通常，在众多岩石种类中均能发现刚玉，它们与花岗岩侵位、交代作用、角闪岩相和麻粒岩相岩石有关，在变质岩中其P-T稳定域范围也很广泛((Hutchison et al., 2004；Simonet et al., 2008)。例如，刚玉可以在低压相铝土矿(大气压力) 中出现，也出现在高压相的金刚石(Watt et al., 1994) 和榴辉岩(Dawson，1968；Lasnier，1977) 中。在冲积砂矿中，刚玉常和金刚石产在一起，由于刚玉抗风化的特征，有人将刚玉作为寻找金刚石的指示矿物(Hutchison et al., 2004)，此外，刚玉还可作为榴辉岩地幔捕掳体的副矿物存在(Dawson and Carswell, 1990)。在巴西Rio Aripuanã支流的冲积矿床中，金刚石因含有来自地幔过渡带及下地幔复杂矿物而备受关注，该金刚石的同生包裹体中就有刚玉(Watt et al., 1994；Hutchison et al., 2001)，并根据刚玉包裹体地球化学特征，将深地幔来源的刚玉与普通来源的刚玉予以区分(Hutchison，1997; Harte et al., 1999；Gasparik and Hutchison, 2000；Hutchison et al., 2001)。

西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿石中发现金刚石等超高压矿物曾引起国内外地学界的高度重视和争议。最近在西藏罗布莎蛇绿岩铬铁矿石中的地幔矿物研究已获得了很多重要进展，发现了金刚石、碳硅石和呈斯石英假象的柯石英等深部矿物，推测它们的形成深度至少150~300km (Bai et al., 1993；Yang et al., 2007；Xu et al., 2009；Dobrzhinetskaya et al., 2009；Trumbull et al., 2009)。前期从罗布莎蛇绿岩中的康金拉11号铬铁矿矿体中发现的矿物除了金刚石和碳硅石等超高压矿物以外，还发现了一系列其它异常地幔矿物，包括自然元素：自然Fe、Si、Ta等；合金：Fe-Ni、Fe-Ni-Cr、Mn-Ni、Fe-Cr、Fe-Si、P-Si-Ti、Ti-Si等；氧化物：FeO、Fe₂O₃、MgO、铬铁矿、金红石、钛铁矿、刚玉等；硫化物：黄铁矿、闪锌矿、硫化镍、硫化铋、黝铜矿等；另外还发现有硅酸盐、钨酸盐、磷酸盐和碳酸盐等矿物，种类非常丰富。这些矿物可能形成于不同的氧化和还原环境，以及不同的构造背景和阶段。本研究中，发现了大量的刚玉和其中多种矿物包裹体，认为它们形成于强还原环境，并经历了复杂的地质作用。

1 地质背景

西藏康金拉铬铁矿床产在罗布莎蛇绿岩的地幔橄榄岩中，罗布莎蛇绿岩位于特提斯-喜马拉雅构造带的东端，即西藏雅鲁藏布江蛇绿岩带的东段，在拉萨东南大约200km。它在区域构造上受控于雅鲁藏布江缝合带，北侧为冈底斯-念青唐古拉构造带，南与喜马拉雅构造带毗邻。罗布莎蛇绿岩东西长约43km，最宽处4km，面积约70km²。岩体的南、北侧均为断层接触，北界围岩为冈底斯花岗岩，南侧为三叠纪复理石。罗布莎蛇绿岩主要由地幔橄榄岩、堆积岩和少量熔岩组成(图 1)，地幔橄榄岩中赋存有目前我国规模最大的铬铁矿床(张浩勇等，1996)。该矿床自西而东可划分为罗布莎、香卡山、康金拉三个矿区(图 1)。三个矿区的矿体围岩均为地幔橄榄岩，属典型的阿尔卑斯型或豆荚状铬铁矿体(王恒升等，1983；王希斌等，1987)。矿体边缘多会出现蛇纹石化的纯橄岩薄壳，两者接触界线清晰，之间大多不具剪切带或断层(王恒升等，1983；王希斌等，1987)。铬铁矿体具成群分布、成带集中的特点，工业铬铁矿石储量约500×10⁴吨(张浩勇等，1996)。

