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

周志强，孙红娟，刘爱平，彭同江，3，丁文金

(1.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010；2.西南科技大学矿物材料及应用研究所，四川绵阳 621010;3.西南科技大学分析测试中心，四川绵阳 621010)

0 引言

超基性岩在遭受蚀变作用时，原岩可通过蛇纹石化、滑石化及绿泥石化发生转变并相应形成新的共伴生矿物组合体(桑隆康等，2012；黄瑞芳等，2017)。蛇纹石化是超基性岩蚀变的重要地质作用，蚀变过程中橄榄石、辉石被蛇纹石交代(王希斌等，1987；黄瑞芳等2013)。若蛇纹石交代不彻底尚残留有橄榄石和辉石，则蛇纹石沿花纹状的网状裂隙分布形成蛇纹石化超基性岩；若交代强烈，原岩全部蛇纹石化，形成蛇纹岩(杨建军，1991；赖绍聪和刘池阳，2003；Bach et al.，2006；余星等，2011)。滑石化是富镁质超基性岩或蛇纹岩经水热变质交代形成滑石的过程，滑石主要出现在蛇纹石岩体上，与蛇纹石矿物紧密相伴，多形成片状集合体，常见纤蛇纹石石棉+造岩蛇纹石+滑石或造岩蛇纹石+滑石的组合(桑隆康等，2012；李兴奎等，2014；谢志鹏等，2017)。绿泥石化是一种重要的中、低温蚀变作用。在围岩蚀变过程中，绿泥石主要由富含铁、镁的硅酸盐矿物经热液交代蚀变而成，也可由热液带来的铁、镁组分与一般铝硅酸盐矿物交代反应而形成(Plissart et al.,2019；Xiao et al.,2020)，多伴随热液蚀变作用(如蛇纹石化、滑石化、碳酸盐化等)，很少单独出现。绿泥石化常具有多期性的特点(Moody，1976；O'Hanley，1996)，一般来说主要发生在蛇纹石化之后，常常交代蛇纹石化遗留下来的橄榄石和辉石残晶，同时又交代早期蚀变的矿物如蛇纹石等(Zhang et al.,2019；Klein and McCollom,2013)。

茫崖石棉矿区变质超基性岩体的共伴生矿物特征完整记录了超基性岩蛇纹石化、滑石化和碳酸盐化等作用的各个阶段，是研究变质超基性岩体蚀变演化过程的天然实验室。前人曾在该矿区围绕石棉矿体形成和储量勘查进行过多次地质填图和地质勘探等基础地质研究工作，对超基性岩蚀变演化过程则相对较少。

本文基于超基性岩蚀变演化的地球化学作用过程及可能产生演化序列的认识，在茫崖石棉矿山野外地质工作的基础上，对采集的蛇纹岩、滑石菱镁岩样品进行了室内分析研究，通过全岩化学成分分析、矿物主量元素分析、光学显微镜光薄片观察等，研究了不同蚀变作用条件下超基性岩体的矿物共伴生组

合特征、化学成分变化规律、主要蚀变矿物的化学成分特点、矿物成分变化的化学行为及其与主-次生矿物之间的内在联系等，旨在揭示该矿区镁质超基性岩体的蚀变演化顺序并判断其原岩成因和演化机制(冯惠彬等，2015；郭翟蓉等，2018；王伟等，2019)。

1 区域及矿区地质背景

图1 青海茫崖矿区构造位置图(据Zhang et al.,2017修改)Fig.1 Sketch map showing tectonic setting of Mang’ai mining area,Qinghai (modified from Zhang et al.,2017)NQAB-北祁连俯冲增生杂岩带；NQUB-柴北缘超高压变质带；SQAB-南祁连俯冲增生杂岩带；EKO-东昆仑造山带；CQB-中祁连地块；QOB-全吉-欧龙布鲁克地块；1-工作区；2-断裂；3-蛇绿岩残片；4-早古生代地层；5-前寒武纪基底；6-高压-超高压地体；7-后泥盆纪地层；8-俯冲增生杂岩(陆缘弧)；9-俯冲增生杂岩(洋内弧)NQAB-North Qilian accretionary belt;NQUB-North Qaidam UHP belt;SQAB-South Qilian accretionary belt;EKO-East Kunlun orogenic belt;CQB-Central Qilian block;QOB-Quanji-O’Longbrook block；1-working area;2-fault;3-ophiolite fragment;4-Early Paleozoic strata;5-Precambrian basement;6-high-pressure and ultrahigh pressure terrane;7-post-Devonian strata;8-subduction accretionary complex (continental arc); 9-subduction accretionary complex (intra oceanic arc)

