西藏班公湖-怒江缝合带中段东巧豆荚状铬铁矿特征及构造背景*

曹楚奇 杨经绥, 2** 杨胜标, 3 董玉飞 陈晓坚 熊发挥 卢雨潇

铬是十分重要的战略资源。原生铬铁矿床通常分为层状铬铁矿(stratiform chromitite)和豆荚状铬铁矿(podiform chromitite)两种类型(Stowe, 1994)。层状铬铁矿是与前寒武大陆地壳中大型镁铁质-超镁铁质层状侵入体伴生的铬铁矿床，占全球铬铁矿储量的70%；豆荚状铬铁矿则是赋存于蛇绿岩Moho 转换带(MTZ)或上地幔中的不规则矿体(Thayer, 1964; Dickey, 1975)。蛇绿岩是就位于造山带中的大洋岩石圈残片，其形成经历了部分熔融、熔体抽取、熔岩反应、岩浆混合和结晶分异等多阶段演化过程, 是研究古洋盆形成、发展和消亡的重要载体，同时也是豆荚状铬铁矿的专属岩石(Zhouetal., 2014; González-Jiménezetal., 2014; Arai and Miura, 2016; Yangetal., 2021)。由于铬在地幔和地壳含量较少，而豆荚状铬铁矿的铬元素却异常富集(Palme and O’Neill, 2003)，其来源、迁移和过饱和机制和动力学成因一直存在争论(González-Jiménezetal., 2014)。豆荚状铬铁矿铬过饱和结晶的主要观点包括：(1)基性-超基性岩浆分离结晶作用(Thayer, 1964; Lagoetal., 1982)；(2)地幔橄榄岩部分熔融(Wang and Bao, 1987; 鲍佩声, 2009)；(3)多阶段岩浆混合与地幔橄榄岩-熔体反应成矿作用 (Arai and Yurimoto, 1994; Zhou and Robinson, 1994; Zhouetal., 1996, 2014; Huetal., 2022)；(4)富挥发分流体的分离作用(Gervillaetal., 2012; Johanetal., 2017)；(5)物理化学条件变化(Murck and Campbell, 1986)。豆荚状铬铁矿形成的构造背景也是争议的焦点。早期研究认为豆荚状铬铁矿可能形成于大洋中脊(Mid-ocean ridge, MOR)或弧后扩张中心环境(Leblanc and Nicolas, 1992)，现代大洋发现的铬铁矿为该理论提供了佐证(Arai and Matsukage, 1998; Abe, 2011; Payotetal., 2014)。俯冲带上(Supra-subduction zone, SSZ)蛇绿岩的概念提出后，多数学者支持铬铁矿形成于SSZ的弧前或弧后盆地(Rollinson and Adetunji, 2013; Zhouetal., 2014)。近年来，原位电镜扫描和人工重砂选矿发现了多种异常矿物(如金刚石、柯石英等)指示铬铁矿形成和就位可能经历了多阶段演化(Yangetal., 2007, 2014, 2015; Xuetal., 2009; Xiongetal., 2015)。

西藏班公湖-怒江缝合带(班怒带)出露的蛇绿岩被认为是中特提斯洋(Metcalfe, 2021)或新特提斯洋的北支洋盆残余(刘飞等, 2020)，自20世纪70年代以来，缝合带内陆续发现并开采了东巧、切里湖、东风、江措、依拉山等小型铬铁矿矿床，然而这些铬铁矿矿床的成因和构造背景仍然存在争议(Shietal., 2007, 2012; 张然等, 2019)。东巧蛇绿岩位于班怒带中段，是缝合带中出露面积较大、保存较为完好的蛇绿岩之一。前人的研究聚焦东巧蛇绿岩中豆荚状铬铁矿的铂族矿物Re-Os同位素组成等，揭示铬铁矿的形成可能与古老的大陆岩石圈地幔有关(Shietal., 2007, 2012)，但东巧铬铁矿的构造背景和母岩浆特征等仍不清楚。本文通过对东巧蛇绿岩地幔橄榄岩及铬铁矿石的全岩铂族元素(PGE)、矿物地球化学和包裹体等方面的研究，探讨东巧铬铁矿的平衡熔体及其地质记录，为进一步探讨铬铁矿成因和找矿前景提供参考依据。

1 地质背景

青藏高原北迄阿尔金山和祁连山脉北侧，南抵喜马拉雅山脉南麓的印度大陆，是多个地块拼合而成的“造山的高原”，记录了早古生代以来从南半球冈瓦纳大陆裂解的微板块向北漂移并与劳亚大陆持续聚合的历史(许志琴等, 2011; 吴福元等, 2020)。青藏高原腹地的班怒带以北倾的班公湖-康托-兹格塘错断裂和日土-改则-尼玛-丁青断裂为界(图1a)，夹持在羌塘地块和拉萨地块之间，其西端发源于班公湖一带，向东经改则、尼玛、东巧、安多和丁青地区，再向南延伸至怒江地区，全长约2800km(Panetal., 2012)。班怒带蛇绿岩出露完好，根据其空间展布可划为西段(班公湖至改则)、中段(安多至东巧)和东段(丁青至怒江)三部分(图1a; 王希斌等, 1987)。先前的研究表明班怒带蛇绿岩时代主要分布在早三叠-早白垩世 (250～130Ma)，记录了中特提斯洋或新特提斯洋北支洋盆复杂的构造演化过程(Yin and Harrison, 2000; Metcalfe, 2013, Zhuetal., 2016)。

