曹楚奇 楊經(jīng)綏, 2** 楊勝標(biāo), 3 董玉飛 陳曉堅 熊發(fā)揮 盧雨瀟

鉻是十分重要的戰(zhàn)略資源。原生鉻鐵礦床通常分為層狀鉻鐵礦(stratiform chromitite)和豆莢狀鉻鐵礦(podiform chromitite)兩種類型(Stowe, 1994)。層狀鉻鐵礦是與前寒武大陸地殼中大型鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)層狀侵入體伴生的鉻鐵礦床，占全球鉻鐵礦儲量的70%；豆莢狀鉻鐵礦則是賦存于蛇綠巖Moho 轉(zhuǎn)換帶(MTZ)或上地幔中的不規(guī)則礦體(Thayer, 1964; Dickey, 1975)。蛇綠巖是就位于造山帶中的大洋巖石圈殘片，其形成經(jīng)歷了部分熔融、熔體抽取、熔巖反應(yīng)、巖漿混合和結(jié)晶分異等多階段演化過程, 是研究古洋盆形成、發(fā)展和消亡的重要載體，同時也是豆莢狀鉻鐵礦的專屬巖石(Zhouetal., 2014; González-Jiménezetal., 2014; Arai and Miura, 2016; Yangetal., 2021)。由于鉻在地幔和地殼含量較少，而豆莢狀鉻鐵礦的鉻元素卻異常富集(Palme and O’Neill, 2003)，其來源、遷移和過飽和機制和動力學(xué)成因一直存在爭論(González-Jiménezetal., 2014)。豆莢狀鉻鐵礦鉻過飽和結(jié)晶的主要觀點包括：(1)基性-超基性巖漿分離結(jié)晶作用(Thayer, 1964; Lagoetal., 1982)；(2)地幔橄欖巖部分熔融(Wang and Bao, 1987; 鮑佩聲, 2009)；(3)多階段巖漿混合與地幔橄欖巖-熔體反應(yīng)成礦作用 (Arai and Yurimoto, 1994; Zhou and Robinson, 1994; Zhouetal., 1996, 2014; Huetal., 2022)；(4)富揮發(fā)分流體的分離作用(Gervillaetal., 2012; Johanetal., 2017)；(5)物理化學(xué)條件變化(Murck and Campbell, 1986)。豆莢狀鉻鐵礦形成的構(gòu)造背景也是爭議的焦點。早期研究認為豆莢狀鉻鐵礦可能形成于大洋中脊(Mid-ocean ridge, MOR)或弧后擴張中心環(huán)境(Leblanc and Nicolas, 1992)，現(xiàn)代大洋發(fā)現(xiàn)的鉻鐵礦為該理論提供了佐證(Arai and Matsukage, 1998; Abe, 2011; Payotetal., 2014)。俯沖帶上(Supra-subduction zone, SSZ)蛇綠巖的概念提出后，多數(shù)學(xué)者支持鉻鐵礦形成于SSZ的弧前或弧后盆地(Rollinson and Adetunji, 2013; Zhouetal., 2014)。近年來，原位電鏡掃描和人工重砂選礦發(fā)現(xiàn)了多種異常礦物(如金剛石、柯石英等)指示鉻鐵礦形成和就位可能經(jīng)歷了多階段演化(Yangetal., 2007, 2014, 2015; Xuetal., 2009; Xiongetal., 2015)。

西藏班公湖-怒江縫合帶(班怒帶)出露的蛇綠巖被認為是中特提斯洋(Metcalfe, 2021)或新特提斯洋的北支洋盆殘余(劉飛等, 2020)，自20世紀(jì)70年代以來，縫合帶內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并開采了東巧、切里湖、東風(fēng)、江措、依拉山等小型鉻鐵礦礦床，然而這些鉻鐵礦礦床的成因和構(gòu)造背景仍然存在爭議(Shietal., 2007, 2012; 張然等, 2019)。東巧蛇綠巖位于班怒帶中段，是縫合帶中出露面積較大、保存較為完好的蛇綠巖之一。前人的研究聚焦東巧蛇綠巖中豆莢狀鉻鐵礦的鉑族礦物Re-Os同位素組成等，揭示鉻鐵礦的形成可能與古老的大陸巖石圈地幔有關(guān)(Shietal., 2007, 2012)，但東巧鉻鐵礦的構(gòu)造背景和母巖漿特征等仍不清楚。本文通過對東巧蛇綠巖地幔橄欖巖及鉻鐵礦石的全巖鉑族元素(PGE)、礦物地球化學(xué)和包裹體等方面的研究，探討東巧鉻鐵礦的平衡熔體及其地質(zhì)記錄，為進一步探討鉻鐵礦成因和找礦前景提供參考依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

青藏高原北迄阿爾金山和祁連山脈北側(cè)，南抵喜馬拉雅山脈南麓的印度大陸，是多個地塊拼合而成的“造山的高原”，記錄了早古生代以來從南半球?qū)呒{大陸裂解的微板塊向北漂移并與勞亞大陸持續(xù)聚合的歷史(許志琴等, 2011; 吳福元等, 2020)。青藏高原腹地的班怒帶以北傾的班公湖-康托-茲格塘錯斷裂和日土-改則-尼瑪-丁青斷裂為界(圖1a)，夾持在羌塘地塊和拉薩地塊之間，其西端發(fā)源于班公湖一帶，向東經(jīng)改則、尼瑪、東巧、安多和丁青地區(qū)，再向南延伸至怒江地區(qū)，全長約2800km(Panetal., 2012)。班怒帶蛇綠巖出露完好，根據(jù)其空間展布可劃為西段(班公湖至改則)、中段(安多至東巧)和東段(丁青至怒江)三部分(圖1a; 王希斌等, 1987)。先前的研究表明班怒帶蛇綠巖時代主要分布在早三疊-早白堊世 (250～130Ma)，記錄了中特提斯洋或新特提斯洋北支洋盆復(fù)雜的構(gòu)造演化過程(Yin and Harrison, 2000; Metcalfe, 2013, Zhuetal., 2016)。

