新疆萨尔托海豆荚状铬铁矿矿床成因及其变质改造过程研究

Study on podiform chromitite in ophiolite melange is important for the development of ore-forming theory as well as for understanding of mantle evolution. The recycled podiform chromitites may accompany the newly-formed podiform chromitite in one ophiolite belt due to crust-mantle recycle system via a mid-ridge, subduction zone, and back-arc system. This caused complexities for the origin of chromitites even in one chromitite deposit. Studies on inclusions such as platinum group mineral (PGM) enclosed in chromite could provide a usuful way to illustrate the genesis of the podform chromitite. Trace elements in chromitite could be re-set during metamorphism. Metamorphic fluid could cause recrystallization of PGM and form some new minerals such as alloys of platinum group elements and secondary PGM. This project choose the Sartohay chromitite as a studying target with major aims of: (a) studying the genesis of podiform chromitite, (b) identifing the PGMs and related inclusions in the Sartohay chromitite, illustrate their evolutional histories and geological significance; (c) studying on metamorphic processes overprinted on the Sartohay chromitite, and the mineral phases formed during metamorphic and hydrothermal processes, illustrating the geochemical bahaviors of platinum group elements and other trace elements.

研究产在蛇绿混杂岩中的豆荚状铬铁矿矿床成因，对创新铬铁矿成矿理论和探索地幔演化均具有重要意义。通过洋脊扩张-俯冲带-弧后扩张系统的壳-幔物质循环，那些发生循环的豆荚状铬铁矿有可能与新生铬铁矿团块伴生在同一个蛇绿混杂岩中，造成豆荚状铬铁矿成因研究的复杂性。系统研究铬铁矿包裹的PGM (Platinum Group Mineral)和其它矿物包体，为豆荚状铬铁矿成因研究提供重要新途径。在变质过程中，铬铁矿的微量元素会发生重新分配，变质流体可以导致PGM重结晶并形成一些次生矿物相（包括铂族元素合金、次生PGM）。本项目以新疆萨尔托海豆荚状铬铁矿矿床为研究对象，重点研究：1）豆荚状铬铁矿矿床成因；2）厘定铬铁矿中的PGM和其它包体矿物，研究其形成机制；3）研究豆荚状铬铁矿经历的变质改造过程，以及在此过程中形成的矿物组合，探索变质过程中铂族元素的地球化学行为。

我们按照国家自然科学基金委员会批准的项目计划书开展本研究。研究工作按照计划正常进行，达到预期目标。项目执行4年来，共计发表学术论文15篇（其中国际SCI论文13篇），参加国内国际学术交流，培养5名博士研究生（邱添、冯婉怡、张慧超、蒋久阳、祝庆敏），完成预定的研究任务。本项目研究新疆萨尔托海豆荚状铬铁矿成因及其经历的变质改造过程，探索豆荚状铬铁矿的形成过程和Cr的地球化学循环问题。我们在开展野外地质和矿区采样工作基础上，测绘了铬铁矿矿区周边重点区域的地质剖面图，采集了矿石及其围岩样品，对大量铬铁矿矿石及其围岩蛇绿混杂岩样品进行系统分析研究，包括开展了电子显微镜-电子探针分析研究、锆石年代学、微量元素和同位素分析测试。通过系统研究，探索豆荚状铬铁矿成因，初步建立了豆荚状铬铁矿的岩浆成因模型：萨尔托海高铬铬铁矿最初在俯冲板块上方弧相关的环境中由玻安质熔体结晶形成，随后在板块俯冲或地幔对流的作用下，被拖拽至上地幔深部或地幔过渡带，并在地幔对流至减压阶段，以铬铁矿残余碎块的形式重新出现在弧后扩展脊环境中。如此俯冲-再循环过程中，由于高铬铬铁矿可以保持其特有的岩浆结构和原生成分，而围岩地幔橄榄岩抵抗变质变形的能力较弱，容易被变形和破坏，最终在弧后盆地扩张中心环境，类MORB熔体与中等亏损方辉橄榄岩反应形成大量高铝铬铁矿，并与萨尔托海蛇绿混杂岩中已存在的高铬铬铁矿机械混合在一起。此研究对探索地球物质深循环开启了一个新窗口。