科马提岩研究的回顾与展望

科马提岩是一种来源于地幔的镁铁质-超镁铁质火山熔岩,是早前寒武纪绿岩带的重要组成部分,其成分特征可以用来示踪太古宙地幔熔融的深度和温度并反演其形成过程,对研究岩石成因、解译地幔性质及探讨前寒武纪地球动力学背景等方面有着重要意义。本文对科马提岩的时空分布、岩石学和地球化学特征进行分析和总结,进一步厘清了科马提岩的形成时代及各类科马提岩的特征:科马提岩主要形成于太古宙克拉通内部,峰期为新太古代;各古老克拉通的科马提岩多见典型鬣刺结构,主要由辉石和橄榄石组成,部分遭受蛇纹石化过程中发生重结晶;根据地球化学特征的差异,主要分为ADK (贫铝型)和AUK (未贫铝型)型科马提岩;随着地质时代的变化,科马提岩的地球化学组成和地幔源区温度也有规律地变化;通过恢复科马提岩的原始岩浆成分计算得到的地幔潜能温度,指示异常高的地幔熔融温度。已报道科马提岩的形成时代、真实性、成因机制等,仍存在较多争议,需要后续更多的研究解译地球早期地幔性质和壳幔演化等问题。

太古代科马提岩高H_(2)产出的地质证据

H_(2)作为地球早期生命的能量来源,主要通过地幔来源岩石发生蛇纹石化反应,使橄榄石中的Fe^(2+)氧化成Fe^(3+)进而驱动H_(2)O分解形成。由于该反应同时生成含Fe^(3+)的磁铁矿和蛇纹石,因此磁铁矿和蛇纹石可以直接作为反应H_(2)产量的指标。虽然太古代绿岩带中的科马提岩可能是H_(2)的来源,然而在天然科马提岩地质记录中还未找到相关的直接证据。

科马提岩是TTG源区的重要水源

TTG是指奥长花岗岩(Trondhjemite)、英云闪长岩(Tonalite)、花岗闪长岩(Granodiorite)系列岩石,是太古代克拉通地壳的主要组成部分。理解TTG的形成与演化有助于我们破解早期地球的演化奥秘。由于太古代的岩石记录十分匮乏以及TTG本身的地球化学特征变化较大,其形成源区的特点尚不明确。近年来,一些实验岩石学结果表明:在自由水的参与下,(变质)玄武岩可以通过相对低温条件下(750~950℃)的部分熔融产生具有TTG化学组成的岩浆。然而,关于TTG岩浆源区中水的来源,目前还存有争议。

喀喇昆仑团结峰一带科马提岩的发现及找矿方向探讨

科马提岩通常被认为代表源自地幔的高温、高度熔融的熔体,是太古宙绿岩带的重要标志,对于科马提岩的深入研究,有助于反演当时的地幔组成和热演化,其成分特征可示踪太古宙地壳演化及壳幔相互作用等过程。科马提岩的地幔柱成因模式得到了普遍认可。地幔柱是能量和金属的巨大储库,可直接形成或贡献多种矿床成矿系列。科马提岩与铁、铜、镍、铬、金、铀、锑等矿产关系非常密切,尤其是对寻找铜镍硫化物矿床意义更为重大。喀喇昆仑团结峰一带中生代科马提岩的发现,对于区域成矿地质背景及区域成矿规律研究、地质找矿均具开拓性。笔者团队于兴山南兴雅谷地-黑石梁一带查证高铬异常过程中,新识别出基性-超基性岩,主要岩性包括橄榄岩、辉橄岩、玻基橄榄岩、玻基辉橄岩等,伴生枕状玄武岩、块状玄武岩、超基性角砾熔岩及火山碎屑岩,其中集块或角砾中发育硫化物(多为黄铁矿)。野外见“玉米花”状岩枕、鬣刺结构等典型的科马提岩结构构造。通过室内系统观察,确定“球颗玄武岩”为具显微鬣刺结构的科马提岩,部分样品镜下可见杏仁体、中空骸晶结构。本次在超基性岩中还新发现金刚石的一级指示矿物—高镁钛铁矿,其MgO含量为7.939%、FeO为40.031%、TiO2为50.929%。结合岩矿鉴定确认的二、三级指示矿物,如橄榄石、蛇纹石、富钛矿物(钛铁矿-钛磁铁矿)、富镁金云母及贵橄榄石、单斜辉石、斜方辉石等,说明研究区具寻找金刚石矿的前景。科马提岩幔源属性作为能量和地幔金属元素的巨大储库,可直接形成或贡献多种成矿物质,如形成与科马提岩有关的铜-镍-铂族矿床、与超深来源岩浆上涌有关的金刚石矿床等。此外,地幔热流上升导致的强烈壳幔相互作用诱发地壳重熔及各种地壳浅部的地质响应,可形成壳源岩浆矿床或热液矿床等,如大红柳滩、喀拉卡、509道班等大中型Li-Be-Rb(Nb-Ta)稀有金属矿,岔路口-甜水海一带的铅锌矿等。

