超基性岩的蛇纹石化和碳酸盐化耦合关系

大洋中脊超基性岩的蛇纹石化是普遍的地质过程,反应产生了蛇纹石、水镁石、磁铁矿等并释放氢,该过程可为洋中脊化能自养型微生物提供能量和生命物质,是生命起源主要的水岩变质反应。然而,在生命起源初期全球高浓度的CO_2使超基性岩(包括科马提岩)同时发生蛇纹石化和碳酸盐化,这种情况下初始生命物质的产生机制与在洋中脊热液环境中截然不同。本文结合近年来有关超基性岩蛇纹石化和碳酸盐化的研究成果,系统介绍了贫CO_2和富CO_2条件下,超基性岩的蚀变机制、化学反应、蛇纹石化和碳酸盐化的耦合关系,以及氢气释放的有效途径及其制约因素,以增进对初始生命物质来源和生命起源演化的理解。     

蛇纹石化作用与地球生命起源/演化的痕迹

对蛇纹石化超基性岩寄主生物圈的研究,有望获得地球上古老而独特的前生命/生命有机质成因和演化的重要信息。本文综述了探索火星过去生命和地球古老沉积岩生命起源/演化证据的质疑和争论、相关分析方法和技术的应用。论述了超基性岩蛇纹石化作用生成分子氢,并通过费-托聚合反应生成烷烃的基础理论及其与生命起源/演化的相关性,简述了鉴别蛇纹石化超基性岩中有机质来源的烷烃的碳、氢同位素组成和分布模式,有机质的同位素和分子生物学特征。超基性岩蛇纹石化生成非生物成因烷烃与其他有机化合物,为化能自养微生物群落提供了所需要的能量和初始物质,是生命起源最重要的变质水化反应。超基性岩蛇纹石化作用通常发生在缓慢扩张洋中脊系统、大陆蛇绿岩系统等构造环境。生物过程和非生物过程的叠加,给鉴别蛇纹岩寄主生态系统的生物成因有机质带来严峻挑战。     

蛇纹石化的初期状态

从一些实验的结果得知:在OS系例中,纤蛇纹石(Chrysotite)的生长机理如图所示。首先,经过20—30分钟的水热反应,在橄榄石的衷而生长了数目厚的蛇纹石膜状晶体,与此同时,晶体还发生了弯曲,这川作用与溶液的pH值有关。在碱性介质中,从开始生长     

蛇纹石化气体的地球化学特征

<正>研究的样品橄榄岩发生了非常强烈的蛇纹石化作用,主要蚀变产物为蛇纹石,在后期也发生了碳酸盐化形成碳酸盐矿物。蛇纹石化橄榄岩的主要矿物组合为利蛇纹石和磁铁矿。采用岩石样品分段加热脱气装置,将粉末样品装入石英玻璃管,先加热150℃脱去风化和表面残余有机质的影响,再从200℃~400℃~600℃~800℃~1000℃分段加热,每个温度点恒温40min,分步冷阱脱水和气体高温裂解,并     

蛇纹石化橄榄岩的有机化合物与生物成因性探索

超基性岩蛇纹石化为化能自养微生物群落提供了所需要的能量和初始物质,是生命起源最重要的变质水化反应。研究显示,蛇纹石化橄榄岩中有两种来源的有机化合物,一是蛇纹石化期间,在还原和高浓度H_2条件下,通过费-托合成反应产生的非生物成因有机化合物;另一是海洋有机质热降解和/或包含微生物活动残留的有机化合物。但要确定后者与生命演化的相关性和同生性,尚缺乏必要和充分的证据。     

青海茫崖超镁铁质岩蛇纹石化作用的氢氧同位素研究

对青海茫崖石棉矿床中的蛇纹岩和纤蛇纹石石棉进行了氢氧同位素分析,蛇纹岩的δ~(18)O为+5.9—+7.5‰,δD为—115——133‰,纤蛇纹石石棉的δ~(18)O为+7.4—+8.9‰,δD为—115——136‰。共生蛇纹石-磁铁矿同位素温度表明各种蛇纹岩的形成温度为210—320℃,纤蛇纹石石棉为120—170℃。超镁铁质岩的蛇纹石化作用是多阶段的,蛇纹石化作用的水可能以具有一定盐度、CO_2分压较高的深循环大气变质水为主。蛇纹石作用发生在大陆环境中,纤蛇纹石石棉是在蛇纹石化最后阶段于近地表环境中形成的。     

碳酸盐成岩作用与沉积矿产

碳酸盐成岩作用和成岩环境的研究不只是一个理论问题,而且具有重要的实际意义。多年来,许多研究者都试图应用这个理论去解决一些实际问题。例如,成岩作用与油气的关系(Lowry,1956;Scholten,1959;Wilson,1977);成岩作用与沉积矿产关系(Taupitz,1954等);成岩作用与古地理和地层的对比(Dunham,J.B.1978等)。下面对这些问题作一些简要介绍。一、碳酸盐成岩环境与油气自沉积作用之后,在成岩作用过程中,分散的油气要运移到一定的部位,构成工业油气。这个过程正好发生在成岩作用过程中。显然,成岩作用的过程对油的聚集和分布有着明显的影响。     

