蛇紋巖(英文名:Serpentinite),俗稱“大花綠”,是由超基性的橄欖巖、輝石巖等經熱液蝕變作用而形成的變質巖。
蛇紋巖的礦物成分主要有纖維蛇紋石、葉蛇紋石、膠蛇紋石、絹石、石棉等。顏色多為墨綠色、暗灰綠色、黃綠色以及黑色。常見的結構是隱晶質結構或網紋狀結構,鏡下則常呈顯微纖維或顯微鱗片變晶結構、網環結構、變余全自形粒狀結構等。構造則多為塊狀、帶狀、片狀或透鏡狀及交代角礫狀等。
蛇紋巖應用于冶金工業、化學工業等;其紋理變化多樣,漂亮的蛇紋石可作為觀賞石;蛇紋巖還是一種良好的化肥料。蛇紋巖廣泛存在于大洋巖石圈中,是俯沖帶水和揮發物元素的主要載體,對俯沖帶水循環和地幔氧逸度變化起著重要作用。
名稱由來
因其顏色青綠相間似蛇蛻,故此得名蛇紋巖。
主要特征
礦物組成
蛇紋巖的礦物成分主要有纖維蛇紋石、葉蛇紋石、膠蛇紋石、絹石、石棉等,其次尚有磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、尖晶石類、水鎂石和鎂鐵碳酸根類礦物。有時也有少量碳酸鹽、直閃石、陽起石、透閃石、金云母、滑石、蛭石、水黑云母等。桿欄石和輝石則常呈殘余礦物存在。綠泥石和鎳、鈷的硅酸鹽礦物則是次生礦物。
物理特性
蛇紋巖的外貌多為墨綠色、暗灰綠色、黃綠色以及黑色,色澤多不均勻,有時具斑駁狀色紋,風化后顏色變淡或呈灰白色或作黑白相間的網紋狀。常為致密塊狀的隱晶質巖石。略具滑感,質地較軟,裂隙發育,錯動滑痕常見但在滑動面上往往有一層成黃綠色或淺藍色的臘狀薄殼。有時則成錯動透鏡塊或角礫狀碎塊。有時于巖體同圍巖的接觸帶附近及小巖枝中還可看到片物理化學的蛇紋巖。如云南省某地和西藏自治區南部超基性巖帶的某些巖體中所見到的那樣。在風化淋濾帶中的蛇紋巖則常常于其表層出現熬土化而下部則形成格架狀的硅化蛇紋巖和碳酸根化蛇紋巖。有時蛇紋巖中可有不規則的碳酸鹽塊,它們與蛇紋石一起形成“虎斑狀”構造,如藏北棒湖一側里湖巖體中所見。這些碳酸鹽塊是由蛇紋巖碳酸鹽化造成的。
化學特性
一般都認為蛇紋巖是由超基性巖經蛇紋石化作用形成的一種交代巖石,其化學成分也和超基性巖類似。從世界各地的不同時代的蛇紋巖化學成分的分析資料對比看來,這種類似性也是很顯著的。其化學成分中的特點同樣也是是富于鐵錢而貧于硅鈣和堿金屬的,鋁的含量和鈣相似,也是很低的。只是水的含量較高,有時可可大大的超過超基性巖中水的含量。如戴里認為在純橄欖巖中水的平均含量只有2.88%,在橄欖巖中水的平均含量也只有4.56%,只有在斜方輝石橄欖巖中水的平均含量才達5.02%,可是在有些蛇紋巖中水的含量可高達13%以上,因之有些人就主張蛇紋石化過程基本上就是超基性巖的一種水解過程。當然水化過程中硅的加入也可產生硅化,少量CO2的影響還可產生碳酸根化作用,不過一般來說CO2的含量不是很高的,因為CO2含量多時就會形成滑石而不形成蛇紋石了。此外,在蛇紋石化時也可使一些分散的元素富集成礦,如Cr,Ni,Co等的富集作用。
結構特征
蛇紋巖中最常見的結構是隱晶質結構或網紋狀結構,鏡下則常呈顯微纖維或顯微鱗片變晶結構、網環結構、變余全自形粒狀結構等。構造則多為塊狀、帶狀、片狀或透鏡狀及交代角礫狀等。
形成原理
蛇紋巖是由超基性巖石中的純橄欖巖和橄欖巖等受熱的流體影響而變成的,在變質中除了加入大量水分之外,其他組成基本上沒有很大的變化,而且在變化的時候其體積變化也很有限,關于引起變質作用的熱液來源問題(主要是水的來原問題)有不同的看法,歸納之大體有三種不同的模式:
實際上不同成因不同階段的蛇紋石化作用往往還可重疊在一起。這樣蛇紋石化作用可以加劇,而作用后的產物又大體類似,因之常常不易區分,不過據其空間分布和礦物組合還是大體可以認識的。
性質蝕變