茫崖石棉矿区位于次级构造阿克提复背斜(图2)。由于长期受近南北向断裂构造的破坏和大量岩浆岩侵入的挤压，背斜的翼部发育了一系列次一级的北东东-南西西的褶皱构造和垂直应力方向的一组走向逆断层。矿区内为一倾向北的单斜层，发育有规模大小不等的16条走向北西西-南东东向的逆断层、4条走向近南北向的平移断层和1条走向近东西向的正断层。逆断层是与区域上一致的断裂组，不仅控制了含棉超基性岩体的形态、产状、延伸方向，同时由于其长期活动对成棉具有一定的控制作用，且在成棉后又有破坏作用，其特点是常造成老地层推复到新地层和岩体之上。平移断层是一组斜交岩体走向的剪切断裂，常切断前述断层组，形成和发展晚于前述断层组，一般规模较小，长度大部分数百米，断距一般数十米，断层面一般平直，倾向北东、倾角陡峻，破碎带不发育，见糜棱岩化和断层泥，具明显的压扭性质。

图2 青海茫崖矿区地质简图Fig.2 Simplified geological map of Mang’ai mining area,Qinghai 1-人工堆积物；2-绿泥角闪斜长片岩；3-绿泥片岩夹绿泥角闪角闪斜长片岩；4-绿泥角闪斜长片岩夹绿泥片岩；5-变硬砂岩、硅质岩；6-长英岩脉；7-花岗岩；8-黑云母花岗岩；9-绢云母化花岗岩；10-石英脉；11-石英闪长岩；12-绿泥石岩；13-闪长岩；14-蛇纹岩；15-碳化蛇纹岩；16-含棉蛇纹岩(矿体)；17-滑石菱镁片岩；18-碳质滑石菱镁片岩；19-菱镁岩；20-实测及推测地质界线；21-实测及 推测逆断层；22-实测及推测正断层；23-实测及推测平移断层；24-矿体编号 1-manmade deposit;2-chlorite hornblende plagioclase schist;3-chlorite schist with chlorite hornblende plagioclase schist;4-chlorite hornblende plagioclase schist with chlorite schist;5-hardened sandstone and siliceous rock;6-felsic dike;7-granite;8-biotite granite;9-sericitized granite;10-quartz vein;11-quartz diorite;12-chlorite rock;13-diorite;14-serpentine;15-carbonated serpentinite;16-cotton bearing serpentine (orebody);17-talc magnesite schist;18-carbonaceous talc magnesite schist;19-magnesite;20-measured and inferred geological boundary;21-measured and inferred reverse fault;22-measured and inferred normal fault;23-measured and inferred translational fault;24-orebody number

超基性岩类以岩体的形式出露，主要为含棉蛇纹岩，亦为石棉矿的成矿母岩，呈狭长条带状分布。含棉超基性岩体原岩是以辉橄岩和橄辉岩为主体的富镁质超基性岩，含棉超基性岩体已全蚀变为蛇纹岩，部分蛇纹岩又进一步蚀变为滑石菱镁片岩。茫崖石棉矿矿区共有1号、2号、3号、4号四个含棉岩体。其中1号岩体是最大的含棉岩体，主要分布于青海省境内，2号、3号、4号岩体则位于新疆境内。矿区内1号含棉岩体又划分为6个独立矿体，编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ矿体(图2)，矿体间为比较宽的滑石菱镁片岩和蛇纹岩夹层。整个岩体矿化比较普遍，但矿化不均匀，主要特点有：一般以中部隐晶-微晶带及其毗邻两侧的细晶带矿化较好，棉脉类型以网状脉为主，是岩体中的主要含矿带，边部粗斑状带含棉较差，以细脉型脉为主；断裂发育地段，尤其是两组断裂交会处，滑镁片岩比较发育，石棉矿化也比较好，往往形成富矿体，石棉矿化强度与岩体蚀变程度有一定关系，总体看由东往西减弱。

2 变质超基性岩岩石学特征

变质超基性岩体原岩是以斜辉辉橄岩和斜辉橄榄岩为主体的富镁质超基性岩，因自变质和受后期热液的蚀变作用，超基性岩体已全部蚀变为蛇纹岩，部分蛇纹岩又进一步蚀变为滑石菱镁片岩。矿体主要由蚀变强烈的蛇纹岩和滑石菱镁岩组成(图3a)，二者之间夹有碎裂状蛇纹岩条带，之间无明显断裂，滑石菱镁片岩体中常含有滑石片岩、滑石化蛇纹岩等。蚀变程度不同，具有不同矿物共伴生组合及矿物含量的原因导致蛇纹岩呈墨绿色、深绿色、黄绿色(图3b)，后期强烈的蚀变演化改造致使原始岩相已不复存在，只能在镜下找到部分矿物保留有蚀变前原始矿物的晶型或结构假象(图4a)，主要矿物有蛇纹石、滑石、菱镁矿及磁铁矿等；蛇纹石矿物以叶蛇纹石及利蛇纹石为主，受后期滑石化、绿泥石化作用明显，纤蛇纹石呈脉状发育(图3d、3f)；偶见铬尖晶石、白云石等副矿物(图3e)；呈微晶-细晶鳞片变晶结构，致密块状构造，质地致密坚硬。

