成果介紹： 西藏澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r中的異常礦物及其指示意義
作者：張毅
國外在100多年前報道在蛇綠巖中發(fā)現(xiàn)了金剛石，如加拿大魁北克蛇綠巖中發(fā)現(xiàn)了金剛石，隨后在俄羅斯遠東地區(qū)的阿爾卑斯型超鎂鐵巖中也發(fā)現(xiàn)了金剛石。中國在30多年前在西藏羅布莎和東巧鉻鐵礦中通過人工重砂的方法發(fā)現(xiàn)了西藏首顆金剛石，隨后在西藏羅布莎的康金拉礦區(qū)、香卡山礦區(qū)的鉻鐵礦內也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了金剛石，而且在羅布莎鉻鐵礦的圍巖方輝橄欖巖中也發(fā)現(xiàn)了金剛石等異常礦物。隨著研究工作的進一步開展，在近2000 km的雅魯藏布江縫合帶中的6個地幔橄欖巖體中均發(fā)現(xiàn)了含有金剛石的異常礦物組合[7-8]，此外還在西藏丁青、新疆的薩爾托海以及國外如緬甸密支那、俄羅斯烏拉爾等的蛇綠巖中也發(fā)現(xiàn)有金剛石。根據(jù)這類金剛石的本身產狀、粒徑、內部包裹體特征及同位素組成的專屬性特征，提出了蛇綠巖型金剛石新類型，認為蛇綠巖中產出金剛石可能是一個普遍現(xiàn)象，蛇綠巖型金剛石是蛇綠巖經歷的深部地質過程的記錄者，可能隱藏有深部地幔信息。
盡管在世界上蛇綠巖中發(fā)現(xiàn)金剛石的實例越來越多，但早期學術界曾懷疑這些金剛石是選礦過程中的外來混染的結果，直到最近幾年在羅布莎和烏拉爾鉻鐵礦中發(fā)現(xiàn)原位金剛石，才排除這種懷凝。事實上蛇綠巖中除了有金剛石產出之外，還伴生有許多同樣具有重要環(huán)境指示意義的異常地幔礦物，如SiC、石墨、金屬及自然元素類礦物、硫（砷）化合物、氧化物、硅酸鹽、磷酸鹽、碳酸鹽類等。這些不尋常的地幔礦物群大多數(shù)都具有超高壓結構，與深部地幔具有密切聯(lián)系，因此在礦物學和地球動力學上都具有重要的研究意義。
近年來雅江東段的羅布莎巖體及鉻鐵礦內獲得了大量異常地幔礦物的研究成果，而同處
東段的澤當巖體礦物學研究工作相對較為薄弱。為了進一步驗證蛇綠巖是否普遍性的產出有金剛石等異常礦物，筆者開展了對雅魯藏布江縫合帶的澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r人工重砂的礦物學研究工作，查明其異常地幔礦物種類和組成。本文報道澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r人工重砂工作中所發(fā)現(xiàn)的異常地幔礦物研究結果。
1 澤當超鎂鐵質巖體地質特征
雅魯藏布江縫合帶是印度板塊與歐亞板塊的分界線，北鄰拉薩地塊，南接喜馬拉雅構造帶，帶內發(fā)育的雅魯藏布江蛇綠巖帶呈東西向延伸近2000 km，被認為是喜馬拉雅特提斯洋殼和地幔的殘余。其蛇綠巖按產出位置可分為西段（薩嘎以西至中印邊境）、中段（昂仁一仁布）、東段（曲水一墨脫）三部分，出露的巖體從西到東主要有東波、普蘭、休古嘎布、
當窮、仲巴、薩嘎、桑桑、吉定、白朗、大竹卡、澤當、羅布莎等，其中羅布莎巖體是中國主要的鉻鐵礦產區(qū)。澤當巖體位于澤當縣城以西20 km，距離拉薩市200 km，該巖體呈北西西向展布，東西延伸近20 km，出露寬度1～4 km不等，面積約為45 km2（圖1）。澤當蛇綠巖南面與晚三疊世復理石、侏羅一白堊紀火山沉積巖以逆沖斷層相接，巖體向北逆沖推覆到古近一新近系羅布莎群和岡底斯花崗巖基之上，被認為是特提斯洋的洋內匯聚邊界。澤當蛇綠巖經歷了復雜的構造變形，但蛇綠巖基本的巖相仍可以被識別出來，主要由地幔橄欖巖、鎂鐵一超鎂鐵質堆積雜巖、輝長一輝綠巖墻和枕狀、塊狀玄武巖組成。