不同类型地幔橄榄岩中刚玉的FIB-TEM对比研究

As containing the clue of deep mantle, the corundum could be used to investigate the origin of hosting mantle peridotite through detailed mineralogical researches. This project will perform detailed mineralogical analyses using focused ion beam (FIB) in combination with transmission electron microscope (TEM), on the mantle peridotite collected from both Sulu ultrahigh-pressure metamorphic belt and Luobusa ophiolite, to identify the indicative petrological significance viewing from the composition and inclusion features. We will focus on the components and crystal structures of corundum and its inclusions, the temperature and pressure conditions will be calculated following the crystal chemical theory of minerals to reveal the physical and chemical conditions where they formed. Furthermore, we want to know their material source, the formation and preservation mechanism, the genetic relationship. Then, the mineralogical evidences will be supplied for the genetic comparative researches of the two different types of mantle peridotite, and one new window for investigating the deep mantle features are to be expected.

产于地幔橄榄岩中的刚玉隐含有深部地幔信息，因此对刚玉进行精细的矿物学研究有利于探讨寄主岩石的成因。本项目拟利用聚焦离子束（FIB）和透射电镜（TEM）对苏鲁超高压变质带地幔橄榄岩和罗布莎蛇绿岩地幔橄榄岩的刚玉进行精细的微区矿物学研究，对比两种类型地幔橄榄岩内的刚玉成分特征以及包裹体差异，明确刚玉的岩石学指示意义。利用稀土微量元素、同位素和激光拉曼分析技术并配合超高压矿物的高温高压实验重点研究刚玉及其中的矿物包裹体，结合刚玉及其包裹体的物质成分和晶体结构等参数，以矿物的晶体化学理论为依据，计算刚玉及其内包裹体分别所代表的温压条件，探讨他们所代表的物理化学条件，并讨论它们的物质来源、形成和保留的机制。分析刚玉的形成条件以及其与寄主岩相的成因联系，为两种不同类型地幔橄榄岩的对比研究提供矿物学依据，也为窥探深部地幔特征提供了一种新思路。

本项目综合应用聚焦离子束（FIB）、透射电镜（TEM）、阴极发光（CL）和傅立叶变换红外光谱（FTIR）等技术手段，重点开展了苏鲁超高压变质带地幔橄榄岩和罗布莎蛇绿岩地幔橄榄岩中的岩石学、矿物学研究以及刚玉包裹体的精细微区矿物学研究，对比两种类型地幔橄榄岩内的刚玉成分特征以及包裹体差异，明确刚玉的岩石学指示意义，在此基础上探讨地幔橄榄岩的成因。经过四年的工作，本项目已获得并陆续发表一系列成果。1）通过能谱和电子探针分析，发现西藏罗布莎铬铁矿中的刚玉含Ti合金矿物包裹体主要为Ti-N、Ti-B、Ti-C、Ti-Si-P和Ti-Si-Fe以及Ti-Al-Zr氧化物，通过精细矿物研究从刚玉中找到纳米-微米级包裹体，成功申请“经绥矿”、“志琴矿”和“巴登珠矿”3种新矿物，不仅成为继“青松矿”、“曲松矿”、“罗布莎矿”、“藏布矿”、“林芝矿”等之后在我国地幔矿物学领域的又一重大发现，更成为佐证地幔岩中存在含硼和磷矿物、揭示壳幔循环作用的最直接证据和推进地幔矿物深部研究新的里程碑。2）对比报道了雅鲁藏布江缝合带中段日喀则蛇绿岩地幔橄榄岩中的重砂矿物研究，发现与该带东西段蛇绿岩岩体有相似的金刚石和特殊地幔矿物群。金刚石和自然金、自然铬、自然铜连同碳硅石的发现表明岩体存在强还原环境，这套特殊矿物组合指示日喀则地幔橄榄岩可能与雅鲁藏布缝合带其他蛇绿岩一样，经历了深地幔演化过程。3）对比研究了雅鲁藏布江缝合带西段当穷蛇绿岩体，推测当穷岩体地幔橄榄岩先经历了较强的部分熔融，后经历了俯冲消减过程中的流体交代（SSZ）环境，与雅鲁藏布江缝合带东段的罗布莎和西段的普兰岩体相似。4）利用傅立叶变换红外光谱技术对西藏康金拉蛇绿岩中和乌拉尔铬铁矿中挑选出来的金刚石进行测试，表明蛇绿岩型金刚石不同于金伯利岩型金刚石和超高压金刚石，新获取的氮聚集姿态和氮含量特征表明蛇绿岩金刚石可能形成于相对低温环境。