含绢石斑晶的粗斑块状蛇纹岩含有较多的绢石斑晶(图3f)，一般为10%～20%，局部可达30%，蚀变强度没有蛇纹岩的蚀变强烈，常具橄榄石晶体的残余结构，以小网状脉为主，且细脉型棉脉也占一定比例。细晶状片理化岩石主要具片理状构造，有较强烈的碳酸盐化，以细脉型脉为主并具有涂敷状脉等。滑石菱镁岩带野外出露较厚，岩石的矿物成分较复杂，主要矿物为菱镁矿40%～85%、滑石10%～40%、石英含量不一，还含有少量金属氧化物矿物(图3c)；菱镁矿呈鳞片状定向排列，岩石中常含有蛇纹岩的残留体和菱镁岩的透镜体；此外，可见少量绿泥石、磁铁矿、绢云母及铬铁矿等，呈条带状分布，主要呈灰绿、灰白色，有时为褐黄色，具鳞片、粒状变晶结构，也见纤维变晶结构；岩石片理较发育，多具片理状构造。

镜下可见超基性岩原岩矿物遭受了多期次的后期蚀变作用与叠加现象，保存了蛇纹岩演化的较完整记录，原岩橄榄石和辉石晶体已消失，偶尔可以看见辉石残留骸晶或仅保留蚀变前斜方辉石晶体轮廓(图4a)。蛇纹石化产物包括橄榄石和斜方辉石蚀变形成的蛇纹石、橄榄石蚀变形成的水镁石和磁铁矿及单斜辉石和斜方辉石蚀变形成的滑石(图4b)。磁铁矿沿斜方辉石解理及边缘大面积析出，显示后期热液作用沿矿物边缘交代蚀变的过程，蛇纹岩带内少见斜方辉石残余(图4c)，基本上可以代表超基性岩成岩时期的矿物特征。特征组合矿物：蛇纹石+滑石+水镁石+磁铁矿(图4d)。磁铁矿与蛇纹石和水镁石伴生，表明是由橄榄石在流体作用下直接分解形成的，包括叶蛇纹石、纤蛇纹石及利蛇纹石都可出现，呈片状或纤维状，多色性显著。镜下可见蚀变度较高的蛇纹岩中蛇纹石呈片状及条带状两种不同方式产出，条带状产出的蛇纹石为蚀变前期形成的水镁石矿物在含SiO2的酸性热液作用下转化而成(图4e)。在蛇纹石化后期含SiO2的流体与蛇纹石作用形成滑石(图4e，f)，滑石呈细小鳞片状、脉状产出，半自形-他形晶，干涉色可达二级橙黄(图4g)。铬铁矿呈半自形-他形晶形成的环带结构，正交偏光下核部为深红色，为铬铁矿，边缘部分黑色为含铬较少的磁铁矿，明显地表现为热液流体交代置换金属离子的结果(图4b，h)。水镁石常组成片状集合体呈细脉状分布，但在一些蛇纹岩带的样品中水镁石产生碳酸盐化(图4i)。蛇纹石表面也会发育碳酸盐化作用(图4j，h)。滑石也可在蛇纹岩带中出现，且滑石矿物周边常伴生有碳酸盐矿物(图4g)。滑石化程度较深的蛇纹岩内可看到蛇纹石表面有绿泥石矿物产生，呈星点状分布(图4k)。滑石菱镁岩带主要矿物为菱镁矿40%～85%、滑石10%～40%，也见有金属氧化物矿物；其中，滑石呈片状产出，菱镁矿呈鳞片状定向排列，常呈他形-半自形晶呈岛状分布(图4l)，见有滑石和碳酸盐矿物呈细脉状产出，磁铁矿呈细脉分布在矿物裂隙及边缘，但铬铁矿大幅度降低，很难看到呈环带结构产出的铬铁矿晶体；与蛇纹岩带相比，磁铁矿含量没有变化。在滑石菱镁岩带边缘发现滑石、菱镁矿和石英的组合，表明滑石在含CO2流体的作用下发生了碳酸盐化，转变为石英和碳酸盐矿物，这个过程没有纤蛇纹石出现。

