中国大陆科学钻探(CCSD)主孔石榴石橄榄岩中发现Fe2P合金矿物

!G 国土资源部大陆动力学重点实验室， 中国地质科学院地质研究所，北京" !HHHIJ ! ! "#$ %&’()&*()$ +() ,(-*.-#-*&/ 0$-&1.23，4.-.3*)$ (+ %&-5 &-5 6#3(7)2#3! 8-3*.*7*# (+ 9#(/(:$，,;.-#3# <2&5#1$ (+ 9#(/(:.2&/ =2.#-2#3， >#.?.-: !HHHIJ ，,;.-& + ! 9#(@;$3.2&/ %&’()&*()$ &-5 ,#-*#) +() A.:; B)#337)# 6#3#&)2;，,&)-#:.# 8-3*.*7*# (+ C&3;.-:*(-，D=< +HHK EH! E!L 收稿， +HHK EHI EHL 改回!
-" 选矿和分析方法
本次研究取得的样品， 是从钻孔超镁铁岩层的岩屑中分 离出来的。取样时， 根据钻孔岩心的岩性， 分段采取各段岩 心的岩屑。在大陆超深钻主孔 ,’-* + 至 ,)-* & ( 孔段内为 石榴石橄榄岩。在此孔段内采集岩屑大样重约 +* - 吨。
+" 地质背景
大陆超深钻位于江苏省东海县毛北村附近， 地理座标东 经 !!)6/’7+89， 北纬 -/6+/7’!9。在地质构造上属于苏2鲁地 块的超高压变质带。该超高压带的地层主要由长英质片麻 岩、 角闪岩、 蓝晶石石英片岩、 大理岩、 榴辉岩以及橄榄岩等 组成 （ 1: !" #$* ， !;;) ） 。近些年， 在该超高压变质带的榴辉 岩中发 现 柯 石 英 和 金 刚 石 （ 1:， !;)8 ；<=>? !" #$* ， !;); ； @A=B !" #$* ， !;); ；1: !" #$* ， !;;+ ；杨经绥等， !;;) ；徐树桐 等， +’’- ） 。根据柯石英形成的温度和压力， 形成于相当 )’ C !’’ A( 深部， 而金刚石形成深度可达 !&’ A( 或更深 （ DEF: !" #$* ， !;;, ） 。 在苏2鲁地块的超高压带中， 已发现数十个超镁铁岩块， 规模有数十到数平方公里大小不等， 但多数较小。超镁铁岩 的产出变化也较大， 有些与榴辉岩或辉石岩伴生， 有些则为 成分单一的地幔岩块。在山东威海地区的超镁铁岩的锆石 中已发现柯石英， 说明有些超镁铁岩块早先已侵位地壳岩石 中， 在板块俯冲过程中被带到地下 G )’A( 深度， 再折返到地 表 （ 杨经绥等， +’’+ ） 。而一些包有榴辉岩的透镜体橄榄岩也 通常认为经历了俯冲和折返作用 （ HI=>? !" #$* ，+’’/ ） 。有 些橄榄岩中并没有发现先侵位到地壳再俯冲下去的超高压 变质作用的证据， 但由于含有来自深部的矿物学证据， 而被 认为形成于地幔楔在深部发生了俯冲作用， （ HI=>? !" #$* ， +’’’ ） ；然而， 也有可能这些地幔楔的岩石并没有经历俯冲 下去的过程， 而可能直接从深部地幔被折返的岩片裹携到地 表 （ J=>? !" #$* ，!;;) ） 。因此， 超高压变质带中的超镁铁岩 可能有多种类型的成因和经历了许多不同的地质作用， 具挑 战的是如何将其区分开。 为尽量保护矿物晶体完整， 样品粉碎时采用分级粉碎方 法， 获得 !* ’ C ’* & ((， ’* & C ’* + ((， V ’* + (( 三种粒级的 样品。样品分级后， 分别以磁法、 重法和电法等方法选出重 砂， 再对重砂进行双目镜下人工选矿， 必要时重点采用重法 选矿。选矿和流程的研究是在郑州矿产综合利用研究所进 行的。矿物选自 ’* & C ’* +(( 级样品， 选矿流程见图 ! 。流 程图中的工艺条件包括： （!） 中磁选和强磁选均为干式磁 选， 磁场强度分别为 -!)AW X ( 和 ;&& AW X (， 转速频率 &* ’ TU； （+） 摇床的给矿浓度 +’. ， 冲程 !’((， 冲次 +)’ 次 X 分； （-） 电选的电压 +’ AY， 转鼓转速 8’ 转 X 分； （/） 化学处理的 图 !" 大陆科学钻探主孔中石榴石橄榄岩矿物分选工艺 流程 （ ’* + C ’* &(( 粒级） 3E?* ! " 5KFL4M:K4 FN (E>4K=O P4Q=K=REF> FN RI4 ?=K>4R Q4KEMFRER4 NKF( RI4 ##$%2ST（ ’* + C ’* & (( E> PEU4）
