非生物生气已经成为现今油气地质研究中的一大热点问题，橄榄岩为非生物生气提供了底料，蛇纹石化是非生物生气的一个重要过程，因此对蛇绿岩带的研究十分必要。内蒙古温都尔庙蛇绿岩位于中朝古板块和西伯利亚古板块之间的造山带，之前已有一些有关温都尔庙蛇绿岩的研究积累(黄金香等，2006；许传诗，1987)，但对蛇绿岩层序、岩石学、矿物学等特征没有具体描述，本文就蛇绿岩的组合、岩石学及矿物学特征进行了研究。

温都尔庙地区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗(图 1)，大地构造位置处于华北地台和西伯利亚地台之间的，在新元古代及古生代时期曾是古亚洲洋(或古蒙古洋)的边缘地带，经加里东及华力西期的造山运动后形成的兴蒙褶皱带。温都尔庙加里东褶皱带是兴蒙褶皱带的6个次级褶皱带中最南的一条。研究区位于温都尔庙加里东褶皱带西段，为南北两条深大断裂带控制，其北为温都尔庙-西拉木伦河深断裂带，其南为华北地块北缘岩石圈深断裂带中段(亦称白云鄂博-赤峰-开原断裂带)(崔盛芹等，2013)。区域内整体构造方向为北东东向或北东向，与东西向展布的华北地台北缘和褶皱带近似平行(内蒙古自治区地质矿产局，1991)。

图 1

图 1 内蒙古中部蛇绿岩地质简图(据梁日暄，1994修改) Fig. 1 A simplified geological sketch showing the Wenduermiao ophiolite in the central Inner Mongolia 1 -第四系；2-侏罗系；3-石炭-二叠系；4-泥盆系；5-寒武-志留系；6-中元古界；7-太古界；8-蛇绿岩带；9-花岗岩；10-研究区

温都尔庙蛇绿岩带由五一台、温都尔庙和图林凯岩块组成。其中温都尔庙岩块发育最好，主要出露有蛇纹石化橄榄岩、蛇纹石化辉石橄榄岩、角闪石岩、斜长岩、玄武岩、硅质岩，是一套具有“三位一体”结构的蛇绿岩套(臧遇时等，2013)。蛇绿岩套中的构造变形作用显著，普遍发育有构造糜棱岩带，不仅在构造结合部，在其两侧的褶皱带内蛇绿岩(含蛇纹石化岩石)、韧性剪切带也很发育。

经过对温都尔庙地区蛇绿岩系统的野外调查及室内测试分析，综合前人资料(胡骁，1985；彭立红和李春昱，1985；梁日暄，1994；李英杰等，2012)和研究区蛇绿岩柱状剖面图(图 2)，将温都尔庙地区蛇绿岩石组合层序自下而上分为变质橄榄岩、镁铁质-超镁铁质堆晶杂岩单元、火山熔岩单元和上覆岩系的硅质岩。这种组合符合对蛇绿岩层序的一般认识。

图 2

图 2 温都尔庙蛇绿岩柱状剖面图(改自贾和义提供) Fig. 2 A columnar section of the Wenduermiao ophiolite R-硅质岩；sc-片岩；PL-枕状熔岩；Mβ-变玄武岩； η-辉绿岩；v-均质辉长岩；Hz-变质橄榄岩；ov-橄榄辉长岩

研究区蛇绿岩野外露头较多，分布较广，野外可见，各种岩性岩石支离破碎，产生严重褶皱变形和岩石蚀变，露头风化剥蚀较为严重(图 3)。

俯冲带中的蛇纹石化是一种普遍且重要的过程(Ewans and Hawkins，1979；Ranero et al.，2003；汪小妹等，2009)。温都尔庙蛇绿岩中的超铁镁质地幔橄榄岩、辉石橄榄岩(图 3a、3b)发生强烈的次生蚀变，以蛇纹石化作用为主，其次为碳酸盐化、滑石化、绿帘石化等(熊光强，2014)。橄榄石完全蚀变，没有残留或仅保留矿物假象。蚀变导致强蛇纹石化地幔橄榄岩(蛇纹岩)成为温都尔庙蛇绿岩中最为重要的岩石类型，其出露范围较广而且分布较多，具有明显的碎裂化特点，多呈透镜状、团块状、脉状及不规则状产出。出露岩块大小从几平方米到几百平方米不等，与围岩呈构造接触。岩石遭受了区域变质、韧性剪切变形变质作用的叠加，剪切滑动面十分发育，岩石在强变形域表现为强片理化，弱变形域保留块状构造，片理围绕块体分布。片理面上可见皱纹线理及钛铁矿晶体定向排列形成的矿物生长线理。岩石新鲜面呈块状、花斑状墨绿色、橄榄绿，滑感明显，具有微弱磁性，其主要组成矿物为蛇纹石、碳酸盐矿物、滑石、磁铁矿以及极少量铬铁矿。由于蛇纹石化强烈，内部矿物全部蚀变，未见任何残晶保留。蛇纹石呈纤维状、鳞片状定向排列并集中分布。