本研究样品采自康金拉11号矿体，矿体海拔5300m，研究程度较低。康金拉矿区的主体岩石为方辉橄榄岩，与罗布莎矿区和香卡山矿区对比，三者为同一地幔橄榄岩块(图 1)。康金拉地幔橄榄岩倾向南，之为上三叠统长石石英砂岩和板岩，两者呈断层接触，接触带附近产有石英菱镁岩，系后期热液蚀变产物。岩块北侧为第三系砾岩，局部有上白垩统地层零星出露。岩块由南向北逆冲在以上两套地层之上。康金拉矿区的矿体见于岩块中部方辉橄榄岩夹纯橄岩透镜体岩相带内，矿体规模较大，形态以脉状-似脉状为主，次为透镜状。西接香卡山矿区，东至布玉沟，总长6.5km，平均宽度2.3km，包括莎神一带Cr-53、Cr-69、Ecr-11等矿体。矿石类型一般为致密块状-稠密浸染状。正在开采的的Cr-11号矿体是矿区目前最大的矿体，位于西段季节湖南山坡，总体呈豆荚状，厚0.3~10.46m，平均厚度3.31m，矿体不连续，以露天和平硐开采为主。总体走向105°，倾向南南西，倾角50°~72°，略有变化，其东段较西段稳定。

2 分析方法

在康金拉矿区我们采集了11号铬铁矿体的矿石1116kg，用于人工重砂矿物分选。矿石样品包括豆状矿石、浸染状矿石和块状矿石等，其中以豆状矿石为主。人工重砂矿物分选在郑州矿产综合利用研究所完成。在多年的选矿经验基础上，根据矿石矿物的粒度大小，采用阶段破碎、阶段选别的工艺流程，最大限度保护目的矿物的晶体和颗粒形态的完整，经过大小颚式破碎机阶段破碎，筛分为三个粒级： < 1mm而>0.5mm (-1+0.5mm)； < 0.5mm而>0.3mm (-0.5+0.3mm)； < 0.3mm (-0.3mm)。不同粒级矿石分别采用磁选、重选、电选等方法分级选别，使不同磁性、比重、导电性的目的矿物得到有效分离和充分富集，为下一步鉴定工作确认该铬铁矿石中是否存在金刚石、锆石、石榴石、金红石、蓝晶石和铂族矿物等超高压带矿物提供方便。试验过程中，对所有使用的设备和场地进行仔细清洗和打扫，有效防止矿样在选矿过程中受外来矿物的污染，保证了最终矿样的可靠性和准确性。

在最初选基础上，在双目显微镜下挑选出许多颗粒的刚玉。为了研究刚玉中的矿物包裹体，将挑选出的刚玉置于环氧树脂中，用磨砂纸磨去矿物的一半后，再用研磨膏抛光表面，之后用超声波清洗。本研究中用于矿物鉴定用的方法和仪器有：北京矿冶研究总院的日立(HITACHI) 公司S-350N型扫描电子显微镜；大陆构造与动力学国家重点实验室的日本电子JEOL JSM-5610LV加英国牛津公司INCA能谱仪(加速电压20kV，工作距离20mm，用Co标样校准) 以及RENISHAW-1000型激光Raman谱仪，东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室的日本电子公司JXA-8100、能谱仪Inca Energy型电子探针(探针束流20nA，加速电压15.0kV，电子束斑2μm)。

3 刚玉及其包裹体

康金拉11号铬铁矿石中挑选出的刚玉颜色为粉红色居多，可见少量无色、浅黄色、浅褐色，半透明-透明状，粒径多大于200μm，不规则它形粒状或短柱状，玻璃光泽，晶面横纹发育，断口呈贝壳状或阶梯状(图 2)。电子探针分析表明，刚玉的成分基本上为纯Al₂O₃，其Al₂O₃变化为96.02%~99.57%，TiO₂变化为0.21%~1.98%，FeO变化为0~0.08%，整体上Al₂O₃含量越高，相应的TiO₂含量越低，两者呈近似负相关关系(表 1、图 3)。

一些人通过金刚石中的刚玉包裹体的研究，认为刚玉中铬的含量高指示其高压环境(Watt et al., 1994；Hutchison et al., 2004；施倪承等，2011)。巴西Sāo Luiz砂矿金刚石中的刚玉包裹体Cr₂O₃含量可达8.58%(8个分析数据的平均值)，比之前报道地幔中最富铬刚玉的Cr₂O₃含量1.30%(Meyer and Gübelin，1981) 高四倍以上，认为可能反映来自岩石圈下部的深度(sub-lithospheric)(Watt et al., 1994)。施倪承等(2011)测得湖南沅水金刚石中刚玉包裹体的铬含量达19.31%，认为刚玉曾经历过高压的环境。除了点分析外，我们还用电子探针做了一粒刚玉的成分剖面，发现该刚玉成分变化不大，且几乎不含Cr₂O₃(表 1，KCr-10-4-2点1到点9)。