山东蒙阴科马提岩地球化学特征及其意义

山东蒙阴科马提岩具有典型的鬣刺结构,高镁低钛,铝不亏损,具有正的 Rb、Ba、Sr、U 异常,轻稀土元素亏损,重稀土元素平坦,稀土元素总量很低,高场强元素与稀土元素发生分异,Nb/Nb＞1,与加拿大蒙罗镇科马提岩地球化学特征和同位素特征相似。研究表明,蒙阴科马提岩可能起源于长期亏损的地幔源区,岩浆不可能来源于以橄榄石、辉石和石榴石(或者 majorite)为主要矿物相的地幔源区。最新 Sm-Nd 同位素研究显示,蒙阴科马提岩样品的εNd 值为-0.4～+3.6,新鲜样品一般为+3.3,也证实了科马提岩来自长期亏损的地幔源区,并且地幔柱在上升过程中受到地壳混染程度很小,推测研究区科马提岩的喷出可能是新太古代大陆增生事件的重要组成部分。

科马提岩研究的新进展

科马提岩研究的新进展突出表现在以下几方面:积累了丰富的科马提岩高任熔融实验成果;基本弄清了科马提岩地球化学控制因素;阐明了科马提质熔体的性质及其侵位、流动、分异和冷却机制;提出并完善了热地慢柱成因模式.本文还提出了我国科提马岩研究的现状和努力方向.

大兴安岭吉峰科马提岩Sm-Nd等时线年龄测定

本文研究的科马提岩位于大兴安岭北段吉峰地区。地质 地球化学研究表明 ,科马提岩系列由超镁铁质科马提岩、玄武质科马提岩、拉斑玄武岩和辉长岩等组成 ,稀土配分型式为球粒陨石型。 8件科马提岩、辉长岩和拉斑玄武岩样品的Sm Nd同位素数据构成一条相关性较好的等时线 ,其Nd模式年龄多数为 15 89～ 1799Ma ,等时线年龄为 (172 7± 74 .7)Ma ,INd=0 .5 10 72 5± 0 .0 0 0 0 798,εNd(t) =6 .94± 1.5 6 ,表明该区科马提岩形成于中元古代早期 ,来源于亏损地幔源区。

桂北四堡群中科马提岩系及其成因类型

桂北四堡群中许多镁铁质—超镁铁质岩体,实际上是火山岩或次火山岩。有的还具有科马提岩岩流的结构分层,其堆积带上部橄榄石和辉石晶体间隙中充填有基质物质。这些基质中发育了典型的橄榄石鬣刺结构。科马提岩与其伴生玄武岩属具成因联系的同一演化系列。在微量元素及REE特征上,区内科马提岩具有较好的Ⅱ类科马提岩属性,它们系亏损地幔经较小程度部分熔融产生。

澳大利亚Kambalda科马提岩型镍矿成矿模型

澳大利亚硫化物型镍矿床与3种地质背景的超基性岩和/或基性岩有关:(1)侵位于花岗岩与绿岩带之间裂谷带的太古代科马提岩;(2)侵位于太古代克拉通与古元古代造山带之间裂谷带的前寒武纪拉斑玄武质基性-超基性侵入体;(3)不同年代和产出背景的热液-活化矿床。其中,科马提岩型硫化镍矿床是最重要的。

