阿曼蛇绿岩铬铁矿成因的超显微构造和高温高压实验研究

The discovery of ultra-high pressure (UHP) minerals from ophiolite podiform chromitite challenge the traditional veiw that podiform chromitite forms in low-mantle level. Oman ophiolite is the best preserved and the most typical ocean rock in the world. This study will investigat on podiform chromitite from Nakhl area,in Semail ophiolite of Oman. Firstly, it will use ultra-microscopic structure analysis, mainly by using high-resolution transmission electron microscope, combined by using micro Roman spectroscope, scanning electron microscope and electron microprobe analysis,and so on, to study micro- to nano- size mineral inclusions and exsolutions in chromite and Cr-spinel in chromitite and host rocks. These data will be used to determain the phase composition, polymorphic structure, chemical composition and topological relationship with host chromite, then to analyze processes of exsolution and phase transition between exsolution and host, to investigate the formation condition of temperature and pressure of podiform chromitite. Secondly, it will use high-temperature and high-pressure partial melting experiments to investigate the condition of preconcentration of chromite in ulta high pressure, and to discuss the possibility of formation of chromitite in deep mantle. Combinating studies of these two methods, we will discuss the formation depth and geological processes of Oman ophiolite podiform chromitite. This study will provide new data and new knowledge for the formation mechanism of podiform chromitite, and will provide new view on ultra-high pressure geological processes of oceanic crust,and will provide valuable data to investigate dynamics processes of ancient oceanic mantle.

蛇绿岩豆荚状铬铁矿中超高压矿物的发现对铬铁矿地幔浅部成因的传统观点提出了挑战。阿曼蛇绿岩是世界上保存最完整最具代表性的洋底岩石。本研究拟以阿曼Nakhl地区蛇绿岩豆荚状铬铁矿为研究对象。首先，对铬铁岩及围岩中铬铁矿和铬尖晶石中微米-纳米级包体及出溶体的超显微构造，以高分辨透射电镜为主要实验手段，结合显微拉曼光谱、扫描电镜和电子探针等实验，确定包体及出溶体的物相成分、多型结构、化学成分和与宿主铬铁矿的拓扑关系，分析出熔体与宿主矿物的出溶过程和相变过程，揭示豆荚状铬铁矿形成时的温度和压力。进一步，通过高温高压部分熔融实验模拟铬铁矿在超高压条件下发生预富集的过程，探讨铬铁矿在地幔深部形成的可能性。综合这两方面的研究探讨阿曼蛇绿岩铬铁矿的形成深度和经历的地质作用过程。本研究将为豆荚状铬铁矿的成因研究提供新数据和新认识，为洋壳超高压地质作用过程提供新观点，为阐明古洋壳地幔动力学过程提供有价值的资料。

一直以来，豆荚状铬铁矿被认为形成于地幔浅部。但是，近几年在我国西藏罗布莎豆荚状铬铁矿中发现了金刚石和柯石英等一系列超高压（UHP）矿物，豆荚状铬铁矿被认为可能形成于地幔转换带顶部，这使豆荚状铬铁矿的成因研究成为现在的热点问题。阿曼蛇绿岩是世界上保存最完整最具代表性的洋底岩石。本研究以阿曼Nakhl地区蛇绿岩豆荚状铬铁矿为研究对象。对铬铁岩中铬铁矿以高分辨透射电镜为主要实验手段，结合显微拉曼光谱、扫描电镜和电子探针等实验，确定了出溶体的物相成分、多型结构、化学成分和与宿主铬铁矿的拓扑关系，揭示了阿曼Nakhl地区豆荚状铬铁矿形成时的压力条件。该区铬铁矿中具有多种出溶片状包体，均沿铬铁矿{110}晶面出溶。通过透射电镜研究，本项目发现了Ca角闪石片晶、辉石片晶和多相包体片晶。这些硅酸盐出溶体均说明原来的铬铁矿相富含Si。由SiO2的含量（0.33–0.58 wt%）推导铬铁矿至少来自于8GPa的深度。出溶的单斜辉石实际为高压单斜辉石，其出溶压力同样可以追溯到至少8GPa。这些证据都说明阿曼Nakhl地区铬铁矿具有深部来源，至少来自于250 km的深度。在上涌过程中，随着Si的析出，由Si代替Cr形成的缺陷逐渐减少，以前存在于铬铁矿缺陷中的H或OH-将会聚集，在压力小于3GPa时逐步形成角闪石出溶体。这说明超高压铬铁矿经历了俯冲-再循环过程。最初在地幔浅部形成的铬铁矿及其含水矿物包体在俯冲过程中的将Si和OH溶解到了超高压铬铁矿中，在再循环上涌过程中发生出溶现象，形成了一系列的出溶片晶。.另一方面，本项目采用罗布莎铬铁矿为起始物质，利用压力11-18GPa和温度1400-1600 ℃对天然铬铁矿物相的相变关系进行了研究。实验发现上地幔底部铬铁矿的组合为铬铁矿+绿铬矿+石榴石，地幔转化带顶部的矿物组合为铬铁矿+绿铬矿+石榴石+MC相。MC相是一个新的含Si富Mg-和Cr-的相，理想化学式为Mg3Cr2O6，具有立方结构，空间群为Fd3m。在天然岩石体系中观察到MC相有助于理解地幔转换带中存在的Mg和Cr矿物，并且有助于约束豆荚状铬铁矿形成的地质过程。