基性和超基性巖蛇紋石化的機(jī)理及成礦潛力

1、基性和超基性巖蛇紋石化的機(jī)理及成礦潛力摘要：蛇紋石化是指基性巖（例如玄武巖）和超基性巖（橄欖巖、科馬提巖等） 的一種水熱蝕變，主要產(chǎn)物為蛇紋石、水鎂石、滑石、磁鐵礦和氫氣?；曰虺?基性巖發(fā)生蛇紋石化后形成蛇紋巖，礦物組成主要是蛇紋石。蛇紋石化作用有兩 類：一是由含鎂高的硅酸鹽礦物（如橄欖石、斜方輝石等）受熱液蝕變而成，主 要發(fā)生在基性一超基性巖中；二是由熱液中帶入二氧化硅等，與圍巖中氧化鎂結(jié) 合形成蛇紋巖或蛇紋石化大理巖，主要發(fā)生在鎂質(zhì)碳酸鹽類巖石（如白云巖和白 云質(zhì)石灰?guī)r）中。本文分析了基性和超基性巖蛇紋石化的機(jī)理及成礦潛力。關(guān)鍵詞：超基性；巖蛇紋石化；機(jī)理；成礦蛇紋石是含水礦物，其水含量

2、高達(dá)13%，可在溫度V650C，壓力小于5GPa 時(shí)保持穩(wěn)定。隨著板塊俯沖的進(jìn)行，蛇紋石被帶到深部。高溫時(shí)蛇紋石容易分解， 產(chǎn)生水、橄欖石等。蛇紋石分解產(chǎn)生的水可能對(duì)島弧巖漿的形成有重要作用。此 外，蛇紋石富，可高達(dá)0.6%。值得一提的是，鐵礦、銀礦等礦床可賦存于蛇紋巖 中，這表明蛇紋石化可能造成成礦元素的遷移和富集。一、巖蛇紋石化的機(jī)理熱力學(xué)研究。蛇紋石化超基性巖可作為：一是氫基一微生物群落；二是地殼 內(nèi)非生物聚合生成甲烷和其他烷烴的一個(gè)潛在環(huán)境。這兩個(gè)過程均依賴于強(qiáng)還原 條件和蛇紋石化作用期間的生成作用，其主要是水同超基性巖中富二價(jià)鐵礦物的 反應(yīng)。雖然超基性巖礦物在水存在的地幔高溫和高壓條

3、件下是熱力學(xué)穩(wěn)定的，但 當(dāng)其暴露在近地表低溫環(huán)境和與水發(fā)生反應(yīng)時(shí)它們將變得不穩(wěn)定。反應(yīng)產(chǎn)物以蛇 紋石集合體占優(yōu)勢(shì)，同時(shí)伴隨有磁鐵礦和水鎂石或滑石以及許多副礦物：銘鐵礦， 硫化物和天然金屬合金。雖然這些礦物僅占很小的比例，但它們提供了蛇紋石化 作用期間物理和化學(xué)環(huán)境的臨界信息，并可作為非生物合成反應(yīng)的催化劑。蛇紋 石化作用使橄欖石和輝石中的鐵反應(yīng)生成，反應(yīng)中二價(jià)鐵被水氧化成三價(jià)鐵，典 型沉淀物為磁鐵礦，同時(shí)氫從水中被還原。通過使用一些化學(xué)熱力學(xué)模型，研究 超基性巖在水巖反應(yīng)過程中溫度、水巖比例以及氫氧鎂石的固溶體熱力學(xué)性質(zhì)， 進(jìn)一步闡明了蛇紋石化機(jī)理和生成作用所受化學(xué)熱力學(xué)條件的潛在影響。結(jié)果表

4、 明，蛇紋石化作用期間，熱力學(xué)制約著在蝕變礦物產(chǎn)物中的分布和礦物的穩(wěn)定性， 礦物蝕變產(chǎn)物中作為溫度函數(shù)的分布特征是控制生成含量的主要因素。高溫蛇紋 石化作用的反應(yīng)速率快，但生成量受橄欖石和水溶液之間穩(wěn)定熱力學(xué)平衡的限制; 相反地，當(dāng)溫度低于150C時(shí)，生成作用受慢速率反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和受所進(jìn)入的水鎂 石分割區(qū)二者的限制，對(duì)蛇紋石化作用過程有很重要的指示意義。蛇綠巖在海洋地殼構(gòu)造變形運(yùn)動(dòng)下分布于陸地上，蛇綠巖中的強(qiáng)還原性礦 物在水參與的蝕變過程中，可以產(chǎn)生無機(jī)自養(yǎng)生物生存所需要的能量和還原能力。 蛇綠巖中最初的橄欖石和輝石礦物間存在化學(xué)上的不平衡狀態(tài)，這種化學(xué)上的不 平衡狀態(tài)是一種潛在的化學(xué)能量，這種

5、化學(xué)能量可以保證生命的持續(xù)存在；而且 超基性巖中的水巖反應(yīng)導(dǎo)致的環(huán)境是有利于生命起源之前的重要無機(jī)過程。根據(jù) 光合作用的演化，地球早期的有機(jī)生物體依靠化能合成作用形成化學(xué)形式的代謝 能生存。類似的，在火星表面明顯缺失光合作用生物可以表明，如果現(xiàn)在火星上 存在生命，那么可以肯定這些生物體需要依靠化學(xué)形式的能量才能得以生存?；鹦谴髿鈱又屑淄榈陌l(fā)現(xiàn)使得人們對(duì)火星上現(xiàn)在或者過去存在生命的可能 性產(chǎn)生了很大興趣。探索生命的存在以及生物可居住的環(huán)境是人類對(duì)太陽系的探 測(cè)過程中兩個(gè)最基本的目的。要解決這些難題，首先要找到一種準(zhǔn)確的方法來確 定火星上富含甲烷的來源以及甲烷形成的詳細(xì)過程。甲烷可能是生物來源的，