東巧蛇綠巖出露于班怒帶中段的最北端，位于那曲市安多縣西南的東巧區(qū)，距拉薩約500km。東巧蛇綠巖主體呈沿NNE-SEE方向展布約100km，斷續(xù)分布在東風(fēng)礦、玆格塘錯、羅布中等地。它們呈構(gòu)造巖片向北推覆到晚三疊-早侏羅世巨厚濁積巖(木嘎崗日巖群)之上，南側(cè)被古生代變質(zhì)沉積巖(查果瑪組)所逆掩，局部可見早白堊世海陸過渡相地層(東巧組)和晚白堊世磨拉石(竟柱山組)角度不整合覆蓋在蛇綠巖之上(圖1b)。東巧蛇綠巖以強瑪鎮(zhèn)為中心，可分為東、西兩個巖體，兩者相距約8.5km。兩個巖體的蛇綠巖剖面因構(gòu)造肢解出露并不完整，但通過不同地區(qū)出露的構(gòu)造巖塊大致可以恢復(fù)出蛇綠巖自上而下的層序，它們依次為：(1)玄武質(zhì)熔巖；(2)席狀輝綠巖墻；(3)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖；和(4)地幔橄欖巖。玄武質(zhì)熔巖發(fā)現(xiàn)于地幔橄欖巖的西南側(cè)(圖1b)，與其他巖石單元呈斷層接觸，具有塊狀和枕狀構(gòu)造; 席狀輝綠巖墻出露較少，且受構(gòu)造作用影響呈透鏡化；鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)堆晶巖零星出露于西巖體，厚度約為1km，包括異剝橄欖巖、純橄巖、輝石巖、橄欖輝長巖、輝石橄欖巖和輝長巖 (Wangetal., 2016)；地幔橄欖巖為東巧蛇綠巖的主要單元，它們經(jīng)歷了不同程度的蛇紋石化，純橄巖呈透鏡狀或脈狀分布其中，單個純橄巖脈體寬2～5m，沿走向延伸約20m，內(nèi)部通常賦存有小-中型規(guī)模豆莢狀鉻鐵礦，兩者既有漸變接觸關(guān)系，也有截然接觸關(guān)系，空間上構(gòu)成了鉻鐵礦-純橄巖-方輝橄欖巖的巖相分布(圖2)。前人的研究認為東巧蛇綠巖形成于早侏羅世(188～181Ma; 王希斌等, 1987; 夏斌等, 2008; Liuetal., 2016)，但它們的起源還存在MOR和SSZ兩種不同的認識(王希斌等, 1987; 葉培盛等, 2004; Wangetal., 2016)。

圖2 東巧地幔橄欖巖和豆莢狀鉻鐵礦野外照片

2 巖相學(xué)特征

東巧方輝橄欖巖和鉻鐵礦的蝕變程度中等，普遍發(fā)育有蛇紋石化。選取東巧東、西巖體中的地幔橄欖巖和豆莢狀鉻鐵礦共計32個代表性樣品進行巖相學(xué)特征研究，采樣位置如圖1b所示，包括方輝橄欖巖樣品(YQ-2-1，E90°45′45″、N32°01′01″、4797m)，純橄巖樣品(YQ-85-2，E90°44′09″、N32°00′47″、4877m)，鉻鐵礦樣品(YQ-1-6，E90°44′17.29″、N32°00′27.51″、4846m)。

2.1 方輝橄欖巖

方輝橄欖巖占東巧地幔橄欖巖總面積的80%以上，多數(shù)因蛇紋石化而顯示出深黃綠色及黑色的外觀(圖2a, b)，粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造(圖2b)。新鮮方輝橄欖巖主要礦物為橄欖石(70%～85%)、斜方輝石(10%～15%)和單斜輝石(<5%)，副礦物為鉻尖晶石(1%～2%)(圖3a, b)。橄欖石呈自形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑在0.5～4mm之間, 大致可以分為粗粒和細粒兩種類型。粗粒橄欖石(1～5mm)與輝石礦物構(gòu)成鑲嵌結(jié)構(gòu)，而細粒橄欖石(0.3～1mm)則分布于斜方輝石的邊部或在不同礦物顆粒之間呈填隙狀產(chǎn)出，或以包裹體形式分布于斜方輝石、單斜輝石和鉻尖晶石顆粒中(圖3a, b)。斜方輝石為半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑約1～5mm，礦物顆粒邊緣常呈港灣狀，其邊緣和內(nèi)部均有細粒橄欖石、斜方輝石、鉻尖晶石等礦物充填(圖3a, b)。單斜輝石主要呈半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)分布于粗粒斜方輝石邊部港灣中，少量不規(guī)則狀單斜輝石被包裹在斜方輝石內(nèi)部(圖3b)，另有極少量單斜輝石以針狀出溶體和粒狀包裹體形式存在于橄欖石顆粒中。鉻尖晶石鏡下為褐紅色礦物，主要填隙在橄欖石和輝石顆粒之間，其形態(tài)呈不規(guī)則的蠕蟲狀、樹枝狀、水滴狀(圖3a, b)，或以渾圓狀被包裹在斜方輝石和橄欖石之中。