东巧蛇绿岩出露于班怒带中段的最北端，位于那曲市安多县西南的东巧区，距拉萨约500km。东巧蛇绿岩主体呈沿NNE-SEE方向展布约100km，断续分布在东风矿、玆格塘错、罗布中等地。它们呈构造岩片向北推覆到晚三叠-早侏罗世巨厚浊积岩(木嘎岗日岩群)之上，南侧被古生代变质沉积岩(查果玛组)所逆掩，局部可见早白垩世海陆过渡相地层(东巧组)和晚白垩世磨拉石(竟柱山组)角度不整合覆盖在蛇绿岩之上(图1b)。东巧蛇绿岩以强玛镇为中心，可分为东、西两个岩体，两者相距约8.5km。两个岩体的蛇绿岩剖面因构造肢解出露并不完整，但通过不同地区出露的构造岩块大致可以恢复出蛇绿岩自上而下的层序，它们依次为：(1)玄武质熔岩；(2)席状辉绿岩墙；(3)镁铁-超镁铁质堆晶岩；和(4)地幔橄榄岩。玄武质熔岩发现于地幔橄榄岩的西南侧(图1b)，与其他岩石单元呈断层接触，具有块状和枕状构造; 席状辉绿岩墙出露较少，且受构造作用影响呈透镜化；镁铁-超镁铁质堆晶岩零星出露于西岩体，厚度约为1km，包括异剥橄榄岩、纯橄岩、辉石岩、橄榄辉长岩、辉石橄榄岩和辉长岩 (Wangetal., 2016)；地幔橄榄岩为东巧蛇绿岩的主要单元，它们经历了不同程度的蛇纹石化，纯橄岩呈透镜状或脉状分布其中，单个纯橄岩脉体宽2～5m，沿走向延伸约20m，内部通常赋存有小-中型规模豆荚状铬铁矿，两者既有渐变接触关系，也有截然接触关系，空间上构成了铬铁矿-纯橄岩-方辉橄榄岩的岩相分布(图2)。前人的研究认为东巧蛇绿岩形成于早侏罗世(188～181Ma; 王希斌等, 1987; 夏斌等, 2008; Liuetal., 2016)，但它们的起源还存在MOR和SSZ两种不同的认识(王希斌等, 1987; 叶培盛等, 2004; Wangetal., 2016)。

图2 东巧地幔橄榄岩和豆荚状铬铁矿野外照片

2 岩相学特征

东巧方辉橄榄岩和铬铁矿的蚀变程度中等，普遍发育有蛇纹石化。选取东巧东、西岩体中的地幔橄榄岩和豆荚状铬铁矿共计32个代表性样品进行岩相学特征研究，采样位置如图1b所示，包括方辉橄榄岩样品(YQ-2-1，E90°45′45″、N32°01′01″、4797m)，纯橄岩样品(YQ-85-2，E90°44′09″、N32°00′47″、4877m)，铬铁矿样品(YQ-1-6，E90°44′17.29″、N32°00′27.51″、4846m)。

2.1 方辉橄榄岩

方辉橄榄岩占东巧地幔橄榄岩总面积的80%以上，多数因蛇纹石化而显示出深黄绿色及黑色的外观(图2a, b)，粒状结构、块状构造(图2b)。新鲜方辉橄榄岩主要矿物为橄榄石(70%～85%)、斜方辉石(10%～15%)和单斜辉石(<5%)，副矿物为铬尖晶石(1%～2%)(图3a, b)。橄榄石呈自形粒状结构，粒径在0.5～4mm之间, 大致可以分为粗粒和细粒两种类型。粗粒橄榄石(1～5mm)与辉石矿物构成镶嵌结构，而细粒橄榄石(0.3～1mm)则分布于斜方辉石的边部或在不同矿物颗粒之间呈填隙状产出，或以包裹体形式分布于斜方辉石、单斜辉石和铬尖晶石颗粒中(图3a, b)。斜方辉石为半自形-他形粒状结构，粒径约1～5mm，矿物颗粒边缘常呈港湾状，其边缘和内部均有细粒橄榄石、斜方辉石、铬尖晶石等矿物充填(图3a, b)。单斜辉石主要呈半自形-他形粒状结构分布于粗粒斜方辉石边部港湾中，少量不规则状单斜辉石被包裹在斜方辉石内部(图3b)，另有极少量单斜辉石以针状出溶体和粒状包裹体形式存在于橄榄石颗粒中。铬尖晶石镜下为褐红色矿物，主要填隙在橄榄石和辉石颗粒之间，其形态呈不规则的蠕虫状、树枝状、水滴状(图3a, b)，或以浑圆状被包裹在斜方辉石和橄榄石之中。