图 3

图 3 温都尔庙蛇绿岩中主要岩石类型 Fig. 3 Main rock types of the Wenduermiao ophiolite (a)蛇纹石化辉橄岩；(b)变质橄榄岩(蛇纹岩)；(c)呈揉皱状的橄榄石角闪片岩； (d)具层状结构，由橄长岩+辉长岩(PTG)组合而成的斜长石型堆晶岩块；(e)斜长岩；(f)被肢解的大小不等的硅质岩块

根据次生矿物组合可将研究区蛇纹石化橄榄岩(蛇纹岩)细分为4种岩石类型(表 1)：全蛇纹石化橄榄岩、磁铁矿化全蛇纹石化榄岩、碳酸盐化全蛇纹石化橄榄岩和弱碳酸盐化蛇纹石化强滑石化橄榄岩。

表 1

表 1 温都尔庙蛇纹石化橄榄岩矿物组合及分类 Table 1 Classification and mineral assemblages of serpen-tinized peridotites from the Wenduermiao ophiolite 分类 矿物组合 主要蚀变类型 全蛇纹石化橄榄岩 Ser(>97%)+Mag(<3%) 蛇纹石化 磁铁矿化 全蛇纹石化橄榄岩 Ser(90%)+Mag(5％～10%) +Cal/Dol(2％～5%) 蛇纹石化+碳酸 盐化+磁铁矿化 碳酸盐化全蛇纹 石化橄榄岩 Ser(75％～90%)+ Cal/Dol(5％～22%) +Mag(<3%) 蛇纹石化+ 碳酸盐化 弱碳酸盐化 蛇纹石化强滑 石化橄榄岩 Tlc(50%)+Ser(35%) +Cal/Dol(12％～15%)+ Mag(<3%) 滑石化+蛇纹 石化+碳酸盐化

表 1 温都尔庙蛇纹石化橄榄岩矿物组合及分类 Table 1 Classification and mineral assemblages of serpen-tinized peridotites from the Wenduermiao ophiolite

主要分布于车根达来南约2 km处，由2个岩体组成，大者长约1 km，宽约250 m；小者长约250 m，宽约50 m。岩体(图 3c、3d、3e)遭受区域变质及韧性剪切变形，形成辉长质糜棱岩，片理面上具有矿物生长线理及拉伸线理。岩石呈灰绿色，辉长岩多数已蚀变为斜长角闪岩(梁日暄，1994)，局部地段保留原岩特征，具典型的辉长结构，由板状斜长石和短柱状辉石组成，二者粒度的自形程度相近。由于构造变形作用强烈，温都尔庙地区局部地段出现层状的角闪石岩/辉石岩与斜长岩呈揉皱状杂揉在一起。一些地区还出现有堆晶斜长岩，它的出现指示来源于地幔。车根达来可见黄绿色和暗绿色互层的蛇纹石和针状透闪石，层厚数毫米至数十厘米，有些层状构造不规则，甚至出现“交错层”构造。针状透闪石多为交代斜长石和辉石而成，镜下保留残留辉石和斜长石，其原岩应为辉长岩；蛇纹石多由橄榄石交代形成，推知其原岩为橄榄岩。由此推断层状超镁铁质岩石是由橄榄岩和辉长岩互层组成的堆晶岩。

斜长角闪岩：原岩应为辉长岩，块状构造，其矿物组合为角闪石(35%)+斜方辉石(5%)+斜长石(51%)+正长石(9%)+石英(＜1%)，中粗粒他形-半自形变晶结构，风化面上，角闪石在钾长石和斜长石中断续分布，定向性较好。矿物粒径多在1～2 mm，整体呈半自形-自形中粗粒变晶结构。角闪石呈长柱状，为辉石蚀变形成，结晶程度半自形-自形，柱面常见一组完全解理，横切面具有角闪石式解理，具有港湾状反应边，少量斜长石呈聚片双晶，并产生弯曲，发生绢云母化蚀变。石英呈微细乳滴状出现在长石的内部或边部。

橄榄石角闪片岩中：主要矿物组合为角闪石(80%)+橄榄石(11%)+斜长石(9%)，粒度多为0.2～2.0 mm半自形-自形细粒-中粒柱状变晶结构，碎裂构造，矿物集合体被定向压扁拉长表现为褶皱状，部分矿物产生形变或碎裂成小颗粒。角闪石多见自形的横切面(菱形、六边形)，角闪石式解理发育，干涉色达一级顶部，辉石常呈具有一组平行解理的柱状，干涉色一般为二级蓝，橄榄石的裂理发育，自形程度较好。

