作者：张毅
国外在100多年前报道在蛇绿岩中发现了金刚石，如加拿大魁北克蛇绿岩中发现了金刚石，随后在俄罗斯远东地区的阿尔卑斯型超镁铁岩中也发现了金刚石。中国在30多年前在西藏罗布莎和东巧铬铁矿中通过人工重砂的方法发现了西藏首颗金刚石，随后在西藏罗布莎的康金拉矿区、香卡山矿区的铬铁矿内也陆续发现了金刚石，而且在罗布莎铬铁矿的围岩方辉橄榄岩中也发现了金刚石等异常矿物。随着研究工作的进一步开展，在近2000 km的雅鲁藏布江缝合带中的6个地幔橄榄岩体中均发现了含有金刚石的异常矿物组合[7-8]，此外还在西藏丁青、新疆的萨尔托海以及国外如缅甸密支那、俄罗斯乌拉尔等的蛇绿岩中也发现有金刚石。根据这类金刚石的本身产状、粒径、内部包裹体特征及同位素组成的专属性特征，提出了蛇绿岩型金刚石新类型，认为蛇绿岩中产出金刚石可能是一个普遍现象，蛇绿岩型金刚石是蛇绿岩经历的深部地质过程的记录者，可能隐藏有深部地幔信息。
尽管在世界上蛇绿岩中发现金刚石的实例越来越多，但早期学术界曾怀疑这些金刚石是选矿过程中的外来混染的结果，直到最近几年在罗布莎和乌拉尔铬铁矿中发现原位金刚石，才排除这种怀凝。事实上蛇绿岩中除了有金刚石产出之外，还伴生有许多同样具有重要环境指示意义的异常地幔矿物，如SiC、石墨、金属及自然元素类矿物、硫（砷）化合物、氧化物、硅酸盐、磷酸盐、碳酸盐类等。这些不寻常的地幔矿物群大多数都具有超高压结构，与深部地幔具有密切联系，因此在矿物学和地球动力学上都具有重要的研究意义。
近年来雅江东段的罗布莎岩体及铬铁矿内获得了大量异常地幔矿物的研究成果，而同处
东段的泽当岩体矿物学研究工作相对较为薄弱。为了进一步验证蛇绿岩是否普遍性的产出有金刚石等异常矿物，笔者开展了对雅鲁藏布江缝合带的泽当地幔橄榄岩人工重砂的矿物学研究工作，查明其异常地幔矿物种类和组成。本文报道泽当地幔橄榄岩人工重砂工作中所发现的异常地幔矿物研究结果。
1 泽当超镁铁质岩体地质特征
雅鲁藏布江缝合带是印度板块与欧亚板块的分界线，北邻拉萨地块，南接喜马拉雅构造带，带内发育的雅鲁藏布江蛇绿岩带呈东西向延伸近2000 km，被认为是喜马拉雅特提斯洋壳和地幔的残余。其蛇绿岩按产出位置可分为西段（萨嘎以西至中印边境）、中段（昂仁一仁布）、东段（曲水一墨脱）三部分，出露的岩体从西到东主要有东波、普兰、休古嘎布、
当穷、仲巴、萨嘎、桑桑、吉定、白朗、大竹卡、泽当、罗布莎等，其中罗布莎岩体是中国主要的铬铁矿产区。泽当岩体位于泽当县城以西20 km，距离拉萨市200 km，该岩体呈北西西向展布，东西延伸近20 km，出露宽度1～4 km不等，面积约为45 km2（图1）。泽当蛇绿岩南面与晚三叠世复理石、侏罗一白垩纪火山沉积岩以逆冲断层相接，岩体向北逆冲推覆到古近一新近系罗布莎群和冈底斯花岗岩基之上，被认为是特提斯洋的洋内汇聚边界。泽当蛇绿岩经历了复杂的构造变形，但蛇绿岩基本的岩相仍可以被识别出来，主要由地幔橄榄岩、镁铁一超镁铁质堆积杂岩、辉长一辉绿岩墙和枕状、块状玄武岩组成。泽当蛇绿岩北侧的岛弧火成岩被称为泽当地体，该火成岩主要由蚀变程度较高的玄武一安山质火山岩、细碧岩、蚀变安山岩及凝灰岩组成，年代学研究表明，泽当地体形成于155～160 Ma晚侏罗世。尽管对泽当蛇绿岩的形成时代没有太多的争议，但其形成的构造环境上，不同学者没有统一的认识，部分学者认为泽当地体代表了特提斯洋发展过程中的洋内岛弧的残片，也有部分研究者认为泽当地体系晚侏罗纪新特提斯洋向北俯冲过程中，拉萨地块南缘发育的残片，代表了一个活动大陆边缘环境。
