蛇绿岩代表着古大洋岩石圈的残片,豆荚状铬铁矿床是蛇绿岩中的特征性矿产。蛇绿岩和铬铁矿是探索大洋岩石圈的形成和演化、地幔不均一性、地球圈层相互作用、早期地球板块运动等关键过程的重要研究对象。近年来,特提斯洋和古亚洲洋缝合带的多个蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中发现了一系列超高压-超还原矿物(例如金刚石、柯石英、碳化物、氮化物、超硅石榴石等)和壳源矿物(例如锆石、金红石、刚玉等)。这些特殊矿物组合为探索深部地幔物质组成、壳-幔物质循环和动力学过程以及铬铁矿成矿作用提供了新视角。然而,特殊矿物组合在不同地区不同时代蛇绿岩中的产出特征及其科学意义仍不明确。古巴东部莫阿-巴拉科阿蛇绿岩位于加勒比板块北缘大安的列斯造山带。该蛇绿岩出露面积约1500 km~2,具有较完整的岩石层序(地幔橄榄岩、层状辉长岩、枕状熔岩等),且赋存多个大型豆荚状铬铁矿床。因此,论文选取该蛇绿岩作为研究对象,通过详细的人工重砂矿物分选、岩相学、全岩及矿物主微量化学、锆石U-Pb年代学和Hf-O同位素地球化学分析,探讨(1)莫阿-巴拉科阿蛇绿岩的主要特征和成因;(2)豆荚状铬铁矿的地幔源区属性和成矿过程;(3)加勒比大洋岩石圈的形成过程及壳-幔相互作用。得到的主要认识如下:(1)莫阿-巴拉科阿蛇绿岩体中出露3类辉长岩:层状辉长岩、辉长岩席和辉长岩脉。层状辉长岩位于地壳端元,主要由斜长石(69%-85%)、橄榄石(5%-16%)、单斜辉石(5%-12%)及斜方辉石(~5%)组成。辉长岩席呈透镜体侵入到地幔橄榄岩中,由斜长石(65%-75%)、单斜辉石(24%-35%)及角闪石(~2%)组成。辉长岩脉侵入到地幔橄榄岩和辉长岩席中,由斜长石(35%-50%)、单斜辉石(45%-60%)及橄榄石(5%-10%)构成。辉长岩席和辉长岩脉中岩浆锆石的结晶年龄分别为137 Ma和122Ma,层状辉长岩中仅发现了继承锆石,其年龄为158-2556 Ma。高Mg#[=100×Mg/(Mg+Fe²⁺)],低TiO₂、Na₂O+K₂O及不相容元素的特征表明3类辉长岩含有堆晶组分。辉长岩中矿物组合,结晶顺序,斜长石和单斜辉石的化学组成,以及模拟的平衡熔体综合表明层状辉长岩的母岩浆具有弧前玄武岩(FAB)的地球化学属性,辉长岩席和辉长岩脉的母岩浆显示弧岩浆的特征。全岩的Sm-Nd(εNd(t)=+8.48-+10.81)和Rb-Sr((⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i=0.702500-0.703645)以及锆石的Lu-Hf(εHf(t)=+12.0-+17.7)同位素组成,指示辉长岩的母岩浆起源于亏损的地幔源区。辉长岩席和辉长岩脉中锆石具有较轻的O同位素组成且变化显著(δ¹⁸O分别为0.41-5.85‰和3.50-6.32‰),暗示地幔源区可能遭受了俯冲流体的交代作用。辉长岩的成因记录了新生洋壳构建过程中岩浆作用从FAB到岛弧性质的转变。(2)莫阿-巴拉科阿地幔方辉橄榄岩呈典型的斑状变斑晶结构,由橄榄石(71%-86%)和斜方辉石(12-26%),以及少量的单斜辉石(1-3%)、尖晶石(~1%)和贱金属硫化物(~1%)组成。