大型層狀鎂鐵-超鎂鐵巖體是研究幔源巖漿演化和成礦過(guò)程的天然實(shí)驗(yàn)室。對(duì)該類(lèi)型巖體的研究能夠促進(jìn)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)和地球化學(xué)等基本理論的建立和完善。此類(lèi)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(chǔ)量占全球資源總量的70%。盡管層狀鉻鐵礦床的成因機(jī)制尚存爭(zhēng)議，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)為大量鉻鐵礦的結(jié)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(xué)性質(zhì)。剖析這一改造過(guò)程直接關(guān)乎巖石和礦物化學(xué)組成對(duì)成巖成礦過(guò)程的示蹤作用。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員蘇本勛及其合作者，對(duì)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(jìn)行礦物巖石學(xué)觀察和元素及Li-O同位素分析。結(jié)果顯示：（1）最早結(jié)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(lèi)型鉻鐵礦石之間，礦物組合和橄欖石顆粒大小呈規(guī)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(guò)渡族元素和流體活動(dòng)性元素）明顯區(qū)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?。▓D2）。（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(nèi)，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(xiàn)橄欖石>斜方輝石>鉻鐵礦規(guī)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(zhuǎn)變過(guò)程中礦物組合、礦物顆粒大小存在一定聯(lián)系（圖4）。  

以上特征揭示：（1）硅酸鹽礦物的化學(xué)組成及其變化與鉻鐵礦的結(jié)晶聚集相關(guān)；（2）斜方輝石和單斜輝石的化學(xué)成分更多地反映演化巖漿的組分變化，在過(guò)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(jié)晶后經(jīng)歷強(qiáng)烈的元素和同位素組成改造，是礦物-粒間熔/流體反應(yīng)的結(jié)果，或者說(shuō)以熔/流體為介質(zhì)進(jìn)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(jié)晶過(guò)程中的粒間熔體，也有鉻鐵礦就位壓實(shí)過(guò)程中釋放早期吸附流體的參與。 

相關(guān)研究成果發(fā)表在Contributions to Mineralogy and Petrology上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委和第二次青藏高原綜合科學(xué)考察項(xiàng)目的資助。 

論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s00410-020-01707-y

圖1.Stillwater層狀巖體的巖石礦物學(xué)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L(fēng)i-O-Cr同位素組成特征

圖4.Stillwater層狀巖體中的鉻鐵礦細(xì)脈的產(chǎn)出形態(tài)及其與橄欖巖的接觸關(guān)系