图3 东巧地幔橄榄岩及铬铁矿镜下照片

2.2 纯橄岩

东巧纯橄岩多呈不规则的似脉状、团块状以及条带状出露于方辉橄榄岩内部(图2a, c)。纯橄岩延伸较远，部分区域往往形成较为宽大的纯橄岩带。这些纯橄岩受到蛇纹石化和风化作用蚀变影响，表面呈土黄色或青灰色(图2a, c)，蚀变纯橄岩的蛇纹石和方解石往往沿橄榄石颗粒边缘和裂隙呈网状交代充填，可见少量细粒橄榄石和铬尖晶石残晶。新鲜的纯橄岩表面呈灰绿色，由橄榄石(>95%)、铬尖晶石(1%～3%)和少量的单斜辉石(<1%)组成(图3c)。橄榄石粒径0.5～5mm，镶嵌粒状结构，裂纹发育，局部可见波状消光和变形双晶，粗粒橄榄石边缘分布重结晶的细粒橄榄石。铬尖晶石呈自形粒状零散分布于橄榄石晶粒周围，粒径介于0.1～0.3mm之间(图3c)。单斜辉石粒度<1mm，通常呈不规则的树枝状、月牙状或纺锤状颗粒分布在橄榄石颗粒内部或边缘。

2.3 铬铁矿

东巧铬铁矿地表的矿体和矿化分布极不均一，具有成带分布，成群出现的特点(图2e, f)。矿体形态多呈透镜状、团块状、似脉状、条带状等不规则状分布在岩块边缘的方辉橄榄岩和纯橄岩岩相带中，规模以近东西走向者较大，其它方向次之。铬铁矿矿石含量变化在5%～85%之间，呈浸染状、脉状和致密块状构造(图2d-f)。其中的铬尖晶石颗粒在镜下为自形的聚集体，粒径变化于0.2～0.6mm之间(图3d)，脉石矿物以橄榄石为主，少量单斜辉石，这些硅酸盐矿物常常蚀变为蛇纹石、绿泥石等次生矿物(图3d)。

3 分析方法

单矿物电子探针测试在东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室和中国地质科学院自然资源部深地动力学重点实验室完成。前者测试仪器为JEOL JXA-8100型电子探针，该仪器配备有3道波谱仪和1道X射线能谱仪。测试条件为：电子束流20nA，加速电压15.0kV，电子束斑2μm。后者仪器型号为日本电子公司JEOL JXA-8100、INCA能谱仪，探针束流20nA，加速电压15.0kV，电子束斑为2μm。

单矿物原位微量元素测试在中国科学院地球化学研究所矿床地球化学国家重点实验室利用LA-ICP-MS分析完成。使用仪器为为Agilent 7700x电感耦合等离子质谱仪，激光剥蚀系统为ESI的NWR 213nm激光剥蚀系统，束斑直径为64μm。激光剥蚀过程中采用氦气作载气，由一个T型接头将氦气和氩气混合后进入ICP-MS中。每个采集周期包括大约30s的空白信号和50s的样品信号。采用多外标-内标法对元素含量进行计算。电子探针分析获得的尖晶石57Fe含量作为内标计算元素含量，南美洲科马提岩样品GOR-128以及自然铬QC-Cr作为外标监测仪器的漂移。质控标样主量元素测试误差小于5%，微量元素元素测试误差小于10%，含量低的样品测试误差大于10%。

铬铁矿和橄榄岩的全岩铂族元素分析在国家测试中心完成。具体方法是将样品与Na2B4O7、Na2CO3、SiO2、羟基镍粉和硫磺粉等按不同比例混合于粘土坩埚中，放入马弗炉加热至1000～1200℃。冷却后，由于硫化物相的不相容性，PGE和Ni3S2沉降于坩埚底部形成镍扣，将镍扣粉碎后用HCl熔解，加入碲共沉淀剂分离，最后用ICP-MS(TJAPQEXCELL)直接测量。本实验的全流程空白为：Ru、Ir、Pd、Os<0.3×10-9，Pt、Rh<0.06×10-9。实验所测定的标准参考物(GPT24和GPT27)分析结果与推荐值吻合较好。

铬铁矿中铬尖晶石包裹体的能谱半定量分析在中国地质科学院自然资源部深地动力学重点实验室完成，仪器型号为美国FEI公司的热场发射扫描电镜(NanoSEM450)，实验电压20kV，电流20nA，束斑直径5μm。配套的能谱仪为英国牛津仪器公司的电制冷能谱仪系统(INCA X-Max50 EDS)。

4 分析结果

4.1 矿物化学特征

橄榄石 本文共分析了方辉橄榄岩和纯橄岩中50颗橄榄石的化学成分，代表性结果见表1。东巧地幔橄榄岩中的橄榄石均为镁橄榄石，Fo值变化于89.8～92.5。其中方辉橄榄岩的橄榄石Fo值在89.8～92.2之间，MnO=0.05%～0.17%，NiO=0.31%～0.46%，FeO=8.1%～10.3%；纯橄岩的橄榄石Fo值介于91.7～92.5，NiO=0.32%～0.46%，MnO=0.08%～0.16%。东巧蛇绿岩从方辉橄榄岩到纯橄岩中的橄榄石Fo值呈现出连续的变化趋势，Fo值和NiO含量表现出较强的正相关关系(图4)，指示了从铬铁矿围岩到铬铁矿逐渐增加的部分熔融趋势。

图4 东巧地幔橄榄岩的橄榄石NiO-Fo成分图解(据Pagé et al., 2008)

表1 东巧地幔橄榄岩代表性样品的橄榄石电子探针分析结果(wt%)