大兴安岭吉峰科马提岩地质地球化学特征

野外地质调查和室内岩石学研究表明 ,大兴安岭北段吉峰林场一带变质超基性岩为具有典型鬣刺结构的科马提岩。科马提岩系列由橄榄质科马提岩、玄武质科马提岩及拉斑玄武岩、辉长岩等岩石组成。科马提岩显示了从超镁铁质到镁铁质地球化学趋势 ,拉斑玄武岩具有从富镁到富铁的趋势 ,而上覆长英质火山岩则遵循钙 -碱趋势。科马提岩稀土配分型式为类似于南非超镁铁质科马提岩的平坦型或轻稀土略富集而重稀土平坦型。科马提岩系列 8件样品的Sm Nd同位素数据构成一条相关性较好的等时线 ,等时线年龄为 1 72 7Ma± 74 7Ma ,INd=0 5 1 0 72 5± 0 0 0 0 0 798,εNd (t) =6 94± 1 5 6 ,表明科马提岩形成于中元古代早期 ,其源区为亏损的软流圈地幔。这一地壳增生事件可能与松嫩地块从西伯利亚地台南缘裂解有关。

科马提岩成因研究述评

科马提岩仅限于超镁铁质熔融体(Mgo>30wt%)所生成的火山岩.它具有高温、高密度和低粘度的特征.以及独特的地球化学性质.结合高压熔融实验成果,评述了有关科马提岩成因的干地幔熔融模式、湿地幔熔融模式、温超镁铁质板块俯冲模式和热地幔柱熔融模式,并认为热地幔柱熔融模式较好地解释了科马提岩的成因.

河南南阳独山发现橄榄质科马提岩

我国已发现十几处科马提岩,但绝大部分是科马提质玄武岩,而不是河南南阳独山发现的橄榄质科马提岩。独山科马提岩中的矿物,95％是橄榄石(现大部分已蚀变为蛇纹石、滑石和磁铁矿)、少量为单斜辉石(现大部分已蚀变为蛇纹石和滑石)和铬铁矿等。岩石县各种形态的鬣刺结构,鬣刺最长可达30cm,岩石含SiO_2 32.00％～40.00％,MgO 30.00％～37.88％,TiO_20.02％～0.10％,K_2O 0.00％～0.02％,CaO/Al_2O_3大部分小于1。在岩石化学图中,化学分析数据全部落在橄榄质科马提岩区。

非均匀温度场中熔体结晶作用与科马提岩结构成因

具有重要岩石学和构造学意义的科马提岩，最吸引人同时又最令人困惑的特征之一是它的鬣刺结构和分层构造。本文从喷出地表的岩浆冷凝时温度分布、熔体性质与结晶作用的密切联系，把科马提岩浆喷发形成的岩流作为一个冷凝整体。通过与金属铸锭浇注成形和矿石冶炼生产的比较，发现它们在冷凝固结过程中温度场特征、熔体的性质、结晶能力和结晶方式都有十分相似的特点，并以此为出发点详细解析了科马提岩的鬣刺结构和岩石分层构造的形成过程。

科马提岩和豆荚状铬铁矿的Os同位素组成及其成因意义

在分析科马提岩和豆荚状铬铁矿Os同位素特征的基础上,着重对比了新太古代华北遵化豆荚状铬铁矿与现代豆荚状铬铁矿和同时期世界典型地区科马提岩的Os同位素组成。结果表明,遵化豆荚状铬铁矿Os同位素组成与现代豆荚状铬铁矿类似,具有球粒陨石性质;而同时期的科马提岩的Os同位素相对球粒陨石富集。这种差异说明二者形成于不同的地幔源区,可能反映了新太古代地幔柱和板块构造并存的动力学特征。