圖3 東巧地幔橄欖巖及鉻鐵礦鏡下照片

2.2 純橄巖

東巧純橄巖多呈不規(guī)則的似脈狀、團塊狀以及條帶狀出露于方輝橄欖巖內(nèi)部(圖2a, c)。純橄巖延伸較遠，部分區(qū)域往往形成較為寬大的純橄巖帶。這些純橄巖受到蛇紋石化和風(fēng)化作用蝕變影響，表面呈土黃色或青灰色(圖2a, c)，蝕變純橄巖的蛇紋石和方解石往往沿橄欖石顆粒邊緣和裂隙呈網(wǎng)狀交代充填，可見少量細粒橄欖石和鉻尖晶石殘晶。新鮮的純橄巖表面呈灰綠色，由橄欖石(>95%)、鉻尖晶石(1%～3%)和少量的單斜輝石(<1%)組成(圖3c)。橄欖石粒徑0.5～5mm，鑲嵌粒狀結(jié)構(gòu)，裂紋發(fā)育，局部可見波狀消光和變形雙晶，粗粒橄欖石邊緣分布重結(jié)晶的細粒橄欖石。鉻尖晶石呈自形粒狀零散分布于橄欖石晶粒周圍，粒徑介于0.1～0.3mm之間(圖3c)。單斜輝石粒度<1mm，通常呈不規(guī)則的樹枝狀、月牙狀或紡錘狀顆粒分布在橄欖石顆粒內(nèi)部或邊緣。

2.3 鉻鐵礦

東巧鉻鐵礦地表的礦體和礦化分布極不均一，具有成帶分布，成群出現(xiàn)的特點(圖2e, f)。礦體形態(tài)多呈透鏡狀、團塊狀、似脈狀、條帶狀等不規(guī)則狀分布在巖塊邊緣的方輝橄欖巖和純橄巖巖相帶中，規(guī)模以近東西走向者較大，其它方向次之。鉻鐵礦礦石含量變化在5%～85%之間，呈浸染狀、脈狀和致密塊狀構(gòu)造(圖2d-f)。其中的鉻尖晶石顆粒在鏡下為自形的聚集體，粒徑變化于0.2～0.6mm之間(圖3d)，脈石礦物以橄欖石為主，少量單斜輝石，這些硅酸鹽礦物常常蝕變?yōu)樯呒y石、綠泥石等次生礦物(圖3d)。

3 分析方法

單礦物電子探針測試在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點實驗室和中國地質(zhì)科學(xué)院自然資源部深地動力學(xué)重點實驗室完成。前者測試儀器為JEOL JXA-8100型電子探針，該儀器配備有3道波譜儀和1道X射線能譜儀。測試條件為：電子束流20nA，加速電壓15.0kV，電子束斑2μm。后者儀器型號為日本電子公司JEOL JXA-8100、INCA能譜儀，探針束流20nA，加速電壓15.0kV，電子束斑為2μm。

單礦物原位微量元素測試在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所礦床地球化學(xué)國家重點實驗室利用LA-ICP-MS分析完成。使用儀器為為Agilent 7700x電感耦合等離子質(zhì)譜儀，激光剝蝕系統(tǒng)為ESI的NWR 213nm激光剝蝕系統(tǒng)，束斑直徑為64μm。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣，由一個T型接頭將氦氣和氬氣混合后進入ICP-MS中。每個采集周期包括大約30s的空白信號和50s的樣品信號。采用多外標(biāo)-內(nèi)標(biāo)法對元素含量進行計算。電子探針分析獲得的尖晶石57Fe含量作為內(nèi)標(biāo)計算元素含量，南美洲科馬提巖樣品GOR-128以及自然鉻QC-Cr作為外標(biāo)監(jiān)測儀器的漂移。質(zhì)控標(biāo)樣主量元素測試誤差小于5%，微量元素元素測試誤差小于10%，含量低的樣品測試誤差大于10%。

鉻鐵礦和橄欖巖的全巖鉑族元素分析在國家測試中心完成。具體方法是將樣品與Na2B4O7、Na2CO3、SiO2、羥基鎳粉和硫磺粉等按不同比例混合于粘土坩堝中，放入馬弗爐加熱至1000～1200℃。冷卻后，由于硫化物相的不相容性，PGE和Ni3S2沉降于坩堝底部形成鎳扣，將鎳扣粉碎后用HCl熔解，加入碲共沉淀劑分離，最后用ICP-MS(TJAPQEXCELL)直接測量。本實驗的全流程空白為：Ru、Ir、Pd、Os<0.3×10-9，Pt、Rh<0.06×10-9。實驗所測定的標(biāo)準(zhǔn)參考物(GPT24和GPT27)分析結(jié)果與推薦值吻合較好。

鉻鐵礦中鉻尖晶石包裹體的能譜半定量分析在中國地質(zhì)科學(xué)院自然資源部深地動力學(xué)重點實驗室完成，儀器型號為美國FEI公司的熱場發(fā)射掃描電鏡(NanoSEM450)，實驗電壓20kV，電流20nA，束斑直徑5μm。配套的能譜儀為英國牛津儀器公司的電制冷能譜儀系統(tǒng)(INCA X-Max50 EDS)。

4 分析結(jié)果

4.1 礦物化學(xué)特征

橄欖石 本文共分析了方輝橄欖巖和純橄巖中50顆橄欖石的化學(xué)成分，代表性結(jié)果見表1。東巧地幔橄欖巖中的橄欖石均為鎂橄欖石，F(xiàn)o值變化于89.8～92.5。其中方輝橄欖巖的橄欖石Fo值在89.8～92.2之間，MnO=0.05%～0.17%，NiO=0.31%～0.46%，F(xiàn)eO=8.1%～10.3%；純橄巖的橄欖石Fo值介于91.7～92.5，NiO=0.32%～0.46%，MnO=0.08%～0.16%。東巧蛇綠巖從方輝橄欖巖到純橄巖中的橄欖石Fo值呈現(xiàn)出連續(xù)的變化趨勢，F(xiàn)o值和NiO含量表現(xiàn)出較強的正相關(guān)關(guān)系(圖4)，指示了從鉻鐵礦圍巖到鉻鐵礦逐漸增加的部分熔融趨勢。