斜方辉石 对地幔橄榄岩样品中的53颗斜方辉石进行成分分析，代表性结果列于表2。斜方辉石的En端元分布在88.5～91.2的范围内，主要是顽火辉石，少量古铜辉石。方辉橄榄岩的斜方辉石的Mg#值变化于89.7～92.0，Al2O3=0.10%～0.98%，NiO小于0.15%，Cr2O3=0.27%～0.50%，CaO=0.34%～1.00%；与方辉橄榄岩相比，纯橄岩中的斜方辉石具有略高的Mg#值，介于91.7～92.1之间，Al2O3的含量也更高，变化范围1.00%～1.36%，Cr2O3=0.31%～0.53%，NiO=0.08%～0.14%，CaO=0.40%～1.08%。在Al2O3-Mg#和Cr2O3-Mg#图解中(图5a, b)，方辉橄榄岩和纯橄岩的斜方辉石成分均相对集中在弧前橄榄岩区域，从方辉橄榄岩到纯橄岩，斜方辉石的Mg#与Al2O3呈现不明显的正相关线性变化规律。

图5 东巧地幔橄榄岩的斜方辉石Al2O3-Mg#图解(a)和Cr2O3-Mg#图解(a)(据Pagé et al., 2008)

表2 东巧地幔橄榄岩代表性样品的斜方辉石电子探针分析结果(wt%)

单斜辉石 对东巧地幔橄榄岩中的155个单斜辉石进行电子探针成分分析，代表性结果见表3。主要为透辉石(En46.2-50.4Wo46.5-50.6)。方辉橄榄岩中单斜辉石Mg#值分布在92.7～95.1的范围内，Al2O3和Cr2O3的含量分别为0.12%～1.05%和0.35%～0.77%。TiO2的含量低于0.05%，CaO含量为23.15%～25.90%，NiO为0.01%～0.11%；纯橄岩中单斜辉石的Mg#值高于方辉橄榄岩，变化于94.0～94.6，Al2O3含量为0.72%～1.23%，Cr2O3含量为0.22%～0.51%，CaO含量为23.20%～24.34%。在Mg#与其他主量元素的相关性图解中(图6)，东巧方辉橄榄岩和纯橄岩单斜辉石的成分均偏离了深海橄榄岩和弧后盆地橄榄岩的区域而相对集中于弧前橄榄岩的范围内。

表3 东巧地幔橄榄岩代表性样品中单斜辉石电子探针分析结果(wt%)

图6 东巧地幔橄榄岩的单斜辉石Mg#对Al2O3 (a)、TiO2 (b)、Cr2O3 (c)和CaO (d)图解(据Pagé et al., 2008)

铬尖晶石 通过扫描电镜在东巧地幔橄榄岩和铬铁矿石中选取153颗新鲜铬尖晶石核部进行电子探针成分测试，代表性分析结果列于表4。方辉橄榄岩尖晶石的Cr2O3含量为46.60%～56.05%，Al2O3含量为11.95%～20.90%，TiO2<0.08%，Cr#值在60.8～75.9范围内变化，FeO含量为16.45%～23.65%，MgO含量为9.83%～12.59%，Mg#值分布在47.5～60.4区间内，为富铬尖晶石(Irvine, 1967)；纯橄岩中尖晶石的Cr2O3含量介于51.47%～60.05%，Al2O3含量变化在8.20%～15.48%，Cr#值为69.0～83.1，NiO含量为0.02%～0.15%，FeO含量为18.35%～23.88%，Mg#值为36.8～57.7，TiO2含量变化范围在0.07%～0.24%之间，也为富铬尖晶石(Irvine, 1967)。东巧铬铁矿石中的铬尖晶石矿物组分基本类似，它们几乎不含SiO2、Na2O、K2O和CaO。TiO2含量0.06%～0.16%，Cr2O3含量较高，范围介于52.9%～63.12%之间，Al2O3含量较低，分布在6.25%～13.55%的范围内，MgO含量为10.47%～14.7%，FeO为14.61%～22.47%，Mg#值在52.8～70.5之间变化，Cr#值范围在72.5～86.9之间，为高铬型铬铁矿(Leblanc and Violette, 1983; Dick and Bullen, 1984)。

表4 东巧地幔橄榄岩和铬铁矿代表性样品的铬尖晶石电子探针分析结果(wt%)

纯橄岩和铬铁矿矿石中铬尖晶石的原位微量元素(Sc、Ti、V、 Mn、 Co、Ni、Zn和Ga)化学分析结果见表5。纯橄岩中的铬尖晶石微量元素含量相对变化不大，其中Zn的含量为1326×10-6～1389×10-6，V含量为843×10-6～859×10-6，Ni的含量为936×10-6～1015×10-6，Ga含量为33.0×10-6～35.9×10-6。东巧铬铁矿石中的铬尖晶石微量元素的Mn、Ni和V含量较高，范围变化也较大，分别为1107×10-6～1362×10-6、1007×10-6～1915×10-6和854×10-6～1247×10-6。Ga的含量为33.6×10-6～75.0×10-6，Zn的含量为518×10-6～714×10-6，远低于纯橄岩中的Zn。如图7所示，在铬尖晶石MORB标准化蛛网中，东巧纯橄岩和铬铁矿的尖晶石成分相近，相较于MORB的尖晶石，它们明显亏损Ti、Ni和Ga，富集V、Mn、Co和Zn，与玻安岩的配分曲线相似。