蛇紋巖在其形成過程中及其后當它們受到熱液影響時會進一步發生變化,特別是那些含鉻鐵礦的蛇紋巖中常見有明顯的綠泥石化,有時這種綠泥石化作用可以發育得極為強烈,甚至可以形成近單礦物的綠泥石巖,特別是那些近礦部分中,有時綠泥石可以直接圍繞著礦石,形成特有的綠泥石礦物外殼,如中國某地鉻鐵礦體中的“雞蛋殼”就是由這樣的綠泥石層所組成的蝕變外殼,而且在這個礦區中由蝕變作用形成的綠泥石的成分是很復雜的,但是它們則作非常有規律的分布,即自礦石中脈石礦物的脆綠泥石一蠕綠泥石經蝕變帶的“雞蛋殼”中的斜綠泥石到“雞蛋殼”外的葉綠泥石和近礦圍巖中的綠泥石化蛇紋石直到最后的非綠泥石化的蛇紋石。隨著綠泥石化的加強,原花紋巖中的典型網狀結構可以消失殆盡,而變成了膠狀結構。就這個礦床來說,綠泥石化過程中MgO和Al20的來源主要是取自鉻尖晶石中,部分MgO則來自蛇紋石中,這是由于當蛇紋石化時鉻尖晶石中的Al203大量析出,析出的Al203則加入蛇紋石中形成了綠泥石,所以一般都認為綠泥石化作用發生于蛇紋石化之后的蝕變過程中,或直接是由蛇紋巖重新改改造而形成的。在羌塘高原印珠藏布超基性巖的接觸帶上的蛇紋巖中見有綠泥石直接取代蛇紋不石而構成網狀結構者,網格中心還有膠蛇紋石存在。有時在某些地區還會形成含Gr和含Ni的鉻綠泥石或鎳綠泥石。此外它們還可以蝕變成主要由蛋白石、玉髓、褐鐵礦和碳酸根所組成的的“硅碳酸鹽巖”巖石,如遍布于加利福尼亞海岸山脈的許多斷層帶中的那樣。
分布區域
中國
中國主要產地有黑龍江省、內蒙古自治區、山東省、河南省、河北省、江蘇省、安徽、江西省、湖北、四川省、福建省、廣東省、廣西壯族自治區、云南省、陜西省、甘肅省、青海省、新疆等。
世界
在環太平洋地區和地中海、加勒比海、烏拉爾、非洲大斷裂谷地帶等地也有大量蛇紋巖分布。
應用領域
制造化肥
蛇紋巖與磷灰石或磷塊巖一起煅燒,可制成鈣鎂磷肥、如單獨施用蛇紋巖細粉,亦有一定肥效,特別是用于玉米、薯類、豆類以及塊根、塊莖類作物,效果較好。
作耐火材料
如唐山鋼鐵廠用蛇紋巖制成蛇紋石焦爐磚,重慶市、太原市等鋼廠用蛇紋巖制成鎂橄石磚,作為堿性耐火材料,效果很好。
醫藥工業用
蛇紋巖可作為制造瀉利鹽的原料。
提煉金屬鎂
含鎂較高的蛇紋巖,可以提煉金屬鎂,從含鈷、鎳較高的蛇紋巖中,還可提煉鉆和鎳。
提取纖維狀非晶硅
從蛇紋巖中提取的非晶硅與碳在高溫下反應。可制成硅的晶須、晶粉和晶體。
雕刻材料
鮮艷透明、半透明、質地致密堅硬的蛇紋巖可作為玉石工藝品原料。中國蛇紋巖玉已有十余種,例如遼寧省的岫巖玉。
生產鑄石或巖棉的輔助原料
鑄石或巖棉配料中,若MgO不足時,可采用蛇紋巖作為輔助原料,以提高MgO含量,相對降低Al2O3、CaO含量。
礦石分類
蛇紋巖據其所含有的主要蛇紋石類型可以分出如下的一些類別:
纖維蛇紋巖
即主要由纖維蛇紋石所組成的巖石,而纖維蛇紋石在巖石中的分布特征主要是作無向的分布或沿橄欖石的邊緣和裂隙中呈細脈狀分布構成典型的網環狀結構,網環的中心可有殘留的橄欖石或膠蛇紋石。
葉蛇紋巖
即主要由細小的鱗片狀葉蛇紋石組成的巖石,有時可有少許的纖維蛇紋石、絹石、磁鐵礦等。具鱗片變晶結構。
復成分的蛇紋巖
這是由纖維蛇紋石、葉蛇紋石、膠蛇紋石、絹石等多種礦物成分所組成的一種巖石,有時其中的某一、二種成分可能占多數,其結構也是多種多樣的。
價值意義
在地球科學研究中,蛇紋巖還涉及到俯沖帶地幔楔的氧化和鐵同位素分餾現象,對理解俯沖帶水循環、地幔氧化和島弧巖漿產生過程中的作用具有重要意義。
相關研究
海洋所研究揭示弧前蛇紋巖可以俯沖進入弧下地幔
2021年11月,國際地學期刊JournalofGeophysicalResearch:SolidEarth在線刊發了中國科學院海洋研究所曾志剛團隊與天津大學陳玖斌團隊關于西太平洋俯沖帶火山巖鋅同位素組成及其對殼幔物質循環指示的最新研究成果,為區分板塊和地幔楔蛇紋巖流體對島弧巖漿活動的影響提供了有效手段,對理解蛇紋巖在俯沖帶物質循環方面的作用具有重要意義。
2022年3月,中國科學院海洋研究所孫衛東課題組在EarthandPlanetaryScienceLetters上發表了關于馬里亞納群島俯沖帶弧前地幔楔蛇紋巖鐵同位素的研究成果。該研究揭示了地幔楔蛇紋石化過程中顯著的地幔氧化及鐵同位素分餾現象,并探討其機制以及對島弧地幔楔氧逸度、島弧巖漿巖鐵同位素組成的意義。
參考資料 >
蛇紋巖(1).中國石油大學(華東)地球科學與技術學院地質博物館.2025-01-24
大花綠石材.留壩縣人民政府.2025-01-24
蛇紋巖---黃岡大別山世界地質公園博物館藏品科普系列.微信公眾號.2025-01-24
蛇紋巖廣泛存在于大洋....新浪微博.2025-01-24
海洋所研究揭示弧前蛇紋巖可以俯沖進入弧下地幔.澎湃新聞.2025-01-24
海洋所等揭示地幔楔蛇紋石化過程的顯著鐵同位素分餾.中國科學院.2025-01-24