伊朗蛇绿岩铬铁矿中铂族元素的分布及其地球化学控制因素

伊朗蛇绿岩带铬铁矿铂族元素（PGE）分布规律及地球化学特征研究，通过全岩PGE分析、Os同位素示踪和分形建模，揭示高Cr铬铁矿富集IPGE（Os,Ir,Ru）与SSZ构造环境相关，高Al铬铁矿富集PPGE（Pt,Pd,Rh）与后弧盆地熔岩活动相关，分形模型有效识别矿化阈值，证实 mantle来源及熔融历史，为区域PGE勘探提供新方法。

　　

Ghasem Nabatian|Songjian Ao|Peyman Afzal|Rasoul Esmaeili|Mohammad Ebrahimi

伊朗赞詹大学理学院地质系

摘要

层状和豆状铬铁矿矿床主要分布在基性-超基性岩石中，是铬（Cr）和铂族元素（PGE）的重要载体。本研究全面分析了伊朗不同蛇绿岩复合体中铬铁矿矿床中PGE的分布、浓度和地球化学特征，这些蛇绿岩复合体属于特提斯造山带的一部分。伊朗的蛇绿岩主要形成于中生代，形成于俯冲带之上（SSZ）的环境中，其中包含高铬铬铁矿和较少见的高铝铬铁矿。通过158个样品的全岩PGE地球化学分析、ReOs同位素分析以及浓度-数量（CN）分形建模，本研究揭示了这些铬铁矿的地球化学特征。结果显示PGE浓度存在显著差异，总ΣPGE范围从16到5183 ng.g^?1不等。高铬铬铁矿通常富含铱族PGE（IPGE：Os、Ir、Ru），与俯冲带之上的玻尼岩浆有关；而高铝铬铁矿则与弧后或新生扩张中心的MORB样岩浆有关，显示出相对富集的钯族PGE（PPGE：Pt、Pd、Rh）。分形建模有效识别出了矿化阈值，其中PGE和Pt的显著矿化浓度分别达到≥316 ng.g^?1和≥18 ng.g^?1，主要分布在Sikhuran、Neyriz、Faryab和Sabzevar矿床中。ReOs同位素组成证实了这些铬铁矿来源于地幔，并具有熔体耗尽的特征。研究表明，PGE的分布主要受部分熔化程度、熔体-岩石相互作用以及地幔源中硫饱和度的控制。这项工作为区分富PGE和贫PGE的铬铁矿建立了可靠的地球化学框架，为伊朗及类似特提斯地带的未来区域勘探策略提供了宝贵的见解。

引言

层状和豆状铬铁矿矿床中含有铬和铂族元素（PGE），主要分布在基性和超基性岩石组合中。全球许多研究人员对蛇绿岩复合体中的铬铁矿和PGE矿化进行了研究（例如，Barnes, 1990; Pedersen et al., 1993; Nakagawa and Franco, 1997; Moreno et al., 1999; Barnes and Roeder, 2001; Andrews and Brenan, 2002; Ahmed and Arai, 2003; Garuti, 2004; Rollinson, 2008; Prichard et al., 2008a, Prichard et al., 2008b; Jannessary et al., 2012; Ahmed, 2013; Kiseleva and Zhmodik, 2017）。在豆状铬铁矿矿床中，铬（Cr）是主要资源，而铂族元素作为次要成分存在。在一些蛇绿岩复合体中，PGE的浓度较高，达到2至20 ppm。这种富集现象尤其在分隔海洋地幔和海洋地壳的“过渡带”中的铬铁矿以及最低累积层序中更为明显（Jannessary et al., 2012）。Ahmed and Arai (2002)、Leblanc (1991)、Barnes et al. (1985) 和 Page and Talkington (1984) 指出，尽管PGE在大多数超基性岩石中通常以微量存在，但在相关的铬铁矿和硫化物矿床中可以积累到可检测的水平。根据地球化学特征，PGE被分为两个不同的亚组：铱族（IPGE），包括铱（Ir）、锇（Os）和钌（Ru）；以及钯族（PPGE），包括铂（Pt）、铑（Rh）和钯（Pd）（Barnes et al., 1985）。铱族PGE在铬铁矿中的浓度较高，而钯族PGE则更常与硫化物矿物相关，并表现出亲硫行为（Zhou et al., 1998; Naldrett and Von Gruenevaldt, 1989; Ahmed and Arai, 2003）。