表5 东巧纯橄岩和铬铁矿代表性样品中的铬尖晶石微量元素分析与母岩浆计算结果(×10-6)

图7 东巧铬铁矿和纯橄岩中铬尖晶石MORB标准化微量元素分配模式图(据Zhou et al., 2014)

4.2 铬尖晶石的包裹体特征

东巧铬铁矿中铬尖晶石的包裹体主要包含橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、方解石和铂族矿物等，扫描电镜照片见图8，电子探针分析结果见表6。

东巧铬铁矿的铬尖晶石中的橄榄石包裹体多呈自形-半自形单晶，晶体自形程度较好，粒径变化较大，介于20～50μm之间(图8a, b)，大部分橄榄石包裹体已经蚀变为蛇纹石，导致MgO和NiO的含量降低，Al2O3和Cr2O3含量增加(表6)。

表6 东巧铬铁矿代表性样品中铬尖晶石的矿物包裹体的电子探针分析结果(wt%)

斜方辉石包裹体较少，它们主要呈自形-半自形单晶，包括柱状、椭圆形、近圆形等多种形态，粒径为5～40μm之间(图8c, d)。

东巧铬铁矿铬尖晶石中的包裹体种类以单斜辉石最为常见。可见两种形态，一种为自形-半自形粒状，粒径为5～50μm，呈浑圆状(图8e)、纺锤形(图8f)、多边形等多种形态，表面平整或发育裂隙，SiO2含量变化于52.37%～54.09%，MgO的含量为17.26%～17.71%，Al2O3为0.90%～0.98%；另一种单斜辉石呈针状横断面直径宽度不足5μm，最大长度可达30μm(图8g)。多数单斜辉石针状包裹体呈定向排列，具一组或二组分布方向。这种针状的单斜辉石在罗布莎(Yamamotoetal., 2009)、泽当(Guoetal., 2021)、仁布(杨胜标等, 2022)、错不扎(Zhaoetal., 2020)、阿尔巴尼亚布尔齐泽铬铁矿(Xiongetal., 2021)等均有发现，它们常常被认为高压铬铁矿在转变为低压铬铁矿的过程中CaO和SiO2溶解度降低，单斜辉石出溶所致(Yamamotoetal., 2009; Griffinetal., 2016)。

图8 东巧铬铁矿中铬尖晶石的矿物包裹体背散射图像

角闪石包裹体多为半自形-他形粒状，粒径30～200μm，呈不规则多边形(图8h)，电子探针分析Na2O含量为2.49%～3.06%，FeO含量1.77%～2.0%，MgO含量为19.76%～20.81%，Al2O3含量为8.02%～9.93%，属于钙角闪石组的韭闪石和镁砂川闪石(图9)。

图9 东巧铬铁矿中铬尖晶石的角闪石包裹体矿物分类判别图解(据刘显凡等, 2015修改)

铂族矿物包裹体多呈浑圆粒状，粒径通常小于5μm(图8i)，能谱测试半定量分析表明Os、Ru等IPGE元素相对含量较高。

4.3 全岩铂族矿物(PGE)特征

PGE具有亲铜和亲铁的特征，主要保存地核中，而地幔中的浓度非常低。根据熔点的高低，PGE可分为Ir亚族 (IPGEs，包括Os、Ir和Ru，熔点高于2000℃)和Pd亚族(PPGE，包括Rh、Pt和Pd，熔点低于2000℃)(Woodlandetal., 2002)。在地幔部分熔融过程中，IPGE倾向留在残余地幔中，显示相容元素特征；PPGE倾向进入到熔体，显示不相容元素特征。对于地幔橄榄岩和铬铁矿，其铂族元素组成，可以指示岩石的成因及地幔交代作用等(Zhouetal., 1998; 熊发挥等, 2013)。本文对8件方辉橄榄岩、3件纯橄岩和8件稠密浸染-致密块状铬铁矿进行全岩铂族元素分析，测试结果如表7。

表7 东巧地幔橄榄岩和铬铁矿铂族元素含量(×10-9)

方辉橄榄岩中PGE元素总含量变化在14.01×10-9～32.81×10-9之间，平均值为22.49×10-9，近似于原始地幔。Ir的含量变化在2.23×10-9～5.55×10-9，Pd含量变化在0.07×10-9～0.65×10-9之间。Pd/Ir值较低(0.03～0.27)，IPGE含量范围(10.35×10-9～20.58 ×10-9)和PPGE的含量范围(3.32×10-9～13.47×10-9)变化均较大。IPGE/PPGE的比值均大于1。与原始地幔中的铂族元素含量相比较(McDonough and Sun, 1995)，东巧方辉橄榄岩中的Os、Ir、Ru的含量稍高，Pt和Pd含量相对较低，Rh含量差别不大，Pd呈现出明显的负异常(图10)。

图10 东巧地幔橄榄岩及铬铁矿原始地幔标准化全岩铂族元素(PGE)分配模式图(标准化值据McDonough and Sun, 1995)