圖4 東巧地幔橄欖巖的橄欖石NiO-Fo成分圖解(據(jù)Pagé et al., 2008)

表1 東巧地幔橄欖巖代表性樣品的橄欖石電子探針分析結(jié)果(wt%)

斜方輝石 對地幔橄欖巖樣品中的53顆斜方輝石進行成分分析，代表性結(jié)果列于表2。斜方輝石的En端元分布在88.5～91.2的范圍內(nèi)，主要是頑火輝石，少量古銅輝石。方輝橄欖巖的斜方輝石的Mg#值變化于89.7～92.0，Al2O3=0.10%～0.98%，NiO小于0.15%，Cr2O3=0.27%～0.50%，CaO=0.34%～1.00%；與方輝橄欖巖相比，純橄巖中的斜方輝石具有略高的Mg#值，介于91.7～92.1之間，Al2O3的含量也更高，變化范圍1.00%～1.36%，Cr2O3=0.31%～0.53%，NiO=0.08%～0.14%，CaO=0.40%～1.08%。在Al2O3-Mg#和Cr2O3-Mg#圖解中(圖5a, b)，方輝橄欖巖和純橄巖的斜方輝石成分均相對集中在弧前橄欖巖區(qū)域，從方輝橄欖巖到純橄巖，斜方輝石的Mg#與Al2O3呈現(xiàn)不明顯的正相關(guān)線性變化規(guī)律。

圖5 東巧地幔橄欖巖的斜方輝石Al2O3-Mg#圖解(a)和Cr2O3-Mg#圖解(a)(據(jù)Pagé et al., 2008)

表2 東巧地幔橄欖巖代表性樣品的斜方輝石電子探針分析結(jié)果(wt%)

單斜輝石 對東巧地幔橄欖巖中的155個單斜輝石進行電子探針成分分析，代表性結(jié)果見表3。主要為透輝石(En46.2-50.4Wo46.5-50.6)。方輝橄欖巖中單斜輝石Mg#值分布在92.7～95.1的范圍內(nèi)，Al2O3和Cr2O3的含量分別為0.12%～1.05%和0.35%～0.77%。TiO2的含量低于0.05%，CaO含量為23.15%～25.90%，NiO為0.01%～0.11%；純橄巖中單斜輝石的Mg#值高于方輝橄欖巖，變化于94.0～94.6，Al2O3含量為0.72%～1.23%，Cr2O3含量為0.22%～0.51%，CaO含量為23.20%～24.34%。在Mg#與其他主量元素的相關(guān)性圖解中(圖6)，東巧方輝橄欖巖和純橄巖單斜輝石的成分均偏離了深海橄欖巖和弧后盆地橄欖巖的區(qū)域而相對集中于弧前橄欖巖的范圍內(nèi)。

表3 東巧地幔橄欖巖代表性樣品中單斜輝石電子探針分析結(jié)果(wt%)

圖6 東巧地幔橄欖巖的單斜輝石Mg#對Al2O3 (a)、TiO2 (b)、Cr2O3 (c)和CaO (d)圖解(據(jù)Pagé et al., 2008)

鉻尖晶石 通過掃描電鏡在東巧地幔橄欖巖和鉻鐵礦石中選取153顆新鮮鉻尖晶石核部進行電子探針成分測試，代表性分析結(jié)果列于表4。方輝橄欖巖尖晶石的Cr2O3含量為46.60%～56.05%，Al2O3含量為11.95%～20.90%，TiO2<0.08%，Cr#值在60.8～75.9范圍內(nèi)變化，F(xiàn)eO含量為16.45%～23.65%，MgO含量為9.83%～12.59%，Mg#值分布在47.5～60.4區(qū)間內(nèi)，為富鉻尖晶石(Irvine, 1967)；純橄巖中尖晶石的Cr2O3含量介于51.47%～60.05%，Al2O3含量變化在8.20%～15.48%，Cr#值為69.0～83.1，NiO含量為0.02%～0.15%，F(xiàn)eO含量為18.35%～23.88%，Mg#值為36.8～57.7，TiO2含量變化范圍在0.07%～0.24%之間，也為富鉻尖晶石(Irvine, 1967)。東巧鉻鐵礦石中的鉻尖晶石礦物組分基本類似，它們幾乎不含SiO2、Na2O、K2O和CaO。TiO2含量0.06%～0.16%，Cr2O3含量較高，范圍介于52.9%～63.12%之間，Al2O3含量較低，分布在6.25%～13.55%的范圍內(nèi)，MgO含量為10.47%～14.7%，F(xiàn)eO為14.61%～22.47%，Mg#值在52.8～70.5之間變化，Cr#值范圍在72.5～86.9之間，為高鉻型鉻鐵礦(Leblanc and Violette, 1983; Dick and Bullen, 1984)。

表4 東巧地幔橄欖巖和鉻鐵礦代表性樣品的鉻尖晶石電子探針分析結(jié)果(wt%)

純橄巖和鉻鐵礦礦石中鉻尖晶石的原位微量元素(Sc、Ti、V、 Mn、 Co、Ni、Zn和Ga)化學(xué)分析結(jié)果見表5。純橄巖中的鉻尖晶石微量元素含量相對變化不大，其中Zn的含量為1326×10-6～1389×10-6，V含量為843×10-6～859×10-6，Ni的含量為936×10-6～1015×10-6，Ga含量為33.0×10-6～35.9×10-6。東巧鉻鐵礦石中的鉻尖晶石微量元素的Mn、Ni和V含量較高，范圍變化也較大，分別為1107×10-6～1362×10-6、1007×10-6～1915×10-6和854×10-6～1247×10-6。Ga的含量為33.6×10-6～75.0×10-6，Zn的含量為518×10-6～714×10-6，遠低于純橄巖中的Zn。如圖7所示，在鉻尖晶石MORB標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)中，東巧純橄巖和鉻鐵礦的尖晶石成分相近，相較于MORB的尖晶石，它們明顯虧損Ti、Ni和Ga，富集V、Mn、Co和Zn，與玻安巖的配分曲線相似。

