基性和超基性岩蛇纹石化的机理及成矿潜力

1、基性和超基性岩蛇纹石化的机理及成矿潜力摘要：蛇纹石化是指基性岩（例如玄武岩）和超基性岩（橄榄岩、科马提岩等） 的一种水热蚀变，主要产物为蛇纹石、水镁石、滑石、磁铁矿和氢气。基性或超 基性岩发生蛇纹石化后形成蛇纹岩，矿物组成主要是蛇纹石。蛇纹石化作用有两 类：一是由含镁高的硅酸盐矿物（如橄榄石、斜方辉石等）受热液蚀变而成，主 要发生在基性一超基性岩中；二是由热液中带入二氧化硅等，与围岩中氧化镁结 合形成蛇纹岩或蛇纹石化大理岩，主要发生在镁质碳酸盐类岩石（如白云岩和白 云质石灰岩）中。本文分析了基性和超基性岩蛇纹石化的机理及成矿潜力。关键词：超基性；岩蛇纹石化；机理；成矿蛇纹石是含水矿物，其水含量

2、高达13%，可在温度V650C，压力小于5GPa 时保持稳定。随着板块俯冲的进行，蛇纹石被带到深部。高温时蛇纹石容易分解， 产生水、橄榄石等。蛇纹石分解产生的水可能对岛弧岩浆的形成有重要作用。此 外，蛇纹石富，可高达0.6%。值得一提的是，铁矿、银矿等矿床可赋存于蛇纹岩 中，这表明蛇纹石化可能造成成矿元素的迁移和富集。一、岩蛇纹石化的机理热力学研究。蛇纹石化超基性岩可作为：一是氢基一微生物群落；二是地壳 内非生物聚合生成甲烷和其他烷烃的一个潜在环境。这两个过程均依赖于强还原 条件和蛇纹石化作用期间的生成作用，其主要是水同超基性岩中富二价铁矿物的 反应。虽然超基性岩矿物在水存在的地幔高温和高压条

3、件下是热力学稳定的，但 当其暴露在近地表低温环境和与水发生反应时它们将变得不稳定。反应产物以蛇 纹石集合体占优势，同时伴随有磁铁矿和水镁石或滑石以及许多副矿物：铭铁矿， 硫化物和天然金属合金。虽然这些矿物仅占很小的比例，但它们提供了蛇纹石化 作用期间物理和化学环境的临界信息，并可作为非生物合成反应的催化剂。蛇纹 石化作用使橄榄石和辉石中的铁反应生成，反应中二价铁被水氧化成三价铁，典 型沉淀物为磁铁矿，同时氢从水中被还原。通过使用一些化学热力学模型，研究 超基性岩在水岩反应过程中温度、水岩比例以及氢氧镁石的固溶体热力学性质， 进一步阐明了蛇纹石化机理和生成作用所受化学热力学条件的潜在影响。结果表

4、 明，蛇纹石化作用期间，热力学制约着在蚀变矿物产物中的分布和矿物的稳定性， 矿物蚀变产物中作为温度函数的分布特征是控制生成含量的主要因素。高温蛇纹 石化作用的反应速率快，但生成量受橄榄石和水溶液之间稳定热力学平衡的限制; 相反地，当温度低于150C时，生成作用受慢速率反应动力学和受所进入的水镁 石分割区二者的限制，对蛇纹石化作用过程有很重要的指示意义。蛇绿岩在海洋地壳构造变形运动下分布于陆地上，蛇绿岩中的强还原性矿 物在水参与的蚀变过程中，可以产生无机自养生物生存所需要的能量和还原能力。 蛇绿岩中最初的橄榄石和辉石矿物间存在化学上的不平衡状态，这种化学上的不 平衡状态是一种潜在的化学能量，这种

5、化学能量可以保证生命的持续存在；而且 超基性岩中的水岩反应导致的环境是有利于生命起源之前的重要无机过程。根据 光合作用的演化，地球早期的有机生物体依靠化能合成作用形成化学形式的代谢 能生存。类似的，在火星表面明显缺失光合作用生物可以表明，如果现在火星上 存在生命，那么可以肯定这些生物体需要依靠化学形式的能量才能得以生存。火星大气层中甲烷的发现使得人们对火星上现在或者过去存在生命的可能 性产生了很大兴趣。探索生命的存在以及生物可居住的环境是人类对太阳系的探 测过程中两个最基本的目的。要解决这些难题，首先要找到一种准确的方法来确 定火星上富含甲烷的来源以及甲烷形成的详细过程。甲烷可能是生物来源的，