东巧纯橄岩的PGE总量略低于原始地幔，为13.36×10-9～16.08×10-9，Pd/Ir值较高(0.34～3.24)，IPGE含量范围(7.60×10-9～9.17×10-9)和PPGE的含量范围(5.76×10-9～8.52×10-9)变化较小。IPGE/PPGE的比值范围0.89～1.53，IPGE和PPGE富集程度近似。在原始地幔标准化蛛网图中显示出Ir的亏损和Rh的富集(图10)。

东巧铬铁矿的铂族元素总量变化范围为108.4×10-9～645.7×10-9，远远高于原始地幔(McDonough and Sun, 1995)和地幔橄榄岩中PGE的含量，IPGE/PPGE的比值均大于10，呈现IPGE以及Rh相对原始地幔富集，而Pt和Pd相对亏损的左高右低模式，具右倾特征的PGE配分模式曲线(图10)。

5 讨论

5.1 铂族元素分馏

前人研究显示，地幔橄榄岩和铬铁矿的PGE含量通常受部分熔融、岩浆分异和热液蚀变等过程的影响(Barnesetal., 1985)。虽然东巧蛇绿岩的铬铁矿包含蛇纹石、绿泥石和铁铬铁矿等热液作用形成的次生矿物(Shietal., 2012; 董玉飞等, 2019)， 但扫描电镜观察发现铂族矿物 (PGM)颗粒多以包裹体形式出现在铬尖晶石中，它们晶形较好，并未显示出后期热液蚀变的特征，因此，热液蚀变导致PGM脱硫以及PGE再活化对全岩PGE影响甚微(Griecoetal., 2007)。

含硫矿物(合金或氧化物)在地幔低程度熔融(2%～15%)过程中保持稳定, 因而残余地幔橄榄岩会呈现出未分馏或近似平坦的PGE型态，其(Pd/Ir)N比值也≤1.0。随着部分熔融程度的增加(>15%～20%)，易熔的PPGE、Au、Re、S、Se、Te和Cu表现出强的不相容性，而最难熔的IPGE为相容元素，仍然能够保留在残余地幔中，以致残余地幔因强烈亏损IPGE而产生PGE分馏(Barnesetal., 1985; Zhouetal., 1998)。上地幔橄榄岩IPGE赋存于圈闭在硅酸盐矿物中的硫化物晶格中，而PPGE则出现在粒间填隙的硫化物中，证实了上述推论(Alardetal., 2000)。当部分熔融程度在20%～25%，即便是地幔源区最难熔的IPGE也会被抽取到熔体相中(Prichardetal., 2008)。从图10可知，东巧方辉橄榄岩和纯橄岩PGE含量总体低于原始地幔的值，且均显示出右倾型曲线，说明它们和亏损的残余地幔橄榄岩一样，经历了较为明显的熔体抽取过程(Barnesetal., 1985)。值得注意的是，东巧方辉橄榄岩的Pt出现了不同程度的富集, 由于Pt和Pd的分配系数相近，这种分馏不能简单地解释为硫化物的不一致熔融，更可能是再饱满过程诱发交代的硫化物沉淀，进而提高地幔橄榄岩Pd的含量(Luguetetal., 2003)。

铬铁矿的PGE分配形式与铬铁矿成因存在密切联系，在岩浆分离结晶过程中，Pd/Ir比值会随着Pt/Pt*比值的降低而增加(Barnesetal., 1985; Garutietal., 1997)。东巧铬铁矿显示较低的Pd/Ir(0.006～0.041)和较高的IPGE/PPGE(10.07～36.30)(表7)，由Pd/Ir-Pt/Pt*和∑PGE-IPGE/PPGE图解可以看出，铬铁矿的PGE主要受部分熔融控制而非岩浆的结晶分异(图11)。而PGE陡峭的右倾型曲线指示铬铁矿可能源自俯冲带上玻安质熔体与亏损地幔方辉橄榄岩的相互作用，因为高程度部分熔融(≥20%)产生的玻安质熔体形成的铬铁矿PGE含量较高，而低程度部分熔融(≤20%)产生的玄武质熔体形成的铬铁矿PGE含量则相对较低(Prichardetal., 2008)。东巧铬铁矿石富集Ru和Ir，反映出铬铁矿母岩浆饱和结晶可使易氧化的贵金属聚集(Finniganetal., 2008)，这是因为Al3+、Cr3+和Fe3+优先分配到铬尖晶石晶格中，导致生长的铬尖晶石晶体的边缘形成相对还原的区域，促使Ir和Ru在铬尖晶石和熔体的界面上聚集(Ballhausetal., 2006)。

图11 东巧蛇绿岩PGE的Pd/Ir-Pt/Pt*图解(a,据Garuti et al., 1997修改)和∑PGE-IPGE/PPGE 图解(b)

