趙宏軍，陳玉明，陳秀法，張 潮，何學(xué)洲，張福祥，于永善

（1中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037；2河北地質(zhì)大學(xué)，河北石家莊 050031；3中國煤炭地質(zhì)總局廣西煤炭地質(zhì)局，廣西南寧 530200）

鉻鐵礦礦床是典型的巖漿礦床，其成礦母巖稱為是攜帶地球深部信息的使者（張宏福等，2021）——來自地幔的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖漿，通過對鉻鐵礦礦床成因類型、地質(zhì)特征和形成條件的研究，對了解地幔的物質(zhì)組成、物理化學(xué)環(huán)境、地幔物質(zhì)的運移、深部地質(zhì)作用及板塊運動的動力學(xué)機制、深俯沖和地球深部再循環(huán)軌跡等這些當今地學(xué)界最為關(guān)注的前沿問題（楊經(jīng)綏，2020；楊經(jīng)綏等，2021；張宏福等，2021），有重要的科學(xué)意義。同時，鉻鐵礦也具有重要的經(jīng)濟意義，鉻被廣泛運用于冶金工業(yè)、耐火材料及化工工業(yè)中，其中90%以上用于冶金工業(yè)生產(chǎn)不銹鋼及其他類型特種鋼材，鉻鐵合金具有高強度、抗腐蝕、耐磨、耐高溫、耐氧化等特性，是航天、航空、導(dǎo)彈、火箭、艦艇等不可缺少的材料，也是未來高端裝備制造業(yè)重要的原材料。因此，中國將其列為重要的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，美國將其作為關(guān)鍵性礦產(chǎn)（陳甲斌等，2020）。

中國鉻鐵礦與國外鉻鐵礦相比，具有如下特點：①礦床規(guī)模較小，無大型礦，僅為中、小型礦床；②分布區(qū)域不均衡，多分布在西藏、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古這些邊遠省（區(qū)），開發(fā)利用條件差；③貧礦與富礦儲量大體各占一半；④露采礦少，小而易采的富礦都已采完；⑤礦床成因類型均為豆莢狀鉻鐵礦礦床，尚未發(fā)現(xiàn)層狀鉻鐵礦礦床（朱明玉等,2013）。

由于中國鉻鐵礦資源稟賦差，多年來產(chǎn)量一直在10～20萬t徘徊，近幾年鉻鐵礦產(chǎn)量僅有幾萬t，而國內(nèi)對鉻鐵礦需求巨大，供需嚴重失衡，每年需要大量進口，中國鉻鐵礦對外依存度已高達99%以上（圖1）（陳甲斌等，2020），屬于嚴重短缺的戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源之一。

圖1 2006～2019年中國鉻鐵礦對外依存度（據(jù)鐵合金在線，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、津巴布韋、哈薩克斯坦、土耳其、芬蘭、伊朗、阿曼等是世界上鉻鐵礦資源豐富的國家，也是中國鉻鐵礦石進口的重要來源地，文章介紹了全球鉻鐵礦礦床的主要成因類型、地質(zhì)特征和鉻鐵礦時空分布規(guī)律，旨在對推動中國企業(yè)“走出去”，在國外開展成礦理論研究和找礦勘查工作提供啟示。

1 全球鉻鐵礦資源分布概述

1.1 鉻鐵礦資源概述

據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（2020）數(shù)據(jù)，全球鉻鐵礦資源量達到120億t，主要分布在南非、津巴布韋、哈薩克斯坦、俄羅斯、芬蘭、阿爾巴尼亞、印度、土耳其等國（表1）。其中，南非資源量最大，為55億t，約占全球鉻資源總量的近一半，津巴布韋和哈薩克斯坦資源量均超過10億t。全球鉻鐵礦的儲量為8.74億t，主要分布在哈薩克斯坦、南非、津巴布韋、印度、芬蘭等國，其中，哈薩克斯坦的鉻鐵礦儲量約占全球的26%，南非占23%，津巴布韋占16%（圖2）。

中國鉻鐵礦資源量匱乏，最新查明的資源量為1565萬t（楊毅恒等，2018），僅占全球鉻鐵礦資源的0.13%。

1.2 鉻鐵礦資源特點

（1）全球鉻鐵礦資源豐富，足以滿足幾個世紀的需求。全球鉻鐵礦資源量達到120億t，按《世界金屬統(tǒng)計年鑒》（2019）數(shù)據(jù)，2018年全球鉻鐵礦礦產(chǎn)量為3200萬t，則目前全球鉻鐵礦資源量可滿足375年的需求。

（2）分布廣泛，但相對集中

除南極洲尚未報道發(fā)現(xiàn)鉻鐵礦外，其他大洲都有鉻鐵礦的存在，全球約90多個國家或地區(qū)都有鉻鐵礦資源（S&P Global Market Intelligence,2020）。全球鉻鐵礦資源分布相對集中，如南非、津巴布韋、哈薩克斯坦、俄羅斯、芬蘭、阿爾巴尼亞、印度、土耳其8國的資源量約占全球的76.8%。

（3）鉻鐵礦礦床以大型-超大型為主

通過對S&PGlobal Market Intelligence礦產(chǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫及各主要鉻鐵礦資源國家資料的整理，全球鉻鐵礦礦床（點）有526個，大型（＞500萬t）-超大型（＞5000萬t）礦床有56個，占全部礦床總數(shù)的10.6%，而大型-超大型礦床資源量則占全球的79.8%。

（4）鉻鐵礦礦床成因類型以層狀及豆莢狀為主

全球原生鉻鐵礦礦床主要有層狀和豆莢狀2種，層狀鉻鐵礦規(guī)模大且分布集中，品位也較高，主要分布在南非的布什維爾德雜巖體、津巴布韋的大巖墻、芬蘭的凱米雜巖體及印度的蘇金達等地區(qū)，該類型資源量約占全球的90%以上（施俊法等，2010）；豆莢狀鉻鐵礦規(guī)模一般相對較小，但品位高，分布較分散，主要分布在哈薩克斯坦的肯皮爾賽蛇綠混雜巖、阿爾卑斯造山帶、特提斯縫合帶等地區(qū)，資源量約占全球的10%。

1.3 鉻鐵礦空間分布特征

從全球看，鉻鐵礦雖分布廣泛，但極不均勻，常以“區(qū)”或“帶”的形式聚集在一定的區(qū)域或地帶。而2類主要鉻鐵礦床又具有不同的空間分布特征，其中，層狀鉻鐵礦礦床與大型層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體關(guān)系密切，位于穩(wěn)定克拉通內(nèi)部或其邊緣，形成大型-超大型的鉻鐵礦礦田；豆莢狀鉻鐵礦床與蛇綠巖套關(guān)系密切，位于造山帶和島弧帶內(nèi)，一般形成中-小型鉻鐵礦帶（圖3）。

（1）層狀鉻鐵礦床的分布

南非的卡普瓦爾克拉通、津巴布韋克拉通、印度的辛格布姆-奧里薩（Singhbhum-Orissa）克拉通、北美地臺、北歐波羅的海地盾、南美圣弗朗西斯科地盾等古老地體都有層狀鉻鐵礦田分布。

南非卡普瓦爾克拉通內(nèi)的布什維爾德雜巖體和津巴布韋克拉通內(nèi)的大巖墻蘊藏有全球60%以上的鉻鐵礦資源，是世界上最大的層狀鉻鐵礦礦田。

美國蒙大拿州的斯蒂爾沃特層狀雜巖體侵位于北美地臺西緣，呈NW向延伸，由鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖石組成，鉻鐵礦層產(chǎn)于雜巖體下部層狀蘇長巖及斜輝橄欖巖中，有13層礦，w（Cr2O3）約20%，是美國鉻鐵礦資源的主要來源地。

巴西巴伊亞州的坎波福莫索層狀雜巖體侵位于南美圣弗朗西斯科克拉通，是巴西最豐富和最重要的鉻鐵礦礦集區(qū)（Ferreira et al.,2003）。鉻鐵礦礦層產(chǎn)于雜巖體下部，由塊狀、層紋狀和浸染狀礦石組成，已發(fā)現(xiàn)的礦床有十數(shù)個。

印度的辛格布姆-奧里薩克拉通出露數(shù)個太古代層狀雜巖體，雜巖體下部賦存有數(shù)層鉻鐵礦體，而位于蘇金達和Baula-Nausahi地區(qū)的雜巖體含有印度鉻鐵礦資源的98.6%（Gundewar，2013）。

