全球铬铁矿床成因类型、地质特征及时空分布规律初探*

赵宏军，陈玉明，陈秀法，张 潮，何学洲，张福祥，于永善

（1中国地质调查局发展研究中心，北京 100037；2河北地质大学，河北石家庄 050031；3中国煤炭地质总局广西煤炭地质局，广西南宁 530200）

铬铁矿矿床是典型的岩浆矿床，其成矿母岩称为是携带地球深部信息的使者（张宏福等，2021）——来自地幔的镁铁-超镁铁质岩浆，通过对铬铁矿矿床成因类型、地质特征和形成条件的研究，对了解地幔的物质组成、物理化学环境、地幔物质的运移、深部地质作用及板块运动的动力学机制、深俯冲和地球深部再循环轨迹等这些当今地学界最为关注的前沿问题（杨经绥，2020；杨经绥等，2021；张宏福等，2021），有重要的科学意义。同时，铬铁矿也具有重要的经济意义，铬被广泛运用于冶金工业、耐火材料及化工工业中，其中90%以上用于冶金工业生产不锈钢及其他类型特种钢材，铬铁合金具有高强度、抗腐蚀、耐磨、耐高温、耐氧化等特性，是航天、航空、导弹、火箭、舰艇等不可缺少的材料，也是未来高端装备制造业重要的原材料。因此，中国将其列为重要的战略性矿产，美国将其作为关键性矿产（陈甲斌等，2020）。

中国铬铁矿与国外铬铁矿相比，具有如下特点：①矿床规模较小，无大型矿，仅为中、小型矿床；②分布区域不均衡，多分布在西藏、新疆、甘肃、内蒙古这些边远省（区），开发利用条件差；③贫矿与富矿储量大体各占一半；④露采矿少，小而易采的富矿都已采完；⑤矿床成因类型均为豆荚状铬铁矿矿床，尚未发现层状铬铁矿矿床（朱明玉等,2013）。

由于中国铬铁矿资源禀赋差，多年来产量一直在10～20万t徘徊，近几年铬铁矿产量仅有几万t，而国内对铬铁矿需求巨大，供需严重失衡，每年需要大量进口，中国铬铁矿对外依存度已高达99%以上（图1）（陈甲斌等，2020），属于严重短缺的战略性矿产资源之一。

图1 2006～2019年中国铬铁矿对外依存度（据铁合金在线，www.cnfeol.com）Fig.1 The external dependence degree of chromite resources in China from 2006 to 2019（info from www.cnfeol.com）

南非、津巴布韦、哈萨克斯坦、土耳其、芬兰、伊朗、阿曼等是世界上铬铁矿资源丰富的国家，也是中国铬铁矿石进口的重要来源地，文章介绍了全球铬铁矿矿床的主要成因类型、地质特征和铬铁矿时空分布规律，旨在对推动中国企业“走出去”，在国外开展成矿理论研究和找矿勘查工作提供启示。

1 全球铬铁矿资源分布概述

1.1 铬铁矿资源概述

据美国地质调查局（2020）数据，全球铬铁矿资源量达到120亿t，主要分布在南非、津巴布韦、哈萨克斯坦、俄罗斯、芬兰、阿尔巴尼亚、印度、土耳其等国（表1）。其中，南非资源量最大，为55亿t，约占全球铬资源总量的近一半，津巴布韦和哈萨克斯坦资源量均超过10亿t。全球铬铁矿的储量为8.74亿t，主要分布在哈萨克斯坦、南非、津巴布韦、印度、芬兰等国，其中，哈萨克斯坦的铬铁矿储量约占全球的26%，南非占23%，津巴布韦占16%（图2）。

中国铬铁矿资源量匮乏，最新查明的资源量为1565万t（杨毅恒等，2018），仅占全球铬铁矿资源的0.13%。

1.2 铬铁矿资源特点

（1）全球铬铁矿资源丰富，足以满足几个世纪的需求。全球铬铁矿资源量达到120亿t，按《世界金属统计年鉴》（2019）数据，2018年全球铬铁矿矿产量为3200万t，则目前全球铬铁矿资源量可满足375年的需求。

（2）分布广泛，但相对集中

除南极洲尚未报道发现铬铁矿外，其他大洲都有铬铁矿的存在，全球约90多个国家或地区都有铬铁矿资源（S&P Global Market Intelligence,2020）。全球铬铁矿资源分布相对集中，如南非、津巴布韦、哈萨克斯坦、俄罗斯、芬兰、阿尔巴尼亚、印度、土耳其8国的资源量约占全球的76.8%。

（3）铬铁矿矿床以大型-超大型为主

通过对S&PGlobal Market Intelligence矿产地质数据库及各主要铬铁矿资源国家资料的整理，全球铬铁矿矿床（点）有526个，大型（＞500万t）-超大型（＞5000万t）矿床有56个，占全部矿床总数的10.6%，而大型-超大型矿床资源量则占全球的79.8%。

（4）铬铁矿矿床成因类型以层状及豆荚状为主

全球原生铬铁矿矿床主要有层状和豆荚状2种，层状铬铁矿规模大且分布集中，品位也较高，主要分布在南非的布什维尔德杂岩体、津巴布韦的大岩墙、芬兰的凯米杂岩体及印度的苏金达等地区，该类型资源量约占全球的90%以上（施俊法等，2010）；豆荚状铬铁矿规模一般相对较小，但品位高，分布较分散，主要分布在哈萨克斯坦的肯皮尔赛蛇绿混杂岩、阿尔卑斯造山带、特提斯缝合带等地区，资源量约占全球的10%。

1.3 铬铁矿空间分布特征

从全球看，铬铁矿虽分布广泛，但极不均匀，常以“区”或“带”的形式聚集在一定的区域或地带。而2类主要铬铁矿床又具有不同的空间分布特征，其中，层状铬铁矿矿床与大型层状镁铁-超镁铁质杂岩体关系密切，位于稳定克拉通内部或其边缘，形成大型-超大型的铬铁矿矿田；豆荚状铬铁矿床与蛇绿岩套关系密切，位于造山带和岛弧带内，一般形成中-小型铬铁矿带（图3）。

（1）层状铬铁矿床的分布

南非的卡普瓦尔克拉通、津巴布韦克拉通、印度的辛格布姆-奥里萨（Singhbhum-Orissa）克拉通、北美地台、北欧波罗的海地盾、南美圣弗朗西斯科地盾等古老地体都有层状铬铁矿田分布。

南非卡普瓦尔克拉通内的布什维尔德杂岩体和津巴布韦克拉通内的大岩墙蕴藏有全球60%以上的铬铁矿资源，是世界上最大的层状铬铁矿矿田。

美国蒙大拿州的斯蒂尔沃特层状杂岩体侵位于北美地台西缘，呈NW向延伸，由镁铁-超镁铁质岩石组成，铬铁矿层产于杂岩体下部层状苏长岩及斜辉橄榄岩中，有13层矿，w（Cr2O3）约20%，是美国铬铁矿资源的主要来源地。

巴西巴伊亚州的坎波福莫索层状杂岩体侵位于南美圣弗朗西斯科克拉通，是巴西最丰富和最重要的铬铁矿矿集区（Ferreira et al.,2003）。铬铁矿矿层产于杂岩体下部，由块状、层纹状和浸染状矿石组成，已发现的矿床有十数个。

印度的辛格布姆-奥里萨克拉通出露数个太古代层状杂岩体，杂岩体下部赋存有数层铬铁矿体，而位于苏金达和Baula-Nausahi地区的杂岩体含有印度铬铁矿资源的98.6%（Gundewar，2013）。