论超基性岩体的蛇纹石化问题

蛇纹石化是超基性岩体发育最广泛的蚀变现象,它实质上是由不含水的铁镁质硅酸盐—橄榄石、辉石等蚀变为含水的硅酸盐—蛇纹石的过程。鉴于超基性岩体是许多重要矿产(如铬、镍、钴、铂、金刚石、石棉等)的母岩,而其本身的蚀变现象对原岩岩性的恢复、矿床的分布和富集都有影响。因此对蛇纹石化的机理进     

蛇纹石化橄榄岩的氧化-还原特征

蛇纹石化橄榄岩是温都尔庙蛇绿岩套中最为重要的岩石类型,主要矿物组合为蛇纹石+碳酸盐矿物+磁铁矿+滑石。富SiO_2流体的加入,促使岩石进一步发生蛇纹石化作用而缺失水镁石。穆斯堡尔谱测量揭示了铁元素化学种的分布特征,蛇纹石化程度与氧化-还原特征的相关性。蛇纹石化橄榄岩含铁总量和Fe~(3+)的分布与磁铁矿和蛇纹石密切相关,Fe~(3+)以分布于蛇纹石中占优势。这对正确估算蛇纹石化过程中H_2的生成量有十分重要的意义,对估算俯冲带Fe~(3+)输入和评估原生地幔岩的蛇纹石化作用有重要参考价值。     

碳酸盐沉积物的成岩作用

化学沉淀碳酸盐矿物在沉积后很容易受到各种作用的影响,其中最重要的是其在成岩阶段所经历的成岩作用.碳酸盐沉积物在成岩过程中主要受大气降水、海水和埋藏过程中孔隙流体的控制,经历一系列压实、溶解、矿物的多相转变、重结晶、胶结等成岩作用,逐渐转变为固结的岩石.在成岩过程中,由于孔隙流体与沉积流体之间的异同以及温度的变化,碳酸盐沉积物的原始矿物成分、地球化学特征可能会很好的保存下来,但在许多情况下,也可能会改变,从而使我们无法准确反演碳酸盐沉积物在沉积时水体的特征.因此,我们在应用碳酸盐岩重建相关古环境和古气候变化的时候,必须要通过有效的方法来对碳酸盐岩是否受到成岩作用的影响进行鉴定.     

碳酸盐成岩作用研究现状与前瞻

碳酸盐成岩作用是沉积学最为活跃的领域之一,与之有关的研究成果会直接影响人们对碳酸盐油气储层形成机制和层控矿床形成机制的理解。近年来,碳酸盐成岩作用在多个领域取得了令人瞩目的研究成果,主要包括以下几个方面:(1)实验室沉淀白云石获得成功:人们模拟海水(泻湖)条件下的细菌硫酸盐还原环境,在常温下沉淀出具有序反射的白云石。(2)热液白云化作为新的主流模式成为关注的热点:人们已认识到热液白云岩储层、沉积-喷流型铅锌矿床和Mississippi河谷型铅锌矿床具有共同的形成机制,它们均受构造(伸展、走滑构造)和热流体流动的强烈控制。(3)深埋藏条件下封闭系统的白云化作用受到关注:一些对油气储集空间和层控矿床有较大意义的白云化作用主要是在相对封闭条件下发生的,在对岩石储集空间的变化的贡献上以及在相应的地球化学指标上不同于开放条件下的白云化作用。(4)混合水白云化模式受到质疑:人们重新研究了作为混合水白云化典型地点的美国威斯康星弧碳酸盐的成岩作用,根据流体包裹体分析、阴极发光分析、偏光显微镜观察及稳定同位素分析等方法并结合有机物成熟度的数据,得出威斯康星弧与白云化有关的水-岩相互作用是由与温度升高有关的浓卤水导致的,白云化作用是热水成岩作用的结果。(5)淡水环境的成岩机制受到挑战:新近研究证明,大范围的低位体系域中可以没有具化学活性的淡水透镜体,海水环境同样可以产生成熟的石灰岩,细菌硫酸盐还原作用可以引起海水对碳酸盐的不饱和。(6)锶同位素在海相碳酸盐研究中的广泛应用:由于锶同位素不像氧、碳同位素那样因温度、压力和微生物作用而分馏,矿物可直接反映流体的同位素组成,地质历史中海水锶同位素组成也具有独特的长期变化趋势,这使得海相碳酸盐的锶同位素组成在沉积期后流体示踪中得到广泛应用。(7)硫酸盐还原作用对碳酸盐成岩作用的影响受到重视:如BSR和TSR可减小SO42-对白云石沉淀(或白云化)的动力学屏障,其产物H2S和CO2可在不同条件下对碳酸盐储层产生影响,BSR和TSR可提高成岩流体锶含量,甚至在形成天青石矿床中也具极大的潜在价值。     

关于超基性岩蛇纹石化的几个问题

超基性岩中产有重要的金属矿床及非金属矿床,它又普遍存在蛇紋石化現象。要辨認蛇紋石化超基性岩的原岩,并寻找与其有关的矿产,常常会遇到蛇紋石化的問題。因此,对蛇紋石化的研究具有实际意义。对蛇紋石化研究的历史已經很久了,然     