從芬蘭的托爾尼奧（Tornio），經(jīng)凱米向東橫跨芬蘭至俄羅斯卡累利阿州南部的普拉科夫斯科（Burakovsky），有多條層狀超鎂鐵質(zhì)雜巖體沿波羅的海地盾西北部邊緣侵位，鉻鐵礦層位于雜巖體底部接觸帶，有多層礦體。

其他具有次經(jīng)濟意義的層狀鉻鐵礦礦床有分布于格陵蘭島費斯肯納斯特、加拿大馬斯科克斯侵入雜巖體中的礦床。

（2）豆莢狀鉻鐵礦床的分布

豆莢狀鉻鐵礦床與蛇綠巖帶的分布一致，都位于造山帶或島弧帶內(nèi)，與蛇綠巖帶的地幔橄欖巖關(guān)系密切（沈承珩等，1995；楊經(jīng)綏等，2010；周二斌，2011；Furnes et al.,2014；陳艷虹等，2018）。主要的豆莢狀鉻鐵礦帶包括：

津巴布韋舒魯圭鉻鐵礦帶產(chǎn)于該國圭魯市東南的大巖墻西側(cè)綠巖帶舒魯圭地區(qū)，是已知成礦時代最古老的豆莢狀鉻鐵礦床（Prendergast，2008），鉻鐵礦普遍受到角閃巖相變質(zhì)作用的影響，且構(gòu)造發(fā)育、復(fù)雜（剪切帶、逆沖推覆和褶皺構(gòu)造）（Prendergast，2008）；

東北非鉻鐵礦帶，從北部的沙特阿拉伯和埃及向南延伸，經(jīng)埃塞俄比亞和蘇丹、烏干達-肯尼亞-索馬里，直到坦桑尼亞，為一新元古代蛇綠巖帶，其中產(chǎn)有重要的鉻鐵礦礦床，如蘇丹的英格薩納山鉻鐵礦區(qū)及埃及的Sol Hamed、G.Meqium、Abu Dahr、G.Aryis等，該鉻鐵礦帶的形成與中-新元古代阿拉伯-努比亞地盾的演化及該區(qū)洋間島弧/弧后盆地雜巖和微型陸塊，在莫桑比克洋封閉時沿縫合帶焊接密切相關(guān)（鮑佩聲，2019）；

烏拉爾造山帶沿東經(jīng)60°線延伸，從北部的新地島到南部的里海，綿延約2500 km，它是古生代歐洲板塊和西伯利亞-哈薩克地臺相互碰撞形成的（Ivanov et al.,1986）。沿造山帶廣泛分布含有鉻鐵礦的蛇綠混雜巖，其中的肯皮爾賽蛇綠混雜巖體蘊藏有世界上最著名的豆莢狀鉻鐵礦礦床（Schulte et al.,2012）。

特提斯構(gòu)造域位于歐亞大陸與岡瓦納大陸的交接部位，是歐亞大陸南部一條全球性東西展布的構(gòu)造帶，也是地球上最年輕的造山褶皺帶（潘桂堂,1994；張洪瑞等，2010）。它是在晚古生代到新生代期間，歷經(jīng)原、古、新特提斯洋盆從萌生、擴展、萎縮、消亡到匯聚造山的整個演化過程（?eng?r，1987；潘桂堂，1994；張洪瑞等，2010；Hou et al.,2015），以中-新生代地質(zhì)演化為主（?eng?r，1987），并形成全球規(guī)模最大、含礦性最好的緯向蛇綠巖帶，斷續(xù)延伸數(shù)千km，由西段阿爾卑斯蛇綠巖帶、中段中東蛇綠巖帶和東段喜馬拉雅蛇綠巖帶組成。該帶重要的豆莢狀鉻鐵礦礦床有阿爾巴尼亞的布爾齊澤-巴特（Bulqiza-Bater）（Ibrahim，2015）；土耳其的哈塔伊（Hatay）、伊斯拉希耶（Islahiye）、波贊蒂-卡爾桑蒂（Pozanti-Karsanti）（Y?lmaz et al.,2013；Moghadam et al.,2019；Chen et al.,2019；Lian et al.,2017）；伊朗的扎格羅斯（Zagros）（Yaghubpur，2005）；巴基斯坦的穆斯林巴赫-貝拉（張洪瑞等，2013）、阿富汗的洛加爾（Logar）（曹積飛等，2015）、中國的羅布莎等。

西太平洋島弧鉻鐵礦帶是指從日本列島向北延伸到俄羅斯堪察加半島，向南延伸到琉球群島、中國的臺灣島、菲律賓群島及南太平洋群島，這一中-新生代發(fā)育起來的西太平洋弧-溝系統(tǒng)（郭令智等，1983），包括西部的菲律賓巴拉旺-北婆羅洲、東部的印度尼西亞蘇拉威西-巴布亞新幾內(nèi)亞-新喀里多尼亞和北部的俄羅斯的勘察加-日本3個島弧蛇綠巖帶。該帶重要的鉻鐵礦床包括菲律賓的阿科杰（Acoje）、科托（Coto）鉻鐵礦和新喀里多尼亞南部的杜蘇多（du Sudo）等（Nicolas et al.,1981）。

加勒比板塊毗鄰南美板塊、北美板塊、科科斯（Cocos）板塊、巴拿馬板塊及大西洋板塊，大西洋板塊和科科斯板塊（Cocos）分別在東部和西部向加勒比板塊俯沖，同時加勒比板塊相對于北美板塊和南美板塊向東運動，形成了東西2條俯沖帶和南北2條走滑-匯聚帶（Pindell et al.,2009）。在此復(fù)雜構(gòu)造作用下，在加勒比板塊邊緣存在大量中生代蛇綠巖，且以古巴最為發(fā)育，產(chǎn)有眾多中、小型鉻鐵礦礦床（Murashko et al.,1989）。

馬達加斯加鉻鐵礦產(chǎn)量雖不高，2009年僅位列全球排名第15位（U.S.Geological Survey.2009），但其資源潛力巨大，在該國中部地區(qū)已圈出11個鉻鐵礦區(qū)，其中以安德里亞梅納（Andriamena）、貝凡德里亞納（Befandriana）、北托馬西納（Toamasina）安塔尼姆巴里（Antanimbary）和北貝洛巴卡（Belobaka）最為重要，安德里亞梅納鉻鐵礦區(qū)的資源量占該國的70%（Pedrotti,2012；Grieco et al.,2014）。馬達加斯加鉻鐵礦賦存在前寒武系（中-新太古代—古元古代）基底變質(zhì)巖中的超鎂鐵混雜巖內(nèi)，目前對該超鎂鐵混雜巖主要有2種認識：一種認為是海洋巖石圈的殘余物（Collins,2006）或保留了部分蛇紋巖的混雜巖（De Waele et al.,2009）；另一種認為是伸展性大陸環(huán)境下的層狀侵入體（Grieco et al.,2014）。

此外，北美的阿巴拉契造山帶（Appalachian）、中亞造山帶、澳洲新威爾士（New South Wales）造山帶等也都有含鉻鐵礦的蛇綠巖帶，只是鉻鐵礦礦床規(guī)模都較小。

2 主要成因類型

鉻鐵礦礦床以原生礦床為主，且均產(chǎn)于鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體中。Thayer（1960）根據(jù)鉻鐵礦形態(tài)、規(guī)模和結(jié)構(gòu)特征主要將其分為2種類型，一種是層狀鉻鐵礦床（圖4a），主要產(chǎn)于古老地臺的層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體中，鉻鐵礦礦層顯示明顯的巖漿堆晶層理，主要由自形程度較好的呈浸染狀和塊狀的鉻尖晶石集合體與橄欖石、輝石等造巖礦物構(gòu)成；另一種為豆莢狀鉻鐵礦床（也稱為阿爾卑斯型鉻鐵礦床）（圖4b），主要產(chǎn)于蛇綠巖套雜巖體的阿爾卑斯型地幔橄欖巖中，礦體邊部普遍存在有一定厚度的純橄巖外殼（部分或完全蛇紋石化）（Thayer，1964；周二斌，2011；Zhou et al.,2014）。此外，還有產(chǎn)于阿拉斯加型環(huán)帶狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體中的似層狀鉻鐵礦礦床和外生的紅土型鉻鐵礦礦床、鉻鐵礦砂礦床。