图4 不同蚀变带变质超基性岩的矿物学和结构特征的显微照片Fig.4 Micrographs showing mineralogical and structural characteristics of metamorphic ultrabasic rocks in different alteration zonesa-蛇纹石中水镁石及呈岛状分布的辉石残留；b-超基性岩中早期形成的铬铁矿受后期蚀变的影响边部出现磁铁矿；c-沿辉石假象结构解理析出的磁铁矿；d-蛇纹石中发育它形-半自形片状滑石；e-水镁石脉碳酸盐化；f-片状产出的滑石及滑石脉；g-原岩蛇纹石化后保留的辉石假象结构，解理及裂隙发育不同程度的滑石化并残留有水镁石颗粒；h-蛇纹石被碳酸盐矿物交代；i-滑石脉，水镁石颗粒集合体；j-蛇纹岩遭受滑石化、碳酸盐化作用；k-滑石脉及蛇纹石表面发育的绿泥石化；l-滑石菱镁片岩(+)，蛇纹岩碳酸盐化产物；Atg-叶蛇纹石；Lz-利蛇纹石；Tlc-滑石；Chr-铬铁矿；Brc-水镁石；Mgs-菱镁矿；Mgt-磁铁矿；Chl-绿泥石；Cb-碳酸盐矿物a-brucite in serpentine and pyroxene residues distributed in an island shape;b-magnetite at the edge of early chromite formed in ultrabasic rocks affected by late alteration;c-magnetite precipitated along pyroxene pseudomorphic structure cleavage;d-allomorphic-hypidiomorphic talc in serpentine;e-carbonation of brucite vein;f-sheet produced talc and talc vein;g-after the serpentinization of the protolith,different degrees of talcization and brucite particles formed in the cleavage and fracture in the retained false structure of pyroxenes;h-serpentine replaced by carbonate minerals;i-talc vein,brucite particle aggregate;j-serpentine suffered from talcization and carbonation;k-talc vein and chloritization developed on the surface of serpentine;l-talc magnesite schist (+),serpentine carbonation product;Atg-antigorite;Lz-lizardite;Tlc-talc;Chr-chromite;Brc-brucite;Mgs-magnesite;Mgt-magnetite;Chl-chlorite;Cb-carbonate mineral

3 全岩化学成分分析

从各蚀变带选取了23个不同蚀变程度的代表样品进行了全岩化学成分分析，代表样品的主量化学成分分析采用帕纳科Axios 型X射线荧光光谱仪(波长色散型)，测试条件：陶瓷X射线光管(Rh靶)，最大功率2.4 kW；测角仪扫描方式θ/2θ方式；角度重现性优于±0.0001°；精度0.0025°；探测器为闪烁探测器和流气探测器；分析元素范围为9F到92U，含量范围为0.01%～100%；试样直径为32 mm，分析结果列入表1。

表1 变质超基性岩类全岩化学成分分析(%)

全岩化学成分分析结果表明，茫崖地区变质超基性岩SiO2、MgO的含量很高，FeO、Fe2O3、Al2O3、CaO、K2O、Na2O的含量较低，m/f>7，原岩属镁质超基性岩(Fisher and Engel,1969;Coleman and Keith,1971)。蛇纹岩、滑石菱镁岩样品全岩烧失量都很高，其中，蛇纹岩的烧失量普遍在11.96%～17.96%。而按照蛇纹石矿物的化学式 Mg6[Si4O10](OH)8计算得出，蛇纹石矿物的含水量为13%左右(Jaime et al.,2013；龙雄志,2016)。这表明其蛇纹石化的程度很高，基本已完全蛇纹石化。个别蛇纹岩样品烧失量较低或较高，与氧化物或含水和挥发组分矿物的含量不同有关(Beinlich et al.,2012)。滑石菱镁岩类样品全岩的烧失量明显较蛇纹岩的高，在23.39%～24.13% 之间，这与由菱镁矿含量增加引起的CO32-含量升高有关，少量含石英滑石碳酸盐岩全岩烧失量达到34.04%。显然，滑石菱镁岩较蛇纹岩烧失量较高是由于后期含CO2流体侵入引起的碳酸盐化过程造成的(Klein and McCollom,2013)。

图5 蛇纹岩、滑石菱镁岩及石英菱镁岩主要氧化物-MgO图解(实心方块为蛇纹岩，实心圆形为滑石菱镁岩，实心三角形为石英菱镁岩)Fig.5 Schematic diagrams of main oxides of serpentine,talc magnesite and quart magnesitite-MgO (solid block is serpentine,solid circle is talc magnesite,and solid triangle is quart magnesitite)