表5 東巧純橄巖和鉻鐵礦代表性樣品中的鉻尖晶石微量元素分析與母巖漿計算結(jié)果(×10-6)

圖7 東巧鉻鐵礦和純橄巖中鉻尖晶石MORB標(biāo)準(zhǔn)化微量元素分配模式圖(據(jù)Zhou et al., 2014)

4.2 鉻尖晶石的包裹體特征

東巧鉻鐵礦中鉻尖晶石的包裹體主要包含橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、角閃石、方解石和鉑族礦物等，掃描電鏡照片見圖8，電子探針分析結(jié)果見表6。

東巧鉻鐵礦的鉻尖晶石中的橄欖石包裹體多呈自形-半自形單晶，晶體自形程度較好，粒徑變化較大，介于20～50μm之間(圖8a, b)，大部分橄欖石包裹體已經(jīng)蝕變?yōu)樯呒y石，導(dǎo)致MgO和NiO的含量降低，Al2O3和Cr2O3含量增加(表6)。

表6 東巧鉻鐵礦代表性樣品中鉻尖晶石的礦物包裹體的電子探針分析結(jié)果(wt%)

斜方輝石包裹體較少，它們主要呈自形-半自形單晶，包括柱狀、橢圓形、近圓形等多種形態(tài)，粒徑為5～40μm之間(圖8c, d)。

東巧鉻鐵礦鉻尖晶石中的包裹體種類以單斜輝石最為常見?？梢妰煞N形態(tài)，一種為自形-半自形粒狀，粒徑為5～50μm，呈渾圓狀(圖8e)、紡錘形(圖8f)、多邊形等多種形態(tài)，表面平整或發(fā)育裂隙，SiO2含量變化于52.37%～54.09%，MgO的含量為17.26%～17.71%，Al2O3為0.90%～0.98%；另一種單斜輝石呈針狀橫斷面直徑寬度不足5μm，最大長度可達30μm(圖8g)。多數(shù)單斜輝石針狀包裹體呈定向排列，具一組或二組分布方向。這種針狀的單斜輝石在羅布莎(Yamamotoetal., 2009)、澤當(dāng)(Guoetal., 2021)、仁布(楊勝標(biāo)等, 2022)、錯不扎(Zhaoetal., 2020)、阿爾巴尼亞布爾齊澤鉻鐵礦(Xiongetal., 2021)等均有發(fā)現(xiàn)，它們常常被認為高壓鉻鐵礦在轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪恒t鐵礦的過程中CaO和SiO2溶解度降低，單斜輝石出溶所致(Yamamotoetal., 2009; Griffinetal., 2016)。

圖8 東巧鉻鐵礦中鉻尖晶石的礦物包裹體背散射圖像

角閃石包裹體多為半自形-他形粒狀，粒徑30～200μm，呈不規(guī)則多邊形(圖8h)，電子探針分析Na2O含量為2.49%～3.06%，F(xiàn)eO含量1.77%～2.0%，MgO含量為19.76%～20.81%，Al2O3含量為8.02%～9.93%，屬于鈣角閃石組的韭閃石和鎂砂川閃石(圖9)。

圖9 東巧鉻鐵礦中鉻尖晶石的角閃石包裹體礦物分類判別圖解(據(jù)劉顯凡等, 2015修改)

鉑族礦物包裹體多呈渾圓粒狀，粒徑通常小于5μm(圖8i)，能譜測試半定量分析表明Os、Ru等IPGE元素相對含量較高。

4.3 全巖鉑族礦物(PGE)特征

PGE具有親銅和親鐵的特征，主要保存地核中，而地幔中的濃度非常低。根據(jù)熔點的高低，PGE可分為Ir亞族 (IPGEs，包括Os、Ir和Ru，熔點高于2000℃)和Pd亞族(PPGE，包括Rh、Pt和Pd，熔點低于2000℃)(Woodlandetal., 2002)。在地幔部分熔融過程中，IPGE傾向留在殘余地幔中，顯示相容元素特征；PPGE傾向進入到熔體，顯示不相容元素特征。對于地幔橄欖巖和鉻鐵礦，其鉑族元素組成，可以指示巖石的成因及地幔交代作用等(Zhouetal., 1998; 熊發(fā)揮等, 2013)。本文對8件方輝橄欖巖、3件純橄巖和8件稠密浸染-致密塊狀鉻鐵礦進行全巖鉑族元素分析，測試結(jié)果如表7。

表7 東巧地幔橄欖巖和鉻鐵礦鉑族元素含量(×10-9)

方輝橄欖巖中PGE元素總含量變化在14.01×10-9～32.81×10-9之間，平均值為22.49×10-9，近似于原始地幔。Ir的含量變化在2.23×10-9～5.55×10-9，Pd含量變化在0.07×10-9～0.65×10-9之間。Pd/Ir值較低(0.03～0.27)，IPGE含量范圍(10.35×10-9～20.58 ×10-9)和PPGE的含量范圍(3.32×10-9～13.47×10-9)變化均較大。IPGE/PPGE的比值均大于1。與原始地幔中的鉑族元素含量相比較(McDonough and Sun, 1995)，東巧方輝橄欖巖中的Os、Ir、Ru的含量稍高，Pt和Pd含量相對較低，Rh含量差別不大，Pd呈現(xiàn)出明顯的負異常(圖10)。

圖10 東巧地幔橄欖巖及鉻鐵礦原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化全巖鉑族元素(PGE)分配模式圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)McDonough and Sun, 1995)