圖4 層狀鉻鐵礦（布什維爾德）照片（a）與豆莢狀鉻鐵礦（羅布莎）照片（b）Fig.4 Photo of stratiform chromite（Bushveld）(a)and photo of podiform chromite（Luobusha）(b)

2.1 層狀鉻鐵礦床

層狀鉻鐵礦床是指產(chǎn)于大型層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入雜巖體內(nèi)，具有成層分布特征的鉻鐵礦床，主要產(chǎn)于前寒武紀穩(wěn)定大陸地臺區(qū)（Schulte et al.,2012）。該層狀侵入雜巖體通常下部以超鎂鐵質(zhì)巖為主，上部以鎂鐵質(zhì)巖為主，一般在巖體底部發(fā)育鉻鐵礦，中間依次發(fā)育銅、鎳和鉑族礦物礦床，釩鈦磁鐵礦一般在較上部出現(xiàn)（Wager et al.,1968）。雜巖體內(nèi)產(chǎn)出的鉻鐵礦具典型層狀堆積特征，礦層由浸染狀和塊狀鉻尖晶石集合體與橄欖石和輝石等造巖礦物構(gòu)成，常形成穩(wěn)定延伸的礦層，彼此互相平行，也與層狀火成巖平行，極少遭受變形改造。鉻鐵礦層的厚度可從數(shù)cm至超過4 m，延伸距離最長超過50 km（楊經(jīng)綏等，2010）。

典型層狀鉻鐵礦床主要有南非的布什維爾德（Bushveld）、津巴布韋的大巖墻（Great Dyke）、美國蒙大拿的斯蒂爾沃特（Stillwater）（Schulte et al.,2012）、加拿大的馬斯科克斯（Muskox）（Day et al.,2008）、巴西的賈庫里奇（Jacurici）（Marques et al.,2017）、坎波福莫索（Campo Formoso）（Garuti et al.,2007）、尼 克 蘭 迪 亞（Niquelandia）（Ferreira et al.,1992）、印 度 奧 里 薩 邦 的 蘇 金 達（Sukinda）（Chakraborty et al.,1984；Gundewar,2013）、芬蘭的凱米（Kemi）（Huhtelin，2015；Rasilainen et al.,2016）等。

2.2 豆莢狀鉻鐵礦礦床

豆莢狀鉻鐵礦礦床產(chǎn)于蛇綠巖套超鎂鐵質(zhì)雜巖體內(nèi)，與蛇綠巖套地幔橄欖巖密切伴生（Mosier et al.,2012；Zhou et al.,2014），主要見于顯生宙以來各造山帶中，少數(shù)見于前寒武紀穩(wěn)定地臺區(qū)，被認為是蛇綠巖的特征性礦產(chǎn)之一（楊經(jīng)綏等，2010）。豆莢狀鉻鐵礦礦體形態(tài)不規(guī)則、側(cè)向延伸有限、具有獨特的瘤狀和球狀結(jié)構(gòu)；鉻鐵礦變形構(gòu)造明顯，呈拉裂構(gòu)造及線理等；鉻鐵礦常由粒度不等的他形晶粒組成（Thayer，1960；鮑佩聲，2009），因形似豆莢（圖4b），故此得名。

典型的豆莢狀鉻鐵礦礦床有中國的羅布莎（楊經(jīng)綏等，2010；陳艷虹等，2018）、哈薩克斯坦的肯皮爾賽（Kempirsai）（Melcher et al.,1997；Johnson，2012）、土耳其的古爾曼（Guleman）（Robertson,2002）、阿爾巴尼亞的布爾齊澤-巴特（Bulqiza-Bater）（Milushi,2015）、巴基斯坦的穆斯林巴赫（Muslim Bagh）（鮑佩聲，2009）、阿曼的阿曼（Oman）（Rollinson，2008）、菲律賓阿科杰（Acoje）（Yumul,2004）、古巴的馬雅里-巴拉科阿（Mayari-Baracoa）（Proenza et al.,1999）、俄羅斯烏拉爾地區(qū)的鉻鐵礦（Savelieva,2004；Chashchukhin et al.,2007；Zaccariniet al.,2008；2011）等。

2.3 阿拉斯加型鉻鐵礦礦床

產(chǎn)于同心環(huán)帶狀的超鎂鐵質(zhì)巖體的似層狀、條帶狀鉻鐵礦床，因最早發(fā)現(xiàn)于北美阿拉斯加?xùn)|南部地區(qū)，故被稱為“阿拉斯加型”鉻鐵礦床（Taylor,1967），后來在世界多地發(fā)現(xiàn)該類型鉻鐵礦床，盡管其規(guī)模不大，但極有特色。巖體以環(huán)狀巖相結(jié)構(gòu)為特征，發(fā)育完好的阿拉斯加型巖體從中心的純橄巖，向外依次為異剝橄欖巖、橄欖單斜輝石巖、單斜輝石巖、角閃單斜輝石巖、角閃石巖，少量巖體邊緣還有輝長巖等鎂鐵質(zhì)巖石（Taylor,1967；Himmelberg et al.,1995），各巖相之間一般呈漸變接觸關(guān)系，鉻鐵礦產(chǎn)于純橄巖層和異剝橄欖巖層內(nèi)，純橄巖具堆晶結(jié)構(gòu)，由橄欖石（含量＞95%）和少量的鉻鐵礦及單斜輝石組成，異剝橄欖巖由橄欖石、單斜輝石（含量約20%）和少量鉻鐵礦組成（Himmelberg et al.,1995;；Habtoor et al.,2016）。阿拉斯加型雜巖體代表與板塊俯沖有關(guān)的鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖組合，普遍認為其來源于島弧根部，是地幔楔部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿在地殼深度分離結(jié)晶的產(chǎn)物（Taylor,1967；Himmelberg et al.,1995；Su et al.,2012）。該類巖體多呈鏈狀分布于大陸邊緣的造山帶中，近似平行于主要構(gòu)造帶的方向（Taylor,1967；Debari et al.,1989），多發(fā)育似層狀鉻鐵礦和PGE礦床，銅、鎳礦多為礦化或貧礦（Garuti et al.,2003；崔夢萌等,2020）。

典型的阿拉斯加型似層狀、條帶狀鉻鐵礦床有俄羅斯烏拉爾地區(qū)Kytlym和Uktus鉻鐵礦（Garuti et al.,2003；Krause et al.,2007）、埃及東南部的達哈尼卜（Dahanib）鉻鐵礦（Khedr et al.,2016；2020；Azer et al.,2017）。中國華北地臺北緣的燕山期超鎂鐵質(zhì)巖帶中也發(fā)現(xiàn)該類型鉻鐵礦床（沈承珩等,1995;Tian et al.,2011）。

2.4 紅土型鉻鐵礦床

這類礦床主要發(fā)育在熱帶地區(qū)，與含鉻超鎂鐵質(zhì)巖石的風(fēng)化淋濾作用有關(guān)，有殘積紅土型鉻鐵礦床（與Ni、Fe、Al伴生）和沖積紅土型鉻鐵砂礦（與磁鐵礦、金紅石、鋯石、鈦鐵礦伴生）（潘文亮等，2013）。

此類礦床僅具有次要經(jīng)濟意義，主要產(chǎn)地有菲律賓、巴布亞新幾內(nèi)亞、新喀里多尼亞和馬達加斯加。層狀鉻鐵礦床和豆莢狀鉻鐵礦床地質(zhì)特征對比見表1。

表1 層狀與豆莢狀鉻鐵礦礦床地質(zhì)特征對比Table 1 Comparison of geological characteristics of stratiform and podiform chromitedeposits

3 全球鉻鐵礦隨地球演化的成礦過程

全球原生鉻鐵礦成礦作用與地球演化關(guān)系密切，成礦時代跨越較長，各時期分布并不均勻。筆者對全球主要鉻鐵礦的形成時代加以收集整理（圖5，表2），通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)從太古代到新生代地球地質(zhì)演化時期，都有鉻鐵礦的成礦作用發(fā)生，其中以古元古代（2.5～1.8 Ga）成礦期最為重要，該時期形成的鉻鐵礦占總資源量的58.5%，且主要為層狀鉻鐵礦；中-新生代（220～40 Ma）也是重要的成礦期，該時期形成的鉻鐵礦在全球分布范圍較廣，形成的礦床數(shù)量最多，占總資源量的24.9%，主要為豆莢狀鉻鐵礦。