各蚀变带样品主要元素组成没有显著差异，但具有较大的变化幅度。蛇纹岩带主要组成及变化范围为：SiO234.53%～42.37%、MgO 30.62%～39.08%、Fe2O31.84%～13.61%、Al2O30.57%～1.7 9 %，MnO、CaO、Na2O、TiO2、K2O、P2O5含量都小于1%。虽然蛇纹石化过程中主要元素的迁移受到限制，但原岩的原始特征得以保留，所分析样品的化学成分与原岩斜辉辉橄岩和斜辉橄榄岩类似(Ahankoub and Mackizadeh,2019)，所分析的含碳酸盐蛇纹岩中MgO和SiO2含量为±40%，与部分蚀变橄榄岩相似。滑石菱镁岩带样品主要组成及变化范围为：SiO230.49%～35.90%、MgO 30.69%～34.77%、Fe2O36.73%～7.87%、Al2O30.89%～1.60%，MnO、CaO、Na2O、TiO2、K2O、P2O5含量均较低，MnO和CaO含量低于0.5%，Na2O、K2O、P2O5含量低于0.1%。与蛇纹岩带和滑石菱镁岩带两个蚀变带相比，石英菱镁岩带样品具有很低的SiO2和MgO含量，而CaO含量却有明显增加。

图5为蛇纹岩、滑石菱镁岩及石英菱镁岩主要氧化物丰度随MgO的变化趋势。可以看出，从蛇纹岩带到石英菱镁岩带，样品SiO2、Al2O3含量与MgO显示一定正相关性，MnO、LOI与MgO显示出一定负相关性，CaO与Na2O含量无明显变化。蛇纹岩带、滑石菱镁岩带到后期碳酸盐化程度加深后石英出现，SiO2、MgO等氧化物组分的含量出现规律性减少，FeO、CaO出现波动，主要是不同期酸性流体的侵入，带来的Ca2+、Fe2+及CO2等组分进入导致各氧化物盈亏。

蛇纹岩极度贫钙，CaO含量一般在1%以下，在不同的蛇纹岩样品中出现波动，主要是由于白云石化作用引起，蛇纹岩中CaO通常受到各种因素影响，通常被认为是除CaO损失以外的主要元素的等化学作用(Hyndman and Peacock,2003)。MgO和Al2O3等含量之间的协变关系可以用来讨论蛇纹岩的原岩性质。从主量组成分析来看，茫崖地区蛇纹Mg#岩很高(83.65%～97.68%)，而Al2O3/SiO2比值小于0.1%，表明镁质超基性原岩经历了部分熔融的地幔残余(赵正等，2010)。通过 ACM投图(图6)发现，所有的蛇纹岩样品(投影点)均分布在变质橄榄岩区域；在MgO-Al2O3图解(图7)中，蛇纹岩样品同样都靠近原始地幔、深海橄榄岩区域。其中大部分落在地幔组分的末端附近，这也表明茫崖蛇纹岩原岩属较亏损地幔橄榄岩，之后在大陆环境下发生了蛇纹石化蚀变(陈正国和孙继文，1992；李强等，2016)。

图6 茫崖蛇纹岩Al2O3-CaO-MgO图解(郭翟蓉等，2018)Fig.6 Al2O3-CaO-MgO diagram of Mang’ai serpentinites (after Guo et al.,2018)MC-镁铁质堆晶岩；UC-超镁铁质堆晶岩；MP-变质橄榄岩MC-mafic crystalline rock;UC-ultramafic cumulate;MP-metamorphic peridotite

图7 茫崖蛇纹岩MgO-Al2O3(郭翟蓉等，2018)Fig.7 Al2O3 versus MgO plot of Mang’ai serpentinites (after Guo et al.,2018)

4 矿物化学特征

通过岩相学及镜下矿物共伴生组合特征的观察，针对茫崖变质超基性岩岩体不同蚀变带岩石样品，选取了19个具有代表性蛇纹岩和滑石菱镁岩中不同交代蚀变、不同共伴生组合关系的主要矿物进行了主量组分分析。将挑选好的蛇纹岩、滑石菱镁岩样品切片磨片制成探针片，在显微镜下观察选择需要进行测试的矿物或微区，然后采用电子探针分析进行矿物主量组分分析(仪器名称及型号：EPMA-1720，产地，日本，厂家：日本岛津，测试条件：加速电压15 kV，束流强度10 nA，束斑直径5 μm，测试方法：波谱定量分析，数据修正：ZAF法)，结果列于表2。

表2 蛇纹岩带及滑石菱镁岩带代表矿物主量元素组成(%)