東巧純橄巖的PGE總量略低于原始地幔，為13.36×10-9～16.08×10-9，Pd/Ir值較高(0.34～3.24)，IPGE含量范圍(7.60×10-9～9.17×10-9)和PPGE的含量范圍(5.76×10-9～8.52×10-9)變化較小。IPGE/PPGE的比值范圍0.89～1.53，IPGE和PPGE富集程度近似。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中顯示出Ir的虧損和Rh的富集(圖10)。

東巧鉻鐵礦的鉑族元素總量變化范圍為108.4×10-9～645.7×10-9，遠遠高于原始地幔(McDonough and Sun, 1995)和地幔橄欖巖中PGE的含量，IPGE/PPGE的比值均大于10，呈現(xiàn)IPGE以及Rh相對原始地幔富集，而Pt和Pd相對虧損的左高右低模式，具右傾特征的PGE配分模式曲線(圖10)。

5 討論

5.1 鉑族元素分餾

前人研究顯示，地幔橄欖巖和鉻鐵礦的PGE含量通常受部分熔融、巖漿分異和熱液蝕變等過程的影響(Barnesetal., 1985)。雖然東巧蛇綠巖的鉻鐵礦包含蛇紋石、綠泥石和鐵鉻鐵礦等熱液作用形成的次生礦物(Shietal., 2012; 董玉飛等, 2019)， 但掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)鉑族礦物 (PGM)顆粒多以包裹體形式出現(xiàn)在鉻尖晶石中，它們晶形較好，并未顯示出后期熱液蝕變的特征，因此，熱液蝕變導(dǎo)致PGM脫硫以及PGE再活化對全巖PGE影響甚微(Griecoetal., 2007)。

含硫礦物(合金或氧化物)在地幔低程度熔融(2%～15%)過程中保持穩(wěn)定, 因而殘余地幔橄欖巖會呈現(xiàn)出未分餾或近似平坦的PGE型態(tài)，其(Pd/Ir)N比值也≤1.0。隨著部分熔融程度的增加(>15%～20%)，易熔的PPGE、Au、Re、S、Se、Te和Cu表現(xiàn)出強的不相容性，而最難熔的IPGE為相容元素，仍然能夠保留在殘余地幔中，以致殘余地幔因強烈虧損IPGE而產(chǎn)生PGE分餾(Barnesetal., 1985; Zhouetal., 1998)。上地幔橄欖巖IPGE賦存于圈閉在硅酸鹽礦物中的硫化物晶格中，而PPGE則出現(xiàn)在粒間填隙的硫化物中，證實了上述推論(Alardetal., 2000)。當(dāng)部分熔融程度在20%～25%，即便是地幔源區(qū)最難熔的IPGE也會被抽取到熔體相中(Prichardetal., 2008)。從圖10可知，東巧方輝橄欖巖和純橄巖PGE含量總體低于原始地幔的值，且均顯示出右傾型曲線，說明它們和虧損的殘余地幔橄欖巖一樣，經(jīng)歷了較為明顯的熔體抽取過程(Barnesetal., 1985)。值得注意的是，東巧方輝橄欖巖的Pt出現(xiàn)了不同程度的富集, 由于Pt和Pd的分配系數(shù)相近，這種分餾不能簡單地解釋為硫化物的不一致熔融，更可能是再飽滿過程誘發(fā)交代的硫化物沉淀，進而提高地幔橄欖巖Pd的含量(Luguetetal., 2003)。

鉻鐵礦的PGE分配形式與鉻鐵礦成因存在密切聯(lián)系，在巖漿分離結(jié)晶過程中，Pd/Ir比值會隨著Pt/Pt*比值的降低而增加(Barnesetal., 1985; Garutietal., 1997)。東巧鉻鐵礦顯示較低的Pd/Ir(0.006～0.041)和較高的IPGE/PPGE(10.07～36.30)(表7)，由Pd/Ir-Pt/Pt*和∑PGE-IPGE/PPGE圖解可以看出，鉻鐵礦的PGE主要受部分熔融控制而非巖漿的結(jié)晶分異(圖11)。而PGE陡峭的右傾型曲線指示鉻鐵礦可能源自俯沖帶上玻安質(zhì)熔體與虧損地幔方輝橄欖巖的相互作用，因為高程度部分熔融(≥20%)產(chǎn)生的玻安質(zhì)熔體形成的鉻鐵礦PGE含量較高，而低程度部分熔融(≤20%)產(chǎn)生的玄武質(zhì)熔體形成的鉻鐵礦PGE含量則相對較低(Prichardetal., 2008)。東巧鉻鐵礦石富集Ru和Ir，反映出鉻鐵礦母巖漿飽和結(jié)晶可使易氧化的貴金屬聚集(Finniganetal., 2008)，這是因為Al3+、Cr3+和Fe3+優(yōu)先分配到鉻尖晶石晶格中，導(dǎo)致生長的鉻尖晶石晶體的邊緣形成相對還原的區(qū)域，促使Ir和Ru在鉻尖晶石和熔體的界面上聚集(Ballhausetal., 2006)。

圖11 東巧蛇綠巖PGE的Pd/Ir-Pt/Pt*圖解(a,據(jù)Garuti et al., 1997修改)和∑PGE-IPGE/PPGE 圖解(b)

總之，東巧地幔橄欖巖和鉻鐵礦PGE的右傾型配分曲線表明，東巧地橄欖巖可能在經(jīng)歷熔體抽取后又經(jīng)歷了后期玻安質(zhì)熔體的再富集或交代作用。