斜长岩：岩石呈浅灰白色，致密块状，岩石主要矿物组合为中性斜长石(95%)+角闪石/辉石(5%)，半自形-自形细粒结构，长条状斜长石呈无规则排列，其间隙充填有铁镁质暗色矿物，多数为细粒柱状角闪石或辉石。岩石碳酸盐化及绿帘石化作用较强。

基性熔岩(块状玄武岩与枕状玄武岩)出露于车根达莱最大的一个岩块中，呈大小不等的透镜状、条带状、块状夹杂于蛇纹 岩、变质辉长岩中，构造片理发育。现存岩石由片理构造的阳起石片岩和块状构造的阳起石岩组成。由于受强烈的构造作用，原岩结构面貌几乎消失殆尽，仅在个别薄片中见火山结构。阳起石岩、阳起石片岩中，阳起石含量达97%以上，岩呈灰绿色，显微变晶结构。

块状玄武岩：一般为灰绿到灰黑色，块状、气孔杏仁状构造，斑状结构。基质由隐晶质和玻璃质组成，玻璃质脱玻化形成隐晶质，呈变余玻基交织或变余间粒结构。斑晶含量少于3%，个别达10%，主要为中-拉长石，呈0.13～2.40 mm板条状聚片双晶，可见环带构造；普通辉石为0.2～1.2 mm的短柱状，蚀变严重，蚀变矿物有绿泥石、绿帘石、阳起石和绢云母等，无残留或仅保留假象；岩石具少量磁铁矿。岩石基质也发生了强烈的绿泥石化、绿帘石化、阳起石化和绢云母化，这些矿物均说明发生了中温热液蚀变作用。

枕状玄武岩：主要为灰绿色或灰紫色，由长轴30～500 cm，短轴10～100 cm的枕状玄武岩堆积形成，岩体具有1～2 cm厚的玻璃质外壳，发生完全绿泥石化。枕状体由边缘到中心向显晶质过渡，因结晶程度增强，岩石向内颜色变深，呈同心弧色带。岩石气孔由外向里数量减少，气孔变大。

凝灰岩：主要出现于基性火山岩中，呈层状产出，样品颜色为灰绿色或深灰紫色，块状构造。由晶屑、岩屑、火山灰组成，具变质凝灰结构，晶屑为0.03～0.50 mm尖棱角状颗粒，主要为斜长石(更-中长石)；岩屑为0.3 mm左右颗粒的凝灰岩；火山灰呈细小隐晶状，并全部发生绿帘石化。

上覆岩系主要为硅质岩(图 3f)，部分岩块为低级变质的硅板岩，是形成于蛇绿岩岩石组合上部的大洋沉积物，又被称为“蛇绿岩上覆岩系”(张成立等，2003)。风化面呈黄褐色，新鲜面呈深灰色-灰黑色，矿物组合为石英(75%)+云母(25%)，隐晶质结构，岩石致密而坚硬。硅质岩呈块状构造，镜下呈显微粒状结构，粒度为0.01～0.03 mm，内部有较粗颗粒的石英脉。硅板岩为板状构造，显微粒状变晶结构，变晶粒度为0.02～0.05 mm，石英经重结晶后拉长成柱状与云母构成定向排列，其原岩为硅质岩。

温都尔庙地区镁铁质-超镁铁质岩体中橄榄石发生不同程度的次生蚀变，形成蛇纹石、滑石、碳酸盐矿物以及磁铁矿等矿物。在蛇纹岩(图 4e)中，橄榄石被蛇纹石完全交代，形成交代假象结构，多数保留0.5～1.5 mm的自形-半自形柱粒状橄榄石晶形，蛇纹石及析出的磁铁矿沿其裂理和边缘分布而构成网脉状结构；橄榄石角闪岩(图 4a)中含有少量的橄榄石，他形-半自形中细粒粒状结构，粒径1～2 mm，部分颗粒具楔形尖端，裂理较发育，边缘多呈港湾状，常被周围的其他矿物包围，与角闪石或辉石颗粒构成三连点(夹角近120°)。

图 4

图 4 温都尔庙蛇绿岩显微镜下矿物特征 Fig. 4 Mineral characteristics of the Wenduermiao ophiolite under the microscope (a)橄榄石角闪岩；(b)角闪片岩，由片柱状的角闪石和少量斜方辉石组成；(c)角闪斜长岩，角闪石边缘呈港湾状， 表现出被交代的特征；(d)斜长岩，乳滴状石英交代长石，呈交代穿孔结构；(e)蛇纹岩，蛇纹石交代橄榄石呈交代假象结构； (f)滑石化橄榄岩，滑石交代辉石保留辉石外形

