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。     

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。     

蛇纹石化环境非生物成因固态碳质物研究

超基性岩的蛇纹石化是一种广泛存在的地质过程,在蛇纹石化环境中无机碳可以通过化合形成甲烷等非生物成因有机物,为化能自养生物提供初始能量。近年来,超基性岩及蛇纹岩中发现了固态碳质物(condensed carbonaceous matter,CCM),其中包含无机成因的复杂有机物,可能反映其在生命起源过程中扮演了重要角色。本文介绍了蛇纹石化过程形成的固态碳质物(CCM)的定义、发现过程及赋存特征,并对其形成机制、形成环境的制约因素、无机来源判别等进行了讨论。固态碳质物的形成可能与超基性岩蛇纹石化作用及费托反应有关。它常与铁氧化物或皂石等特定矿物形成共生组合关系,这不仅是其无机化合成因的证据,同时也证明了特定矿物对固态碳质物产生的催化作用。此外,流体中的H₂和CO₂的比例也会影响固态碳质物的化学组成,纳米孔隙被认为有利于其形成。但是,固态碳质物具体的形成过程及其与甲烷等无机成因简单有机物的相互关系目前尚不清楚,这应是今后的一个重要研究方向。     

绿岩带型泰山蛇纹石质玉石地球化学特征及其成因指示

蛇纹石化与壳幔演化乃至地球上生命的起源过程密切相关.泰山蛇纹石质玉石产于华北克拉通鲁西雁翎关绿岩带内,是绿岩带型蛇纹石质玉石的典型代表,玉料可分为泰山墨玉、泰山碧玉和泰山翠斑玉(泰山花斑玉)三大类.虽然前人对泰山超基性岩型蛇纹石质玉石进行过研究,但对其玉石地球化学特征及其成因研究仍然薄弱.本文利用偏光显微镜、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱(ICP-MS)等分析测试手段,对泰山玉进行了分析.结果显示,泰山墨玉主要矿物组成为叶蛇纹石和利蛇纹石,而泰山碧玉和翠斑玉主要矿物均为叶蛇纹石;三类玉料均富集Cr、Co、Ni等相容元素;与其他产地蛇纹石玉相比,泰山蛇纹石玉更富Ni而贫Cr;Cr/Ni和Ni/Co值变化范围分别为0.25～0.42、27.43～42.77;亏损部分大离子亲石元素(如Rb、Sr、Ba)和高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf).玉石具有稀土元素总量低(ΣREE=0.57～3.02μg/g),轻重稀土元素分异不明显,Eu负异常较为明显(δEu=0.18～0.45)等特征.早期形成的泰山墨玉主量元素更加贫Si、富Mg、Fe,泰山碧玉和翠斑玉则相对富Si和富集U、Pb等亲流体元素.结合野外产状特点,可以认为,①泰山玉原岩为华北克拉通新太古代鲁西绿岩带上残余亏损地幔部分熔融产生的超基性火山岩,其原岩具有岛弧火山岩的某些特征;②低Cr含量和Cr/Ni值,低稀土元素总量、轻重稀土元素分馏不明显等是绿岩带型泰山蛇纹石质玉石重要特征;③泰山碧玉和翠斑玉的成玉过程可能受到后期热液流体的叠加改造.     

异剥钙榴岩及其岩石成因意义

异剥钙榴岩作为一种特殊的交代变质岩,绝大多数与超镁铁岩的蛇纹石化有关,是超镁铁岩蛇纹石化过程中所产生的富钙流体对与其伴生的相关岩石进行钙交代的结果。蛇纹石化的超镁铁岩或为蛇绿岩的端员组分,或为太古代绿岩带、阿拉斯加型和阿尔卑斯型等其它成因类型的超镁铁岩。它们多为纯橄榄岩、方辉橄榄岩和辉石岩等。异剥钙榴岩的形成主要取决于超镁铁岩的蛇纹石化作用和钙交代程度,而与超镁铁岩的成因类型、构造属性和时代归属没有多大的关系。那种将异剥钙榴岩片面地看成蛇绿岩的组成部分或者作为鉴别蛇绿岩辅助标志的观点需要改正。     