国内外科马提岩研究现状

从Viljoen兄弟(1969)研究南非Barberton科马提岩以来,国外先后报导了多处科马提岩,主要分布在澳大利亚、加拿大、巴西、印度、芬兰、南非、津巴布韦、哥伦比亚和希腊等国。其中有影响的一项成果是Arndt和Nisbet在1982年编辑的《Komatiite》的专著。经过20余年的研究已确认,科马提岩是一种具有重要岩石学及构造学意义的、化学成分较接近地幔橄榄岩的火山岩,常与科马提质玄武岩及拉斑玄武岩密切伴生,组成科马提岩套或科马提岩-玄武岩组合,是确定绿岩带的重要证据之一;在年代分布上,科马提岩主要产于太古宙绿岩带内,也有一些分布在元古宙和显生宙,迄今报导的最年轻的科马提岩(90Ma)产于哥伦比亚的Gorgona岛;科马提岩与许多重要矿产(如Au、Cu、Ni、Cr、V、Pt等)有密切联系。近年国外学者更强调它是探讨地幔成分、壳幔演化。

澳大利亚伊尔岗克拉通科马提岩型镍矿成矿作用及找矿方法

澳大利亚西部伊尔岗克拉通卡尔古利地体是世界上太古宙与科马提岩有关的硫化物镍矿床最为集中的地区。该区科马提岩型硫化镍矿床主要有两大类型：①由高品位的块状、海面陨铁状和网状矿石组成，赋存于科马提岩熔岩流（主要为火山橄榄岩）底部，以卡姆巴尔达矿床为代表；②以低品位的浸染状镍硫化物矿石为主，赋存于厚层纯橄榄岩的中部，以芒特基斯为代表。与镍成矿有关的科马提岩形成于晚太古代（2．70Ga），具铝不亏损（Al2O3／TiO2=15～25）地球化学特征，一般形成于具含硫围岩的动态高岩浆流环境。伊尔岗克拉通科马提岩型镍硫化物矿床形成于经历岩浆作用（结晶、分异和浓集）和地壳硫混染作用的硫不饱和镁铁质-超镁铁质岩浆的熔岩通道或管道中。在矿床成因讨论的基础上，提出该类型矿床的找矿标志和勘查方法。

全球苦橄岩与太古宙科马提岩对比：全数据模式的启示

苦橄岩和科马提岩都是富镁的超镁铁质火山岩，早先，学术界大多关注它们之间的相似性，而对于它们之间的差异性很少强调。于是认为二者的地球化学性质近似，成因类似，形成条件类似。本文采用全数据模式的研究方法，从数据库收集了全球太古宙全部科马提岩和后太古宙全部苦橄岩数据，对比的结果表明，太古宙科马提岩与后太古宙苦橄岩完全不同，它们之间几乎没有可比性。科马提岩与苦橄岩，不仅地球化学特征不同，而且成因不同，形成条件不同，产出时代不同，源区组成也不同。这种不同，反映了太古宙和后太古宙不可能属于同样的构造体制。太古宙是火球时代，地球异常的热，主导的可能是静止盖幔构造（stagnant lid tectonics）；后太古宙是热球时代，地球相对冷了许多，主导的是板块构造（plate tectonics）。科马提岩在太古宙广泛出露，无需地幔柱模式；而苦橄岩在后太古宙很少出露，才真正需要地幔柱模式。

根据岩石化学辨别不同类型的科马提岩及伴生玄武岩

应用500多个科马提岩的岩石化学分析,分辨出三种科马提岩类型,并探讨了不同类型科马提岩与上地幔的演化关系。

喀喇昆仑岔路口地区发现科马提岩及找矿意义

通过对喀喇昆仑岔路口地区不同尺度地球化学数据的分析研究,发现Cr,Ni,Co等幔源元素异常富集,随着工作精度的提高,幔源元素含量显著增加,富集区形态更加清晰,由此推断区内普遍存在超基性岩或高Cr,Ni玄武岩。经野外查证,在团结峰东南发现众多超基性岩。主要岩性有橄榄岩、辉橄岩、玻基橄榄岩、玻基辉橄岩等,与之相关的火山岩有枕状玄武岩、块状玄武岩及火山碎屑岩。据野外产状和岩石地球化学特征,结合宏观、微观尺度鬣刺结构的存在,初步认定属科马提岩。除常规镍黄铁矿、紫硫镍矿、针镍矿和黄铜矿、磁黄铁矿、钛铁矿等外,在科马提岩中还发育有以细小“硫化物碎屑”存在的、铜镍共存的硫化物和高镁钛铁矿,这种情况极为罕见。