表2 全球主要鉻鐵礦賦礦圍巖形成時代Table 2 The formation ageof the main host rocksof chromite in the world

圖5 層狀和豆莢狀鉻鐵礦床的時代分布Fig.5 Distribution of the resources of podiform and stratiform chromite deposits in different periods

（1）古太古代成礦期（3.6～3.2 Ga）

津巴布韋的舒魯圭（Shurugwi）綠巖帶中的豆莢狀鉻鐵礦和印度蘇金達雜巖體的層狀鉻鐵礦是目前發(fā)現(xiàn)的最早形成的鉻鐵礦床。蘇金達超鎂鐵質(zhì)雜巖體中賦存的鉻鐵礦資源量約占印度的近95%，雜巖體的寬度為2～5 km，沿ENE-WSW方向延伸約25 km；鉻鐵礦體由厚0.3～60.0 m，寬度從200 m到2 km不等，最長延伸達7 km的6層層狀鉻鐵礦組成，w(Cr2O3)＞40%（Gundewar,2013）。津巴布韋舒魯圭鉻鐵礦含礦帶沿走向延伸超過1000 m，寬245 m，厚25 m，多為富鉻的塊狀礦石和條帶狀礦石，w(Cr2O3)＞50%，是津巴布韋重要開采的冶金級鉻礦石。

（2）中太古代成礦期（3.2～2.8 Ga）

位于格陵蘭島西部的費斯肯納斯特（Fisken?sset）的層狀斜長巖-閃長巖雜巖體，其斜長巖內(nèi)含有薄層狀鉻鐵礦層，單層厚0.5～3 m，由星散狀-浸染狀鉻鐵礦組成，礦石的w(Cr2O3)為8%～16%，Cr∶Fe＜1。擁有低品位鉻鐵礦資源量超過4000萬t。

（3）古元古代成礦期（2.5～1.8 Ga）

古太古代形成陸核后，到新太古代—古元古代這期間，地球的演化特點是地球厚度較薄、地熱梯度高、放射成因熱量集中，上地幔局部熔融程度高，這些條件都有利于形成大型層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖，為形成大型-超大型層狀鉻鐵礦礦床提供充分物質(zhì)來源（沈承珩等，1995）。南非的布什維爾德雜巖體（2.06 Ga）、津巴布韋大巖墻（2.5 Ga）、芬蘭凱米侵入雜巖體（2.45 Ga）、美國的斯蒂爾沃特雜巖體（2.7 Ga）、巴西坎波福莫索雜巖體（2.7～1.9 Ga）、俄羅斯普拉科夫斯科（Burakovsky）侵入雜巖體（2.45 Ga）等都是該時期形成的含鉻層狀雜巖體，以2.5～2.0 Ga時間段內(nèi)形成的鉻鐵礦礦床最為著名。

（4）中-新元古代成礦期（1.6～0.542 Ga）

該時期形成的主要鉻鐵礦床有賦存在巴西Niquelandia雜巖體（1.25 Ga）、加拿大馬斯科克斯侵入雜巖體（1.27 Ga）、馬達加斯加蛇綠混雜巖（0.80～0.77 Ga）、埃及東部沙漠區(qū)蛇綠混雜巖（0.736 Ga）和俄羅斯烏拉爾極地蛇綠混雜巖（0.59 Ga）中的鉻鐵礦礦床等。

（5）古生代成礦期（542～251 Ma）

雖然古生代形成的鉻鐵礦床數(shù)量不多，但位于烏拉爾造山帶南部的哈薩克斯坦肯皮爾賽（470～485 Ma）鉻鐵礦田卻是該期最著名的，是目前全球最大的豆莢狀鉻鐵礦礦田，主要開采冶金級鉻礦石。

（6）中-新生代成礦期（251 Ma以后）

古生代后，由于板塊構(gòu)造作用及沿板塊構(gòu)造邊界蛇綠巖套的生成作用不斷加強，沿各造山帶和島弧帶分布廣泛發(fā)育鉻鐵礦成礦作用的蛇綠巖套，以中-新生代的220～140 Ma和100～40 Ma兩個時間段最為重要。在特提斯蛇綠巖帶、西太平洋島弧蛇綠巖帶及加勒比蛇綠巖帶中都產(chǎn)有數(shù)量眾多的豆莢狀鉻鐵礦礦床，以中、小型為主。

4 典型鉻鐵礦床（田）

4.1 南非布什維爾德（Bushveld）鉻鐵礦田

布什維爾德雜巖體位于南非東北部，呈葉片狀或弧形帶，出露和半出露面積達65 000 km2，由東翼、西翼、北翼和遠西翼4部分組成，東西向延伸450 km，南北向延伸350 km（圖6），是世界上已知最大的層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入巖體，巖體內(nèi)蘊含有豐富的鉻鐵礦、鉑族（PGE）和釩鈦磁鐵礦等工業(yè)礦體（Voordouw et al.,2009；Bachmann et al.,2019）。自19世紀60年代末由Carl Mauch發(fā)現(xiàn)以來，該礦田一直是世界上最重要的礦區(qū)之一，有世界巖漿金屬礦床最大寶庫之稱。目前在該巖體已發(fā)現(xiàn)的鉻鐵礦礦床有數(shù)十個，且多為大型-超大型礦床，鉻鐵礦產(chǎn)量約占全球年產(chǎn)量的38.6%，占全球鉻鐵礦探明儲量的35%（U.S.Geological Survey，2020）。

圖6 南非布什維爾德雜巖體地質(zhì)圖及鉻鐵礦床分布圖（據(jù)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 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景與雜巖體特征

布什維爾德雜巖體位于南非太古代卡普瓦爾（Kaapvaal）克拉通北部的大陸邊緣裂谷環(huán)境，侵位于德蘭士瓦（Transvaal）超群沉積地層內(nèi)，受巖體侵位影響，對德蘭士瓦超群內(nèi)的條帶狀鐵建造富鐵礦的形成有重要意義（Albertus et al.,2016），同時，巖體侵位后的脆性變形作用引起巖體中一系列大斷裂的發(fā)育（沈承珩等，1995）。

布什維爾德雜巖體是古元古代侵入巖體（Alexandre et al.,2006；Cawthorn，2015），巖體呈復(fù)雜的盆狀構(gòu)造，從早到晚大致由4個巖石單元組成（圖7）：①魯伊堡（Rooiberg）長英質(zhì)巖套（(2060±2)Ma，Walraven,1997），由安山質(zhì)和流紋質(zhì)熔巖組成，厚6 km（Buchanan et al.,2002）；②拉什普（Rashoop）花崗斑巖巖套（(2061.8±5.5)Ma，Harmer et al.,2000）；③魯斯滕堡（Rustenberg）層狀巖套，由鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖組成，厚7～9 km（Arndt et al.,2005）；④勒博瓦（Lebowa）花崗巖套（(2054.2±2.8)Ma，Harmer et al.,2000）。

魯斯滕堡鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀巖套，巖石類型主要為純橄巖、輝石巖、斜方輝橄巖、蘇長巖-斜長巖、輝長蘇長巖、輝長巖和閃長巖；巖性從下部的純橄巖逐漸演變到上部的閃長巖，具有層狀特征（Kinnaird et al.,2005）。

Hall（1932）將魯斯滕堡鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)層狀巖套劃分為5個帶，從上至下依次為：①上部帶（UZ），主要由含鐵輝長巖和含鐵閃長巖組成，厚約2000～2800 m（Von Gruenewaldt,1977），該帶含有25層磁鐵礦層（Mccandlesset al.,1999；Kinnaird et al.,2005）；②主帶（MZ），主要由塊狀輝長巖、輝長蘇長巖和蘇長巖組成，該帶最厚，可達3000～4000 m，以輝石巖作為分界標志（Naldrett，2004；Kinnaird et al.,2005）；③臨界帶（CZ），主要由古銅輝石巖、蘇長巖和斜長巖互層組成，厚度為1300～1800 m，以薄的韻律層為特點（Naldrett，2004），該帶擁有廣泛的鉻鐵礦層及含有PGE的梅倫斯基層（Merensky Reef）；④下部帶(LZ)，主要由薄層狀方輝橄欖巖、古銅輝石巖和少量純橄巖組成(Mccandless et al.,1999；Cawthorn,2007)，厚約800～1700 m(Kinnaird et al.,2005)；⑤邊緣帶(mgZ)，主要分布于東翼和西翼，厚度可達800 m(Kinnaird et al.,2005)，主要由細粒的蘇長巖、輝石巖和輝長蘇長巖組成，普遍含有石英和黑云母(Cawthorn，2007)。