基性和超基性岩蛇纹石化的机理及成矿潜力

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）在中、低温条件下产生的含蛇纹石的水热蚀变。蛇纹石化可以出现在不同的地质构造环境中,例如大洋底、扩张洋脊和俯冲带。蛇纹石化的特别之处在于：蛇纹石化过程中产生氢气,这可能解释地球早期生命起源的问题;蛇纹石化生成磁铁矿;蛇纹石富水（可达13%）;蛇纹石富Cl、Li、Sr、As等元素。蛇纹石在高温下（>700℃）脱水形成橄榄石,Li、Sr、As等元素富集在流体中,流体交代地幔楔可改变地幔的微量元素组成。此外,铁矿、金矿和银矿等可赋存于蛇纹岩中,矿床的形成可能和基性或超基性岩的蛇纹石化相关。本文从以下4个方面探讨蛇纹石化的机理：（1）蛇纹石化的产物,主要介绍和蛇纹石化相关的热液流体的组成,蛇纹石化过程中产生氢气的量,利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石的形成条件,水镁石的形成条件,以及磁铁矿的形成;（2）蛇纹石化的反应速率;（3）蛇纹石化过程中元素的迁移;（4）蛇纹石化的成矿潜力。     

大洋橄榄岩的蛇纹石化过程:从海底水化到俯冲脱水SCIEI北大核心CSCD

蛇纹石化是海底最重要的水岩相互作用之一,指基性岩和超基性岩中的橄榄石和辉石等镁铁质矿物在相对低温条件下发生水热蚀变产生蛇纹石等矿物的热液变质作用。蛇纹石族矿物主要有三种,分别是利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石。低温状态蛇纹石族矿物主要以利蛇纹石和纤蛇纹石的形式存在,高温状态下主要以叶蛇纹石的形式存在。影响大洋蛇纹石化过程的因素不容忽视,温度、氧化还原程度、pH值、水岩比(W/R)等都在其中扮演着重要的角色。总的来说,地幔物质易出露在地壳减薄区域和断裂构造处,这有利于与流体充分接触反应,从而决定了大洋蛇纹石化作用发生的可能位置。对蛇纹石化程度的描述,当前人们大多通过岩石微观结构、地球化学指标来定性指示,磁学指标有望实现对蛇纹石化程度的定量解释。蛇纹石化作用对海底磁异常、地球生命演化进程、成矿作用等都有一定的贡献。此外,俯冲带脱水及弧岩浆的形成都与之有联系。总之,基性与超基性岩石蛇纹石化与俯冲带蛇纹岩脱水过程是地球水循环过程的重要机制,但未来揭示蛇纹岩的磁学性质和俯冲变质过程,仍需进一步探索。     

内蒙古温都尔庙蛇纹石化橄榄岩气体组成及成因探讨

橄榄岩的蛇纹石化过程可驱动热液系统并产生CH_4和氢气,并为生物体提供能量和电子来源的分子氢。对蛇纹石化气体的研究,可为非生物成因CH_4的形成提供证据,也具备有利的有机化合物合成条件,进而探索地球生命起源。本文采用分步加热质谱法测定了内蒙古温都尔庙地区蛇纹石化橄榄岩(大理岩)气体化学组成和碳同位素组成,结果表明,CO_2占有极高的比例,N_2和H_2的含量较高,CH_4和C_2H_6在400~600℃温度段释出含量较高。CO_2的δ~(13)C为-18.6‰~2.6‰,CH_4的δ~(13)C_1为-8.1‰~-51.8‰,CH_4、C_2H_6、C_3H_8和C_4H_(10)的碳同位组成随着碳数增加具有正序分布,完全反序和局部反序的分布特征,显示气体来源具有多样性,具有非生物成因气和生物成因气(热成因或细菌)的来源。     