茫崖石棉矿变质超基性岩区发现蛇纹石矿物有叶蛇纹石、利蛇纹石及纤维蛇纹石三个变种。蛇纹岩带中蛇纹石普遍的特点是纤维蛇纹石脉构成网状，网格内为叶蛇纹石，纤维蛇纹石垂直脉壁即叶蛇纹石边缘生长，利蛇纹石通常呈辉石晶形的残留体出现。蛇纹石的成分较为均一，利蛇纹石SiO242.45%～45.01%，MgO 32.36%～39.37%，FeO 3.02%～3.76%；叶蛇纹石SiO241.18%～43.20%，MgO 39.20%～39.29%，FeO 3.16%～3.83%；而MgO与SiO2组分形成的脉状纤蛇纹石SiO244.03%～44.11%，MgO 40.65%～41.13%，FeO 2.88%～3.23%，与叶蛇纹石和利蛇纹石相比SiO2、FeO无较大差异，仅MgO含量相对较高。呈辉石晶型假象的利 蛇纹石Al2O3含量为1.03%，Cr2O3含量为0.25%，比蚀变程度较深的利蛇纹石的含量稍有增加。且利蛇纹石成分与原岩斜方辉石MgO和FeO含量较相近，对母矿物斜方辉石成分的继承性强。与呈斜方辉石假象的利蛇纹石相比，叶蛇纹石与利蛇纹石的主量元素差异较小。蛇纹岩中水镁石的组成主要为MgO 32.58%～33.02%，FeO 20.12%～22.00%，含少量的SiO2和MnO。绿泥石为蛇纹岩的表生次生矿物，呈半自形片状，正交偏光下显绿色，叠加于网状结构的纤蛇纹石矿物中，在蛇纹石化作用之后，由纤蛇纹石脉壁的叶蛇纹石蚀变演化而来，主要组成为SiO231.46%～31.83%，MgO 34.35%～34.62%，Al2O312.99%～13.94%，FeO 2.65%～2.78%，Cr2O33.29%～3.34%。未进一步蚀变的蛇纹岩中残留有斜方辉石，化学成分主要由SiO250.74%、MgO 15.76%及CaO 23.31%组成，含少量Al2O34.98%、FeO 2.57%、Cr2O31.10%。通过Geokit计算得到的残留斜方辉石Wo=48.85，En=45.95，Fs=4.36，Mg#=85.98。可以看出，不同硅酸盐矿物蛇纹石、滑石、斜方辉石及绿泥石之间的成分变化差异较大(Zhang et al.,2019)。

滑石、菱镁矿主要出现在滑石菱镁岩带中，由原岩矿物与蚀变作用过程中外来的含SiO2、CO2组分热液发生滑石化和碳酸盐化后形成的。其中，滑石的组分主要为SiO263.33%和MgO 31.37%，含少量Al2O30.12%和FeO 0.92%，较前期辉石在富SiO2流体作用下形成的滑石，其中SiO2(60.50%)较高，而MgO(32.44%)较低，Al2O3(0.12%)和FeO(0.92%) 相当。而菱镁矿的主要组成为MgO 35.48%～36.12%，FeO 13.22%～14.42%。蛇纹石向滑石+菱镁矿的转化伴随着SiO2组分的增加和其他主要成分的亏损，蚀变不是一个等化学过程(陈正国等，1992；Niu，2004)，主要表现为在碳酸盐化过程中SiO2的富集、MgO和MnO等的亏损。

茫崖变质超基性岩体中的金属氧化物矿物主要为磁铁矿和铬铁矿。其中，铬铁矿为原岩中的残留矿物，在蚀变过程中金属阳离子的迁移形成了环带结构，从中心到边缘铬含量降低和铁含量增加，具体表现为高铁铬铁矿包围中心部位的铬铁矿。对铬铁矿环带的成因有多种解释，包括流体或岩浆蚀变、铬铁矿出溶作用、变质作用等。综合镜下矿物的共伴生关系及矿物化学成分的变化特点，分析认为在蛇纹石化作用过程中，Cr、Fe和其他阳离子从原始的硅酸盐矿物中释放出来并进入流体中，过饱和的的Cr和Fe以铬铁矿为晶核继续生长，进而在铬铁矿外层形成高铁铬铁矿(冯惠彬等，2015；孙凯等，2019)。磁铁矿是在超基性岩体蚀变演化过程中，由橄榄石、辉石蚀变为蛇纹石过程中析出的铁离子析出结晶形成。

5 讨论

茫崖超基性岩体在富含SiO2、H2O、CO2等组分的流体作用下，岩体受到广泛的热液蚀变作用，原岩在蚀变作用过程中得到相应的改造，并完全蚀变为蛇纹岩、滑石菱镁岩或石英菱镁岩。变质超基岩体保存了相应的蚀变演化过程，通过岩石学、矿物学特征分析，包括镜下观察与全岩化学成分和矿物化学组成分析，发现茫崖超镁铁质岩的蚀变演化过程是多阶段、多期次的，并可将超基性岩的蚀变演化划分为2个阶段、5个期次(图8)。