6、同 样也可能是火星内部水文地球化学的产物。蛇纹石化是指富含橄榄石和辉石的岩 石与水之间反应，可以生成磁铁矿、氢氧化物以及蛇纹石矿物，还可以释放能够 为一系列光合作用生物体提供能量和电子来源的分子氢。由于在地球和火星未分 化的地壳中可能广泛分布着强还原性矿物，因而通过深入研究蛇纹石化作用来模 拟地球和火星形成初期的生态系统。二、蛇纹石化的成矿潜力赋存于蛇纹岩中的铁矿床是诸多铁矿床类型中较少的一类，铁矿体中的磁铁 矿含量约50%60%，一种类型的磁铁矿分散在叶蛇纹石中，平均颗粒大小约 200m ；另一种类型的磁铁矿分散在蛇纹石化的纯橄岩中，平均颗粒大小为1 2cm。该矿床的成因备受争论，认为矿化和

7、早期海洋环境中的蛇纹石化有关，蛇 绿岩中的磁铁矿细脉的宽度小于20cm，离铁矿近的蛇纹石化方辉橄榄岩含约4% 的FeO,而离磁铁矿远的蛇纹石化方辉橄榄岩含约8% FeO,这表明铁矿中的Fe 来自方辉橄榄岩。相关的蛇纹石化实验表明，磁铁矿在蛇纹石中呈弥散状分布， 大小约120m。当橄榄石全部蚀变时，只有约9.25%磁铁矿形成，如此少量的 磁铁矿很难形成铁矿。但是，蛇纹石化实验是在封闭的体系中，温度和压力等外 界条件相对均一，可能和开放的地质过程有所不同。一般来说，镍的硫化物常以 小颗粒分散在蛇纹岩中，这些矿物在蛇纹岩中的含量较低，且很少能发生富集， 难以成为有经济价值的矿床。然而，仍有镍矿床的形

8、成可能和蛇纹石化相关。例 如，镍矿床赋存在蛇纹岩中，含0.4%0.7%的镍，镍主要富集在硫化物中，典 型的矿物组合包括铁镍矿、镍纹石）、金属、金属、紫硫镍铁矿和针镍矿。镍矿 床中有两种典型的硫化物，一种占据橄榄石的粒间空隙，为圆形，其矿物组成为 磁铁矿、铁镍矿或其他的含镍硫化物（几乎无铁硫化物）；另一种是以细粒分散 在蛇纹石中，颗粒大小约1100mm，其矿物组成和第一种含镍硫化物相同，只 在蛇纹石中出现而在新鲜未蚀变的橄榄石并未出现。金在蛇纹石化产生的流体中 是活动的。了金矿化和滑石菱镁岩以及超基性围岩的关系，认为金来自于超基性 岩的水热蚀变。水热溶液交代超基性岩形成滑石菱镁岩。金在滑石菱镁岩

9、中较富 集，滑石菱镁岩中的黄铁矿和钻的砷化物是主要的赋金矿物。蛇纹石化过程中金 的迁移和富集的过程如下：在岩浆过程中形成的硫化物或者砷化物以副矿物的形 式存在超基性岩中，早期的蛇纹石化流体呈酸性，可以溶解硫化物；金和溶液中 的Cl、S和As形成络合物进行迁移，随着蛇纹石化的进行，体系的氧逸度降低， 金沉淀并富集在磁铁矿和次生硫化物中；晚期的蛇纹石和磁铁矿发生碳酸盐化形 成了滑石和碳酸盐矿物，此时金主要富集在硫化物或者砷化物中。另外含钻砷化 物矿床位于蛇纹岩围岩的边部，金主要富集在方钻矿中，含量高达1200 x10 6, 而斜方砷铁矿的金含量极低，蛇纹岩中的Ag矿可能和蛇纹石化过程相关。Ag矿 体 主要包含自然银和Co-Fe砷化物。Ag的矿化发生在石英闪长岩和蛇纹岩的 接触带，蛇纹岩是Ag的物质来源。蛇纹石化可以出现在不同的构造环境中，不同温度、压力条件下，由橄榄石 蚀变产生的蛇纹石和由辉石蚀变产生的蛇纹石成分的差异，以及不同岩性岩石蚀 变产物的对比值得关注，这有助于理解蛇纹石化过程的机理