蛇绿岩中蛇纹石化作用,分子氢和前生命/生命有机质—寻觅过去生命证据

<正>生命起源/演化是重大而又最具争议的科学问题。寻找地球和地球外生命起源/演化痕迹是现代科学久远和必然的追求目标。面临的核心挑战是寻找和鉴别生命残存有机质。为此,需要评估生命环境的可居性,前生命支撑环境对有机体残骸,特别是大有机分子的保存性。在极为稀少的早期生命记录中寻求答案需要:1寻找可保存生物学信息的时间和空间场所;2研究可最大限度保存原始有机质的岩石类型及其矿物学组合;3鉴别复杂有机分子的非生物/或生物成因特征;4防止和鉴别人为和近代生物质的污染。地球最     

藏北昂吾地区超基性岩的蛇纹石化和磁铁矿化过程及影响因素

班公湖-怒江缝合带广泛分布超基性岩及蛇纹石化超基性岩,已有研究表明它们与区域成矿关系密切,其蛇纹石化过程使一些元素活化并具有一定的成矿潜力。位于班-怒带中段的昂吾地区蛇纹石化超基性岩主要矿物成分有橄榄石、单斜辉石、铬铁矿、利蛇纹石、磁铁矿和绿泥石等,原岩恢复表明该超基性岩为单辉橄榄岩。镜下鉴定、背散射电子图像、能谱成分分析和电子探针分析结果显示单辉橄榄岩的蛇纹石化及蚀变过程可分为三个阶段:(Ⅰ)以形成相对富铁蛇纹石(Mg#=75～88)为主,基本无磁铁矿析出;(Ⅱ)形成相对富镁的蛇纹石(Mg# 90),析出磁铁矿;(Ⅲ)蛇纹石进一步蚀变成绿泥石。热力学模拟及多组分矿物相平衡图表明,在蛇纹石化过程中,昂吾地区超基性岩中的辉石脱硅致使反应体系SiO_2活度升高,限制了磁铁矿的生成。同时也发现,在利蛇纹石稳定存在的温度区间内(100～300℃),本研究的蛇纹石化体系温度倾向高值区,不利于磁铁矿的析出。进而探讨了原岩成分、反应体系SiO_2活度及温度等因素对蛇纹石化过程中磁铁矿析出的影响。本研究有助于理解班-怒带内超基性岩的蛇纹石化过程及磁铁矿化机制。     

苏鲁超高压变质带仰口蛇纹岩的成因——矿物化学、地球化学和年代学证据

通过矿物化学、全岩主微量元素和铂族元素研究,结合锆石年代学判断苏鲁造山带仰口蛇纹岩的原岩成因和演化历史。蛇纹岩中尖晶石经历了多阶段变质;全岩主量元素具有超基性堆晶岩的性质,代表玄武质组分含量的Ca O+Al_2O_3变化于2.0%~5.83%之间;部分不相容微量元素富集;铂族元素中Ir的含量低(0.64×10~(-9)~1.43×10~(-9)),Pd/Ir值高(1.05~3.42)。蛇纹岩中的锆石一部分为新形成的变质成因锆石(年龄平均为230±3Ma),与高压-超高压变质的年代吻合;另一部分可能是在三叠纪变质阶段古老锆石重结晶形成的。由此认为,仰口蛇纹岩的原岩可能为超基性堆晶岩,三叠纪时随着俯冲的扬子板块发生变质,在发生蛇纹石化作用之前经历了熔体/流体的改造。     