4.1.2 鉻鐵礦礦床特征

布什維爾德雜巖體中的鉻鐵礦層均賦存于魯斯滕堡層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖套的臨界帶中（CZ）（Maier et al.,2013；Cawthorn,2015），包含下（LG）、中（MG）、上（UG）3組14個主要的鉻鐵礦層位（Schürmann et al.,1998；Bachmann et al.,2019），下組包括LG-1至LG-7七層礦，中組MG-1至MG-4四層礦，上組UG-1至UG-3三層礦（UG-3礦層僅在巖體東翼和中部部分區(qū)域出現(xiàn)）（Schürmann et al.,1998）。根據(jù)巖性變化，Cameron（1982）將臨界帶（CZ）又細分為2個區(qū)，把斜長石大量出現(xiàn)的層位稱為上臨界區(qū)（UCZ），厚度約520～1000 m（Cawthorn et al.,2006），主要賦存上組（UG）鉻鐵礦層和鉑族（PGE）元素；下組（LG）鉻鐵礦層賦存于下臨界區(qū)（LCZ），而中組（MG）鉻鐵礦層賦存于上、下臨界區(qū)之間。

盡管賦存在布什維爾德雜巖體中的14個鉻鐵礦層在全區(qū)具有普遍性，一些鉻鐵礦單層在東、西兩翼沿走向可追蹤200 km以上（Cawthorn et al.,2001），礦層沿走向具有穩(wěn)定的連續(xù)性，且大致恒定（Naldrett et al.,2012），但多數(shù)鉻鐵礦層在橫向上的變化又是復(fù)雜的，在一些地區(qū)，下組鉻鐵礦發(fā)育較好，存在多支分層情況，而在另一個地區(qū)，中組鉻鐵礦則發(fā)育較好，而上組單個鉻鐵礦層又以分叉而著名，也存在礦層缺失的情況（Voordouw et al.,2009）。

在布什維爾德雜巖體中，東翼和西翼的鉻鐵礦化發(fā)育較好，其中，下組（LG）鉻鐵礦規(guī)模最大，其中最為重要的是LG-6礦層，厚度是最大的，平均0.8 m，有些地段加厚至1.0～2.5 m，而其他礦層厚度則僅數(shù)cm至數(shù)十cm不等（沈承珩等，1995），而上段UG2鉻鐵礦品位較低（43.5%Cr2O3），鉻鐵礦是作為PGE工業(yè)礦床的副產(chǎn)品進行回收的（Naldrett et al.,2012）。

4.1.3 成因模式

關(guān)于布什維爾德雜巖體及其鉻鐵礦層的形成機制，多年來，眾多學(xué)者提出各種不同的成因假說和模式。目前，普遍認為層狀鉻鐵礦是飽和Cr元素的巖漿結(jié)晶作用的結(jié)果，根據(jù)鉻鐵礦和硅酸鹽之間的密度差，在重力作用下沉降堆積成鉻鐵礦層。而對形成飽和Cr元素的巖漿，學(xué)者也提出多種模式，其中包括：①原始巖漿和源自易熔圍巖的花崗巖熔體的混合（Irvine，1975；Marques et al.,2003）；②差異化的原始熔體巖漿的混合（Irvine，1977；Campbell et al.,1993）；③超鎂鐵質(zhì)（U型）巖漿與斜長巖質(zhì)（A型）巖漿混合（Irvine et al.,1986）；④巖漿房的變形（Cameron,1977；1982）、圍巖氣泡的混入和膨脹（Lipin，1993）或新的巖漿脈沖的進入引起的總壓力增加（Cawthorn，2011）；⑤通過化學(xué)或物理過程，如氣壓的釋放，H2的微分擴散引起的氣體損失等，使巖漿房內(nèi)f（O2）增加等（Cameron et al.,1969）；⑥巖漿對水的 吸 收（Nicholson et al.,1991；Prendergast，2008）；⑦伴有沖擊波的地震（Cawthorn，2015）等。

近年來，有學(xué)者又提出新的成因模式，該模型實質(zhì)上是否認了層狀鉻鐵礦成因的飽和Cr元素巖漿的必要性，強調(diào)富含晶體的漿粥的重要作用，這種漿粥要么在地殼淺層巖漿房中形成（Maier et al.,2013），要么從深部的巖漿房中貫入（Eales et al.,2012），由硅酸鹽相和少量的鉻鐵礦組成，通過在沉降過程中將重的鉻鐵礦與較輕的硅酸鹽礦物分離來形成鉻鐵礦層（Eales et al.,2012），或通過在大的硅酸鹽相晶體之間的間隙向下滲透小而致密的鉻鐵礦晶粒（Mondal et al.,2007；Maier et al.,2013）。漿粥的提法得到了火山學(xué)研究的支持，并認為地殼巖漿房幾乎完全由這種漿粥組成，含有少量間隙液（Sparkset al.,2017）。

Latypov等（2017）通過對臨界帶鉻鐵礦層（主要是上組UG1/UG2層）的詳細地質(zhì)考察，特別是對鉻鐵礦層出現(xiàn)的凹凸起伏現(xiàn)象及鉻鐵礦層中多含有斜方輝石（下組上部及中組層）或斜方輝石和斜長石（中組及上組層）的研究，提出布什維爾德雜巖體層狀鉻鐵礦成因的新假設(shè)，其主要論點如下：①新的致密、過熱的巖漿補充進入巖漿房，幾乎并不與巖漿房中的分層熔體混合；②巖漿沿巖漿房底部橫向侵位，并導(dǎo)致巖漿房底板發(fā)生強烈的熱腐蝕或化學(xué)腐蝕，冷卻后，形成大量的斜方輝石堆積；③有些侵位的巖漿是Cr元素飽和的，其冷卻后，鉻鐵礦直接在巖漿房底板上結(jié)晶，覆蓋先前侵蝕產(chǎn)生的所有不規(guī)則面；④對直接在晶體-液體界面生長的鉻鐵礦和硫化物液滴是通過在玄武巖漿層中劇烈流動或?qū)α鞫鴱拇罅啃迈r巖漿中富集PGE，這些巖漿被輸送到巖漿房的底部；⑤鉻鐵礦層是通過飽和Cr元素的巖漿對儲層的長期補充而形成的，這導(dǎo)致了先前堆積物的熱化學(xué)侵蝕的多個循環(huán)，隨后鉻鐵礦在儲層底部原位結(jié)晶；這導(dǎo)致富含PGE的厚層鉻鐵礦的形成，該層由具有不同結(jié)構(gòu)和組成特征的幾個亞層組成；⑥鉻鐵礦在形成過程中，通常是由于含有不飽和Cr元素的新脈沖巖漿的進入而終止的，這也是導(dǎo)致鉻鐵礦層的局部熱腐蝕或化學(xué)腐蝕，堆積斜方輝石的原因。因此，鉻鐵礦都位于下層并被補充的新巖漿所形成的堆積物所覆蓋。這些巖石是由成分相似的巖漿發(fā)育而成的，因此，在鉻鐵礦層上方和下方的礦物成分變化并不大。

4.2 津巴布韋大巖墻（Great Dyke）鉻鐵礦田

大巖墻雜巖體北起古魯韋-森特納里（Guruve-Centenary）一帶，南至馬薩塞（Masase）附近，為NNE向縱貫津巴布韋全境的細長火山巖體（圖8a），是世界上最大的層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)侵入體之一，擁有全球第二大鉻鐵礦和PGE資源，還擁有鎳礦等工業(yè)礦體（Prendergast et al.,1989a；1989b；Wilson et al.,2001）。目前，在該雜巖體已發(fā)現(xiàn)的大型-超大型鉻鐵礦礦床有十多個，鉻鐵礦儲量約占全球探明總量的15.9%。

圖8 津巴布韋大巖墻的地質(zhì)、結(jié)構(gòu)示意圖（a、b，據(jù)Prendergast et al.,1989b修改）和大巖墻Darwendale子巖體的剖面圖（c，據(jù)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 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景和大巖墻雜巖體層序特征