云冈石窟砂岩中碳酸盐胶结物化学风化及相关文物病害研究

云冈石窟地区云冈组上段砂岩中碳酸盐胶结物的含量普遍在10%以上,其主要矿物成分为含铁方解石和含铁白云石。在碳酸盐胶结物化学风化过程中发生的化学反应包括碳酸盐矿物溶解、Fe2+ 离子氧化及Fe3+ 离子水解,以及石膏、泻利盐、水碳镁石、球碳镁石等矿物结晶。水、砂岩中裂隙和层理发育、大气污染等是影响碳酸盐胶结物化学风化的主要外因。碳酸盐胶结物化学风化引发了多种文物病害,对云冈石窟的文物价值造成严重破坏。      

叶尼赛山梁碳酸盐沉积中的层状铅-锌矿化作用

叶尼赛山梁分布有大面积的多金属矿化作用,矿化赋存于前寒武纪固定的岩性地层层位中,因为矿化层剖面中的矿石类型与简单的矿石矿物成分相同,且矿化不受侵入岩影响,所以在研究叶尼赛山梁矿床时,研究铅-锌矿化和多金属黄铁矿化作用吋,将这种顺层的矿化做为层状矿化的代表,具有广泛的意义。众所周知,最近几年来,由于层状矿床的储量和有色金属的开采量剧增,人们对于多金属层状矿床的研究颇感兴趣,虽然出现了许多涉及到层状矿床的著作,但是关于矿     

橄榄岩蛇纹石化过程中氢气和烷烃的形成

蛇纹石化过程中形成氢气、烷烃和有机酸,为海底热液区生命活动提供物质和能量来源,可能对地球和其他行星早期生命起源和演化有重要影响。目前关于蛇纹石化过程中氢气和烷烃形成的研究大多以橄榄石为初始物,且温度和压力较低(≤300℃,500bar)。本研究通过一系列的水热实验,研究300~500℃、1~3kbar时橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、橄榄岩、玄武岩以及玄武岩与橄榄岩混合物发生蛇纹石化反应后氢气和烷烃的生成。300℃、3kbar时,橄榄石蛇纹石化后产生的氢气远大于辉石蚀变后产生氢气的量。随着温度的增加,400~500℃、3kbar时,橄榄石蚀变程度极低,产生氢气的量低于斜方辉石。单斜辉石实验后没有发生蚀变,不产生氢气和烷烃。400~500℃、3kbar时,橄榄岩蛇纹石化后产生的氢气和烷烃远高于橄榄石、斜方辉石和单斜辉石。玄武岩蛇纹石化后生成氢气和甲烷的量低于橄榄岩,但与玄武岩和橄榄岩混合物相当。这是因为玄武岩的单斜辉石蚀变后形成富铁的透辉石(~8.1%FeO),透辉石的Fe以Fe2+为主,这降低了Fe3+和氢气的量。以上表明,橄榄岩的蛇纹石化不同于橄榄石和斜方辉石。不仅是海底热液蚀变产生氢气和甲烷,洋壳俯冲过程中地幔楔橄榄岩蛇纹石化也会生成氢气和甲烷,但由于洋壳玄武岩的加入,氢气和甲烷的量会远小于橄榄岩蚀变时的量。     

一种特殊的玉器材料蛇纹石化纯橄榄岩

对一种特殊的玉器材料采用珠宝玉石常规鉴定、岩石薄片偏光显微镜鉴定、红外光谱分析和X射线粉晶衍射分析的研究,其玉石材料为蛇纹石化纯橄榄岩。提出了使用放大镜检查与红外光谱分析相结合的综合鉴定方法。     

蛇纹石化过程中铁活动性的高温高压实验研究

蛇纹石化过程中铁的活动性影响铁氧化物的形成和体系的氧逸度。然而,关于橄榄岩蛇纹石化过程中各矿物(橄榄石、斜方辉石和单斜辉石)蚀变过程中铁的活动性仍没有详细的研究。本文报道了80~200℃、饱和蒸气压下,不同的初始流体、水岩比条件下,橄榄岩蛇纹石化过程中铁的活动性。结果表明,蛇纹石化流体的铁含量较低(0.0~0.7mmol/kg),没有形成铁氧化物或铁氢氧化物,铁主要富集在蛇纹石和未反应的初始矿物中(例如,橄榄石和辉石)。由橄榄石蚀变形成的蛇纹石和由斜方辉石蚀变生成的蛇纹石化学组成相差较大,前者富铁而贫铝,后者贫铁而富铝。但当初始流体为碱性的0.5mol/L Na Cl(aq)时,两种不同来源的蛇纹石组成相差不大。尤为重要的是,单斜辉石蚀变生成的蛇纹石铁含量较高,8.1%~10.2%Fe O,远高于单斜辉石的铁含量(2.6%Fe O)。以上表明,低温蛇纹石化过程中,铁不能够大规模、长距离的运移,但在微米尺度上是活动的。