蘇本勳等-AM：蛇綠巖型鉻鐵礦床中的水
蛇綠巖型鉻鐵礦床是少有的形成並賦存於地幔的礦床，也是目前最具成因爭議的礦床類型之一。不同類型的鉻鐵礦石均具有非常簡單的礦物組合，主要由鉻鐵礦和橄欖石兩種礦物組成，且這兩種礦物的化學組成較為簡單，所含微量元素種類較少且含量較低，同位素示蹤方法的應用也較為局限，這為研究其母巖漿的組成、性質和來源造成了較大的難度。目前，多數學者主要是通過鉻鐵巖中的鉻鐵礦與其它巖漿巖中鉻鐵礦的主量元素成分對比，及對鉻鐵礦中礦物包裹體的研究得出形成鉻鐵礦床的母巖漿為富Mg、貧Si、富水氧化的鎂鐵質熔體。其中「富水」的推論尚缺乏直接證據，富水流體在鉻鐵礦床形成過程中的作用尚不清楚。
中科院地質與地球物理研究所蘇本勳研究員及合作者對特提斯構造帶內的數個蛇綠巖型鉻鐵礦床進行了多維尺度的詳細觀察。野外尺度上，從圍巖方輝橄欖巖到純橄巖薄殼到鉻鐵礦體，矽酸鹽礦物的蝕變程度逐漸變強；手標本和鏡下尺度，鉻鐵礦含量越高的礦石，矽酸鹽礦物蝕變越強，這在條帶狀鉻鐵礦石中表現的尤為明顯（圖1）。該現象與後期外來流體導致的蝕變明顯不同，暗示這些選擇性蝕變主要是自蝕變，並與鉻鐵礦含量密切相關。矽酸鹽礦物的水含量分析發現，礦石中鉻鐵礦含量越高，橄欖石的水含量越高；礦石中橄欖石水含量均高於純橄巖；方輝橄欖巖中的橄欖石水含量最低（圖2）。該定量分析進一步表明橄欖石水含量與鉻鐵礦含量呈正相關關係。基於此，他們提出了鉻鐵礦匯聚成礦過程中「溼鉻鐵礦」和「選擇性蝕變」的概念。
圖1 蛇綠巖中鉻鐵礦床的選擇性蝕變特徵
圖2 方輝橄欖巖、純橄巖和不同類型鉻鐵礦石中矽酸鹽礦物的水含量分析結果
他們在土耳其多個鉻鐵礦床的不同類型礦石中都發現了大量保存新鮮的粒間單斜輝石（圖3和圖4），這在全球蛇綠巖型鉻鐵礦床中極為罕見。同時圍巖純橄巖和方輝橄欖巖具有單斜輝石和鉻鐵礦共生的特點（圖4）。這些單斜輝石主微量元素和Li同位素特徵共同指示其具有巖漿和熱液混合的化學組成特徵。單斜輝石水含量為橄欖石的幾十倍，亦與鉻鐵礦含量密切相關。正是由於單斜輝石「吸收」了大量的水，才使礦石中的橄欖石得以保存，這可能也是這些礦床中鉻鐵礦石乃至橄欖巖圍巖較全球其它蛇綠巖型鉻鐵礦能夠新鮮保存的原因。這些富水流體為鉻鐵礦結晶時表面吸附的流體；富水流體與鉻鐵礦的結合有利於其遷移聚集並與熔體發生分離或不混溶作用；在鉻鐵礦聚集沉澱時釋放出的富水流體將與周圍的橄欖石發生反應並滲透到純橄巖和方輝橄欖巖中。這一過程即可合理解釋鉻鐵礦石和橄欖巖圍巖中異常的礦物Fe、Cr和Li同位素組成和元素含量變化。
圖3 土耳其蛇綠巖型鉻鐵礦石中的單斜輝石產出特徵
圖4 不同類型鉻鐵礦石中單斜輝石的產出形態及純橄巖和方輝橄欖巖中單斜輝石和鉻鐵礦的共生現象
成果發表於American Mineralogist。 (蘇本勳，Paul T. Robinson，陳晨，肖燕，Frank Melcher，白洋，顧笑龑，Ibrahim Uysal，Davide Lenaz. The occurrence, origin and fate ofwater in podiform chromitites [J]. American Mineralogist, 2020, 105: 894-903.DOI: 10.2138/am-2020-7270) 。本研究受國家自然科學基金委、巖石圈演化國家重點實驗室和中科院青促會項目共同資助。
校對：李玉鈐