大巖墻雜巖體為沿NNE向地塹型裂谷（沈承珩等,1995）侵位于津巴布韋克拉通，其兩翼是太古宙花崗巖（3.5～2.9 Ga）及綠巖帶地體（2.9～2.8 Ga）（Mukasa et al.,1998；Wingate,2000；Oberthür et al.,2002）。與大巖墻平行分布的還有一系列小型石英輝石巖墻、蘇長-輝長巖墻(Wilson et al.,2001)，在綠巖帶和古老片麻巖中NNE向構(gòu)造也較發(fā)育，據(jù)此推斷大巖墻的層狀巖系和該區(qū)斷裂模式都是在NNE向裂谷型構(gòu)造環(huán)境中形成的（沈承珩等,1995）。

大巖墻長約550 km，寬4～11 km，主要由北、南2個下部相互連通的漏斗狀（或船狀結(jié)構(gòu)）大巖體組成，且可進一步細分為5個子巖體，北部為Musengezi、Darwendale和Sebakwe子巖體，南部為Selukwe和Wedza子巖體（Maier et al.,2015）（圖8b）。從剖面來看，每個子巖體均呈盆狀，兩側(cè)巖層向中心平緩傾斜，中央巖層呈平坦狀（圖8c）。根據(jù)重力剖面（Podmore et al.,1987），推測北部巖體的體積比南部巖體大得多。巖層向邊緣變薄、變陡，邊界傾角約20°～35°（Wilson et al.,1989）。大巖墻中所有的巖體都具有相似的巖層結(jié)構(gòu)，層序厚約3500 m（Prendergast et al.,1989b；Wilson et al.,1998），可細分為下部的超鎂鐵質(zhì)層序和上部的鎂鐵質(zhì)層序。

鎂鐵質(zhì)層序主要由蘇長巖、輝長巖和橄欖輝石巖組成，厚度大于1000 m，又分為下、中、上3層（Prendergast et al.,1989a）。受剝蝕作用和子巖體的雙向斜傾角影響（Maier et al.,2015），僅在4個位置保留了鎂鐵質(zhì)層序的殘留。鎂鐵質(zhì)層序位于超鎂鐵質(zhì)層序的上部，通常為非水平接觸。在Darwendale子巖體，鎂鐵質(zhì)層序的下層（LMS）厚約700 m，以輝長巖為主（Wilson et al.,1997）；中層（MMS）為細-中粒的輝長巖和長石質(zhì)的斜方輝石巖的薄層，厚約為100 m；上層（UMS）厚約300 m，主要為蘇長巖，易變輝石很普遍，頂部含有磁鐵礦（Maier et al.,2015）。

超鎂鐵質(zhì)層序主要由二輝巖、古銅輝巖、純橄巖和斜輝橄欖巖組成，厚度大于2000 m，以發(fā)育韻律巖石單元為特征（圖8c），可劃分為下部的純橄巖亞層和上部的輝石巖亞層（Maier et al.,2015），每個亞層都發(fā)育明顯的巖漿韻律旋回單元，從下向上，依次為純橄巖（以鉻鐵礦層為界的橄欖石堆積物為主）、方輝橄欖巖及斜方輝石巖（Prendergast et al.,1989a;Mukasa et al.,1998）。北部和南部2個大巖體的輝石巖亞層具有截然不同的特征，其中，北部巖體具有6個巖漿韻律旋回單元，每個韻律旋回層厚約100 m；南部巖體則有16個韻律旋回單元，每個韻律旋回層厚約80 m(Prendergast et al.,1989b)。

Mukasa等（1998）對大巖墻的年齡進行測定，分別獲得了（2586±16）Ma的礦物/全巖Sm-Nd等時線年齡和（2587±8）Ma的金紅石U-Pb年齡，認為大巖墻的形成與大陸碰撞導(dǎo)致的津巴布韋克拉通發(fā)生裂解有關(guān)。

4.2.2 礦床主要特征

津巴布韋大巖墻中的鉻鐵礦層主要產(chǎn)于雜巖體下部超鎂鐵質(zhì)巖層序內(nèi)，該層序含有多個具韻律巖漿旋回單元，理想的韻律單元為：底部是一層薄的鉻鐵礦層，上面覆蓋一較厚層的純橄巖，再向上是方輝橄欖巖和橄欖輝石巖，最頂部為輝石巖，每個旋回單元的厚度從幾十m到200 m不等（Wilson et al.,1998）。

大巖墻的主要子巖體均含有鉻鐵礦層，除主鉻鐵礦層外，還有一些更薄、但連續(xù)性較好的次要鉻鐵礦層，但它與主韻律單元的關(guān)系尚不明確（Wilson et al.,1998）。

在子巖體中，以Darwendale的鉻鐵礦層最為發(fā)育和典型，可分上、下2組，上組鉻鐵礦位于輝石巖亞層，有3層鉻鐵礦（C1c、C1d及C2a），w（Cr2O3）相對低，介于38%～49%，以塊狀和浸染狀礦石為主；下組位于純橄巖亞層，含8層鉻鐵礦（C5-C12），w（Cr2O3）相對高，介于43%～54%，以塊狀礦石為主。礦體上、下盤圍巖普遍具蛇紋石化、硅化、滑石化及綠泥石化等（Wilson et al.,1998）。

4.2.3 成因模式

關(guān)于津巴布韋大巖墻雜巖體及其賦存的鉻鐵礦層的成因機制，多年來眾多學(xué)者對大巖墻雜巖體原始巖漿成分和雜巖體韻律旋回單元，以及鉻鐵礦層的形成提出了各種不同解釋。

Wilson（1982）根據(jù)大巖墻鉻鐵礦層結(jié)晶系列——鉻鐵礦-橄欖石-斜方輝石-單斜輝石-斜長石+富鐵橄欖石-斜方輝石，通過計算機模擬大巖墻雜巖液體下降線和結(jié)晶系列，提出大巖墻是科馬提巖和高鎂玄武巖2種原始巖漿混合的可能性；Sharpe（1985）根據(jù)大巖墻Sr同位素研究，平均初始87Sr/86Sr為0.702 61±4，指出大巖墻初始巖漿接近于原始巖漿，并沒有受到地殼的混染；Sch?nberg等（2003）通過對大巖墻的Os、Pb和Nd同位素研究，提出大巖墻雜巖體受地殼污染約為10%～25%，Os同位素比值（初始187Os/188Os為0.1106～0.1126）接近于球粒隕石，并遠高于當時的大陸巖石圈地幔(SCLM)估計值，排除了原始巖漿的SCLM來源，認為是軟流圈地幔來源；還有學(xué)者認為大巖墻原始巖漿受地殼或巖石圈地幔的混染（Taylor et al.,1995；Wedepohl，1995）。

孫凱等（2019）通過對大巖墻鉻鐵礦的電子探針數(shù)據(jù)研究，提出大巖墻鉻鐵礦普遍具有低w(TiO2)的特征，并認為大巖墻層狀鉻鐵礦的形成與拉張環(huán)境下的深部地幔物質(zhì)發(fā)生部分熔融，鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖漿快速上涌有關(guān)，并且形成過程中基本沒有受到地殼混染的影響。

關(guān)于大巖墻雜巖體的韻律性旋回單元及鉻鐵礦層的形成，Worst（1960）和Bichan（1969）最早提出巖漿多次注入的觀點；Wilson（1976）指出在巖漿底部巖層中可能存在新鮮巖漿對流再充填作用，Wilson（1982）又提出韻律旋回單元是新巖漿重復(fù)注入的結(jié)果；Hughes（1970）提出有間歇性巖漿注入作用，特別是在超美鐵質(zhì)巖系頂部。

目前，研究者多認為大巖墻雜巖體的巖漿房是一個開放系統(tǒng)，且有一個不斷供給巖漿的通道，可發(fā)生新鮮巖漿周期性注入作用，而每次隨著新鮮巖漿的注入，結(jié)晶分異作用也隨之進行，晶體結(jié)晶先后次序依次為橄欖石-鉻鐵礦-輝石，導(dǎo)致底部形成粒度較粗、晶粒自形程度較好的橄欖巖巖相，頂部為粒度相對較細、自形程度較差的輝石巖相，因此，每一次巖漿的侵入，就會形成一個韻律旋回。