从芬兰的托尔尼奥（Tornio），经凯米向东横跨芬兰至俄罗斯卡累利阿州南部的普拉科夫斯科（Burakovsky），有多条层状超镁铁质杂岩体沿波罗的海地盾西北部边缘侵位，铬铁矿层位于杂岩体底部接触带，有多层矿体。

其他具有次经济意义的层状铬铁矿矿床有分布于格陵兰岛费斯肯纳斯特、加拿大马斯科克斯侵入杂岩体中的矿床。

（2）豆荚状铬铁矿床的分布

豆荚状铬铁矿床与蛇绿岩带的分布一致，都位于造山带或岛弧带内，与蛇绿岩带的地幔橄榄岩关系密切（沈承珩等，1995；杨经绥等，2010；周二斌，2011；Furnes et al.,2014；陈艳虹等，2018）。主要的豆荚状铬铁矿带包括：

津巴布韦舒鲁圭铬铁矿带产于该国圭鲁市东南的大岩墙西侧绿岩带舒鲁圭地区，是已知成矿时代最古老的豆荚状铬铁矿床（Prendergast，2008），铬铁矿普遍受到角闪岩相变质作用的影响，且构造发育、复杂（剪切带、逆冲推覆和褶皱构造）（Prendergast，2008）；

东北非铬铁矿带，从北部的沙特阿拉伯和埃及向南延伸，经埃塞俄比亚和苏丹、乌干达-肯尼亚-索马里，直到坦桑尼亚，为一新元古代蛇绿岩带，其中产有重要的铬铁矿矿床，如苏丹的英格萨纳山铬铁矿区及埃及的Sol Hamed、G.Meqium、Abu Dahr、G.Aryis等，该铬铁矿带的形成与中-新元古代阿拉伯-努比亚地盾的演化及该区洋间岛弧/弧后盆地杂岩和微型陆块，在莫桑比克洋封闭时沿缝合带焊接密切相关（鲍佩声，2019）；

乌拉尔造山带沿东经60°线延伸，从北部的新地岛到南部的里海，绵延约2500 km，它是古生代欧洲板块和西伯利亚-哈萨克地台相互碰撞形成的（Ivanov et al.,1986）。沿造山带广泛分布含有铬铁矿的蛇绿混杂岩，其中的肯皮尔赛蛇绿混杂岩体蕴藏有世界上最著名的豆荚状铬铁矿矿床（Schulte et al.,2012）。

特提斯构造域位于欧亚大陆与冈瓦纳大陆的交接部位，是欧亚大陆南部一条全球性东西展布的构造带，也是地球上最年轻的造山褶皱带（潘桂堂,1994；张洪瑞等，2010）。它是在晚古生代到新生代期间，历经原、古、新特提斯洋盆从萌生、扩展、萎缩、消亡到汇聚造山的整个演化过程（Şengör，1987；潘桂堂，1994；张洪瑞等，2010；Hou et al.,2015），以中-新生代地质演化为主（Şengör，1987），并形成全球规模最大、含矿性最好的纬向蛇绿岩带，断续延伸数千km，由西段阿尔卑斯蛇绿岩带、中段中东蛇绿岩带和东段喜马拉雅蛇绿岩带组成。该带重要的豆荚状铬铁矿矿床有阿尔巴尼亚的布尔齐泽-巴特（Bulqiza-Bater）（Ibrahim，2015）；土耳其的哈塔伊（Hatay）、伊斯拉希耶（Islahiye）、波赞蒂-卡尔桑蒂（Pozanti-Karsanti）（Yılmaz et al.,2013；Moghadam et al.,2019；Chen et al.,2019；Lian et al.,2017）；伊朗的扎格罗斯（Zagros）（Yaghubpur，2005）；巴基斯坦的穆斯林巴赫-贝拉（张洪瑞等，2013）、阿富汗的洛加尔（Logar）（曹积飞等，2015）、中国的罗布莎等。

西太平洋岛弧铬铁矿带是指从日本列岛向北延伸到俄罗斯堪察加半岛，向南延伸到琉球群岛、中国的台湾岛、菲律宾群岛及南太平洋群岛，这一中-新生代发育起来的西太平洋弧-沟系统（郭令智等，1983），包括西部的菲律宾巴拉旺-北婆罗洲、东部的印度尼西亚苏拉威西-巴布亚新几内亚-新喀里多尼亚和北部的俄罗斯的勘察加-日本3个岛弧蛇绿岩带。该带重要的铬铁矿床包括菲律宾的阿科杰（Acoje）、科托（Coto）铬铁矿和新喀里多尼亚南部的杜苏多（du Sudo）等（Nicolas et al.,1981）。

加勒比板块毗邻南美板块、北美板块、科科斯（Cocos）板块、巴拿马板块及大西洋板块，大西洋板块和科科斯板块（Cocos）分别在东部和西部向加勒比板块俯冲，同时加勒比板块相对于北美板块和南美板块向东运动，形成了东西2条俯冲带和南北2条走滑-汇聚带（Pindell et al.,2009）。在此复杂构造作用下，在加勒比板块边缘存在大量中生代蛇绿岩，且以古巴最为发育，产有众多中、小型铬铁矿矿床（Murashko et al.,1989）。

马达加斯加铬铁矿产量虽不高，2009年仅位列全球排名第15位（U.S.Geological Survey.2009），但其资源潜力巨大，在该国中部地区已圈出11个铬铁矿区，其中以安德里亚梅纳（Andriamena）、贝凡德里亚纳（Befandriana）、北托马西纳（Toamasina）安塔尼姆巴里（Antanimbary）和北贝洛巴卡（Belobaka）最为重要，安德里亚梅纳铬铁矿区的资源量占该国的70%（Pedrotti,2012；Grieco et al.,2014）。马达加斯加铬铁矿赋存在前寒武系（中-新太古代—古元古代）基底变质岩中的超镁铁混杂岩内，目前对该超镁铁混杂岩主要有2种认识：一种认为是海洋岩石圈的残余物（Collins,2006）或保留了部分蛇纹岩的混杂岩（De Waele et al.,2009）；另一种认为是伸展性大陆环境下的层状侵入体（Grieco et al.,2014）。

此外，北美的阿巴拉契造山带（Appalachian）、中亚造山带、澳洲新威尔士（New South Wales）造山带等也都有含铬铁矿的蛇绿岩带，只是铬铁矿矿床规模都较小。

2 主要成因类型

铬铁矿矿床以原生矿床为主，且均产于镁铁-超镁铁质岩体中。Thayer（1960）根据铬铁矿形态、规模和结构特征主要将其分为2种类型，一种是层状铬铁矿床（图4a），主要产于古老地台的层状镁铁-超镁铁质杂岩体中，铬铁矿矿层显示明显的岩浆堆晶层理，主要由自形程度较好的呈浸染状和块状的铬尖晶石集合体与橄榄石、辉石等造岩矿物构成；另一种为豆荚状铬铁矿床（也称为阿尔卑斯型铬铁矿床）（图4b），主要产于蛇绿岩套杂岩体的阿尔卑斯型地幔橄榄岩中，矿体边部普遍存在有一定厚度的纯橄岩外壳（部分或完全蛇纹石化）（Thayer，1964；周二斌，2011；Zhou et al.,2014）。此外，还有产于阿拉斯加型环带状镁铁-超镁铁质岩体中的似层状铬铁矿矿床和外生的红土型铬铁矿矿床、铬铁矿砂矿床。