澤當蛇綠巖北側的島弧火成巖被稱為澤當?shù)伢w，該火成巖主要由蝕變程度較高的玄武一安山質火山巖、細碧巖、蝕變安山巖及凝灰?guī)r組成，年代學研究表明，澤當?shù)伢w形成于155～160 Ma晚侏羅世。盡管對澤當蛇綠巖的形成時代沒有太多的爭議，但其形成的構造環(huán)境上，不同學者沒有統(tǒng)一的認識，部分學者認為澤當?shù)伢w代表了特提斯洋發(fā)展過程中的洋內島弧的殘片，也有部分研究者認為澤當?shù)伢w系晚侏羅紀新特提斯洋向北俯沖過程中，拉薩地塊南緣發(fā)育的殘片，代表了一個活動大陸邊緣環(huán)境。
2樣品描述與研究方法
澤當巖體的地幔橄欖巖主要由方輝橄欖巖、含單斜輝石的方輝橄欖巖、純橄巖以及少量基性巖脈組成，方輝橄欖巖是澤當蛇綠巖的主體，占澤當蛇綠巖總出露面積的70%以上。在澤當巖體的地幔橄欖巖，取樣時考慮到澤當巖體南界的方輝橄欖巖有輕微的蛇紋石化，而北界靠近火山巖處的巖石新鮮且輝石含量高，所以本次人工重砂大樣取自澤當巖體北側魯朗地區(qū)，樣品為編號為10Y-308，巖性為含單斜輝石的方輝橄欖巖，總重量為526 kg。所采集樣品的巖石表面新鮮，質地堅硬，風化面呈灰綠色，新鮮面為淡黃綠色。鏡下巖石為典型的原生粒狀結構（圖2-a），組成礦物粒徑多在0.2～0.6 cm，但輝石斑晶粒徑有時可達1 cm以上。巖石整體為中一粗粒塊狀構造，變質變形程度較低。含單斜輝石的方輝橄欖巖主要由橄欖石(70%~90%)和輝石(10%~25%)組成，還可見到少量的單斜輝石、尖晶石。橄欖石最大可達8 mm，可見到扭折帶構造(圖2-d)，經常受力碎裂成碎斑或碎基狀。斜方輝石粒徑變化大，最大者可達10 mm，多數(shù)在3 mm以下，呈斑晶者也多發(fā)生扭折，與橄欖石、單斜輝石呈交錯鑲嵌結構，斜方輝石發(fā)育出溶條紋，受構造作用的影響，扭折帶、出溶條紋、解理紋都有彎曲變形現(xiàn)象(圖2-b、c)。單斜輝石含量較少，通常小于3%，粒徑也比斜方輝石小，常在1～3 mm，也可見到出溶條紋，但不如斜方輝石發(fā)育。尖晶石是呈副礦物出現(xiàn)的，含量小于1%，粒經常小于2 mm，自形一半自形，多與斜方輝石共生，有時與斜方輝石構成后成合晶結構。該樣品中橄欖石的F089～92，斜方輝石的Mg# 88～91，鉻尖晶石的Cr#36～52，屬于典型MORB型虧損地幔橄欖巖。
礦物分選工作在國土資源部鄭州礦產綜合利用研究所完成，選礦步驟包括巖石初碎與分級，根據(jù)礦物粒度的大小，采用階段破碎、階段選礦的辦法，采用跳汰機、磁選、搖床、化學處理、電選以及浮選工藝流程，最大限度保護目的礦物的晶體和顆粒形態(tài)的完整，詳細的選礦工藝流程參閱相關文獻說明。初選出來的礦物在雙目鏡下進行人工精選鑒定，并將挑選出來的礦物制靶使用相關儀器開展礦物鑒定和研究工作。礦物鑒定在大陸動力學國家重點實驗室和放射性地質與勘探技術國防重點學科實驗室中完成，所使用的儀器包括掃描電鏡JEOL JSM- 5610LV并配備(OXFORD) INCA能譜儀（加速電壓20 kV，工作距離20 mm，用Co標樣校
準能譜議）、電子探針JEOL JXA- 8100(加速電壓15 kV，工作距離11 mm)、激光拉曼光譜儀( RENISHAW inVia)。
3初步鑒定的異常礦物種類
本次選礦實驗初步研究表明，該含單斜輝石的方輝橄欖巖大樣中鑒別出金剛石、碳化硅、鋯石等30余種礦物。其中自然元素類礦物有金剛石、自然硅、自然銅、自然金、自然鋅、自然鉻等；氧化物：方鐵礦、剛玉、錫石、Si02、鉻鐵礦、金紅石等；硅酸鹽礦物：鋯石、橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、金云母等；硫化物：黃鐵礦、方鎳礦、方鉛礦、輝鉬礦、輝銻礦、硫釕鋨礦等；互化物：碳化硅、硅鐵合金等；其它礦物如獨居石、螢石等。