至于在韻律單元中，多是薄層鉻鐵礦之上是厚層的純橄巖，再向上是方輝橄欖巖和橄欖輝石巖，最頂部為輝石巖，可能是在沉降過程中較重的鉻鐵礦與較輕的硅酸鹽礦物分離（Eales et al.,2012），或通過在大的硅酸鹽相晶體之間的間隙向下滲透小而致密的鉻鐵礦晶粒（Mondal et al.,2007；Maier et al.,2013），才使鉻鐵礦層位于每一韻律單元底部的緣故。

4.3 哈薩克斯坦肯皮爾賽（Kempirsai）鉻鐵礦田

哈薩克斯坦的肯皮爾賽鉻鐵礦田是世界上最大的豆莢狀鉻鐵礦床礦集區(qū)，也是僅次于南非布什維爾德層狀鉻鐵礦礦床田的世界第二大鉻鐵礦資源區(qū)（Johnson，2012）。已發(fā)現(xiàn)鉻鐵礦（體）160多個，其中，大型鉻鐵礦礦床有數(shù)十個，且w(Cr2O3)多＞45%（Caвeльeвидp.,2008）。該區(qū)鉻鐵礦儲量達2.3億t,居世界首位（USGeological Survey，2020）。

4.3.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景與蛇綠混雜巖體特征

肯皮爾賽鉻鐵礦田位于歐亞大陸的地理分界線——烏拉爾山脈南段的肯皮爾賽地體中。烏拉爾造山帶近南北走向，從北冰洋的新地島（Novaya Zemlya）島（66°N）延伸到里海（48°N），長約2500 km（Brown et al.,2001;2006）（圖9a）。該造山帶為一褶皺沖斷帶，是晚古生代東歐古陸與西伯利亞-哈薩克地臺弧-陸碰撞的產(chǎn)物（Brown et al.,2001；Spadea et al.,2003）。沿造山帶分布有150多個蛇綠混雜巖體（圖9a），Savelieva等（1996）根據(jù)大洋巖石圈地幔剖面之間的地球化學(xué)變化確定這些蛇綠混雜巖體來自不同的構(gòu)造環(huán)境，肯皮爾賽地體是在超俯沖機制作用下，在馬格尼托哥爾斯克（Magnitgorsk）弧系內(nèi)形成的蛇綠混雜巖體（Herrington et al.,2005；Brown et al.,2006；Johnson,2012）。

肯皮爾賽蛇綠混雜巖體是古生代洋殼殘余（Dilek et al.,2003）。在烏拉爾造山帶的瓦里斯卡納（Variscan）俯沖構(gòu)造事件中，該地體被向西推到東歐地臺東緣的元古代和古生代地層之上，是烏拉爾南部最大的古生界（485～470 Ma）（Savelieva，2011）超鎂鐵質(zhì)蛇綠巖地體（Melcher et al.,1997）。地體呈梨形，在NNW-SSE方向上拉長，在北部較窄，向南部擴展（圖9b）；SN方向延伸90 km，北部寬度在1～11 km，南部EW方向延伸達32 km，地表出露面積超過900 km2（Caвeльeвидp.,2008）。

肯皮爾賽地體具有較為完整的蛇綠巖序列：洋中脊枕狀玄武質(zhì)熔巖（MORB）、輝長巖和粗玄巖席狀巖墻和橄欖石輝長巖、橄長巖、純橄巖和厚層（達16 km）殘留的方輝橄欖巖地幔序列及次要的純橄巖和二輝橄欖巖（Melcher et al.,1997）；中奧陶世黑色頁巖覆蓋其上（Herrington et al.,2005），后期被異剝橄欖巖、輝石巖和輝長巖脈侵入切穿（Melcher et al.,1999）。

根據(jù)對磁場和重力場的解釋（Heпoмнящиx，1959；Ceгaлoвич，1973），肯皮爾賽地體具弱磁性，主體巖石緊密接觸，構(gòu)成一整體；在北部和中部，地體厚度為800～1000 m，接觸面向西傾，在南部和東部，超鎂鐵質(zhì)巖石的厚度逐漸增加，最深處達到3000 m（Heпoмнящиx，1959）；地體向東南方向緩慢下沉，地體寬與厚度之比逐漸減?。–aвeльeвидp.,2008）。

肯皮爾賽地體被一系列的逆沖斷裂分為北、中和東南3個部分。Caвeльeв等（2008）認為，地體的塊狀結(jié)構(gòu)與斷層的西向傾角有關(guān)，是基巖側(cè)向壓力導(dǎo)致的剪切變形的表現(xiàn)；構(gòu)造影響的主要方向是從SE向至NW方向，剪切變形的時間與板塊碰撞相對應(yīng)，且與鉻鐵礦的形成具有疊加的特征。

肯皮爾賽地體主要的巖石類型為蛇紋石化橄欖巖（二輝橄欖巖、方輝橄欖巖）、純橄巖、輝長巖和輝石巖脈。在二輝橄欖巖-方輝橄欖巖-純橄巖系列中，存在方輝橄欖巖和頑火輝石純橄巖的變種。大部分地體中巖石的蛇紋石化程度非常高（90%～100%），巖體邊部發(fā)育碳酸鹽化，在距地表100～200 m的深處可見原生橄欖石和輝石（Кpaвчeнкo，1969）。

4.3.2 礦田主要特征

肯皮爾賽蛇綠混雜巖體賦存有數(shù)量眾多、規(guī)模不等的鉻鐵礦礦床，這些礦床在整個巖體中的分布是不均勻的，根據(jù)Caвeльeв等（2008）研究，肯皮爾賽鉻鐵礦田可分為北部的巴塔姆申科（Бaтaмшинcкoe）、西部的斯德博尼克（Cтeпнинcкoe）、中部的西南-塔卡沙嘎依（Югo-Зaпaднoe-Taгaшacaйcкoe）、東部的馬雷特（Maмытcкий）和東南部的主（Глaвнoe）5個礦集區(qū)（圖9b），前4個礦集區(qū)的鉻鐵礦床以低鉻（w（Cr2O3）為34.3%～39.4%）、高 鋁（w（Al2O3）為27.0%～32.3%）為特征（Melcher et al.,1997；Garuti et al.,2002），礦床規(guī)模一般都比較小，礦體的長度很少超過100 m，厚度一般小于10 m（Herrington et al.,2005），多數(shù)鉻鐵礦礦體產(chǎn)于蛇紋石化的方輝橄欖巖和純橄巖-方輝橄欖巖交界帶處，礦體以小細脈狀、條帶狀為主，在純橄巖內(nèi)僅發(fā)生礦化作用（Melcher et al.,1997）。

主（Глaвнoe）礦集區(qū)是肯皮爾賽礦田最重要的，擁有數(shù)十個大型-超大型高鉻（w（Cr2O3）＞45%）鉻鐵礦礦床。礦體賦存在一細長的呈NNE-SSW走向的背斜構(gòu)造中（圖9b），背斜軸向延伸22 km，寬約7 km（Johnson，2012）。在背斜的兩側(cè)存在東、西2個近平行的鉻鐵礦成礦帶，西礦帶礦體向西傾，傾角為15°～75°，東礦帶礦體向東傾，最大傾角為50°。這2個礦帶在礦集區(qū)西南部合并成一個近水平，寬而厚大的礦體（最大200 m）（Caвeльeвидp.,2008）。

鉻鐵礦體的近礦圍巖多為純橄巖，其次是方輝橄欖巖，產(chǎn)于方輝橄欖巖的礦體常包有一層純橄巖薄殼，礦體與圍巖界線較清楚；礦體多呈透鏡狀、扁豆狀和不規(guī)則狀，產(chǎn)狀與圍巖線理基本一致，多呈整合、半整合關(guān)系。

4.3.3 成因模式探討

目前，學(xué)者們對全球最大的豆莢狀鉻鐵礦——肯皮爾賽鉻鐵礦床的成因模式尚未達成共識，主要有以下幾種觀點。

（1）巖漿熔離成因

20世紀60年代，豆莢狀鉻鐵礦的成因被認為與層狀鉻鐵礦相似，由巖漿分離結(jié)晶作用形成（Thayer，1964）。而對于豆莢狀鉻鐵礦多產(chǎn)于蛇綠巖中的殘留地幔橄欖巖中而非地殼巖漿房的堆晶巖中，部分學(xué)者（Dickey，1975；Paktunc,1990）提出鉻鐵礦是在巖漿上升過程中就已開始發(fā)生結(jié)晶，并受重力作用留于Moho以下的方輝橄欖巖中。