图4 层状铬铁矿（布什维尔德）照片（a）与豆荚状铬铁矿（罗布莎）照片（b）Fig.4 Photo of stratiform chromite（Bushveld）(a)and photo of podiform chromite（Luobusha）(b)

2.1 层状铬铁矿床

层状铬铁矿床是指产于大型层状镁铁-超镁铁质侵入杂岩体内，具有成层分布特征的铬铁矿床，主要产于前寒武纪稳定大陆地台区（Schulte et al.,2012）。该层状侵入杂岩体通常下部以超镁铁质岩为主，上部以镁铁质岩为主，一般在岩体底部发育铬铁矿，中间依次发育铜、镍和铂族矿物矿床，钒钛磁铁矿一般在较上部出现（Wager et al.,1968）。杂岩体内产出的铬铁矿具典型层状堆积特征，矿层由浸染状和块状铬尖晶石集合体与橄榄石和辉石等造岩矿物构成，常形成稳定延伸的矿层，彼此互相平行，也与层状火成岩平行，极少遭受变形改造。铬铁矿层的厚度可从数cm至超过4 m，延伸距离最长超过50 km（杨经绥等，2010）。

典型层状铬铁矿床主要有南非的布什维尔德（Bushveld）、津巴布韦的大岩墙（Great Dyke）、美国蒙大拿的斯蒂尔沃特（Stillwater）（Schulte et al.,2012）、加拿大的马斯科克斯（Muskox）（Day et al.,2008）、巴西的贾库里奇（Jacurici）（Marques et al.,2017）、坎波福莫索（Campo Formoso）（Garuti et al.,2007）、尼 克 兰 迪 亚（Niquelândia）（Ferreira et al.,1992）、印 度 奥 里 萨 邦 的 苏 金 达（Sukinda）（Chakraborty et al.,1984；Gundewar,2013）、芬兰的凯米（Kemi）（Huhtelin，2015；Rasilainen et al.,2016）等。

2.2 豆荚状铬铁矿矿床

豆荚状铬铁矿矿床产于蛇绿岩套超镁铁质杂岩体内，与蛇绿岩套地幔橄榄岩密切伴生（Mosier et al.,2012；Zhou et al.,2014），主要见于显生宙以来各造山带中，少数见于前寒武纪稳定地台区，被认为是蛇绿岩的特征性矿产之一（杨经绥等，2010）。豆荚状铬铁矿矿体形态不规则、侧向延伸有限、具有独特的瘤状和球状结构；铬铁矿变形构造明显，呈拉裂构造及线理等；铬铁矿常由粒度不等的他形晶粒组成（Thayer，1960；鲍佩声，2009），因形似豆荚（图4b），故此得名。

典型的豆荚状铬铁矿矿床有中国的罗布莎（杨经绥等，2010；陈艳虹等，2018）、哈萨克斯坦的肯皮尔赛（Kempirsai）（Melcher et al.,1997；Johnson，2012）、土耳其的古尔曼（Guleman）（Robertson,2002）、阿尔巴尼亚的布尔齐泽-巴特（Bulqiza-Bater）（Milushi,2015）、巴基斯坦的穆斯林巴赫（Muslim Bagh）（鲍佩声，2009）、阿曼的阿曼（Oman）（Rollinson，2008）、菲律宾阿科杰（Acoje）（Yumul,2004）、古巴的马雅里-巴拉科阿（Mayari-Baracoa）（Proenza et al.,1999）、俄罗斯乌拉尔地区的铬铁矿（Savelieva,2004；Chashchukhin et al.,2007；Zaccariniet al.,2008；2011）等。

2.3 阿拉斯加型铬铁矿矿床

产于同心环带状的超镁铁质岩体的似层状、条带状铬铁矿床，因最早发现于北美阿拉斯加东南部地区，故被称为“阿拉斯加型”铬铁矿床（Taylor,1967），后来在世界多地发现该类型铬铁矿床，尽管其规模不大，但极有特色。岩体以环状岩相结构为特征，发育完好的阿拉斯加型岩体从中心的纯橄岩，向外依次为异剥橄榄岩、橄榄单斜辉石岩、单斜辉石岩、角闪单斜辉石岩、角闪石岩，少量岩体边缘还有辉长岩等镁铁质岩石（Taylor,1967；Himmelberg et al.,1995），各岩相之间一般呈渐变接触关系，铬铁矿产于纯橄岩层和异剥橄榄岩层内，纯橄岩具堆晶结构，由橄榄石（含量＞95%）和少量的铬铁矿及单斜辉石组成，异剥橄榄岩由橄榄石、单斜辉石（含量约20%）和少量铬铁矿组成（Himmelberg et al.,1995;；Habtoor et al.,2016）。阿拉斯加型杂岩体代表与板块俯冲有关的镁铁-超镁铁质岩组合，普遍认为其来源于岛弧根部，是地幔楔部分熔融产生的玄武质岩浆在地壳深度分离结晶的产物（Taylor,1967；Himmelberg et al.,1995；Su et al.,2012）。该类岩体多呈链状分布于大陆边缘的造山带中，近似平行于主要构造带的方向（Taylor,1967；Debari et al.,1989），多发育似层状铬铁矿和PGE矿床，铜、镍矿多为矿化或贫矿（Garuti et al.,2003；崔梦萌等,2020）。

典型的阿拉斯加型似层状、条带状铬铁矿床有俄罗斯乌拉尔地区Kytlym和Uktus铬铁矿（Garuti et al.,2003；Krause et al.,2007）、埃及东南部的达哈尼卜（Dahanib）铬铁矿（Khedr et al.,2016；2020；Azer et al.,2017）。中国华北地台北缘的燕山期超镁铁质岩带中也发现该类型铬铁矿床（沈承珩等,1995;Tian et al.,2011）。

2.4 红土型铬铁矿床

这类矿床主要发育在热带地区，与含铬超镁铁质岩石的风化淋滤作用有关，有残积红土型铬铁矿床（与Ni、Fe、Al伴生）和冲积红土型铬铁砂矿（与磁铁矿、金红石、锆石、钛铁矿伴生）（潘文亮等，2013）。

此类矿床仅具有次要经济意义，主要产地有菲律宾、巴布亚新几内亚、新喀里多尼亚和马达加斯加。层状铬铁矿床和豆荚状铬铁矿床地质特征对比见表1。

表1 层状与豆荚状铬铁矿矿床地质特征对比Table 1 Comparison of geological characteristics of stratiform and podiform chromitedeposits

3 全球铬铁矿随地球演化的成矿过程

全球原生铬铁矿成矿作用与地球演化关系密切，成矿时代跨越较长，各时期分布并不均匀。笔者对全球主要铬铁矿的形成时代加以收集整理（图5，表2），通过总结发现从太古代到新生代地球地质演化时期，都有铬铁矿的成矿作用发生，其中以古元古代（2.5～1.8 Ga）成矿期最为重要，该时期形成的铬铁矿占总资源量的58.5%，且主要为层状铬铁矿；中-新生代（220～40 Ma）也是重要的成矿期，该时期形成的铬铁矿在全球分布范围较广，形成的矿床数量最多，占总资源量的24.9%，主要为豆荚状铬铁矿。

表2 全球主要铬铁矿赋矿围岩形成时代Table 2 The formation ageof the main host rocksof chromite in the world