铂族矿物（PGM）与铬铁矿矿化以及各种地质构造中的岩浆硫化物矿床之间存在关联，包括蛇绿岩复合体、阿尔卑斯型橄榄岩、大陆内部层状基性侵入体和阿拉斯加型复合体（Chaumba, 2022; Su et al., 2021）。普遍认为，豆状铬铁矿中PGE的富集主要是由于PGM的存在，这些矿物以微小颗粒的形式包裹在铬铁矿晶体中，部分也存在于铬铁矿基质的硅酸盐成分中（Stockman and Hlava, 1984; Locmelis et al., 2011; Park et al., 2012; Pagé et al., 2012; Tsoupas and Economou-Eliopoulos, 2021）。

特提斯造山带的中生代蛇绿岩复合体中的豆状铬铁矿是铬（Cr）的重要来源，是勘探PGE的有希望的目标。东南欧和西亚的铬铁矿矿床，特别是在希腊、阿尔巴尼亚、前南斯拉夫、土耳其和伊朗地区，已经进行了大规模的采矿活动。伊朗各地的铬铁矿和PGE矿化现象已被大量报道，这些矿床的地质特征及其经济重要性也在众多出版物中有所描述（Weber-Diefenbach and Davouadzadeh, 1998; Rajabzadeh, 1998; Yaghubpur and Hassannejad, 2006; Najafzadeh et al., 2008; Rajabzadeh and Moosavinasab, 2012; Jannessary et al., 2012; Soleimani and Jodeiri Shokri, 2016; Eslami et al., 2015, Eslami et al., 2023）。

伊朗的主要铬铁矿矿床位于蛇绿岩复合体中，通常与蛇纹石化橄榄岩（如蛇纹石化哈茨堡岩和杜纳岩）相关。根据先前的研究（Najafzadeh et al., 2008; Jannessary et al., 2012; Rajabzadeh et al., 2013; Moghadam et al., 2015; Najafzadeh and Ahmadipour, 2016; Soleimani and Jodeiri Shokri, 2016; Zaeimnia et al., 2017; Taghipour and Ahmadnejad, 2018; Eslami et al., 2015, Eslami et al., 2023; Azimi et al., 2025），大多数伊朗豆状铬铁矿矿床的特点是高铬含量，矿床岩性为哈茨堡岩和杜纳岩，与玻尼岩浆作用有关，并处于俯冲带之上（SSZ）的构造环境中。值得注意的是，Nain、东部Khoy、Sabzevar蛇绿岩中的Baghjar-Kuh Siah、Tange Hana和Bandan铬铁矿矿床属于这一模式的例外（表1）。根据Jannessary et al. (2012) 的研究，伊朗有四个重要的铬铁矿采矿区，包括伊朗东北部（Sabzevar）、南部（Hormozgan，其中包含Faryab和Esfandagheh的重要矿场）、西南部（Neyriz，法尔斯省）和东南部（Makran带，俾路支斯坦）（图1）。伊朗的铬铁矿矿床主要以铬为主要成分；然而，其中一些矿床也含有可提取的宝贵副产品的PGE。有时，这些副产品的含量较高，使其被视为主要资源，而铬则被视为副产品。尽管已有多项研究调查了伊朗特定铬铁矿区（如Sabzevar、Nain和Esfandagheh地区）的PGE分布（例如，Jannessary et al. (2012); Rajabzadeh and Moosavinasab (2012); Taghipour and Ahmadnejad (2018); Grieco et al. (2020); Eslami et al. (2023)），但对伊朗所有铬铁矿矿床中PGE分布的全面了解仍然不足。