5.1 超基性岩蛇纹石化阶段

(1)橄榄石及辉石蛇纹石化期：茫崖镁质超基性岩体原岩以纯橄岩和斜方辉橄岩为主，蛇纹石化初期主要形成蛇纹石、水镁石及磁铁矿的特征矿物组合，磁铁矿沿矿物边缘及裂隙产出，蛇纹石富含铁，反应过程可由式[1]表示。辉石主要以斜方辉石为主，纵切面可见一组完全解理，磁铁矿沿解理及边缘析出，斜方辉石已被蛇纹石完全取代，仅残留有斜方辉石的假象结构，可观察到半自形-它形片状晶型(图4c)，其反应过程可由[2]式表示。

6(Mg,Fe)2SiO4+13H2O=3(Mg,Fe)3Si2O5(OH)4+3Mg (OH)2+Fe3O4+4H2(aq)

[1]

橄榄石 原位蛇纹石 水镁石 磁铁矿

3Mg2Si2O6+3H2O=2Mg3Si2O5(OH)4+2SiO2

[2]

斜方辉石 原位蛇纹石

茫崖石棉矿体就形成于超基性岩体蛇纹石化时期，当热水溶液在岩体内循环流动时，橄榄石和辉石蚀变产生的MgO(或Mg (OH)2)和SiO2溶解进入水溶液并转移到张裂隙中结晶形成纤蛇纹石石棉，该过程可由式[3]表示。大部分石棉是在蛇纹石化期形成的，并产于蛇纹石化的超基性岩体中；局部分布的碎裂状含石棉蛇纹岩代表了成棉期后的强烈的剪切破碎作用。

3Mg(OH)2+2SiO2(aq)=Mg3Si2O5(OH)4+H2O

[3]

异位纤蛇纹石石棉脉

(2)水镁石转变为蛇纹石期：在镜下可以观察到两种不同产状的蛇纹石分布。一种是橄榄石、辉石蚀变后产出的片状形态的原位叶蛇纹石；另外一种是成脉状产出的异位利蛇纹石。蛇纹石化初期形成的水镁石集合体在后期含SiO2流体的作用下可形成利蛇纹石脉，反应过程见[4]式：

3Mg(OH)2+2SiO2(aq)=Mg3Si2O5(OH)4+H2O

[4]

水镁石 利蛇纹石

(3)蛇纹石绿泥石化期：根据镜下特征及化学成分分析可知，在蛇纹石化后期，多期流体的侵入，带来了Al3+、Mg2+、Ca等元素，使得蛇纹石发生绿泥石化，在蛇纹石表面形成了片状绿泥石，其反应过程可以用[5]式表示：

(1.5～2.5)Al(OH)3+1.5(Mg,Fe)3Si2O5(OH)+ H2O=(Mg,Fe,Al)5～6(Si,Al)4O10(OH)8

[5]

蛇纹石 绿泥石

5.2 变质超基性岩蛇纹石滑石化、碳酸盐化阶段

(1)蛇纹石及水镁石碳酸盐化期：在富含H2O、CO2等组分的流体作用下，溶液中呈离子状态的CO2，具有较强的活泼性，原生矿石和围岩中的硅酸盐矿物在CO2的作用下受到广泛的热液交代作用发生蛇纹石或滑石的碳酸盐化，其反应过程可表示为式[6]和式[7]；同时，蛇纹石化过程中形成的水镁石也在 CO2的作用下发生碳酸盐化转变为菱镁矿，如反应式[8]所示：

2(Mg,Fe)3Si2O5(OH)4+3CO2(aq)=Mg3Si4O10(OH)2+3MgCO3+3H2O

[6]

蛇纹石 滑石 菱镁矿

Mg3Si4O10(OH)2+3CO2(aq)=3MgCO3+4SiO2+H2O

[7]

滑石 菱镁矿 石英

Mg (OH)2+CO2(aq)=MgCO3+H2O

[8]

水镁石 菱镁矿

图8 茫崖矿区变质超基性岩蚀变演化过程示意图Fig.8 Schematic diagram showing alteration evolution process of metamorphic ultrabasic rock in Mang’ai mining area

6 结论

(1)茫崖变质超基性岩岩体主要由蛇纹岩蚀变带及滑石菱镁岩蚀变带组成。通过对不同蚀变带、不同层位样品的分析观察，发现组成矿物具有复杂的共伴生组合关系。蛇纹岩组成矿物有蛇纹石(叶蛇纹石、利蛇纹石、纤蛇纹石，以叶蛇纹石为主)、滑石、磁铁矿、菱镁矿、铬铁矿、磁铁矿、少量绢石及斜方辉石等。滑石菱镁岩带组成矿物为菱镁矿、滑石、石英(含量不一)、磁铁矿等。橄榄石比辉石更易遭受蛇纹石化，在后期蚀变作用过程中蛇纹石具有更好的化学活性。