5.2 東巧鉻鐵礦的母巖漿與構(gòu)造背景

東巧鉻鐵礦礦石成分較為均一，它們的Fe#值和MnO含量較低，說明尖晶石受次生的磁鐵礦和鐵尖晶石影響小，化學(xué)成分能夠較好地反映出平衡熔體的性質(zhì)，從而推斷鉻鐵礦形成的構(gòu)造環(huán)境(Evansetal., 2013; Khedr and Arai, 2016)。多數(shù)研究認為豆莢狀鉻鐵礦是上地幔不同程度部分熔融形成的玄武質(zhì)巖漿與圍巖反應(yīng)結(jié)晶而成(Zhouetal., 1996, 1998; Kamenetsky, 2001; Arai and Miura, 2016; Huetal., 2022)。固相線下再平衡時，鉻鐵礦和橄欖石的Al2O3和TiO2含量主要受到母熔體成分的影響(Kamenetskyetal., 2001)，F(xiàn)eO和MgO在鉻鐵礦和硅酸鹽礦物中也會達到平衡。鉻鐵礦平衡熔體的Al2O3和TiO2含量以及FeO/MgO可由如下公式確定(Maurel and Maurel, 1982; Kamenetskyetal., 2001; Zaccarinietal., 2011)：

(Al2O3熔體)=5.2253×ln(Al2O3尖晶石)+1.1232

(TiO2熔體)=1.0897×(TiO2尖晶石)+0.0892

其中Al#=Al/(Cr+Al+Fe3+)，F(xiàn)e#=Fe3+/(Cr+Al+Fe3+)。

計算結(jié)果見表8，東巧純橄巖的Al2O3含量變化于12.12%～15.44%，TiO2含量變化于0.17%～0.35%，F(xiàn)eO/MgO的比值為1.36～2.48；鉻鐵礦與純橄巖平衡熔體成分相近，Al2O3的含量介于10.71%～14.74%，TiO2含量分布在0.15%～0.26%的范圍內(nèi)，F(xiàn)eO/MgO為0.83～1.48。在平衡熔體FeO/MgO-Al2O3圖解中(圖12a)，純橄巖和鉻鐵礦略有差異，前者主要投影到MORB區(qū)域，而后者均落到玻安巖的范圍內(nèi)；但在熔體TiO2-Al2O3圖解中(圖12b)，它們均落在玻安巖的范圍內(nèi)(Zhouetal., 2014)。這一特征同Troodos和Thetford蛇綠巖的鉻鐵礦及圍巖類似(Derbyshireetal., 2019)。

圖12 東巧鉻鐵礦母巖漿成分圖解

表8 東巧純橄巖和鉻鐵礦的母巖漿代表性數(shù)據(jù)計算結(jié)果

玻安巖是俯沖帶富水流體交代熱的，高度難熔的方輝橄欖巖形成的高鎂安山巖，代表了起始俯沖帶最早的弧巖漿(Reaganetal., 2010)，因此我們認為東巧純橄巖鉻鐵礦的母熔體從成分上來說是玻安質(zhì)熔體，形成于俯沖初期弧前環(huán)境。

與主量元素相比，鉻鐵礦微量元素含量的變化對巖漿分離結(jié)晶、熔體-巖石相互作用以及鉻鐵礦形成環(huán)境的示蹤更為敏感(Pagé and Barnes, 2009; González-Jiménezetal., 2014)。鉻鐵礦和純橄巖平衡熔體的微量元素組成可由元素分配系數(shù)計算獲得(Zhouetal., 2014)。利用Pagé and Barnes (2009)的分配系數(shù)計算東巧鉻鐵礦和純橄巖平衡熔體的微量元素成分(表5)。東巧鉻鐵礦母巖漿的Sc含量為12.6×10-6～40.6×10-6，Ti為0.15×10-6～0.31×10-6，V為110×10-6～161×10-6，Mn為1027×10-6～1390×10-6，Co為60.6×10-6～67.0×10-6，Ni為845×10-6～1462×10-6，Zn為75×10-6～103×10-6，Ga為18×10-6～41×10-6。純橄巖平衡熔體與鉻鐵礦母巖漿成分相近，Sc、Ti、V的含量分別為25.9×10-6～32.3×10-6、0.06×10-6和109×10-6～111×10-6，Mn、Co和Ni的豐度為1349×10-6～1379×10-6、81.5×10-6～84.4×10-6和715×10-6～775×10-6，Zn和Ga的含量則是192×10-6～201×10-6和18.1×10-6～19.6×10-6。如圖12c所示，東巧鉻鐵礦和純橄巖母巖漿成分相似，它們相對N-MORB富集Sc、Mn和Co，虧損Ti，V的含量相近，而Ni、Zn和Ga的變化較大，這與俯沖帶弧前玻安巖的微量元素元素組成相近。

地幔橄欖巖和鉻鐵礦的化學(xué)成分保留了蛇綠巖熔體抽取和再富集的地質(zhì)記錄，對識別蛇綠巖起源和地幔演化歷史有重要意義(Choietal., 2008)。東巧方輝橄欖巖和純橄巖鉻尖晶石的成分范圍集中分布在弧前橄欖巖的區(qū)域(圖13)，它們Cr#值與Mg#呈負相關(guān)性(圖13a)，與阿爾卑斯型超鎂鐵巖特征相似(Leblanc, 1980)。Ti是鉻尖晶石部分熔融過程中的不相容元素，因而隨著部分熔融程度的提高鉻尖晶石TiO2的含量會急劇降低 (Pearceetal., 2000; Zhouetal., 2005)。在尖晶石Cr#與TiO2的對比圖中(圖13b)，東巧方輝橄欖巖大致沿著部分熔融曲線分布，部分熔融程度大于25%之間，與此相反，大部分純橄巖因TiO2含量的增加而偏離熔融曲線，而顯示出與玻安巖反應(yīng)的趨勢, 這一證據(jù)與PGE獲得的結(jié)果一致。在Al2O3-Cr2O3圖解中(圖13c)，方輝橄欖巖和純橄巖均集中在地幔陣列，明顯不同于巖漿堆晶成因的尖晶石。鉻尖晶石的TiO2-Al2O3圖解顯示(圖13d)，東巧地幔橄欖巖聚集在弧前橄欖巖的成分范圍內(nèi)，明顯區(qū)別于洋島玄武巖和大火成巖省的鉻尖晶石。根據(jù)純橄巖和鉻鐵礦主量和微量元素的親緣性，我們認為東巧蛇綠巖很可能形成于洋內(nèi)弧前環(huán)境。