总之，东巧地幔橄榄岩和铬铁矿PGE的右倾型配分曲线表明，东巧地橄榄岩可能在经历熔体抽取后又经历了后期玻安质熔体的再富集或交代作用。

5.2 东巧铬铁矿的母岩浆与构造背景

东巧铬铁矿矿石成分较为均一，它们的Fe#值和MnO含量较低，说明尖晶石受次生的磁铁矿和铁尖晶石影响小，化学成分能够较好地反映出平衡熔体的性质，从而推断铬铁矿形成的构造环境(Evansetal., 2013; Khedr and Arai, 2016)。多数研究认为豆荚状铬铁矿是上地幔不同程度部分熔融形成的玄武质岩浆与围岩反应结晶而成(Zhouetal., 1996, 1998; Kamenetsky, 2001; Arai and Miura, 2016; Huetal., 2022)。固相线下再平衡时，铬铁矿和橄榄石的Al2O3和TiO2含量主要受到母熔体成分的影响(Kamenetskyetal., 2001)，FeO和MgO在铬铁矿和硅酸盐矿物中也会达到平衡。铬铁矿平衡熔体的Al2O3和TiO2含量以及FeO/MgO可由如下公式确定(Maurel and Maurel, 1982; Kamenetskyetal., 2001; Zaccarinietal., 2011)：

(Al2O3熔体)=5.2253×ln(Al2O3尖晶石)+1.1232

(TiO2熔体)=1.0897×(TiO2尖晶石)+0.0892

其中Al#=Al/(Cr+Al+Fe3+)，Fe#=Fe3+/(Cr+Al+Fe3+)。

计算结果见表8，东巧纯橄岩的Al2O3含量变化于12.12%～15.44%，TiO2含量变化于0.17%～0.35%，FeO/MgO的比值为1.36～2.48；铬铁矿与纯橄岩平衡熔体成分相近，Al2O3的含量介于10.71%～14.74%，TiO2含量分布在0.15%～0.26%的范围内，FeO/MgO为0.83～1.48。在平衡熔体FeO/MgO-Al2O3图解中(图12a)，纯橄岩和铬铁矿略有差异，前者主要投影到MORB区域，而后者均落到玻安岩的范围内；但在熔体TiO2-Al2O3图解中(图12b)，它们均落在玻安岩的范围内(Zhouetal., 2014)。这一特征同Troodos和Thetford蛇绿岩的铬铁矿及围岩类似(Derbyshireetal., 2019)。

图12 东巧铬铁矿母岩浆成分图解

表8 东巧纯橄岩和铬铁矿的母岩浆代表性数据计算结果

玻安岩是俯冲带富水流体交代热的，高度难熔的方辉橄榄岩形成的高镁安山岩，代表了起始俯冲带最早的弧岩浆(Reaganetal., 2010)，因此我们认为东巧纯橄岩铬铁矿的母熔体从成分上来说是玻安质熔体，形成于俯冲初期弧前环境。

与主量元素相比，铬铁矿微量元素含量的变化对岩浆分离结晶、熔体-岩石相互作用以及铬铁矿形成环境的示踪更为敏感(Pagé and Barnes, 2009; González-Jiménezetal., 2014)。铬铁矿和纯橄岩平衡熔体的微量元素组成可由元素分配系数计算获得(Zhouetal., 2014)。利用Pagé and Barnes (2009)的分配系数计算东巧铬铁矿和纯橄岩平衡熔体的微量元素成分(表5)。东巧铬铁矿母岩浆的Sc含量为12.6×10-6～40.6×10-6，Ti为0.15×10-6～0.31×10-6，V为110×10-6～161×10-6，Mn为1027×10-6～1390×10-6，Co为60.6×10-6～67.0×10-6，Ni为845×10-6～1462×10-6，Zn为75×10-6～103×10-6，Ga为18×10-6～41×10-6。纯橄岩平衡熔体与铬铁矿母岩浆成分相近，Sc、Ti、V的含量分别为25.9×10-6～32.3×10-6、0.06×10-6和109×10-6～111×10-6，Mn、Co和Ni的丰度为1349×10-6～1379×10-6、81.5×10-6～84.4×10-6和715×10-6～775×10-6，Zn和Ga的含量则是192×10-6～201×10-6和18.1×10-6～19.6×10-6。如图12c所示，东巧铬铁矿和纯橄岩母岩浆成分相似，它们相对N-MORB富集Sc、Mn和Co，亏损Ti，V的含量相近，而Ni、Zn和Ga的变化较大，这与俯冲带弧前玻安岩的微量元素元素组成相近。

地幔橄榄岩和铬铁矿的化学成分保留了蛇绿岩熔体抽取和再富集的地质记录，对识别蛇绿岩起源和地幔演化历史有重要意义(Choietal., 2008)。东巧方辉橄榄岩和纯橄岩铬尖晶石的成分范围集中分布在弧前橄榄岩的区域(图13)，它们Cr#值与Mg#呈负相关性(图13a)，与阿尔卑斯型超镁铁岩特征相似(Leblanc, 1980)。Ti是铬尖晶石部分熔融过程中的不相容元素，因而随着部分熔融程度的提高铬尖晶石TiO2的含量会急剧降低 (Pearceetal., 2000; Zhouetal., 2005)。在尖晶石Cr#与TiO2的对比图中(图13b)，东巧方辉橄榄岩大致沿着部分熔融曲线分布，部分熔融程度大于25%之间，与此相反，大部分纯橄岩因TiO2含量的增加而偏离熔融曲线，而显示出与玻安岩反应的趋势, 这一证据与PGE获得的结果一致。在Al2O3-Cr2O3图解中(图13c)，方辉橄榄岩和纯橄岩均集中在地幔阵列，明显不同于岩浆堆晶成因的尖晶石。铬尖晶石的TiO2-Al2O3图解显示(图13d)，东巧地幔橄榄岩聚集在弧前橄榄岩的成分范围内，明显区别于洋岛玄武岩和大火成岩省的铬尖晶石。根据纯橄岩和铬铁矿主量和微量元素的亲缘性，我们认为东巧蛇绿岩很可能形成于洋内弧前环境。