澤當巖體地幔橄欖巖的選礦實驗中選出的金剛石共有8粒，顏色為淺黃綠色，粒徑在100～250um，呈現(xiàn)金剛光澤(圖3-a)。金剛石多為自形晶十二面體，晶面平直清晰，金剛石斷面在掃描電鏡下可見發(fā)育很好的生長紋（圖3-b）。對金剛石的激光拉曼測試顯示，均為1329～1331 cm-1，為典型的金剛石位移峰（圖3-c），能譜分析的結果顯示為單質碳。本次在澤當巖體的地幔橄欖巖中僅選出的2粒碳硅石，破碎外形，呈金剛光澤，顏色為藍綠色，粒徑200 um左右（圖3-d，e），拉曼譜峰為766 cm-1,787 cm-1，967 cm-1。澤當巖體地幔橄欖巖中選出9粒鋯石，顏色為無色、淺紫色、紫色，透明到半透明，晶形從不完整的它形晶到長柱狀、短柱狀均有產出（圖4），另可見磨圓及熔蝕顆粒（圖4 - b,c），粒徑在100～300 um。
4澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r成因探討
鉻鐵礦及其圍巖大洋地幔橄欖巖內存在不尋常的特殊地礦物，這是一個不爭的事實。但
同時也帶來一系列需要研究者回答的科學問題，這些異常地幔礦物群原始產出環(huán)境如何？隱含怎樣的深部地球動力學過程？
4.1澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r中存在超高壓條件
20世紀80年代西藏藏南的羅布莎及藏北東巧的鉻鐵礦內就發(fā)現(xiàn)產有金剛石等異常礦物，而后在極地烏拉爾鉻鐵礦中也發(fā)現(xiàn)了大量的金剛石，特別是近年來康金拉11號鉻鐵礦體中發(fā)現(xiàn)了近千顆金剛石。不僅如此，隨著研究工作的深入，在鉻鐵礦的圍巖中也發(fā)現(xiàn)有金剛石產出，而且這不是單個巖體獨有的現(xiàn)象，在雅魯藏布江發(fā)現(xiàn)有金剛石產出的地幔橄欖巖體有東波、普蘭、當窮、日喀則、澤當、羅布莎等，此外還有緬甸密支那和藏北的丁青等，據(jù)統(tǒng)計已經在全球5個縫合帶的10個蛇綠巖中發(fā)現(xiàn)產出金剛石。全球不同時代造山帶內的地幔橄欖巖都產出有含金剛石的異常礦物組合，指示產于板塊縫合帶的蛇綠巖可能普遍含有金剛石。研究者詳細分析這類金剛石特有的極負的碳同位素組成（δ13C為-28‰~-18‰）、包裹體類型、粒徑、賦存巖石和產出背景等，發(fā)現(xiàn)他們與金伯利巖型金剛石、超高壓變質型金剛石都完全不同，因而提出了一種新的金剛石類型一蛇綠巖型金剛石。
蛇綠巖中的地幔巖可能普遍含有金剛石，說明地幔巖中存在能夠形成金剛石的超高壓的物理化學環(huán)境，還具備充足的碳源和極還原條件。研究表明金剛石是在氧化一還原條件位于方鐵礦一磁鐵礦和自然鐵一方鐵礦之間的還原條件下形成的，推測在距地表約180 km深處的巖石圈與軟流圈分界線處以及660 km之下的下地幔環(huán)境都有可能出現(xiàn)狹窄的低氧逸度區(qū)間，這種物理化學條件下可結晶出金剛石。
4.2澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r中存在強還原環(huán)境
除了金剛石外，澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r中還產出有碳硅石、硅鐵合金、自然硅、自然銅、自然鋅、自然鉻等在低氧逸度環(huán)境下才能形成的異常礦物。實驗研究發(fā)現(xiàn)，碳硅石在氧逸度高的條件下不穩(wěn)定，只有在極低的氧逸度環(huán)境中才能形成。故碳硅石常被認為是來自于深部地幔，也常被發(fā)現(xiàn)產于隕石、金伯利巖（常與金剛石共生）和榴輝巖中。澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r中產出有碳硅石、金剛石等只有在極還原條件下才能形成并穩(wěn)定存在，說明地幔橄欖巖體中局部存在極還原環(huán)境。