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。     

青海茫崖石棉矿区变质超基性岩的蚀变演化序列：岩石化学及矿物学证据

青海茫崖石棉矿区超基性岩体是由原岩以纯橄岩、辉橄岩和橄辉岩为主体组成的富镁质超基性岩体,经历自变质和后期多期热液的叠加变质蚀变作用,经蛇纹石化后形成蚀变完全的蛇纹岩岩体,其中部分蛇纹岩又进一步发生滑石化及碳酸盐化蚀变为滑石菱镁片岩、菱镁滑石片岩、滑石片岩和菱镁岩等。本文在野外地质调查基础上,在室内通过镜下岩矿综合鉴定、全岩化学成分分析以及电子探针成分分析等手段进行了岩石化学特征、矿物学特征及其蚀变演化过程研究。结果表明,该变质超基性岩体蛇纹岩主要特征组合矿物为蛇纹石(利蛇纹石、叶蛇纹石、纤蛇纹石)、磁铁矿、菱镁矿、滑石、水镁石、铬铁矿,变余矿物有斜方辉石、单斜辉石和铬铁矿,滑石菱镁片岩类主要组成矿物为菱镁矿、滑石、蛇纹石及磁铁矿,局部可见石英脉。该地区变质超基性岩体较完整地记录了橄榄岩水化、滑石化及碳酸盐化作用过程的各个阶段,超基性岩蚀变演化过程主要有两个作用阶段:(Ⅰ)橄榄石、辉石类矿物的蛇纹石化作用及蛇纹石绿泥石化作用;(Ⅱ)富Ca、CO2流体交代蛇纹石、滑石及水镁石的碳酸盐化作用。蛇纹石化等变质蚀变作用促进了Si、Mg及Fe元素化学活动性,使元素发生富集与迁移,对于次生矿物的形成与演化起到了一定的催化作用。多期不同组成流体热液的交代作用过程,清晰地展示了利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石的演化序列,以及滑石、水镁石、铬铁矿和磁铁矿的形成过程及标形特征。     

与蛇纹石化相关的碳酸盐化作用

二氧化碳是一种温室气体,是造成全球变暖的"元凶"之一,二氧化碳的存储方法是近年来研究的热点之一。基性或超基性岩的蛇纹石化作用会产生富Ca2+、Fe2+和Mg2+的流体,而这些离子与二氧化碳反应形成碳酸盐矿物,这是一种CO2储存的新途径。板块俯冲过程中,这些碳酸盐矿物可能被俯冲至地球深部,并形成碳酸盐岩浆。因此,研究蛇纹石化过程中的碳酸盐化作用有重要的科学意义。二氧化碳对蛇纹石化的影响分为三个方面:一是降低蛇纹石化速率,研究表明,300℃、500 bar、富二氧化碳(PCO220 bar)的体系中,橄榄石的蛇纹石化速率降低了50%[1];另一方面,体系中富集二氧化碳使得氢气和甲烷的生成速率大大降低[2],这是因为碳酸镁富集Fe2+,降低Fe3+和氢气的含量;此外,二氧化碳增加蛇纹石化流体的Si O2含量,从而降低流体的p H,促进橄榄岩的蚀变产物由蛇纹石-水镁石-透辉石平衡组合变为蛇纹石-滑石-碳酸镁[3]。碳酸盐矿物类型和温度相关。温度≤300℃时,蛇纹石化流体富Mg2+而贫Ca2+[4],Mg2+和CO2反应形成碳酸镁;温度≥400℃时,则形成碳酸钙[5]。可以用此来判断地质过程中蛇纹石化作用的温度。关于蛇纹石化过程中的碳酸盐化仍值得进一步关注。     

南沙西南部下地壳高速层成因

高速层成因的争议限制了对南海深部结构、构造演化以及南海完整演化历史的认识.运用Oasis Montaj软件对穿越南沙西南部的最新地震测线进行重震联合反演,分析莫霍面起伏、地壳厚度及高速层的分布,计算全壳伸展因子和现今高速层的温度、识别火山时代,并探讨高速层的成因.南薇西盆地和礼乐盆地区伸展因子为1.5~4.0,未达到蛇纹石发育条件;南沙海槽区伸展因子大,最大为11.2,海水可通过深大断裂下渗与橄榄岩反应生成蛇纹石,高速层处温度低于蛇纹石稳定温度;通过地震剖面确定火山在南海停止扩张之后形成.研究结果表明,南沙西南部高速层按成因分为两类,南薇西盆地和礼乐盆地区为南海扩张停止后火山喷发残余的岩浆,而南沙海槽盆地区为早期橄榄岩的蛇纹石化与南海停止扩张后岩浆的混合体.      