图13 东巧地幔橄榄岩和铬铁矿的尖晶石成分图解(据Pagé et al., 2008)

5.3 东巧铬铁矿的找矿前景

蛇绿岩地幔橄榄岩的岩体规模、部分熔融程度以及岩体内部的韧性剪切带被认为是决定豆荚铬铁矿床规模主要因素(Boudier and Al-Rajhi, 2014; 熊发挥等, 2015; Arai and Miura, 2016; Rassiosetal., 2020)。其中，豆荚状铬铁矿赋矿岩体规模决定了找矿空间的大小。已有研究表明，全球多数豆荚状铬铁铁矿床均产于大型地幔橄榄岩体(杨经绥等, 2011; Boudier and Al-Rajhi, 2014)。东巧蛇绿岩位于班怒带中段，属于中段四个亚带中的东巧-伦波拉亚带，东、西两个岩体的面积总共约60km2，与雅鲁藏布江东段的罗布莎岩体(70km2)(杨经绥等, 2008)大致相当，说明两者具有相似的容矿空间。蛇绿岩地幔的岩相分带是成矿的一个重要的标志，全球矿石储量100万t以上的铬铁矿床(如Kempirsai蛇绿岩)的地幔橄榄岩以方辉橄榄岩为主，并伴有少量二辉橄榄岩，豆荚状矿体通常被厚度不等纯橄岩外壳包裹，但矿体的规模与纯橄岩的厚度关系不大。小到中等规模的铬铁矿的纯橄岩包壳有时很厚，而大规模的铬铁矿矿体的纯橄岩包壳却很薄，还有一些铬铁矿没有纯橄榄岩包壳，直接与方辉橄榄岩或二辉橄榄岩接触(Boudier and Al-Rajhi, 2014)。从野外来看，东巧蛇绿岩地幔橄榄岩包含方辉橄榄岩和纯橄岩，后者出露广泛，往往呈脉状或团块状分布在方辉橄榄岩内部(图2a; Shietal., 2007, 2012; 黄强太等, 2015)，有利于豆荚状铬铁矿的形成。此外，地幔橄榄岩部分熔融程度的高低对铬铁矿的形成尤为重要，包含少量单斜辉石的中等程度亏损的方辉橄榄岩-岩浆体系能够提供足够高的Cr#值和(Cr+Al)含量，是形成豆荚状铬铁矿最有利的条件(Arai and Miura, 2016)。东巧铬铁矿矿物化学组分指示方辉橄榄岩为经历较高程度熔融的弧前橄榄岩(图13)，这可使得赋存于辉石内的铬才被释放到熔体中聚集成矿(熊发挥等, 2013)。在班怒带上，除了东巧蛇绿岩，其南部距离100km的蓬湖蛇绿岩、东部的依拉山和丁青蛇绿岩中也有一定规模豆荚状铬铁矿产出(张然等, 2019; 徐向珍等, 2021)。因此，班怒带的蛇绿岩具有较为良好的铬铁矿找矿前景，是良好的铬铁矿勘探靶区。

6 结论

(1)东巧地幔橄榄岩以方辉橄榄岩为主，铬铁矿多呈透镜状赋存在其内部的纯橄岩脉中。地幔橄榄岩和铬铁矿PGE具有右倾型配分曲线，认为蛇绿岩地幔单元在经历中高程度熔体抽取后又经历了玻安质熔体的再富集或交代作用。

(2)东巧铬铁矿石主要呈致密块状和浸染状构造，包裹体类型主要有橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石和铂族矿物等。铬尖晶石计算获得纯橄岩和铬铁矿母岩浆的Al2O3含量分别为12.12%～15.44%和10.71%～14.74%，TiO2含量为0.17%～0.35%和0.15%～0.26%，对应的FeO/MgO值分别为1.36～2.48和0.83～1.48，属于高铬型。铬铁矿和纯橄岩的母岩浆微量元素均相对N-MORB富集Sc(12.6×10-6～40.6×10-6)、Mn(1027×10-6～1390×10-6)和Co(60.6×10-6～67.0×10-6)，亏损Ti(0.15×10-6～0.31×10-6)，显示出玻安质熔体的亲缘性。认为东巧地幔橄榄岩和豆荚状铬铁矿起源于SSZ的弧前环境。

(3)对比典型豆荚状铬铁矿矿床特征，认为班怒带的蛇绿岩具有较为良好的铬铁矿找矿前景。

致谢在野外样品采集期间得到了西藏矿业公司教授级高工巴登珠和西藏自治区地质矿产勘查开发局第五地质大队董玉杰、张智霖、赤列、晃增华等人的帮助；电子探针测试在东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室郭国林教授和中国地质科学院自然资源部深地动力学重点实验室毛小红博士的帮助下完成，铬铁矿原位微量元素测试在吴魏伟博士、来盛民博士和赵慧博士的帮助下完成；文章写作过程中与刘飞博士进行了有益讨论；三位审稿人对文章提出了建设性修改意见；一并致以感谢。