（ ‘JI ） 项目 （ +HHIE9J!LKHI ） 、 国家自然科学基金重大项目 （ ^HI‘‘!^I ） 和中国地质调查局地质 ! 本研究得到了国家重点基础研究发展规划 大调查项目 （ 编号 !+!+H!HKLLHL ） 的联合资助G 第一作者简介：杨经绥，男， !‘KH 年生，研究员，岩石学专业，D/V1$S： X1%2bN($c RRNFG R%
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<2*& B#*)(/(:.2& =.-.2&" 岩石学报
中国大陆科学钻探 （ !!"#） 主孔石榴石橄榄岩中 发现 $%& ’ 合金矿物
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杨经绥! " 白文吉! " 戎合! " 张仲明! " 许志琴! " 方青松! " 颜秉刚! " 李天福! " 任玉峰! " 陈松永! " #$%&’( )*+ " #$%,( -*+ " )./0(1%2 345+ 6478 #$%2-($! ，94: ;<%#$! ，=578 )<! ，>)478 >.%23$%! ，?* >’$@$%! ，A478 @$%2-.%2! ，647 9$%281%2! ，B: C$1%A(! ， =D7 6(A<%2! ，E)D7 -.%26.%2! ，#$%&’( )*+ ，#$%,( -*+ 1%F )./0(1%2 345+
杨经绥等：中国大陆科学钻探 （ 2238） 主孔石榴石橄榄岩中发现 6A* F 合金矿物
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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!" 引言
中国大陆科学钻探工程项目 （ ##$% ） 已成功完成在苏鲁 超高压变质带上钻进 &’’’ ( 的任务， 终孔深度为 &!!)* +’ (。钻探于 +’’! 年 , 月 +& 日开始， +’’& 年 ! 月 +- 日停钻， 总岩心采取率约 )&. 。岩心编录表明岩心主要由 !-’’ ( 榴 辉岩， 近 !’’ ( 石榴石橄榄岩和各种类型片麻岩组成， 并进 一步划分出近 &’ 种岩性。 钻探过程中， 需要将孔径扩大， 放入套管， 固定井壁。第 一次扩孔截至 +’/& (， 扩孔获得岩屑约 /) 吨。其中从 ,’-* + 至 ,)-* & ( 石榴石橄榄岩岩性段取得的岩屑为 +* - 吨。将 其进行人工重砂选矿， 再经双目镜下挑选出单矿物。将挑选 出的矿物利用扫描电镜和 0%$、 电子探针进行化学成分测 定， 以及 12射线衍射系统进行结构分析。成分和结构分析发 现其中有一些不寻常矿物， 并且有些矿物具有球状外形， 如 自然铁、 镍纹石、 铁镍合金、 磁铁矿等。本文报道的是其中的 铁磷合金 （ 34+ 5） 。
()*+ ,"，-). /,，01*+ 2，34)*+ 35，67 38，$)*+ 8"，()*+ -9，:. ;$，0%* ($，!4%* "(，27 ,3，"7 ,$ )*< （ !!"#） 5)1 2=> &??@> #.AB1C%DE 1F $%& ’ )GG1E .* +)D*%H I%D.<1H.H% FD1J H4% !4.*%A% !1*H.*%*H)G "B.%*H.F.B #D.GG.*+ ’D1K%BH J).* 41G%> !"#$ %&#’()(*+"$ ,+-+"$， &L （&） ： &ML N &MO PQAHD)BH" " E(MM$%2N ., 21O%<M P<O$F.M$M< Q<O< R.SS<RM<F T<MQ<<% LHIG + 1%F LUIG K V $% M’< EE-W 1M W.