胶东海阳所超镁铁岩中强亲铁元素的地球化学特征及其构造环境探讨

强亲铁元素与亲石元素具有不同的地球化学行为，因此能够从不同的角度为造山带中超镁铁岩的成因及演化提供重要信息。位于苏鲁造山带东北端的胶东海阳所超镁铁岩主要由橄榄岩和辉石岩组成，它们常以团块状赋存于花岗质片麻岩中。虽然前人对这些超镁铁岩已经开展大量岩石学研究，但关于其成因及构造属性仍存在较大争议。本文开展了海阳所超镁铁岩的全岩主微量元素、强亲铁元素及Re-Os同位素的分析工作，结果显示蛇纹石化橄榄岩具有较高的MgO和Fe₂O₃^T含量，较低的Al₂O₃、TiO₂和CaO含量，明显富集流体迁移元素（U、Pb），亏损高场强元素（Zr、Hf），强亲铁元素没有发生明显分异，但Ru显示正异常，表明海阳所蛇纹石化橄榄岩是经历了低-中等程度部分熔融及熔/流体交代作用影响的残余地幔橄榄岩。海阳所辉石岩的主量元素表现出明显的结晶分异特征，稀土元素较原始地幔富集，铂族元素（PGEs）含量较低且发生了明显的分异，表明辉石岩的地幔源区经历过高程度的部分熔融和硫化物的分离。海阳所蛇纹石化橄榄岩的Os同位素地球化学特征表现出大洋亲和性，与辉石岩不具有熔体-残留体的关系。由于该地区发育较深层次的韧性剪切带，蛇纹石化橄榄岩中的橄榄石与辉石表现出韧性变形的特征，同时有辉石岩侵入到橄榄岩的现象，表明该地区的蛇纹石化地幔橄榄岩与辉石岩既不同时，也不同源，因此，暗示了该套岩石组合可能形成于大洋核杂岩（OCC）与洋脊型蛇绿岩（MOR）堆晶岩交互发育环境。     

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。     

蛇纹石化方辉橄榄岩弹性波速实验研究及其在地幔楔中的应用

地幔楔是俯冲带系统的重要组成单元,在地球内部物质循环、壳幔相互作用过程中起着承上启下的关键作用。俯冲板片脱水可以引起上覆地幔楔中橄榄岩类的蛇纹石化,而蛇纹石的波速显著低于地幔橄榄岩,所以不同蛇纹石化程度的地幔楔表现出不同的低速特征。本研究首先利用天然叶蛇纹石热压合成纯的蛇纹岩样品,利用橄榄石和斜方辉石热压合成方辉橄榄岩样品,然后在高压下分别测量合成的方辉橄榄岩和蛇纹岩样品的纵波速度(V_P)和横波速度(V_S),结合Voigt-Reuss-Hill岩石物理模型计算得到不同蛇纹石含量的方辉橄榄岩的波速,最后结合地震波资料,估算出不同俯冲带地幔楔的蛇纹石化程度。研究表明,在地幔楔蛇纹石化程度和含水量的估算中,必须考虑斜方辉石蛇纹石化的影响。相比前人研究,方辉橄榄岩的蛇纹石化可能更接近于实际情况。     

新疆萨尔托海铬铁矿中“绿泥石壳”的研究

萨尔托海铬铁矿的成因一直存在争议,通过研究其特有的"绿泥石壳"可知其矿床成因。采用光、薄片的镜下鉴定、X-射线粉晶衍射和电子探针分析,可知矿区围岩主要为蛇纹石,而"绿泥石壳"和矿石中的脉石矿物空间上互相过渡,二者矿物成分完全相同,为淡斜绿泥石。围岩蛇纹石中未见淡斜绿泥石,"绿泥石壳"中也未见蛇纹石残留,说明"绿泥石壳"与矿石中的脉石矿物成因相同,为成矿晚期残余矿浆直接沉淀结晶生成,非蛇纹石经绿泥石化蚀变生成。证明矿床为晚期岩浆熔离式矿床。