图5 层状和豆荚状铬铁矿床的时代分布Fig.5 Distribution of the resources of podiform and stratiform chromite deposits in different periods

（1）古太古代成矿期（3.6～3.2 Ga）

津巴布韦的舒鲁圭（Shurugwi）绿岩带中的豆荚状铬铁矿和印度苏金达杂岩体的层状铬铁矿是目前发现的最早形成的铬铁矿床。苏金达超镁铁质杂岩体中赋存的铬铁矿资源量约占印度的近95%，杂岩体的宽度为2～5 km，沿ENE-WSW方向延伸约25 km；铬铁矿体由厚0.3～60.0 m，宽度从200 m到2 km不等，最长延伸达7 km的6层层状铬铁矿组成，w(Cr2O3)＞40%（Gundewar,2013）。津巴布韦舒鲁圭铬铁矿含矿带沿走向延伸超过1000 m，宽245 m，厚25 m，多为富铬的块状矿石和条带状矿石，w(Cr2O3)＞50%，是津巴布韦重要开采的冶金级铬矿石。

（2）中太古代成矿期（3.2～2.8 Ga）

位于格陵兰岛西部的费斯肯纳斯特（Fiskenæsset）的层状斜长岩-闪长岩杂岩体，其斜长岩内含有薄层状铬铁矿层，单层厚0.5～3 m，由星散状-浸染状铬铁矿组成，矿石的w(Cr2O3)为8%～16%，Cr∶Fe＜1。拥有低品位铬铁矿资源量超过4000万t。

（3）古元古代成矿期（2.5～1.8 Ga）

古太古代形成陆核后，到新太古代—古元古代这期间，地球的演化特点是地球厚度较薄、地热梯度高、放射成因热量集中，上地幔局部熔融程度高，这些条件都有利于形成大型层状镁铁-超镁铁质杂岩，为形成大型-超大型层状铬铁矿矿床提供充分物质来源（沈承珩等，1995）。南非的布什维尔德杂岩体（2.06 Ga）、津巴布韦大岩墙（2.5 Ga）、芬兰凯米侵入杂岩体（2.45 Ga）、美国的斯蒂尔沃特杂岩体（2.7 Ga）、巴西坎波福莫索杂岩体（2.7～1.9 Ga）、俄罗斯普拉科夫斯科（Burakovsky）侵入杂岩体（2.45 Ga）等都是该时期形成的含铬层状杂岩体，以2.5～2.0 Ga时间段内形成的铬铁矿矿床最为著名。

（4）中-新元古代成矿期（1.6～0.542 Ga）

该时期形成的主要铬铁矿床有赋存在巴西Niquelândia杂岩体（1.25 Ga）、加拿大马斯科克斯侵入杂岩体（1.27 Ga）、马达加斯加蛇绿混杂岩（0.80～0.77 Ga）、埃及东部沙漠区蛇绿混杂岩（0.736 Ga）和俄罗斯乌拉尔极地蛇绿混杂岩（0.59 Ga）中的铬铁矿矿床等。

（5）古生代成矿期（542～251 Ma）

虽然古生代形成的铬铁矿床数量不多，但位于乌拉尔造山带南部的哈萨克斯坦肯皮尔赛（470～485 Ma）铬铁矿田却是该期最著名的，是目前全球最大的豆荚状铬铁矿矿田，主要开采冶金级铬矿石。

（6）中-新生代成矿期（251 Ma以后）

古生代后，由于板块构造作用及沿板块构造边界蛇绿岩套的生成作用不断加强，沿各造山带和岛弧带分布广泛发育铬铁矿成矿作用的蛇绿岩套，以中-新生代的220～140 Ma和100～40 Ma两个时间段最为重要。在特提斯蛇绿岩带、西太平洋岛弧蛇绿岩带及加勒比蛇绿岩带中都产有数量众多的豆荚状铬铁矿矿床，以中、小型为主。

4 典型铬铁矿床（田）

4.1 南非布什维尔德（Bushveld）铬铁矿田

布什维尔德杂岩体位于南非东北部，呈叶片状或弧形带，出露和半出露面积达65 000 km2，由东翼、西翼、北翼和远西翼4部分组成，东西向延伸450 km，南北向延伸350 km（图6），是世界上已知最大的层状镁铁-超镁铁质侵入岩体，岩体内蕴含有丰富的铬铁矿、铂族（PGE）和钒钛磁铁矿等工业矿体（Voordouw et al.,2009；Bachmann et al.,2019）。自19世纪60年代末由Carl Mauch发现以来，该矿田一直是世界上最重要的矿区之一，有世界岩浆金属矿床最大宝库之称。目前在该岩体已发现的铬铁矿矿床有数十个，且多为大型-超大型矿床，铬铁矿产量约占全球年产量的38.6%，占全球铬铁矿探明储量的35%（U.S.Geological Survey，2020）。

图6 南非布什维尔德杂岩体地质图及铬铁矿床分布图（据Grobler，2019修改）Fig.6 Geological map of the Bushveld complex in South Africa and the distribution of chromite deposits(modified after Grobler,2019)

4.1.1 区域地质构造背景与杂岩体特征

布什维尔德杂岩体位于南非太古代卡普瓦尔（Kaapvaal）克拉通北部的大陆边缘裂谷环境，侵位于德兰士瓦（Transvaal）超群沉积地层内，受岩体侵位影响，对德兰士瓦超群内的条带状铁建造富铁矿的形成有重要意义（Albertus et al.,2016），同时，岩体侵位后的脆性变形作用引起岩体中一系列大断裂的发育（沈承珩等，1995）。

布什维尔德杂岩体是古元古代侵入岩体（Alexandre et al.,2006；Cawthorn，2015），岩体呈复杂的盆状构造，从早到晚大致由4个岩石单元组成（图7）：①鲁伊堡（Rooiberg）长英质岩套（(2060±2)Ma，Walraven,1997），由安山质和流纹质熔岩组成，厚6 km（Buchanan et al.,2002）；②拉什普（Rashoop）花岗斑岩岩套（(2061.8±5.5)Ma，Harmer et al.,2000）；③鲁斯滕堡（Rustenberg）层状岩套，由镁铁-超镁铁质岩组成，厚7～9 km（Arndt et al.,2005）；④勒博瓦（Lebowa）花岗岩套（(2054.2±2.8)Ma，Harmer et al.,2000）。

鲁斯滕堡镁铁-超镁铁质层状岩套，岩石类型主要为纯橄岩、辉石岩、斜方辉橄岩、苏长岩-斜长岩、辉长苏长岩、辉长岩和闪长岩；岩性从下部的纯橄岩逐渐演变到上部的闪长岩，具有层状特征（Kinnaird et al.,2005）。

Hall（1932）将鲁斯滕堡镁铁-超镁铁质层状岩套划分为5个带，从上至下依次为：①上部带（UZ），主要由含铁辉长岩和含铁闪长岩组成，厚约2000～2800 m（Von Gruenewaldt,1977），该带含有25层磁铁矿层（Mccandlesset al.,1999；Kinnaird et al.,2005）；②主带（MZ），主要由块状辉长岩、辉长苏长岩和苏长岩组成，该带最厚，可达3000～4000 m，以辉石岩作为分界标志（Naldrett，2004；Kinnaird et al.,2005）；③临界带（CZ），主要由古铜辉石岩、苏长岩和斜长岩互层组成，厚度为1300～1800 m，以薄的韵律层为特点（Naldrett，2004），该带拥有广泛的铬铁矿层及含有PGE的梅伦斯基层（Merensky Reef）；④下部带(LZ)，主要由薄层状方辉橄榄岩、古铜辉石岩和少量纯橄岩组成(Mccandless et al.,1999；Cawthorn,2007)，厚约800～1700 m(Kinnaird et al.,2005)；⑤边缘带(mgZ)，主要分布于东翼和西翼，厚度可达800 m(Kinnaird et al.,2005)，主要由细粒的苏长岩、辉石岩和辉长苏长岩组成，普遍含有石英和黑云母(Cawthorn，2007)。