（2）上地幔部分熔融殘余成因

20世紀七八十年代，蛇綠巖中的地幔橄欖巖被認為是抽取玄武質(zhì)巖漿后的熔融殘余（Moores et al.,1971），且隨著熔融程度的增加，殘余的地幔橄欖巖中鉻尖晶石的Cr＃不斷增加（Duke，1982；鮑佩聲，2009），當熔融程度進一步增高時（熔融程度達50%），呈分散狀態(tài)的鉻尖晶石逐漸融化并形成彼此隔開的熔滴狀，在地幔剪切作用下匯聚成礦（鮑佩聲，2009）；金振民等（1996）的實驗也證明了上地幔的部分熔融作用對于鉻鐵礦的預(yù)富集起著關(guān)鍵作用。

（3）熔體-巖石反應(yīng)成因

20世紀80年代末至90年代，隨著地球化學(xué)、實驗巖石學(xué)等研究手段的日益成熟，特別是地幔中熔體-巖石反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)（Kelement et al.,1995），鉻鐵礦成因研究獲得極大發(fā)展：①Arai（1997）等提出，深部較高壓地幔形成的原始熔體在上升過程中會與地幔淺部的地幔橄欖巖發(fā)生熔體-巖石反應(yīng)，這些原始熔體會溶解地幔橄欖巖中的輝石，從而形成富硅的二次熔體（熔體Cr含量增加）及橄欖石，當二次熔體遇到補給的原始熔體，兩者會發(fā)生混合，使得混合熔體成分進入鉻鐵礦的首晶區(qū)，結(jié)晶形成鉻鐵礦并成礦，圍巖的虧損程度影響鉻鐵礦的成分及礦床規(guī)模；巖漿通道形成的應(yīng)力環(huán)境（擠壓或拉張）可能對單個豆莢狀鉻鐵礦礦體的規(guī)模有重要影響（Arai et al.,2015）；②Zhou等（1994；1997）認為，熔體-巖石反應(yīng)過程中，輝石的不一致熔融形成的富SiO2熔體直接使得熔體的成分進入了鉻鐵礦結(jié)晶的穩(wěn)定區(qū)域，并形成了純橄巖薄殼。鉻鐵礦的成分主要由熔體成分決定，拉斑質(zhì)熔體與地幔反應(yīng)形成高Al型鉻鐵礦，而Cr含量較高的玻安質(zhì)熔體與地幔橄欖巖發(fā)生反應(yīng)，則形成高Cr型鉻鐵礦；③通過對鉻鐵礦中的Re-Os同位素研究，發(fā)現(xiàn)在鉻鐵礦礦石或圍巖中均存在極度虧損的具有大陸巖石圈地幔屬性的物質(zhì)，史仁燈等（2012）提出了“熔體與古老大陸巖石圈地幔反應(yīng)成礦”假說。

（4）深部地幔部分熔融成因

Yang等（2014；2015）和Xiong等（2015）提出，早期俯沖的陸殼和洋殼物質(zhì)在地幔過渡帶會發(fā)生部分熔融并匯聚Cr，鉻鐵礦礦漿在地幔柱或地幔對流的驅(qū)動下攜帶超高壓礦物上升，并伴隨相變到達淺部地幔。

（5）鉻鐵礦重循環(huán)成因

形成于淺部地幔的豆莢狀鉻鐵礦，受板塊俯沖作用被帶至深部地幔，經(jīng)深部流體改造后而具有深部地幔的特征，其后通過地幔對流（Arai，2013）或俯沖板片的回轉(zhuǎn)作用形成的高速上升通道折返（Shi，2015；Griffin et al.,2016），再次出現(xiàn)在淺部地幔，而其原來的巖石結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變，但卻含有金剛石和大量還原礦物、鉻鐵礦出溶等超高壓特征（Arai,2013；Griffin et al.,2016）。

（6）板片斷離，軟流圈上涌成因

近年來，隨著在豆莢狀鉻鐵礦及其地幔橄欖巖圍巖中大量異常地幔礦物群的發(fā)現(xiàn)，楊經(jīng)綏（2020）指出，攜帶有大量流體和U、Th、Pb等放射性物質(zhì)的俯沖板片在地幔過渡帶（410～660 km），由于放射性生熱和流體的作用，俯沖板片發(fā)生斷離（Zhou et al.,2014）、肢解和熔融，加入到周圍的強還原熔體或流體中，這種熔體混合作用更利于鉻鐵礦的形成（Zhou et al.,2014）。與此同時，地幔物質(zhì)在過渡帶也將發(fā)生高度熔融，Cr等成礦元素從巖石礦物中釋放。熔融物質(zhì)上涌到過渡帶頂部時，隨溫壓等物理化學(xué)條件的改變，金剛石等超高壓相礦物開始結(jié)晶并進入鉻鐵礦的穩(wěn)定區(qū)，實驗巖石學(xué)研究證實鉻鐵礦在14 GPa（約410 km深度）是穩(wěn)定的（Wu et al.,2016）。之后，隨地幔對流和地幔柱上涌，攜帶金剛石等超高壓相礦物的鉻鐵礦和地幔巖石被帶至淺部地幔。

盡管對肯皮爾賽超大型鉻鐵礦的成因還在探討中，但對于形成如此規(guī)模巨大、品位較高的豆莢狀鉻鐵礦礦床，最有可能是多種作用（成因）耦合、多階段的結(jié)果，又或與深部地幔作用有關(guān)。

5 結(jié)論

（1）全球鉻鐵礦資源豐富，分布廣泛，但區(qū)域分布不均衡。中國鉻鐵礦資源量嚴重不足，但消費量巨大，對外依存度高，需通過擴大企業(yè)境外投資，開發(fā)利用國外優(yōu)質(zhì)鉻鐵礦資源保障國內(nèi)穩(wěn)定供應(yīng)。

（2）鉻鐵礦的成因類型主要有層狀和豆莢狀，這2種類型的鉻鐵礦礦床地質(zhì)特征、成因模式差異顯著。層狀鉻鐵礦床主要形成于前寒武紀，往往分布于古老大陸克拉通內(nèi)部或邊緣地區(qū)，成礦作用及其空間分布均受大型層狀鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)雜巖體控制；豆莢狀鉻鐵礦床主要形成于顯生宙，位于造山帶或島弧帶，與蛇綠巖帶一起沿大的逆沖帶或板塊縫合帶分布。

（3）鉻鐵礦礦床的成礦時代和空間分布具有明顯的規(guī)律性，古元古代是鉻鐵礦最重要的成礦期，形成的鉻鐵礦占總資源量的58.5%，以形成大型-超大型層狀鉻鐵礦為主；中-新生代是全球鉻鐵礦床形成數(shù)量最多、分布范圍最廣的成礦期，形成的鉻鐵礦占總資源量的24.9%，以形成中小型豆莢狀鉻鐵礦為主。鉻鐵礦在全球的分布可劃分為5個重要層狀鉻鐵礦田（南非布什維爾德-津巴布韋大巖墻、北美斯蒂爾沃特、南美坎波福莫索、印度蘇金達、芬蘭凱米-俄羅斯普拉科夫斯科）和7個豆莢狀鉻鐵礦帶（津巴布韋舒魯圭、東北非、烏拉爾、特提斯、西太平洋島弧、加勒比島弧和馬達加斯加）。

（4）南非布什維爾德、津巴布韋大巖墻和哈薩克斯坦肯皮爾賽鉻鐵礦田是世界最重要的鉻鐵礦礦田（帶），研究認識這些鉻鐵礦礦床的成因類型、地質(zhì)特征和形成條件，既對了解地幔的物質(zhì)組成、物理化學(xué)環(huán)境、地幔物質(zhì)的運移、深部地質(zhì)作用及板塊運動的動力學(xué)機制、深俯沖和地球深部再循環(huán)軌跡等這些當今地學(xué)界最為前沿問題有重要的科學(xué)意義，也對推動中國鉻鐵礦找礦工作具有重要的指導(dǎo)意義。

致 謝兩位匿名審稿專家提出的寶貴修改意見對于完善本文有重要幫助，特此感謝。