）橄欖石具有重于共生斜方輝石和單斜輝石的Li同位素組成，且δ⁷Li值的變化范圍較大（圖3a）；大部分橄欖石的O同位素組成在正常地幔范圍內，斜方輝石的δ¹⁸O值多高于正常地幔值，單斜輝石則具有最大的δ¹⁸O變化范圍（圖3b）；異常的礦物Cr同位素組成，即δ⁵³Cr呈現橄欖石>斜方輝石>鉻鐵礦規律（圖3c；Bai et al. GCA 2019）。（4）礦物元素和同位素組成與不同巖相轉變過程中礦物組合、礦物顆粒大小存在一定聯系（圖4）。  

　　以上特征揭示：（1）硅酸鹽礦物的化學組成及其變化與鉻鐵礦的結晶聚集相關；（2）斜方輝石和單斜輝石的化學成分更多地反映演化巖漿的組分變化，在過渡族元素含量以及O-Cr同位素方面明顯受到鉻鐵礦的影響；（3）橄欖石結晶后經歷強烈的元素和同位素組成改造，是礦物-粒間熔/流體反應的結果，或者說以熔/流體為介質進行的礦物間元素交換比單一的亞固相元素交換更為有效快捷；（4）這一熔/流體不僅包括巖漿分離結晶過程中的粒間熔體，也有鉻鐵礦就位壓實過程中釋放早期吸附流體的參與。 

　　相關研究成果發表在Contributions to Mineralogy and Petrology上。研究工作得到國家自然科學基金委和第二次青藏高原綜合科學考察項目的資助。 

圖1.Stillwater層狀巖體的巖石礦物學特征

圖2.Stillwater層狀巖體中的硅酸鹽礦物元素組成特征

圖3.Stillwater層狀巖體中的礦物Li-O-Cr同位素組成特征

圖4.Stillwater層狀巖體中的鉻鐵礦細脈的產出形態及其與橄欖巖的接觸關系