4.3澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r中存在大量殼源物質
澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r還發(fā)現(xiàn)大量的鋯石礦物，其形態(tài)顏色多樣，表面形態(tài)也各異，有些顯示熔蝕狀或渾圓狀晶體形態(tài)，反映鋯石成因和來源具有多樣性。Robinson等對羅布莎、東巧、阿曼、極地烏拉爾等地的地幔橄欖巖及鉻鐵礦中產出的鋯石做了詳細的礦物學和年代學研究，發(fā)現(xiàn)這些鋯石中含有大量的殼源礦物組合的礦物包裹體，并且鋯石同位素年齡介于90～2500 Ma．比寄主巖石的年齡老得多，指示這些鋯石來自于古老的地殼物質。此外地幔橄欖巖中的金剛石和碳化硅都有極輕的碳同位素值（δ13C為-18%。~-28%。），明顯不同于典型
的地幔碳同位素組成（δ13C為-5%。左右），指示地幔橄欖巖中的金剛石和碳化硅的碳源來自于洋殼的沉積物（變質的有機質或碳酸鹽）。巴西亞馬遜克拉通西南部的金伯利巖巖管中的金剛石及其包裹體的碳同位素研究發(fā)現(xiàn)，來自下地幔的金剛石包裹體具有與大洋殼相似的碳同位素組成，這是玄武質的大洋地殼能夠進入到下地幔提供了直接的巖石學證據(jù)。最近公布的新礦物青松礦具有超高壓成因，其形成深度大于300 km，而其組成成分硼(B)被認為是地殼來源。以上這些證據(jù)表明，地幔中含有相當量的地殼物質，即地殼物質能通過某種形式進入深部地幔，甚至到達地幔過渡帶。
5結論與認識
盡管經典的板塊構造理論認為，蛇綠巖中的地幔橄欖巖是洋中脊附近地幔部分熔融，抽取玄武質巖漿后的殘留物，即認為地幔橄欖巖形成于淺部(<50 km)。近年的研究表明鉻鐵礦和蛇綠巖地幔橄欖巖中普遍含有超高壓、極還原環(huán)境條件下形成的礦物，而且也包含眾多的殼源物質，可能系早期地殼物質進入到地幔中甚至地幔過渡帶(410～660km)并經歷了高壓、極還原的物理化學環(huán)境。目前研究認為通過大陸深俯沖作用或者折沉作用，殼源物質是有能力到達地幔過渡帶的，而地幔過渡帶物質在進一步的地幔全對流過程中可能與下部地幔發(fā)生物質交換。
地幔橄欖巖中產出眾多的超高壓、極還原礦物，并含有大量的地殼物質，使得人們逐漸重視地幔橄欖巖的深部成因研究，并提出大陸深俯沖、拆沉作用和地幔柱等成因模式。盡管目前對其成因模式還有一定的爭異，但在這個深循環(huán)過程中地幔橄欖巖內包含了大量的異常礦物組合，可能隱含地幔橄欖巖的成因信息。
6提要：
雅魯藏布江蛇綠巖帶內多個地幔橄欖巖體產有金剛石、碳硅石等異常礦物組合，為了進一步探討這些異常礦物形成的物理化學條件，在前人已有的研究基礎上，對澤當?shù)蒯r體中526 kg的方輝橄欖巖樣品開展人工重砂礦物學研究工作。研究表明，同雅魯藏布江蛇綠巖帶內的其他巖體相似，澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r也選出了包含金剛石、碳硅石、鋯石等30余種礦物。異常礦物組合指示澤當?shù)蒯ｉ蠙鞄r中存在局部的超高壓、極還原環(huán)境，可能經歷了復雜的演化過程：即古老地殼物質通過深俯沖或者折沉作用，進入地幔甚至是地幔過渡帶(410～660 km)，隨后經歷了超高壓、極還原環(huán)境的改造，在后續(xù)的地幔柱或地幔對流作用中從洋中脊上升至淺部環(huán)境并返回到地殼中。該過程中地幔橄欖巖中的異常礦物組合記錄了巖石的演化信息，因此開展地幔橄欖巖中異常礦物組合的精細礦物學研究，對認識殼-幔物質交換以及深部地幔動力學過程都有重要的研究意義。