4.1.2 铬铁矿矿床特征

布什维尔德杂岩体中的铬铁矿层均赋存于鲁斯滕堡层状镁铁-超镁铁质岩套的临界带中（CZ）（Maier et al.,2013；Cawthorn,2015），包含下（LG）、中（MG）、上（UG）3组14个主要的铬铁矿层位（Schürmann et al.,1998；Bachmann et al.,2019），下组包括LG-1至LG-7七层矿，中组MG-1至MG-4四层矿，上组UG-1至UG-3三层矿（UG-3矿层仅在岩体东翼和中部部分区域出现）（Schürmann et al.,1998）。根据岩性变化，Cameron（1982）将临界带（CZ）又细分为2个区，把斜长石大量出现的层位称为上临界区（UCZ），厚度约520～1000 m（Cawthorn et al.,2006），主要赋存上组（UG）铬铁矿层和铂族（PGE）元素；下组（LG）铬铁矿层赋存于下临界区（LCZ），而中组（MG）铬铁矿层赋存于上、下临界区之间。

尽管赋存在布什维尔德杂岩体中的14个铬铁矿层在全区具有普遍性，一些铬铁矿单层在东、西两翼沿走向可追踪200 km以上（Cawthorn et al.,2001），矿层沿走向具有稳定的连续性，且大致恒定（Naldrett et al.,2012），但多数铬铁矿层在横向上的变化又是复杂的，在一些地区，下组铬铁矿发育较好，存在多支分层情况，而在另一个地区，中组铬铁矿则发育较好，而上组单个铬铁矿层又以分叉而著名，也存在矿层缺失的情况（Voordouw et al.,2009）。

在布什维尔德杂岩体中，东翼和西翼的铬铁矿化发育较好，其中，下组（LG）铬铁矿规模最大，其中最为重要的是LG-6矿层，厚度是最大的，平均0.8 m，有些地段加厚至1.0～2.5 m，而其他矿层厚度则仅数cm至数十cm不等（沈承珩等，1995），而上段UG2铬铁矿品位较低（43.5%Cr2O3），铬铁矿是作为PGE工业矿床的副产品进行回收的（Naldrett et al.,2012）。

4.1.3 成因模式

关于布什维尔德杂岩体及其铬铁矿层的形成机制，多年来，众多学者提出各种不同的成因假说和模式。目前，普遍认为层状铬铁矿是饱和Cr元素的岩浆结晶作用的结果，根据铬铁矿和硅酸盐之间的密度差，在重力作用下沉降堆积成铬铁矿层。而对形成饱和Cr元素的岩浆，学者也提出多种模式，其中包括：①原始岩浆和源自易熔围岩的花岗岩熔体的混合（Irvine，1975；Marques et al.,2003）；②差异化的原始熔体岩浆的混合（Irvine，1977；Campbell et al.,1993）；③超镁铁质（U型）岩浆与斜长岩质（A型）岩浆混合（Irvine et al.,1986）；④岩浆房的变形（Cameron,1977；1982）、围岩气泡的混入和膨胀（Lipin，1993）或新的岩浆脉冲的进入引起的总压力增加（Cawthorn，2011）；⑤通过化学或物理过程，如气压的释放，H2的微分扩散引起的气体损失等，使岩浆房内f（O2）增加等（Cameron et al.,1969）；⑥岩浆对水的 吸 收（Nicholson et al.,1991；Prendergast，2008）；⑦伴有冲击波的地震（Cawthorn，2015）等。

近年来，有学者又提出新的成因模式，该模型实质上是否认了层状铬铁矿成因的饱和Cr元素岩浆的必要性，强调富含晶体的浆粥的重要作用，这种浆粥要么在地壳浅层岩浆房中形成（Maier et al.,2013），要么从深部的岩浆房中贯入（Eales et al.,2012），由硅酸盐相和少量的铬铁矿组成，通过在沉降过程中将重的铬铁矿与较轻的硅酸盐矿物分离来形成铬铁矿层（Eales et al.,2012），或通过在大的硅酸盐相晶体之间的间隙向下渗透小而致密的铬铁矿晶粒（Mondal et al.,2007；Maier et al.,2013）。浆粥的提法得到了火山学研究的支持，并认为地壳岩浆房几乎完全由这种浆粥组成，含有少量间隙液（Sparkset al.,2017）。

Latypov等（2017）通过对临界带铬铁矿层（主要是上组UG1/UG2层）的详细地质考察，特别是对铬铁矿层出现的凹凸起伏现象及铬铁矿层中多含有斜方辉石（下组上部及中组层）或斜方辉石和斜长石（中组及上组层）的研究，提出布什维尔德杂岩体层状铬铁矿成因的新假设，其主要论点如下：①新的致密、过热的岩浆补充进入岩浆房，几乎并不与岩浆房中的分层熔体混合；②岩浆沿岩浆房底部横向侵位，并导致岩浆房底板发生强烈的热腐蚀或化学腐蚀，冷却后，形成大量的斜方辉石堆积；③有些侵位的岩浆是Cr元素饱和的，其冷却后，铬铁矿直接在岩浆房底板上结晶，覆盖先前侵蚀产生的所有不规则面；④对直接在晶体-液体界面生长的铬铁矿和硫化物液滴是通过在玄武岩浆层中剧烈流动或对流而从大量新鲜岩浆中富集PGE，这些岩浆被输送到岩浆房的底部；⑤铬铁矿层是通过饱和Cr元素的岩浆对储层的长期补充而形成的，这导致了先前堆积物的热化学侵蚀的多个循环，随后铬铁矿在储层底部原位结晶；这导致富含PGE的厚层铬铁矿的形成，该层由具有不同结构和组成特征的几个亚层组成；⑥铬铁矿在形成过程中，通常是由于含有不饱和Cr元素的新脉冲岩浆的进入而终止的，这也是导致铬铁矿层的局部热腐蚀或化学腐蚀，堆积斜方辉石的原因。因此，铬铁矿都位于下层并被补充的新岩浆所形成的堆积物所覆盖。这些岩石是由成分相似的岩浆发育而成的，因此，在铬铁矿层上方和下方的矿物成分变化并不大。

4.2 津巴布韦大岩墙（Great Dyke）铬铁矿田

大岩墙杂岩体北起古鲁韦-森特纳里（Guruve-Centenary）一带，南至马萨塞（Masase）附近，为NNE向纵贯津巴布韦全境的细长火山岩体（图8a），是世界上最大的层状镁铁-超镁铁质侵入体之一，拥有全球第二大铬铁矿和PGE资源，还拥有镍矿等工业矿体（Prendergast et al.,1989a；1989b；Wilson et al.,2001）。目前，在该杂岩体已发现的大型-超大型铬铁矿矿床有十多个，铬铁矿储量约占全球探明总量的15.9%。