地幔橄榄岩具有高Mg O(44.40-47.11 wt%)、低Al₂O₃(0.21-0.81 wt%)和Ca O(0.41-1.03 wt%)等高度难熔的地球化学特征。橄榄石Fo(90.6-91.6)和尖晶石Cr#(56.7-64.8),以及全岩重稀土元素(HREE)模拟计算显示方辉橄榄岩代表高程度(>25%)熔体抽取后的残余地幔。结合普遍出现的单斜辉石和贱金属硫化物,相对富集的全岩大离子亲石元素(LILE)、轻稀土元素(LREE)和PPGE(Rh,Pt,Pd)特征表明地幔橄榄岩经历了熔体交代作用。基于细致的微观结构观察,在方辉橄榄岩中识别出3期熔体-岩石反应:(1)熔体参与的不一致熔融;(2)熔体与高度难熔的方辉橄榄岩相互作用形成单斜辉石、贱金属硫化物和尖晶石等;(3)低温低压再平衡形成单斜辉石-尖晶石后成合晶。依据熔体-岩石反应形成的矿物组合、尖晶石的化学组成、及单斜辉石平衡熔体的微量元素特征,推断熔体为硫饱和的FAB质熔体。方辉橄榄岩成因记录了加勒比板块岩石圈地幔的形成和改造过程。普遍存在的熔体-岩石反应可能造就了地幔岩石矿物组成和化学组成的不均一性。(3)莫阿-巴拉科阿铬铁矿体被纯橄岩壳包裹,呈透镜状产于地幔方辉橄榄岩之中。铬铁矿由块状和少量的浸染状样品组成,显示贫TiO₂(0.02-0.15 wt%)和高Al(Cr#=42.5-54.7)特征。在块状样品中,铬尖晶石颗粒兼具高温高压(例如密集的单斜辉石针状出溶体和强烈的塑性变形)和低温低压印记(例如角闪石和金云母包裹体)。浸染状样品中铬尖晶石未显示高温高压特征。原生矿物包裹体类型,铬尖晶石和橄榄石的主微量元素组成表明铬铁矿母岩浆具有含水、低Ti O₂及高氧逸度特征。结合铬铁矿中广泛存在的壳源碎屑锆石及显著亏损的PPGE,母岩浆的物理化学属性暗示其起源于受流体交代和地壳物质混染的亏损地幔。块状样品中铬尖晶石的高温高压印记、塑性变形和再生长等结构,以及橄榄石包裹体高Fo(95.4-97.2)和NiO(0.70-1.12 wt%),表明铬尖晶石经历了复杂的结晶和/或重结晶作用。研究提出,部分铬尖晶石形成于相对较深的地幔环境,可能随着母岩浆向上迁移,同浅部结晶的铬尖晶石一起在地幔浅部聚集成矿。(4)地幔橄榄岩和铬铁矿中发现超高压矿物(金刚石)、超还原矿物(碳硅石、自然铁、方铁矿)、壳源矿物(锆石、金红石、绿辉石、石榴石、刚玉等)组合。辉长岩、地幔橄榄岩、及铬铁矿的成因共同指示莫阿-巴拉科阿蛇绿岩代表弧前扩张过程中新生的大洋岩石圈,形成于早白垩世古加勒比板块向加勒比板块之下初始俯冲的环境。在这样的背景之下,壳-幔相互作用影响着大洋岩石圈的形成。例如,随着俯冲作用的进行,俯冲板片释放的流体交代上覆地幔楔,诱发亏损地幔部分熔融,形成具有FAB和岛弧性质的洋壳、难熔的岩石圈地幔、及豆荚状铬铁矿。同时,地幔橄榄岩和铬铁矿中的特殊矿物组合和层状辉长岩中的壳源继承锆石表明新生的俯冲带是壳-幔物质交换的重要场所。尽管这些稳定条件不尽相同的矿物同时出现在地幔橄榄岩和铬铁矿中的机制仍需要进一步的研究,层状辉长岩中最年轻的继承锆石年龄暗示壳源物质进入地幔再循环到洋壳这一过程可能仅需约20Myr。