%2’1$G 3$%<O1SN Q<O< N<P1O1M<F TX Y1O$.(N V<M’.FN 1%F ’1%FP$R0<F (%F<O 1 T$%.R(S1O V$RO.NR.P<G C’< N<S<RM<F V$%<O1SN Q<O< $F<%M$,$<F TX -D3/DW-， V$RO.PO.T< ，B1N<O =1V1%， 1%F DW?W（ -X%R’O.%MO.% ?/O1X W$,,O1RM$.%） G 4 %(VT<O ., (%(N(1S V$%<O1SN ’1Y< T<<% O<R.2%$&<F ,O.V M’< R(MM$%2N，<G 2G ，V.$NN1%$M<，Q NM$M<，%1M$Y< A<，%1M$Y< EO，%1M$Y< 7$，%1M$Y< 4(，%1M$Y< E(，%1M$Y< 4S，M1<%$M<，01V1R$M<，7$/A</EO 1SS.X，7$/A< 1SS.X，A</EO 1SS.X，-$/A< 1SS.X（ A<I -$J ） ，1%F E./7$ 1SS.XG CQ. 2O1$%N ., A<+ Z 1SS.X（ T1OO$%2<O$M< ） ，’1Y< 1SN. T<<% ,.(%FG C’<X 1O< NP’<O.$F1S $% N’1P<， Q$M’ F$1V<M<ON ., 1T.(M +HH !V， 1%F M’<X ’1Y< $F<%M$R1S ’<[12.%1S NMO(RM(O<N Q$M’ R<SS P1O1V<M<ON ., 1 \ KG UJJ]，R \ IG ^IJ]，1%F 1： R \ !： HG KU^UG C’<X T<S.%2 M. NP1R< 2O.(P ZL+VG C’$N V$%<O1S，Q’$R’ $N N$V$S1O $% NMO(RM(O< 1%F R.VP.N$M$.% M. 1OM$,$R$1S A<+ Z（ :EWW UI/+IIJ ） ，’1N PO<Y$.(NSX .%SX T<<% ,.(%F $% V<M<.O$M<NG C’$N $N M’< ,$ONM O<P.OM<F %1M(O1S M<OO<NMO$1S .RR(OO<%R< ., T1OO$%2<O$M<G A(OM’<O NM(FX .% $MN 2<%<N$N 1%F ,.OV1M$.%1S R.%F$M$.%N $N (%F<OQ1XG =%E R1D<A" " A<+ Z 4SS.X，81O%<M P<O$F.M$M<，EE-W，-(S(，*)Z3 摘" 要" " 在东海大陆超深钻 （ EE-W） 的钻孔橄榄岩岩屑 （ 孔深 LHI _ LUI 米深部） 中， 分离出的矿物有硅酸盐、 氧化物、 硫化 物、 碳化物、 自然元素、 金属互化物和合金， 计 KH _ LH 种矿物。多种特征表明其中有一些不寻常矿物， 并且有些矿物具有球状 外形， 如自然铁、 镍纹石、 铁镍合金、 磁铁矿等。本文报道通过成分和结构分析鉴定出的铁磷合金矿物 （ A<+ Z ） ， 成分中含少量 EO， 7$ 和 E.， 成分均一， 分子式为 （ A<!G UH 7$HG HK EOHG H+ ） Z。DW?W 数据表明该矿物的晶系属六方晶系；格子类型为 Z；空间群为 ZL+V；晶胞参数 1 \ T \ KG UJJ] R \ IG ^IJ]，1： R \ !： HG KU^U 。通过 :EWW ZWA/+ [ 射线粉晶衍射数据库 +HH^ 年公布的最新版 本搜索查询， 发现与人工合成的同种矿物 A<+ Z （ :EWW UI/+IIJ ，91OO$%2<O$M<G NX%） 十分接近， 类似的矿物已在陨石中发现 （ A<7$） Z， 故确定本文报道的铁磷合金 （ A<+ Z） 为地球上首次发现的天然合金矿物。其成因和形成条件的研究正在进行中。 关键词" " 铁磷合金；石榴石橄榄岩；中国大陆科学钻探；苏鲁；超高压变质作用 中图法分类号" " ZKJK ；ZKJI