但通过康金拉铬铁矿石中刚玉包裹体的研究，发现种类非常丰富，包括简单氧化物，如金红石；自然钛；合金，如Ti-N、Ti-Si、Ti-C、Ti-Si-P、Ti-B等；含稀土元素的硅酸盐矿物；以及一些未知矿物等。

3.1 自然钛(Ti)

在同一粒刚玉(KCr-10-1-4) 中发现自然Ti和Ti-Si合金。自然Ti形似三角形，粒径25μm。Ti-Si合金成圆形，粒径约20μm，从能谱分析图上可以看出刚玉包裹体的矿物成分非常纯净，不含杂质(图 4)。

3.2 含Ti合金矿物

刚玉中包裹体的含Ti合金矿物主要有Ti-Si、Ti-Si-P、Ti-N、Ti-C和Ti-B。

Ti-N合金粒度细小，呈梅花状或磨圆状等特殊形态产在刚玉中，粒度约8μm×25μm。电子探针成分分析表明，Ti-N合金中含少量的Cr和Ni (图 5a, b中的样品KCr-13-1-3)，化学成分见表 2。

同一粒刚玉中还发现一些含Ti、Zr、Al和O四种元素的矿物，成分十分稳定，电子探针显示其TiO₂变化为48%~54%，ZrO₂变化于24%~28%，Al₂O₃变化于17%~19%，少量的MgO (0.87%~1.37%)(表 3)。矿物的颗粒细小，粒径25μm左右，形状不规则或呈自形晶(图 5c)。对照矿物学数据库，未找到对应的矿物成分，暂定为未知矿物。此前未见国内外有关报道，需进一步开展其晶体结构和成因研究。

在刚玉(KCr-13-1-4) 中还见Ti-Zr-Al-O矿物与Ti-Si-P合金共生(图 6a)。Ti-Si-P合金颗粒为浑圆状，粒径可达25μm (图 7a)。电子探针分析显示，Ti-Si-P合金含N，且有少量的Fe和Cr (表 2)，显示包裹体为地幔来源。

刚玉(KCr-13-1-4) 中，除了见到Ti-Si-P合金和Ti-Zr-Al-O矿物共生，还见其它特殊包裹体，例如，它形浑圆状的Ti-C合金和Ti-B合金(图 6)，几种合金矿物由于颗粒细小及标样问题，电子探针不容易精确测试其成分，但能谱可以给出合金矿物的Ti、C成分和Ti、B成分。

3.3 金红石和含稀土元素的硅酸盐矿物

在刚玉(KCr-10-1-3) 中发现含稀土元素矿物包裹体与浑圆状Ti-N合金伴生(图 7)，含稀土元素的硅酸盐矿物多为半自形细针柱状(图 7、图 8)。SiO₂含量显示，该矿物为硅酸盐矿物，含La、Ce和Nd等轻稀土元素(表 4，归一化的能谱数据)。刚玉中的金红石包裹体显示很好的自形晶，粒径在25μm左右，见一些粒度细小的金红石包裹体与含稀土元素的硅酸盐矿物包裹体共生(图 8a，b)。

4 讨论及结论

以上研究表明，康金拉铬铁矿石中产出大量的刚玉，并在刚玉中发现了种类繁多的包裹体，它们主要为金属元素Ti与Si、C、B、N形成的硅化物、碳化物、硼化物和氮化物等。其中包括简单氧化物，如金红石；自然钛；合金，如Ti-N、Ti-Si、Ti-C、Ti-Si-P、Ti-B等；未知矿物以及含稀土元素的硅酸盐矿物等。显然，这些金属元素矿物、合金是强还原条件下才能形成的矿物，它们作为刚玉中的包裹体发现于蛇绿岩型铬铁矿石中，其地质意义是不言而喻的。