2样品描述与研究方法
泽当岩体的地幔橄榄岩主要由方辉橄榄岩、含单斜辉石的方辉橄榄岩、纯橄岩以及少量基性岩脉组成，方辉橄榄岩是泽当蛇绿岩的主体，占泽当蛇绿岩总出露面积的70%以上。在泽当岩体的地幔橄榄岩，取样时考虑到泽当岩体南界的方辉橄榄岩有轻微的蛇纹石化，而北界靠近火山岩处的岩石新鲜且辉石含量高，所以本次人工重砂大样取自泽当岩体北侧鲁朗地区，样品为编号为10Y-308，岩性为含单斜辉石的方辉橄榄岩，总重量为526 kg。所采集样品的岩石表面新鲜，质地坚硬，风化面呈灰绿色，新鲜面为淡黄绿色。镜下岩石为典型的原生粒状结构（图2-a），组成矿物粒径多在0.2～0.6 cm，但辉石斑晶粒径有时可达1 cm以上。岩石整体为中一粗粒块状构造，变质变形程度较低。含单斜辉石的方辉橄榄岩主要由橄榄石(70%~90%)和辉石(10%~25%)组成，还可见到少量的单斜辉石、尖晶石。橄榄石最大可达8 mm，可见到扭折带构造(图2-d)，经常受力碎裂成碎斑或碎基状。斜方辉石粒径变化大，最大者可达10 mm，多数在3 mm以下，呈斑晶者也多发生扭折，与橄榄石、单斜辉石呈交错镶嵌结构，斜方辉石发育出溶条纹，受构造作用的影响，扭折带、出溶条纹、解理纹都有弯曲变形现象(图2-b、c)。单斜辉石含量较少，通常小于3%，粒径也比斜方辉石小，常在1～3 mm，也可见到出溶条纹，但不如斜方辉石发育。尖晶石是呈副矿物出现的，含量小于1%，粒经常小于2 mm，自形一半自形，多与斜方辉石共生，有时与斜方辉石构成后成合晶结构。该样品中橄榄石的F089～92，斜方辉石的Mg# 88～91，铬尖晶石的Cr#36～52，属于典型MORB型亏损地幔橄榄岩。
矿物分选工作在国土资源部郑州矿产综合利用研究所完成，选矿步骤包括岩石初碎与分级，根据矿物粒度的大小，采用阶段破碎、阶段选矿的办法，采用跳汰机、磁选、摇床、化学处理、电选以及浮选工艺流程，最大限度保护目的矿物的晶体和颗粒形态的完整，详细的选矿工艺流程参阅相关文献说明。初选出来的矿物在双目镜下进行人工精选鉴定，并将挑选出来的矿物制靶使用相关仪器开展矿物鉴定和研究工作。矿物鉴定在大陆动力学国家重点实验室和放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室中完成，所使用的仪器包括扫描电镜JEOL JSM- 5610LV并配备(OXFORD) INCA能谱仪（加速电压20 kV，工作距离20 mm，用Co标样校
准能谱议）、电子探针JEOL JXA- 8100(加速电压15 kV，工作距离11 mm)、激光拉曼光谱仪( RENISHAW inVia)。
3初步鉴定的异常矿物种类
