铬铁矿是自然界中金属铬的唯一来源，是我国紧缺的关键性战略矿产资源。铬铁矿床的成因类型传统上分为两类：层状铬铁矿（产于大型层状镁铁-超镁铁侵入体中，如南非Bushveld杂岩体）和豆荚状铬铁矿（产于蛇绿岩的地幔橄榄岩中，通常与俯冲带环境相关）。然而，在一些造山带的高应变带中，还存在与镁铁-超镁铁杂岩伴生的铬铁矿床。这些矿床往往经历了强烈的构造肢解，其原始产状和接触关系难以辨识，导致其成因类型归属长期悬而未决。这一问题同时制约了对区域构造演化的理解，以及铬铁矿床的找矿勘查工作。
针对这一问题，开云kaiyun官方网站关键地球物质循环与成矿全国实验室杨经绥院士研究团队，联合比利时荷语鲁汶大学和瑞典乌普萨拉大学等多家研究机构，以马达加斯加Betsimisaraka构造带的Ranomena铬铁矿床为研究对象，开展了系统的岩石学、矿物化学、铂族元素（PGE）以及锆石U-Pb-Hf-O同位素研究，取得了一系列新发现。
马达加斯加的Betsimisaraka构造带是分隔Antananarivo克拉通与Antongil-Masora克拉通的一条陡倾高应变带（图1），其构造属性争议已久：一部分学者将其解释为新元古代的洋陆缝合带，代表东非造山运动过程中冈瓦纳大陆拼合的遗迹；另一部分学者则认为它是太古宙的增生杂岩，属于Great Dharwar克拉通体系。在该构造带内出露的镁铁-超镁铁杂岩及其中的铬铁矿床，被认为是判别上述两种假说的关键。
位于马达加斯加东北部Toamasina地区的Ranomena铬铁矿床，是该国第一个投入开采的铬铁矿，也是North Toamasina铬铁矿区最具代表性的矿床。矿体呈透镜状产出于蚀变的斜方辉石岩和方辉橄榄岩中，围岩为石榴石-矽线石片岩和斜长角闪岩（图2）。尽管该矿床发现已逾百年，但此前缺乏高精度的年代学和地球化学约束，其成因认识十分模糊。
图2. 马达加斯加Ranomena铬铁矿床地质简图以及野外产出特征
研究揭示，Ranomena铬铁矿石呈稠密浸染状至块状构造，发育典型的堆晶结构：铬铁矿为自形至半自形的堆晶相，被巨大的斜方辉石巨晶包裹，形成特征的“包含堆晶”结构。这一结构不同于豆荚状铬铁矿常见的包橄结构，而与Bushveld、Stillwater等层状岩体中的铬铁矿一致。Ranomena铬铁矿的化学成分，包含矿物的主微量元素以及全岩的铂族元素组成，与层状铬铁矿床表现出较高的一致性。
从Ranomena矿床两件矿石样品中获得百余粒锆石，其CL图像显示振荡环带与扇形分带组合，并含有铬尖晶石和顽火辉石包裹体，指示了其岩浆成因。SIMS U-Pb定年获得两组谐和年龄：530.4 ± 2.2 Ma和525.3 ± 2.3 Ma。这一结果明确表明Ranomena铬铁矿形成于早寒武世，而非前人推测的古元古代或新元古代。更重要的是，这两期岩浆脉冲记录了不同程度的地壳混染历史：早期岩浆（约530 Ma）中的锆石δ18O值为5.0–6.1‰，εHf(t)为–5.4至–1.4，指示了显著的地壳物质混入；晚期岩浆（约525 Ma）的锆石δ18O值为4.7–5.4‰，εHf(t)为+2.6至+6.8，接近原始地幔的同位素组成。二元混合模型计算表明，早期岩浆混染了约15–20%的地壳物质，而晚期岩浆地壳混染程度较低（图3）。作者认为，早期岩浆脉冲在上升和侵位过程中同化了较多地壳围岩，这一过程可能在岩浆房边部形成了“防护层”，使后续注入的岩浆免于进一步地壳混染。
图3. 马达加斯加Ranomena铬铁矿石中锆石的氧-铪同位素组成
上述成矿年龄恰好与马达加斯加广泛发育的后碰撞花岗质岩浆作用吻合，即Ambalavao Suite（580–540 Ma）和Maevarano Suite（537–522 Ma），代表了东非造山运动晚期的强烈岩浆活动。这些花岗岩被普遍解释为后碰撞伸展背景下岩石圈拆沉和软流圈上涌的产物。因此，Ranomena铬铁矿的形成并非孤立的岩浆事件，而是与整个东非造山带后碰撞阶段的构造-岩浆演化密切耦合。基于这些发现，研究团队提出了一套全新的成因模型：在大陆碰撞过程中，地壳和岩石圈地幔显著加厚，形成冷而致密的岩石圈根；随后，由于热弱化和相变（如下地壳榴辉岩化），这一岩石圈根发生拆沉，引发软流圈地幔绝热上涌；减压部分熔融产生的基性岩浆在上升过程中不同程度地同化地壳物质；这些岩浆最终侵位于地壳浅部，在岩浆房中发生铬铁矿的早期堆晶作用，形成具有典型堆晶结构的铬铁矿层。与此同时，底侵的基性岩浆诱发下地壳大规模重熔，产生同时代的Maevarano Suite花岗质岩套（图4）。
图4. 马达加斯加Ranomena铬铁床成因模型
这项研究具有多方面的重要意义。首先，它首次明确在后碰撞伸展环境中可能形成层状铬铁矿，打破了传统认识中层状铬铁矿仅产于克拉通内部稳定环境的局限。其次，它为Betsimisaraka构造带中的镁铁-超镁铁杂岩提供了高精度的年代学和同位素证据，表明这些岩石并非蛇绿岩残片，而是后碰撞基性岩浆侵入体，从而为这一构造带的性质之争提供了关键约束。最后，这项研究拓展了铬铁矿的成矿动力学背景，指出全球范围内具有岩石圈拆沉证据的造山带，尤其是伴随有同时代镁铁质和长英质岩浆活动的造山带，可能是铬铁矿勘探的新靶区。
该成果近期发表在岩石学顶级期刊《Journal of Petrology》上。开云kaiyun官方网站连东洋副教授为第一作者兼通讯作者，徐夕生教授为共同通讯作者，合作者包括开云kaiyun官方网站的杨经绥院士，蔡鹏捷博士，芮会超博士，薄容众博士，马海涛博士研究生，曹世纪硕士研究生，以及比利时荷语鲁汶大学的Olivier Namur副教授，瑞典乌普萨拉大学的Jaroslaw Majka教授。该研究获重点研发项目（2023YFF0804402）和国家自然科学基金项目（42272068, 42330306, 42302080）等资助。
论文信息：Dong-Yang Lian*, Peng-Jie Cai, Olivier Namur, Jaroslaw Majka, Hui-Chao Rui, Rong-Zhong Bo, Hai-Tao Ma, Shi-Ji Cao, Xi-Sheng Xu*, Jing-Sui Yang. 2026. Chromitite Formation in a Post-Collisional Setting: Insights from the Ranomena Chromite Deposit, Madagascar. Journal of Petrology, egag040, https://doi.org/10.1093/petrology/egag040.
图文：连东洋
审核：陈天宇
