廣州地化所在造山帶橄欖巖蛇紋石化和相關(guān)甲烷合成方面取得新進(jìn)展
蛇紋石化可以產(chǎn)生氫氣，并進(jìn)一步通過(guò)費(fèi)托類(lèi)反應(yīng)合成甲烷。這些氫氣和甲烷可以被化能合成微生物所利用，以此支持非光合作用體系下生物群落的生存。因此，蛇紋石化及其相關(guān)的甲烷合成對(duì)于地球和類(lèi)地天體生命的起源和演化具有重要意義。最近的研究發(fā)現(xiàn)造山帶橄欖巖中廣泛存在流體包裹體內(nèi)原位蛇紋石化時(shí)合成的甲烷，因而這些含甲烷的流體包裹體可以成為顯著的非生物甲烷儲(chǔ)庫(kù)。但是早期研究則多報(bào)道造山帶橄欖巖中的含甲烷流體包裹體是從還原性流體中捕獲的，因此造山帶橄欖巖中流體包裹體內(nèi)的甲烷成因還存在多解性。即使是發(fā)生了原位蛇紋石化的流體包裹體，其中多種蝕變礦物組合的存在也表明流體包裹體內(nèi)的流體-礦物相互反應(yīng)過(guò)程十分復(fù)雜，相關(guān)的蛇紋石化過(guò)程與甲烷合成的關(guān)聯(lián)機(jī)制需要進(jìn)一步限定。
中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所巖石學(xué)學(xué)科組張龍副研究員、王強(qiáng)研究員及其合作者最近在青藏高原東北緣北祁連造山帶玉石溝蛇綠巖的方輝橄欖巖中發(fā)現(xiàn)了三類(lèi)賦存于橄欖石內(nèi)的含甲烷流體包裹體。這些流體包裹體中氫氣和蝕變礦物如蛇紋石、磁鐵礦、水鎂石以及碳酸鹽等的存在（圖1–3），表明其中的甲烷可能是由流體包裹體內(nèi)部蛇紋石化時(shí)產(chǎn)生的氫氣將CO2還原所原位合成的。含甲烷流體包裹體的異常富集表明它們確實(shí)可以成為造山帶蛇紋石化熱液體系中重要的非生物甲烷來(lái)源。更重要的是，這些含甲烷流體包裹體記錄了不同的平衡條件，厘清了目前尚沒(méi)有很好限定的一些蛇紋石化和相關(guān)的甲烷合成過(guò)程。
玉石溝方輝橄欖巖中第一類(lèi)流體包裹體為長(zhǎng)柱狀定向排列于橄欖石內(nèi)部的原生流體包裹體，其由甲烷、葉蛇紋石、水鎂石、磁鐵礦和菱鎂礦等組成（圖1）。這類(lèi)包裹體記錄了相對(duì)高溫下橄欖石直接蝕變?yōu)槿~蛇紋石、水鎂石和磁鐵礦的過(guò)程，對(duì)目前認(rèn)為高溫葉蛇紋石化不能產(chǎn)生磁鐵礦、生成氫氣并合成甲烷的經(jīng)典觀點(diǎn)提出了質(zhì)疑。第二類(lèi)沿著裂隙分布的次生流體包裹體主要由甲烷、氮?dú)狻⒗呒y石、水鎂石和磁鐵礦等組成（圖2），而且捕獲流體的硅含量控制了蛇紋石化時(shí)水鎂石的生成及相應(yīng)的甲烷產(chǎn)量。第三類(lèi)次生流體包裹體和第二類(lèi)流體包裹體分布類(lèi)似，但是其主要由甲烷、葉蛇紋石、磁鐵礦、石墨和碳酸鹽（菱鎂礦和白云石）等組成（圖3），捕獲流體高的CO2含量促進(jìn)了葉蛇紋石的穩(wěn)定。而且第三類(lèi)包裹體中殘留利蛇紋石的出現(xiàn)表明高CO2條件下的蛇紋石化是一個(gè)兩階段過(guò)程，即橄欖石先蝕變?yōu)閬喎€(wěn)定利蛇紋石，然后轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定葉蛇紋石。這也解釋了類(lèi)似條件下實(shí)驗(yàn)?zāi)M和天然樣品中分別生成利/纖蛇紋石和葉蛇紋石的差異可能是由動(dòng)力學(xué)因素所控制的。
和早期研究不同的是，該研究認(rèn)為造山帶橄欖巖中的包體甲烷可能并不是捕獲至地幔中的還原性流體，而是原位蛇紋石化合成的。此外，該研究表明造山帶橄欖巖中的含甲烷流體包裹體作為相對(duì)封閉且可在不同條件下達(dá)到平衡的體系，可以成為有別于理論、實(shí)驗(yàn)和蛇紋巖外研究蛇紋石化及其相關(guān)的甲烷合成的新窗口。
圖1 第一類(lèi)含甲烷流體包裹體顯微照片和拉曼面掃圖
圖2 第二類(lèi)含甲烷流體包裹體顯微照片和拉曼面掃圖
圖3 第三類(lèi)含甲烷流體包裹體顯微照片和拉曼面掃圖
研究成果近期正式發(fā)表于國(guó)際地球化學(xué)知名期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。該研究獲得了第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2019QZKK0702）、中科院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)（XDB41000000和XDB42000000）以及國(guó)家自然科學(xué)基金（42021002和41703029）等項(xiàng)目的聯(lián)合資助。
論文信息如下：Zhang L.(張龍), Wang Q.(王強(qiáng)), Ding X.(丁興) and Li W. –C(李萬(wàn)才). (2021). Diverse serpentinization and associated abiotic methanogenesis within multiple types of olivine-hosted fluid inclusions in orogenic peridotite from northern Tibet. Geochimica et Cosmochimica Acta 296, 1–17.
論文鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703720307298