图8 津巴布韦大岩墙的地质、结构示意图（a、b，据Prendergast et al.,1989b修改）和大岩墙Darwendale子岩体的剖面图（c，据Wilson et al.,1989，有修改）Fig.8 Geological map of the central part of the Zimbabwe craton showing the Great Dyke（a,b,modified after Prendergast et al.,1989b）and transverse section of the Darwendale subchamber of the Great Dyke(c，modified after Wilson et al.,1989)

4.2.1 区域地质构造背景和大岩墙杂岩体层序特征

大岩墙杂岩体为沿NNE向地堑型裂谷（沈承珩等,1995）侵位于津巴布韦克拉通，其两翼是太古宙花岗岩（3.5～2.9 Ga）及绿岩带地体（2.9～2.8 Ga）（Mukasa et al.,1998；Wingate,2000；Oberthür et al.,2002）。与大岩墙平行分布的还有一系列小型石英辉石岩墙、苏长-辉长岩墙(Wilson et al.,2001)，在绿岩带和古老片麻岩中NNE向构造也较发育，据此推断大岩墙的层状岩系和该区断裂模式都是在NNE向裂谷型构造环境中形成的（沈承珩等,1995）。

大岩墙长约550 km，宽4～11 km，主要由北、南2个下部相互连通的漏斗状（或船状结构）大岩体组成，且可进一步细分为5个子岩体，北部为Musengezi、Darwendale和Sebakwe子岩体，南部为Selukwe和Wedza子岩体（Maier et al.,2015）（图8b）。从剖面来看，每个子岩体均呈盆状，两侧岩层向中心平缓倾斜，中央岩层呈平坦状（图8c）。根据重力剖面（Podmore et al.,1987），推测北部岩体的体积比南部岩体大得多。岩层向边缘变薄、变陡，边界倾角约20°～35°（Wilson et al.,1989）。大岩墙中所有的岩体都具有相似的岩层结构，层序厚约3500 m（Prendergast et al.,1989b；Wilson et al.,1998），可细分为下部的超镁铁质层序和上部的镁铁质层序。

镁铁质层序主要由苏长岩、辉长岩和橄榄辉石岩组成，厚度大于1000 m，又分为下、中、上3层（Prendergast et al.,1989a）。受剥蚀作用和子岩体的双向斜倾角影响（Maier et al.,2015），仅在4个位置保留了镁铁质层序的残留。镁铁质层序位于超镁铁质层序的上部，通常为非水平接触。在Darwendale子岩体，镁铁质层序的下层（LMS）厚约700 m，以辉长岩为主（Wilson et al.,1997）；中层（MMS）为细-中粒的辉长岩和长石质的斜方辉石岩的薄层，厚约为100 m；上层（UMS）厚约300 m，主要为苏长岩，易变辉石很普遍，顶部含有磁铁矿（Maier et al.,2015）。

超镁铁质层序主要由二辉岩、古铜辉岩、纯橄岩和斜辉橄榄岩组成，厚度大于2000 m，以发育韵律岩石单元为特征（图8c），可划分为下部的纯橄岩亚层和上部的辉石岩亚层（Maier et al.,2015），每个亚层都发育明显的岩浆韵律旋回单元，从下向上，依次为纯橄岩（以铬铁矿层为界的橄榄石堆积物为主）、方辉橄榄岩及斜方辉石岩（Prendergast et al.,1989a;Mukasa et al.,1998）。北部和南部2个大岩体的辉石岩亚层具有截然不同的特征，其中，北部岩体具有6个岩浆韵律旋回单元，每个韵律旋回层厚约100 m；南部岩体则有16个韵律旋回单元，每个韵律旋回层厚约80 m(Prendergast et al.,1989b)。

Mukasa等（1998）对大岩墙的年龄进行测定，分别获得了（2586±16）Ma的矿物/全岩Sm-Nd等时线年龄和（2587±8）Ma的金红石U-Pb年龄，认为大岩墙的形成与大陆碰撞导致的津巴布韦克拉通发生裂解有关。

4.2.2 矿床主要特征

津巴布韦大岩墙中的铬铁矿层主要产于杂岩体下部超镁铁质岩层序内，该层序含有多个具韵律岩浆旋回单元，理想的韵律单元为：底部是一层薄的铬铁矿层，上面覆盖一较厚层的纯橄岩，再向上是方辉橄榄岩和橄榄辉石岩，最顶部为辉石岩，每个旋回单元的厚度从几十m到200 m不等（Wilson et al.,1998）。

大岩墙的主要子岩体均含有铬铁矿层，除主铬铁矿层外，还有一些更薄、但连续性较好的次要铬铁矿层，但它与主韵律单元的关系尚不明确（Wilson et al.,1998）。

在子岩体中，以Darwendale的铬铁矿层最为发育和典型，可分上、下2组，上组铬铁矿位于辉石岩亚层，有3层铬铁矿（C1c、C1d及C2a），w（Cr2O3）相对低，介于38%～49%，以块状和浸染状矿石为主；下组位于纯橄岩亚层，含8层铬铁矿（C5-C12），w（Cr2O3）相对高，介于43%～54%，以块状矿石为主。矿体上、下盘围岩普遍具蛇纹石化、硅化、滑石化及绿泥石化等（Wilson et al.,1998）。

4.2.3 成因模式

关于津巴布韦大岩墙杂岩体及其赋存的铬铁矿层的成因机制，多年来众多学者对大岩墙杂岩体原始岩浆成分和杂岩体韵律旋回单元，以及铬铁矿层的形成提出了各种不同解释。

Wilson（1982）根据大岩墙铬铁矿层结晶系列——铬铁矿-橄榄石-斜方辉石-单斜辉石-斜长石+富铁橄榄石-斜方辉石，通过计算机模拟大岩墙杂岩液体下降线和结晶系列，提出大岩墙是科马提岩和高镁玄武岩2种原始岩浆混合的可能性；Sharpe（1985）根据大岩墙Sr同位素研究，平均初始87Sr/86Sr为0.702 61±4，指出大岩墙初始岩浆接近于原始岩浆，并没有受到地壳的混染；Schönberg等（2003）通过对大岩墙的Os、Pb和Nd同位素研究，提出大岩墙杂岩体受地壳污染约为10%～25%，Os同位素比值（初始187Os/188Os为0.1106～0.1126）接近于球粒陨石，并远高于当时的大陆岩石圈地幔(SCLM)估计值，排除了原始岩浆的SCLM来源，认为是软流圈地幔来源；还有学者认为大岩墙原始岩浆受地壳或岩石圈地幔的混染（Taylor et al.,1995；Wedepohl，1995）。

孙凯等（2019）通过对大岩墙铬铁矿的电子探针数据研究，提出大岩墙铬铁矿普遍具有低w(TiO2)的特征，并认为大岩墙层状铬铁矿的形成与拉张环境下的深部地幔物质发生部分熔融，镁铁-超镁铁质岩浆快速上涌有关，并且形成过程中基本没有受到地壳混染的影响。

关于大岩墙杂岩体的韵律性旋回单元及铬铁矿层的形成，Worst（1960）和Bichan（1969）最早提出岩浆多次注入的观点；Wilson（1976）指出在岩浆底部岩层中可能存在新鲜岩浆对流再充填作用，Wilson（1982）又提出韵律旋回单元是新岩浆重复注入的结果；Hughes（1970）提出有间歇性岩浆注入作用，特别是在超美铁质岩系顶部。