(2)茫崖变质超基性岩岩体基本保存了原岩以纯橄岩、斜辉辉橄岩和斜辉橄榄岩为主体的富镁质超基性岩到滑石碳酸岩蚀变后期的整个蚀变演化过程。根据岩矿综合鉴定及测试分析，综合矿区内构造、岩浆岩活动具有多期性、多阶段的特点，揭示了超基性岩体形成后，变质超基性岩经历了后期多期次的蚀变演化叠加，首先是橄榄石及斜方辉石在含SiO2的水流体用下发生了蛇纹石化，同时期形成了茫崖石棉矿体，即橄榄石和斜方辉石蛇纹石化过程中释放出的MgO和SiO2组分在裂隙中形成了纤蛇纹石石棉脉；同期，橄榄石蛇纹石化形成的水镁石与SiO2作用也可形成利蛇纹石脉；第二阶段是硅酸盐矿物与水镁石在CO2等组分作用下发生滑石化和碳酸盐化。

(3)全岩化学成分分析表明，茫崖蛇纹岩具有化学成分变化大，Mg#(范围)较高、Al2O3/SiO2(范围)很低等特点，原岩镁质超基性岩蚀变演化之前经历了部分熔融，是较亏损地幔残余，属地幔橄榄岩；之后在大陆环境下发生了蛇纹石化等蚀变演化过程。

(4)茫崖变质超基性岩岩体矿物成分变化差异较大，脉状利蛇纹石比超基性岩体水化作用形成的原位蛇纹石MgO含量平均高出10%，且蛇纹石向滑石+菱镁矿的蚀变转化不是一个等化学过程，期间伴随着SiO2的富集和其他主要组分的亏损。

[附中文参考文献]

陈正国,孙继文.1992.青海茫崖超镁铁质岩蛇纹石化作用的氢氧同位素研究[J].地球化学,66(4):56-64.

冯惠彬,孟繁聪,李胜荣,贾丽辉.2015.东昆仑清水泉蛇纹岩中铬铁矿特征及其构造意义[J].岩石学报,31(8):2129-2144.

郭翟蓉,王建,张佳佳,李爱.2018.苏鲁超高压变质带中蛇纹岩的地球化学特征及岩石成因[J].世界地质,37(2):100-112.

黄瑞芳,孙卫东,丁兴.2015.与蛇纹石化相关的碳酸盐化作用[J].吉林大学学报(地球科学版),45(s1):331.

黄瑞芳,孙卫东,丁兴,王玉荣.2013.基性和超基性岩蛇纹石化的机理及成矿潜力[J].岩石学报,29(12):302-314.

李强,温珍河,侯方辉,朱晓青,孙军.2016.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[J].地质通报,35(11):1784-1796.

龙雄志.2016.内蒙古贺根山蛇绿岩形成构造环境与流体来源研究[D].广州：中国科学院广州地球化学研究:20-35.

李兴奎,李才,王明.2014.藏北班公湖-怒江缝合带中-西段康穷地区发现铬铁矿[J].地质通报,33(11)：1815-1819.

赖绍聪,刘池阳.2003.青藏高原安多岛弧型蛇绿岩地球化学及成因[J].岩石学报,19(4):675-682.

孙凯，赵志丹，柯珊，何胜飞，周肃，任军平，吴兴源，古阿雷.2019.津巴布韦大岩墙层状铬铁矿地球化学特征及地质意义[J].地质与勘探,55(1):105-116.

桑隆康,马昌前,王国庆,肖龙,邬金华.2012.岩石学(第二版)[M].北京：地质出版社：45-75.

王伟,全守村,陈传庆,李文渊,唐小东,李天虎,熊中乙,高满新,宿晓虹,郭周平.2018.塔里木陆块西北缘滴水铜矿成矿流体特征与成矿作用[J].地质与勘探,54(3):441-455.

王希斌,鲍佩声,陈克樵.1987.西藏的蛇绿岩[J].地质通报,12(3):58-66.

谢志鹏,王建,Keiko Hattori.2012.苏鲁超高压变质带中蛇纹岩成因:矿物化学和铂族元素证据[J].吉林大学学报(地球科学版),42(s3):119-31.

杨建军.1991.苏鲁榴辉岩及有关超基性岩[M].北京：地质出版社：9-52.

余星,初凤友,陈汉林,董彦辉,李小虎.2011.深海橄榄岩蛇纹石化作用的研究进展[J].海洋学研究,29(1):96-103.

赵正,漆亮,黄智龙,严再飞,许成.2010.攀西裂谷南段鸡街碱性超基性岩矿物学与岩石化学[J].地学前缘,17(2):320-335.