本次选矿实验初步研究表明，该含单斜辉石的方辉橄榄岩大样中鉴别出金刚石、碳化硅、锆石等30余种矿物。其中自然元素类矿物有金刚石、自然硅、自然铜、自然金、自然锌、自然铬等；氧化物：方铁矿、刚玉、锡石、Si02、铬铁矿、金红石等；硅酸盐矿物：锆石、橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、金云母等；硫化物：黄铁矿、方镍矿、方铅矿、辉钼矿、辉锑矿、硫钌锇矿等；互化物：碳化硅、硅铁合金等；其它矿物如独居石、萤石等。
泽当岩体地幔橄榄岩的选矿实验中选出的金刚石共有8粒，颜色为浅黄绿色，粒径在100～250um，呈现金刚光泽(图3-a)。金刚石多为自形晶十二面体，晶面平直清晰，金刚石断面在扫描电镜下可见发育很好的生长纹（图3-b）。对金刚石的激光拉曼测试显示，均为1329～1331 cm-1，为典型的金刚石位移峰（图3-c），能谱分析的结果显示为单质碳。本次在泽当岩体的地幔橄榄岩中仅选出的2粒碳硅石，破碎外形，呈金刚光泽，颜色为蓝绿色，粒径200 um左右（图3-d，e），拉曼谱峰为766 cm-1,787 cm-1，967 cm-1。泽当岩体地幔橄榄岩中选出9粒锆石，颜色为无色、浅紫色、紫色，透明到半透明，晶形从不完整的它形晶到长柱状、短柱状均有产出（图4），另可见磨圆及熔蚀颗粒（图4 - b,c），粒径在100～300 um。
4泽当地幔橄榄岩成因探讨
铬铁矿及其围岩大洋地幔橄榄岩内存在不寻常的特殊地矿物，这是一个不争的事实。但
同时也带来一系列需要研究者回答的科学问题，这些异常地幔矿物群原始产出环境如何？隐含怎样的深部地球动力学过程？
4.1泽当地幔橄榄岩中存在超高压条件
20世纪80年代西藏藏南的罗布莎及藏北东巧的铬铁矿内就发现产有金刚石等异常矿物，而后在极地乌拉尔铬铁矿中也发现了大量的金刚石，特别是近年来康金拉11号铬铁矿体中发现了近千颗金刚石。不仅如此，随着研究工作的深入，在铬铁矿的围岩中也发现有金刚石产出，而且这不是单个岩体独有的现象，在雅鲁藏布江发现有金刚石产出的地幔橄榄岩体有东波、普兰、当穷、日喀则、泽当、罗布莎等，此外还有缅甸密支那和藏北的丁青等，据统计已经在全球5个缝合带的10个蛇绿岩中发现产出金刚石。全球不同时代造山带内的地幔橄榄岩都产出有含金刚石的异常矿物组合，指示产于板块缝合带的蛇绿岩可能普遍含有金刚石。研究者详细分析这类金刚石特有的极负的碳同位素组成（δ13C为-28‰~-18‰）、包裹体类型、粒径、赋存岩石和产出背景等，发现他们与金伯利岩型金刚石、超高压变质型金刚石都完全不同，因而提出了一种新的金刚石类型一蛇绿岩型金刚石。
蛇绿岩中的地幔岩可能普遍含有金刚石，说明地幔岩中存在能够形成金刚石的超高压的物理化学环境，还具备充足的碳源和极还原条件。研究表明金刚石是在氧化一还原条件位于方铁矿一磁铁矿和自然铁一方铁矿之间的还原条件下形成的，推测在距地表约180 km深处的岩石圈与软流圈分界线处以及660 km之下的下地幔环境都有可能出现狭窄的低氧逸度区间，这种物理化学条件下可结晶出金刚石。
4.2泽当地幔橄榄岩中存在强还原环境
除了金刚石外，泽当地幔橄榄岩中还产出有碳硅石、硅铁合金、自然硅、自然铜、自然锌、自然铬等在低氧逸度环境下才能形成的异常矿物。实验研究发现，碳硅石在氧逸度高的条件下不稳定，只有在极低的氧逸度环境中才能形成。故碳硅石常被认为是来自于深部地幔，也常被发现产于陨石、金伯利岩（常与金刚石共生）和榴辉岩中。泽当地幔橄榄岩中产出有碳硅石、金刚石等只有在极还原条件下才能形成并稳定存在，说明地幔橄榄岩体中局部存在极还原环境。