此前在罗布莎豆荚状铬铁矿石中发现的地幔矿物群中，也包括一系列碳化物和硅化物，认为它们代表高温、高压、高还原条件下形成的矿物，形成于深部地幔被地幔柱上升带到浅部。尤其是新获批准罗布莎矿(Fe_0.83Si₂)、曲松矿(WC)、雅鲁矿((Cr₄Fe₄Ni)₉C₄) 和藏布矿(TiFeSi₂) 等四个新矿物也是合金矿物，来自地幔深部强还原环境(白文吉等，2004；Bai et al., 2006；Fang et al., 2009；施倪承等，2009；李国武等，2010；杨经绥等，2013)。Dobrzhinetskaya et al.(2009)也报道了在罗布莎铬铁矿石中的柯石英中发现了纳米级TiN和BN包裹体，认为形成温度>1300℃，深度>300km (压力＞10GPa)，给出了高压和高温以及极低f_O2的信息。Chen et al.(2000)在大别山超高压变质带中的榴辉岩中发现自然钛包裹体，从而提出自然钛的形成可能与超高压环境有关。

现有资料显示刚玉的熔融温度高于铁、镍和钴的熔融温度(Shen and Lazor, 1995)。Shen and Lazor (1995)设计了一套实验计算在下地幔压力下的刚玉熔融温度，根据熔融实验结果显示刚玉的熔融温度随着压力的上升而上升，得出最大压力在25.4GPa下刚玉的熔融温度为3500K。Wang et al.(2000)用一个临界点代表固体相熔融温度的最低限，计算了一系列高压相的刚玉的熔融温度，同样明确得出随着压力的上升刚玉的熔融温度随之上升，且在压力到达20GPa时，刚玉的熔融温度为3450K，与Shen和Lazor的实验结果吻合(Shen and Lazor, 1995)，并认为在极高压力下刚玉的熔融温度趋向于稳定。这些实验表明，刚玉可以在高温的地幔过渡带(410~670km) 深度存在。

前人测得金伯利岩型金刚石中刚玉包裹体的Ni含量比浅部来源的刚玉高一个数量级，认为Ni是幔源成因的标示(Hutchison et al., 2004)，金刚石中的铁方镁石和橄榄石也支持其深部来源(Hutchison，1997；Brey et al., 2003)。也有人通过金伯利岩中金刚石的刚玉包裹体研究，认为刚玉中高Cr₂O₃含量指示其高压环境(Watt et al., 1994；Hutchison et al., 2004；施倪承等，2011)，但并没有实验提供证据。西藏刚玉中的TiN等高压矿物矿物包裹体的出现，结合刚玉自身也可以形成于高压环境(Shen and Lazor, 1995；Wang et al., 2000)，我们认为康金拉铬铁矿石中的刚玉也形成于高压环境是完全可能的。

虽然康金拉铬铁矿石中刚玉Ni和Cr含量低，但已经在康金拉铬铁矿石中选出的矿物中有自然Cr和自然Ni，它们的形成条件与刚玉中的包裹体十分一致，指示一个高还原和低氧逸度环境。与此类似，西藏康金拉铬铁矿石中微粒金刚石也指示一个强还原环境(徐向珍等，2008; 徐向珍，2009)，据其包裹体特征(Yang et al., 2012)，指示其形成时的流体性质与刚玉可能不同。

刚玉中含N的矿物TiN是一个不常见的矿物，值得注意。文献记载N进入地球深部可能以氮化物的形式存在，如非洲金伯利岩中的钛铁矿捕掳体含有2.5%的N (Madiba et al., 1998)。还有一种假设，就是地球增生以后氮“丢失”的同时TiN成为一种地幔矿物相(Javoy，1998)。这些研究结果，支持深部氮化物的概念，认为其来源并非来自地表循环，通过对N的研究，有可能帮助我们认识地球的历史。

总的来看，尽管康金拉铬铁矿石中刚玉的成因，含N矿物的来源，及其与金刚石等其它还原环境矿物的成因关系尚不清楚，但铬铁矿石中出现大量的刚玉及其中的强还原环境的包裹体，给我们打开了研究地幔矿物的又一个新的窗口，展现给我们一个全新的内容。也许，蛇绿岩铬铁矿石中的刚玉会成为另一种带有高压环境信息的标志性矿物。

致谢 中国地质科学院地质研究所吴才来研究员和孟繁聪研究员提出了宝贵的审稿意见，在此表示诚挚和衷心的感谢。