目前，研究者多认为大岩墙杂岩体的岩浆房是一个开放系统，且有一个不断供给岩浆的通道，可发生新鲜岩浆周期性注入作用，而每次随着新鲜岩浆的注入，结晶分异作用也随之进行，晶体结晶先后次序依次为橄榄石-铬铁矿-辉石，导致底部形成粒度较粗、晶粒自形程度较好的橄榄岩岩相，顶部为粒度相对较细、自形程度较差的辉石岩相，因此，每一次岩浆的侵入，就会形成一个韵律旋回。

至于在韵律单元中，多是薄层铬铁矿之上是厚层的纯橄岩，再向上是方辉橄榄岩和橄榄辉石岩，最顶部为辉石岩，可能是在沉降过程中较重的铬铁矿与较轻的硅酸盐矿物分离（Eales et al.,2012），或通过在大的硅酸盐相晶体之间的间隙向下渗透小而致密的铬铁矿晶粒（Mondal et al.,2007；Maier et al.,2013），才使铬铁矿层位于每一韵律单元底部的缘故。

4.3 哈萨克斯坦肯皮尔赛（Kempirsai）铬铁矿田

哈萨克斯坦的肯皮尔赛铬铁矿田是世界上最大的豆荚状铬铁矿床矿集区，也是仅次于南非布什维尔德层状铬铁矿矿床田的世界第二大铬铁矿资源区（Johnson，2012）。已发现铬铁矿（体）160多个，其中，大型铬铁矿矿床有数十个，且w(Cr2O3)多＞45%（Caвeльeвидp.,2008）。该区铬铁矿储量达2.3亿t,居世界首位（USGeological Survey，2020）。

4.3.1 区域地质构造背景与蛇绿混杂岩体特征

肯皮尔赛铬铁矿田位于欧亚大陆的地理分界线——乌拉尔山脉南段的肯皮尔赛地体中。乌拉尔造山带近南北走向，从北冰洋的新地岛（Novaya Zemlya）岛（66°N）延伸到里海（48°N），长约2500 km（Brown et al.,2001;2006）（图9a）。该造山带为一褶皱冲断带，是晚古生代东欧古陆与西伯利亚-哈萨克地台弧-陆碰撞的产物（Brown et al.,2001；Spadea et al.,2003）。沿造山带分布有150多个蛇绿混杂岩体（图9a），Savelieva等（1996）根据大洋岩石圈地幔剖面之间的地球化学变化确定这些蛇绿混杂岩体来自不同的构造环境，肯皮尔赛地体是在超俯冲机制作用下，在马格尼托哥尔斯克（Magnitgorsk）弧系内形成的蛇绿混杂岩体（Herrington et al.,2005；Brown et al.,2006；Johnson,2012）。

肯皮尔赛蛇绿混杂岩体是古生代洋壳残余（Dilek et al.,2003）。在乌拉尔造山带的瓦里斯卡纳（Variscan）俯冲构造事件中，该地体被向西推到东欧地台东缘的元古代和古生代地层之上，是乌拉尔南部最大的古生界（485～470 Ma）（Savelieva，2011）超镁铁质蛇绿岩地体（Melcher et al.,1997）。地体呈梨形，在NNW-SSE方向上拉长，在北部较窄，向南部扩展（图9b）；SN方向延伸90 km，北部宽度在1～11 km，南部EW方向延伸达32 km，地表出露面积超过900 km2（Caвeльeвидp.,2008）。

肯皮尔赛地体具有较为完整的蛇绿岩序列：洋中脊枕状玄武质熔岩（MORB）、辉长岩和粗玄岩席状岩墙和橄榄石辉长岩、橄长岩、纯橄岩和厚层（达16 km）残留的方辉橄榄岩地幔序列及次要的纯橄岩和二辉橄榄岩（Melcher et al.,1997）；中奥陶世黑色页岩覆盖其上（Herrington et al.,2005），后期被异剥橄榄岩、辉石岩和辉长岩脉侵入切穿（Melcher et al.,1999）。

根据对磁场和重力场的解释（Heпoмнящиx，1959；Ceгaлoвич，1973），肯皮尔赛地体具弱磁性，主体岩石紧密接触，构成一整体；在北部和中部，地体厚度为800～1000 m，接触面向西倾，在南部和东部，超镁铁质岩石的厚度逐渐增加，最深处达到3000 m（Heпoмнящиx，1959）；地体向东南方向缓慢下沉，地体宽与厚度之比逐渐减小（Caвeльeвидp.,2008）。

肯皮尔赛地体被一系列的逆冲断裂分为北、中和东南3个部分。Caвeльeв等（2008）认为，地体的块状结构与断层的西向倾角有关，是基岩侧向压力导致的剪切变形的表现；构造影响的主要方向是从SE向至NW方向，剪切变形的时间与板块碰撞相对应，且与铬铁矿的形成具有叠加的特征。

肯皮尔赛地体主要的岩石类型为蛇纹石化橄榄岩（二辉橄榄岩、方辉橄榄岩）、纯橄岩、辉长岩和辉石岩脉。在二辉橄榄岩-方辉橄榄岩-纯橄岩系列中，存在方辉橄榄岩和顽火辉石纯橄岩的变种。大部分地体中岩石的蛇纹石化程度非常高（90%～100%），岩体边部发育碳酸盐化，在距地表100～200 m的深处可见原生橄榄石和辉石（Кpaвчeнкo，1969）。

4.3.2 矿田主要特征

肯皮尔赛蛇绿混杂岩体赋存有数量众多、规模不等的铬铁矿矿床，这些矿床在整个岩体中的分布是不均匀的，根据Caвeльeв等（2008）研究，肯皮尔赛铬铁矿田可分为北部的巴塔姆申科（Бaтaмшинcкoe）、西部的斯德博尼克（Cтeпнинcкoe）、中部的西南-塔卡沙嘎依（Югo-Зaпaднoe-Taгaшacaйcкoe）、东部的马雷特（Maмытcкий）和东南部的主（Глaвнoe）5个矿集区（图9b），前4个矿集区的铬铁矿床以低铬（w（Cr2O3）为34.3%～39.4%）、高 铝（w（Al2O3）为27.0%～32.3%）为特征（Melcher et al.,1997；Garuti et al.,2002），矿床规模一般都比较小，矿体的长度很少超过100 m，厚度一般小于10 m（Herrington et al.,2005），多数铬铁矿矿体产于蛇纹石化的方辉橄榄岩和纯橄岩-方辉橄榄岩交界带处，矿体以小细脉状、条带状为主，在纯橄岩内仅发生矿化作用（Melcher et al.,1997）。

主（Глaвнoe）矿集区是肯皮尔赛矿田最重要的，拥有数十个大型-超大型高铬（w（Cr2O3）＞45%）铬铁矿矿床。矿体赋存在一细长的呈NNE-SSW走向的背斜构造中（图9b），背斜轴向延伸22 km，宽约7 km（Johnson，2012）。在背斜的两侧存在东、西2个近平行的铬铁矿成矿带，西矿带矿体向西倾，倾角为15°～75°，东矿带矿体向东倾，最大倾角为50°。这2个矿带在矿集区西南部合并成一个近水平，宽而厚大的矿体（最大200 m）（Caвeльeвидp.,2008）。

铬铁矿体的近矿围岩多为纯橄岩，其次是方辉橄榄岩，产于方辉橄榄岩的矿体常包有一层纯橄岩薄壳，矿体与围岩界线较清楚；矿体多呈透镜状、扁豆状和不规则状，产状与围岩线理基本一致，多呈整合、半整合关系。