数学方法，特别是分形建模，是更好地解释地质事件的合适工具。分形建模已被广泛用于根据不同的属性（如地球化学、地球物理和矿化作用）划分地质区域（Mandelbrot, 1983; Cheng et al., 1994; Agterberg, 1995; Li et al., 2003; Zuo et al., 2009; Afzal et al., 2011, Afzal et al., 2012, Afzal et al., 2023; Pourgholam et al., 2025）。这种方法基于区域化变量（如矿石品位）与占据的几何空间（如面积、周长和体积）之间的反向关系（Cheng, 1999; Zuo et al., 2013; Koohzadi et al., 2021; Mahdizadeh et al., 2022; Heidari et al., 2024; Sadeghi, 2024; Saadati et al., 2025）。

本研究旨在探讨伊朗蛇绿岩复合体中铬铁矿矿床中PGE的分布和浓度。此外，本研究还旨在完善关于伊朗蛇绿岩中PGE浓度及其地球化学特征的现有数据库。研究旨在建立一个概念框架，以促进PGE的区域勘探。本研究采用了分形建模，并将其与地质特征相结合，以识别不同的模式。结果有效地根据元素组成区分了铬铁矿矿床中的PGE矿化现象。分形建模的应用，结合地球化学特征，有助于更深入地理解指示主要金属存在的地球化学性质。这种方法有助于对伊朗铬铁矿矿床中的PGE矿化进行分类和理解。

伊朗蛇绿岩的地质环境和铬铁矿矿化

伊朗的蛇绿岩复合体是特提斯蛇绿岩带的一部分，位于中东地区。这些复合体与亚洲其他蛇绿岩带相连，包括东部的西藏和巴基斯坦的蛇绿岩，以及地中海地区的蛇绿岩，包括希腊的特罗多斯山脉和西部的土耳其（Yaghubpur and Hassannejad, 2006; Hassanipak and Ghazi, 2000）。伊朗的蛇绿岩被分为古生代和

铂族元素（PGE）和ReOs同位素组成

铬铁矿样品采集自东部Khoy、Takab、Faryab、Sabzevar、Nain-Baft和Rash矿床的地表露头。对于PGE和Re-Os同位素组成，样品的50 mg量在5 mL特氟龙试管中依次用浓盐酸（HCl）、硝酸（HNO₃）和氢氟酸（HF）进行消化。消化后的物质蒸发至干燥，然后再次溶解在HCl中并再次蒸发至干燥。剩余物随后被溶解

全岩PGE地球化学

表2、表3和表4展示了伊朗超基性复合体中与PGE矿化相关的铬铁矿矿床的独特特征。本研究全面回顾了来自136个高铬和22个高铝铬铁矿样品的全岩PGE数据（部分PGE值低于检测限）。图2 A-O显示了伊朗铬铁矿矿床的球粒陨石标准化（Jochum, 1996）PGE蜘蛛图。东部Khoy蛇绿岩位于

伊朗铬铁矿的地球化学意义和地质动力学环境

研究表明，高铝铬铁矿是通过富集地幔物质与富铝的托莱岩浆在海洋开放期间相互作用形成的，特别是在中洋脊或俯冲带之上的弧后盆地环境中（Zhou and Robinson, 1997）。另一方面，高铬铬铁矿是通过贫化地幔物质与高镁的玻尼岩浆相互作用形成的，这表明了特定的地质过程发生在俯冲带之上

结论

这项关于伊朗蛇绿岩铬铁矿中PGE的综合性研究得出了几个关键结论：

1.

地质动力学对铬铁矿类型的控制：

伊朗蛇绿岩复合体中的铬铁矿组成主要受其地质动力学环境、部分熔化程度、熔体-岩石相互作用以及地幔源中硫饱和度的控制。主要的高铬铬铁矿与俯冲带之上（SSZ）环境中形成的玻尼岩浆有关

CRediT作者贡献声明

Ghasem Nabatian：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、数据管理、概念化。Songjian Ao：撰写——初稿、资源、概念化。Peyman Afzal：撰写——初稿、软件、方法论。Rasoul Esmaeili：撰写——初稿、调查。Mohammad Ebrahimi：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、调查。

未引用参考文献

Zaigham and Mallick, 2000

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。

致谢

作者衷心感谢伊朗赞詹大学提供的野外研究支持。这项工作得到了伊朗国家科学基金会（INSF）和中国国家自然科学基金会（NSFC）的联合研究资助 [资助编号 4012970（给Ghasem Nabatian）和 42261144673（给Songjian Ao）。