6、同 樣也可能是火星內(nèi)部水文地球化學(xué)的產(chǎn)物。蛇紋石化是指富含橄欖石和輝石的巖 石與水之間反應(yīng)，可以生成磁鐵礦、氫氧化物以及蛇紋石礦物，還可以釋放能夠 為一系列光合作用生物體提供能量和電子來源的分子氫。由于在地球和火星未分 化的地殼中可能廣泛分布著強(qiáng)還原性礦物，因而通過深入研究蛇紋石化作用來模 擬地球和火星形成初期的生態(tài)系統(tǒng)。二、蛇紋石化的成礦潛力賦存于蛇紋巖中的鐵礦床是諸多鐵礦床類型中較少的一類，鐵礦體中的磁鐵 礦含量約50%60%，一種類型的磁鐵礦分散在葉蛇紋石中，平均顆粒大小約 200m ；另一種類型的磁鐵礦分散在蛇紋石化的純橄巖中，平均顆粒大小為1 2cm。該礦床的成因備受爭(zhēng)論，認(rèn)為礦化和

7、早期海洋環(huán)境中的蛇紋石化有關(guān)，蛇 綠巖中的磁鐵礦細(xì)脈的寬度小于20cm，離鐵礦近的蛇紋石化方輝橄欖巖含約4% 的FeO,而離磁鐵礦遠(yuǎn)的蛇紋石化方輝橄欖巖含約8% FeO,這表明鐵礦中的Fe 來自方輝橄欖巖。相關(guān)的蛇紋石化實(shí)驗(yàn)表明，磁鐵礦在蛇紋石中呈彌散狀分布， 大小約120m。當(dāng)橄欖石全部蝕變時(shí)，只有約9.25%磁鐵礦形成，如此少量的 磁鐵礦很難形成鐵礦。但是，蛇紋石化實(shí)驗(yàn)是在封閉的體系中，溫度和壓力等外 界條件相對(duì)均一，可能和開放的地質(zhì)過程有所不同。一般來說，鎳的硫化物常以 小顆粒分散在蛇紋巖中，這些礦物在蛇紋巖中的含量較低，且很少能發(fā)生富集， 難以成為有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床。然而，仍有鎳礦床的形

8、成可能和蛇紋石化相關(guān)。例 如，鎳礦床賦存在蛇紋巖中，含0.4%0.7%的鎳，鎳主要富集在硫化物中，典 型的礦物組合包括鐵鎳礦、鎳紋石）、金屬、金屬、紫硫鎳鐵礦和針鎳礦。鎳礦 床中有兩種典型的硫化物，一種占據(jù)橄欖石的粒間空隙，為圓形，其礦物組成為 磁鐵礦、鐵鎳礦或其他的含鎳硫化物（幾乎無鐵硫化物）；另一種是以細(xì)粒分散 在蛇紋石中，顆粒大小約1100mm，其礦物組成和第一種含鎳硫化物相同，只 在蛇紋石中出現(xiàn)而在新鮮未蝕變的橄欖石并未出現(xiàn)。金在蛇紋石化產(chǎn)生的流體中 是活動(dòng)的。了金礦化和滑石菱鎂巖以及超基性圍巖的關(guān)系，認(rèn)為金來自于超基性 巖的水熱蝕變。水熱溶液交代超基性巖形成滑石菱鎂巖。金在滑石菱鎂巖

9、中較富 集，滑石菱鎂巖中的黃鐵礦和鉆的砷化物是主要的賦金礦物。蛇紋石化過程中金 的遷移和富集的過程如下：在巖漿過程中形成的硫化物或者砷化物以副礦物的形 式存在超基性巖中，早期的蛇紋石化流體呈酸性，可以溶解硫化物；金和溶液中 的Cl、S和As形成絡(luò)合物進(jìn)行遷移，隨著蛇紋石化的進(jìn)行，體系的氧逸度降低， 金沉淀并富集在磁鐵礦和次生硫化物中；晚期的蛇紋石和磁鐵礦發(fā)生碳酸鹽化形 成了滑石和碳酸鹽礦物，此時(shí)金主要富集在硫化物或者砷化物中。另外含鉆砷化 物礦床位于蛇紋巖圍巖的邊部，金主要富集在方鉆礦中，含量高達(dá)1200 x10 6, 而斜方砷鐵礦的金含量極低，蛇紋巖中的Ag礦可能和蛇紋石化過程相關(guān)。Ag礦 體 主要包含自然銀和Co-Fe砷化物。Ag的礦化發(fā)生在石英閃長(zhǎng)巖和蛇紋巖的 接觸帶，蛇紋巖是Ag的物質(zhì)來源。蛇紋石化可以出現(xiàn)在不同的構(gòu)造環(huán)境中，不同溫度、壓力條件下，由橄欖石 蝕變產(chǎn)生的蛇紋石和由輝石蝕變產(chǎn)生的蛇紋石成分的差異，以及不同巖性巖石蝕 變產(chǎn)物的對(duì)比值得關(guān)注，這有助于理解蛇紋石化過程的機(jī)理