4.3泽当地幔橄榄岩中存在大量壳源物质
泽当地幔橄榄岩还发现大量的锆石矿物，其形态颜色多样，表面形态也各异，有些显示熔蚀状或浑圆状晶体形态，反映锆石成因和来源具有多样性。Robinson等对罗布莎、东巧、阿曼、极地乌拉尔等地的地幔橄榄岩及铬铁矿中产出的锆石做了详细的矿物学和年代学研究，发现这些锆石中含有大量的壳源矿物组合的矿物包裹体，并且锆石同位素年龄介于90～2500 Ma．比寄主岩石的年龄老得多，指示这些锆石来自于古老的地壳物质。此外地幔橄榄岩中的金刚石和碳化硅都有极轻的碳同位素值（δ13C为-18%。~-28%。），明显不同于典型
的地幔碳同位素组成（δ13C为-5%。左右），指示地幔橄榄岩中的金刚石和碳化硅的碳源来自于洋壳的沉积物（变质的有机质或碳酸盐）。巴西亚马逊克拉通西南部的金伯利岩岩管中的金刚石及其包裹体的碳同位素研究发现，来自下地幔的金刚石包裹体具有与大洋壳相似的碳同位素组成，这是玄武质的大洋地壳能够进入到下地幔提供了直接的岩石学证据。最近公布的新矿物青松矿具有超高压成因，其形成深度大于300 km，而其组成成分硼(B)被认为是地壳来源。以上这些证据表明，地幔中含有相当量的地壳物质，即地壳物质能通过某种形式进入深部地幔，甚至到达地幔过渡带。
5结论与认识
尽管经典的板块构造理论认为，蛇绿岩中的地幔橄榄岩是洋中脊附近地幔部分熔融，抽取玄武质岩浆后的残留物，即认为地幔橄榄岩形成于浅部(<50 km)。近年的研究表明铬铁矿和蛇绿岩地幔橄榄岩中普遍含有超高压、极还原环境条件下形成的矿物，而且也包含众多的壳源物质，可能系早期地壳物质进入到地幔中甚至地幔过渡带(410～660km)并经历了高压、极还原的物理化学环境。目前研究认为通过大陆深俯冲作用或者折沉作用，壳源物质是有能力到达地幔过渡带的，而地幔过渡带物质在进一步的地幔全对流过程中可能与下部地幔发生物质交换。
地幔橄榄岩中产出众多的超高压、极还原矿物，并含有大量的地壳物质，使得人们逐渐重视地幔橄榄岩的深部成因研究，并提出大陆深俯冲、拆沉作用和地幔柱等成因模式。尽管目前对其成因模式还有一定的争异，但在这个深循环过程中地幔橄榄岩内包含了大量的异常矿物组合，可能隐含地幔橄榄岩的成因信息。
6提要：
雅鲁藏布江蛇绿岩带内多个地幔橄榄岩体产有金刚石、碳硅石等异常矿物组合，为了进一步探讨这些异常矿物形成的物理化学条件，在前人已有的研究基础上，对泽当地幔岩体中526 kg的方辉橄榄岩样品开展人工重砂矿物学研究工作。研究表明，同雅鲁藏布江蛇绿岩带内的其他岩体相似，泽当地幔橄榄岩也选出了包含金刚石、碳硅石、锆石等30余种矿物。异常矿物组合指示泽当地幔橄榄岩中存在局部的超高压、极还原环境，可能经历了复杂的演化过程：即古老地壳物质通过深俯冲或者折沉作用，进入地幔甚至是地幔过渡带(410～660 km)，随后经历了超高压、极还原环境的改造，在后续的地幔柱或地幔对流作用中从洋中脊上升至浅部环境并返回到地壳中。该过程中地幔橄榄岩中的异常矿物组合记录了岩石的演化信息，因此开展地幔橄榄岩中异常矿物组合的精细矿物学研究，对认识壳-幔物质交换以及深部地幔动力学过程都有重要的研究意义。
