EPSL，2024，华北克拉通豆荚状铬铁矿记录太古宙深部物质循环

地球早期地质记录中因缺乏大规模板块汇聚、俯冲和碰撞的明确证据，导致前寒武纪是否存在类似现代的板块构造体制充满争议，是国际固体地球科学热点前沿和难题之一。蛇绿岩、构造（蛇绿）混杂岩、双变质带、超高压矿物和大型水平推覆构造等是现代板块构造的产物和典型判别标志。

铬铁矿是我国重要的战略性矿产资源之一，中国是全球最大的铬矿消费国，但查明铬矿资源不及世界储量的百分之一，以蛇绿岩型铬铁矿为主。蛇绿岩型铬铁矿，也叫豆荚状铬铁矿，是蛇绿岩中特有的，也被认为是蛇绿岩的特征性矿产之一，主要产出于蛇绿岩莫霍面以下，与蛇绿岩地幔橄榄岩体密切共生，通常具有纯橄岩包壳。在过去的十余年里，人们从全球显生宙豆荚状铬铁矿中发现了原位超高压金刚石、超高压金红石、柯石英和透辉石出溶片晶等超高压矿物，指示板块构造体制驱动下的壳幔物质深循环和深部地球动力学过程。

近日，地质过程与矿产资源国家重点实验室王璐教授团队在地球科学领域Nature Index期刊《地球与行星科学快报》（EPSL）上发表论文《To the transition zone and back: records from diopside exsolution lamellae in chromite from Archean ophiolitic podiform chromitites》，报道了华北克拉通中部造山带遵化太古代蛇绿岩型豆荚状铬铁矿中存在透辉石出溶片晶（图1），这也是在太古宙蛇绿岩型铬铁矿中第一次发现透辉石出溶。利用扫描电镜（SEM）-共聚焦离子束（FIB）-透射电镜（TEM）-透射电子背散射衍射（TKD）对铬铁矿中的微小片晶开展了大量原位片晶矿物样品薄膜制备（图2）、纳米尺度显微特征分析、详细的化学成分组成、结晶学拓扑关系工作。通过岩石学显微构造特征分析、对比显生宙豆荚状铬铁矿中出溶片晶成分和结晶学关系、铬铁矿前驱体成分恢复计算、对比高温高压实验结果，揭示了遵化铬铁矿的前驱体超高压相陈鸣矿的存在（该晶体仅在12.5 GPa，地下约>410km深处稳定）。结合该团队前期报道遵化铬铁矿中超高压相金红石（仅在 7.5 GPa，约>270千米深处稳定）矿物包体与壳源物质共存的证据，及华北克拉通太古宙蛇绿混杂岩带内地质记录，表明地表物质曾通过太古宙板块俯冲作用的驱动被携带至少到达410千米深度，而后通过俯冲带上环境的地幔对流作用被带回地表(图3)。研究揭示，太古宙板块构造和俯冲作用已调控壳-幔物质深部循环并对形成宜居星球具有重要影响。论文第一作者为地质过程与矿产资源国家重点实验室博士研究生胡伟，通讯作者为王璐教授。

图1.（a）遵化太古代豆荚状铬铁矿扫描电镜下图像，清晰显示蚀变纯橄岩（蓝色）中铬铁矿（红色）的豆状和豆壳状结构。扫描电镜图像的RGB格式图像由视觉增强软件(Avizo 2020.1)生成。（b-c）遵化豆荚状铬铁矿（平均厚度15.06微米）中的透辉石出溶片晶和寄主铬铁矿光学显微照片（透射光）。矿物缩写：Chr-铬铁矿；Srp-蛇纹石。

图2. 太古代遵化豆荚状铬铁矿及其超高压矿物、透辉石出溶片晶的成因模型

图3.共聚焦离子束（FIB）制备原位片晶矿物薄膜。红色实线表示FIB切割位置；红色方框内为纵向三维空间内分布的透辉石片晶。矿物缩写：Di-透辉石

论文信息：Wei Hu; Lu Wang*; Timothy Kusky; Tao Chen. To the transition zone and back: Records from diopside exsolution lamellae in chromite from Archean ophiolitic podiform chromitites, Earth and Planetary Science Letters, DOI: 10.1016/j.epsl.2023.118475