圖13 東巧地幔橄欖巖和鉻鐵礦的尖晶石成分圖解(據(jù)Pagé et al., 2008)

5.3 東巧鉻鐵礦的找礦前景

蛇綠巖地幔橄欖巖的巖體規(guī)模、部分熔融程度以及巖體內(nèi)部的韌性剪切帶被認為是決定豆莢鉻鐵礦床規(guī)模主要因素(Boudier and Al-Rajhi, 2014; 熊發(fā)揮等, 2015; Arai and Miura, 2016; Rassiosetal., 2020)。其中，豆莢狀鉻鐵礦賦礦巖體規(guī)模決定了找礦空間的大小。已有研究表明，全球多數(shù)豆莢狀鉻鐵鐵礦床均產(chǎn)于大型地幔橄欖巖體(楊經(jīng)綏等, 2011; Boudier and Al-Rajhi, 2014)。東巧蛇綠巖位于班怒帶中段，屬于中段四個亞帶中的東巧-倫波拉亞帶，東、西兩個巖體的面積總共約60km2，與雅魯藏布江東段的羅布莎巖體(70km2)(楊經(jīng)綏等, 2008)大致相當(dāng)，說明兩者具有相似的容礦空間。蛇綠巖地幔的巖相分帶是成礦的一個重要的標(biāo)志，全球礦石儲量100萬t以上的鉻鐵礦床(如Kempirsai蛇綠巖)的地幔橄欖巖以方輝橄欖巖為主，并伴有少量二輝橄欖巖，豆莢狀礦體通常被厚度不等純橄巖外殼包裹，但礦體的規(guī)模與純橄巖的厚度關(guān)系不大。小到中等規(guī)模的鉻鐵礦的純橄巖包殼有時很厚，而大規(guī)模的鉻鐵礦礦體的純橄巖包殼卻很薄，還有一些鉻鐵礦沒有純橄欖巖包殼，直接與方輝橄欖巖或二輝橄欖巖接觸(Boudier and Al-Rajhi, 2014)。從野外來看，東巧蛇綠巖地幔橄欖巖包含方輝橄欖巖和純橄巖，后者出露廣泛，往往呈脈狀或團塊狀分布在方輝橄欖巖內(nèi)部(圖2a; Shietal., 2007, 2012; 黃強太等, 2015)，有利于豆莢狀鉻鐵礦的形成。此外，地幔橄欖巖部分熔融程度的高低對鉻鐵礦的形成尤為重要，包含少量單斜輝石的中等程度虧損的方輝橄欖巖-巖漿體系能夠提供足夠高的Cr#值和(Cr+Al)含量，是形成豆莢狀鉻鐵礦最有利的條件(Arai and Miura, 2016)。東巧鉻鐵礦礦物化學(xué)組分指示方輝橄欖巖為經(jīng)歷較高程度熔融的弧前橄欖巖(圖13)，這可使得賦存于輝石內(nèi)的鉻才被釋放到熔體中聚集成礦(熊發(fā)揮等, 2013)。在班怒帶上，除了東巧蛇綠巖，其南部距離100km的蓬湖蛇綠巖、東部的依拉山和丁青蛇綠巖中也有一定規(guī)模豆莢狀鉻鐵礦產(chǎn)出(張然等, 2019; 徐向珍等, 2021)。因此，班怒帶的蛇綠巖具有較為良好的鉻鐵礦找礦前景，是良好的鉻鐵礦勘探靶區(qū)。

6 結(jié)論

(1)東巧地幔橄欖巖以方輝橄欖巖為主，鉻鐵礦多呈透鏡狀賦存在其內(nèi)部的純橄巖脈中。地幔橄欖巖和鉻鐵礦PGE具有右傾型配分曲線，認為蛇綠巖地幔單元在經(jīng)歷中高程度熔體抽取后又經(jīng)歷了玻安質(zhì)熔體的再富集或交代作用。

(2)東巧鉻鐵礦石主要呈致密塊狀和浸染狀構(gòu)造，包裹體類型主要有橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、角閃石和鉑族礦物等。鉻尖晶石計算獲得純橄巖和鉻鐵礦母巖漿的Al2O3含量分別為12.12%～15.44%和10.71%～14.74%，TiO2含量為0.17%～0.35%和0.15%～0.26%，對應(yīng)的FeO/MgO值分別為1.36～2.48和0.83～1.48，屬于高鉻型。鉻鐵礦和純橄巖的母巖漿微量元素均相對N-MORB富集Sc(12.6×10-6～40.6×10-6)、Mn(1027×10-6～1390×10-6)和Co(60.6×10-6～67.0×10-6)，虧損Ti(0.15×10-6～0.31×10-6)，顯示出玻安質(zhì)熔體的親緣性。認為東巧地幔橄欖巖和豆莢狀鉻鐵礦起源于SSZ的弧前環(huán)境。

(3)對比典型豆莢狀鉻鐵礦礦床特征，認為班怒帶的蛇綠巖具有較為良好的鉻鐵礦找礦前景。

致謝在野外樣品采集期間得到了西藏礦業(yè)公司教授級高工巴登珠和西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊董玉杰、張智霖、赤列、晃增華等人的幫助；電子探針測試在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點實驗室郭國林教授和中國地質(zhì)科學(xué)院自然資源部深地動力學(xué)重點實驗室毛小紅博士的幫助下完成，鉻鐵礦原位微量元素測試在吳魏偉博士、來盛民博士和趙慧博士的幫助下完成；文章寫作過程中與劉飛博士進行了有益討論；三位審稿人對文章提出了建設(shè)性修改意見；一并致以感謝。