4.3.3 成因模式探讨

目前，学者们对全球最大的豆荚状铬铁矿——肯皮尔赛铬铁矿床的成因模式尚未达成共识，主要有以下几种观点。

（1）岩浆熔离成因

20世纪60年代，豆荚状铬铁矿的成因被认为与层状铬铁矿相似，由岩浆分离结晶作用形成（Thayer，1964）。而对于豆荚状铬铁矿多产于蛇绿岩中的残留地幔橄榄岩中而非地壳岩浆房的堆晶岩中，部分学者（Dickey，1975；Paktunc,1990）提出铬铁矿是在岩浆上升过程中就已开始发生结晶，并受重力作用留于Moho以下的方辉橄榄岩中。

（2）上地幔部分熔融残余成因

20世纪七八十年代，蛇绿岩中的地幔橄榄岩被认为是抽取玄武质岩浆后的熔融残余（Moores et al.,1971），且随着熔融程度的增加，残余的地幔橄榄岩中铬尖晶石的Cr＃不断增加（Duke，1982；鲍佩声，2009），当熔融程度进一步增高时（熔融程度达50%），呈分散状态的铬尖晶石逐渐融化并形成彼此隔开的熔滴状，在地幔剪切作用下汇聚成矿（鲍佩声，2009）；金振民等（1996）的实验也证明了上地幔的部分熔融作用对于铬铁矿的预富集起着关键作用。

（3）熔体-岩石反应成因

20世纪80年代末至90年代，随着地球化学、实验岩石学等研究手段的日益成熟，特别是地幔中熔体-岩石反应的发现（Kelement et al.,1995），铬铁矿成因研究获得极大发展：①Arai（1997）等提出，深部较高压地幔形成的原始熔体在上升过程中会与地幔浅部的地幔橄榄岩发生熔体-岩石反应，这些原始熔体会溶解地幔橄榄岩中的辉石，从而形成富硅的二次熔体（熔体Cr含量增加）及橄榄石，当二次熔体遇到补给的原始熔体，两者会发生混合，使得混合熔体成分进入铬铁矿的首晶区，结晶形成铬铁矿并成矿，围岩的亏损程度影响铬铁矿的成分及矿床规模；岩浆通道形成的应力环境（挤压或拉张）可能对单个豆荚状铬铁矿矿体的规模有重要影响（Arai et al.,2015）；②Zhou等（1994；1997）认为，熔体-岩石反应过程中，辉石的不一致熔融形成的富SiO2熔体直接使得熔体的成分进入了铬铁矿结晶的稳定区域，并形成了纯橄岩薄壳。铬铁矿的成分主要由熔体成分决定，拉斑质熔体与地幔反应形成高Al型铬铁矿，而Cr含量较高的玻安质熔体与地幔橄榄岩发生反应，则形成高Cr型铬铁矿；③通过对铬铁矿中的Re-Os同位素研究，发现在铬铁矿矿石或围岩中均存在极度亏损的具有大陆岩石圈地幔属性的物质，史仁灯等（2012）提出了“熔体与古老大陆岩石圈地幔反应成矿”假说。

（4）深部地幔部分熔融成因

Yang等（2014；2015）和Xiong等（2015）提出，早期俯冲的陆壳和洋壳物质在地幔过渡带会发生部分熔融并汇聚Cr，铬铁矿矿浆在地幔柱或地幔对流的驱动下携带超高压矿物上升，并伴随相变到达浅部地幔。

（5）铬铁矿重循环成因

形成于浅部地幔的豆荚状铬铁矿，受板块俯冲作用被带至深部地幔，经深部流体改造后而具有深部地幔的特征，其后通过地幔对流（Arai，2013）或俯冲板片的回转作用形成的高速上升通道折返（Shi，2015；Griffin et al.,2016），再次出现在浅部地幔，而其原来的岩石结构并未发生改变，但却含有金刚石和大量还原矿物、铬铁矿出溶等超高压特征（Arai,2013；Griffin et al.,2016）。

（6）板片断离，软流圈上涌成因

近年来，随着在豆荚状铬铁矿及其地幔橄榄岩围岩中大量异常地幔矿物群的发现，杨经绥（2020）指出，携带有大量流体和U、Th、Pb等放射性物质的俯冲板片在地幔过渡带（410～660 km），由于放射性生热和流体的作用，俯冲板片发生断离（Zhou et al.,2014）、肢解和熔融，加入到周围的强还原熔体或流体中，这种熔体混合作用更利于铬铁矿的形成（Zhou et al.,2014）。与此同时，地幔物质在过渡带也将发生高度熔融，Cr等成矿元素从岩石矿物中释放。熔融物质上涌到过渡带顶部时，随温压等物理化学条件的改变，金刚石等超高压相矿物开始结晶并进入铬铁矿的稳定区，实验岩石学研究证实铬铁矿在14 GPa（约410 km深度）是稳定的（Wu et al.,2016）。之后，随地幔对流和地幔柱上涌，携带金刚石等超高压相矿物的铬铁矿和地幔岩石被带至浅部地幔。

尽管对肯皮尔赛超大型铬铁矿的成因还在探讨中，但对于形成如此规模巨大、品位较高的豆荚状铬铁矿矿床，最有可能是多种作用（成因）耦合、多阶段的结果，又或与深部地幔作用有关。

5 结论

（1）全球铬铁矿资源丰富，分布广泛，但区域分布不均衡。中国铬铁矿资源量严重不足，但消费量巨大，对外依存度高，需通过扩大企业境外投资，开发利用国外优质铬铁矿资源保障国内稳定供应。

（2）铬铁矿的成因类型主要有层状和豆荚状，这2种类型的铬铁矿矿床地质特征、成因模式差异显著。层状铬铁矿床主要形成于前寒武纪，往往分布于古老大陆克拉通内部或边缘地区，成矿作用及其空间分布均受大型层状镁铁-超镁铁质杂岩体控制；豆荚状铬铁矿床主要形成于显生宙，位于造山带或岛弧带，与蛇绿岩带一起沿大的逆冲带或板块缝合带分布。

（3）铬铁矿矿床的成矿时代和空间分布具有明显的规律性，古元古代是铬铁矿最重要的成矿期，形成的铬铁矿占总资源量的58.5%，以形成大型-超大型层状铬铁矿为主；中-新生代是全球铬铁矿床形成数量最多、分布范围最广的成矿期，形成的铬铁矿占总资源量的24.9%，以形成中小型豆荚状铬铁矿为主。铬铁矿在全球的分布可划分为5个重要层状铬铁矿田（南非布什维尔德-津巴布韦大岩墙、北美斯蒂尔沃特、南美坎波福莫索、印度苏金达、芬兰凯米-俄罗斯普拉科夫斯科）和7个豆荚状铬铁矿带（津巴布韦舒鲁圭、东北非、乌拉尔、特提斯、西太平洋岛弧、加勒比岛弧和马达加斯加）。

（4）南非布什维尔德、津巴布韦大岩墙和哈萨克斯坦肯皮尔赛铬铁矿田是世界最重要的铬铁矿矿田（带），研究认识这些铬铁矿矿床的成因类型、地质特征和形成条件，既对了解地幔的物质组成、物理化学环境、地幔物质的运移、深部地质作用及板块运动的动力学机制、深俯冲和地球深部再循环轨迹等这些当今地学界最为前沿问题有重要的科学意义，也对推动中国铬铁矿找矿工作具有重要的指导意义。

致 谢两位匿名审稿专家提出的宝贵修改意见对于完善本文有重要帮助，特此感谢。