斜方辉石和单斜辉石在温都尔庙蛇绿岩镁铁质-超镁铁质岩体中均有出现，样品中主要以斜方辉石为主，单斜辉石相对较少。

斜方辉石主要为古铜辉石，多数岩类中都有分布，颗粒大小在0.2～2 mm之间，干涉色多为一级灰白，呈他形细粒粒状结构，镶嵌于其他矿物颗粒之间。在斜长角闪岩中斜方辉石常交代角闪石，接触边界呈弯曲状，其内弯的曲面或尖端指向角闪石；在滑石石化橄榄岩(图 4f)中，斜方辉石多被蛇纹石、滑石等完全交代，保留辉石柱状轮廓。单斜辉石在样品中较少，在辉长岩中主要为普通辉石，呈短柱状，与斜长石自形程度相当，二者构成辉长结构(路凤香和桑隆康，2002；徐夕生和邱检生，2010)。

角闪石主要赋存于角闪片岩、橄榄石角闪岩，斜长角闪岩和阳起石(片)岩中，在辉长岩、橄榄岩和斜长岩中亦可出现，但含量较少。角闪片岩中(图 4b)样品中的角闪石呈无色或浅绿色，多色性不强，自形-半自形中粒结构，柱面常见一组解理，横切面呈纺锤状六边形，具角闪石式解理，颗粒大者2.5×0.5 mm，小者0.2×0.05 mm。在辉石角闪石岩中，由于遭受后期挤压，颗粒紧密镶嵌，接触边界清楚且较为平直，长条状角闪石发生弯曲变形，形成了褶皱，显示出塑性特征。在角闪斜长岩(图 4c)中，角闪石为微弱的定向性长柱状，边缘呈港湾状；斜长岩(图 4d)部分角闪石颗粒呈孤立岛屿状残留分布在斜长石中，显示出角闪石蚀变交代特征；橄榄石角闪岩中，角闪石主要为浅闪石，为浅绿色纤维状集合体，角闪石式解理发育，破碎结构发育，大颗粒边缘常被碾碎呈小颗粒。X射线衍射分析结果显示，样品中角闪石种属主要浅闪石(d=8.3775×10^-10 m、3.1056×10^-10 m)(图 5a)、镁闪石(d=8.3468×10^-10m、3.1027×10^-10 m)(图 5b)和铁镁钙闪石(d=8.3499×10^-10 m、2.7079×10^-10 m)(图 5c)(常丽华等，2006)。因此，温都尔庙蛇绿岩中角闪石主要为钙质-镁铁质角闪石和阳起石。钙质-镁铁闪石成分与阳起石相近，与斜长石共生，较普通角闪石形成时间早，但是在标本中未见普通角闪石，表明热液蚀变过程缺少Na元素的参与。

图 5

图 5 温都尔庙蛇绿岩部分岩石样品X射线粉晶分析图 Fig. 5 The XRD patterns of parts rock in Wenduermiao (a)浅闪石；(b)镁闪石；(c)铁镁钙闪石

在角闪石片岩中，角闪石主要呈他形-半自形粒状结构，大者粒径为4×2 mm，小者为0.25×0.2 mm，颗粒间紧密镶嵌，聚片双晶发育。在角闪斜长岩(图 4d)中，角闪石先与斜长石形成，斜长石(An44-57)呈长条状，他形-半自形粒状，交代角闪石，在斜长石内部出现岛屿状的残余角闪石；石英交代斜长石，乳滴状石英分布于斜长石的边部和内部，出现交代穿孔结构。在次闪斜长岩中，斜长石呈长条状自形-半自形细粒粒状，颗粒间隙充填有次闪石。

温都尔庙地区橄榄岩普遍发生蛇纹石化，因此蛇纹石是组成变质橄榄岩最主要的矿物。偏光显微镜下，蛇纹石多呈纤维状、片状或粒状，相互平行或交织穿插，具有多色性不明显，正低突起，干涉色为一级灰白至一级黄，多呈平行消光等光性特点；依据其结构特征可将分为假晶结构和非假晶结构(Wicks and Whittaker，1977；O'Hanley，1996；汪小妹等，2010)[假晶结构：蛇纹石完全取代橄榄石或辉石，保留原矿物的结构特点，呈0.4～1.6 mm的自形-半自形粒状结构，橄榄石裂理或边缘析出少量粒状磁铁矿(图 4e)；非假晶结构：蛇纹石完全取代原矿物但不保留其晶形，呈交织状或相互穿插，由纤维状或鳞片状的利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石组成]。

X射线衍射分析和扫描电镜结果均显示，温都尔庙蛇纹石化橄榄岩中蛇纹石主要为利蛇纹石(d=7.2285×10^-10 m、3.6222×10^-10 m、2.4971×10^-10 m)、叶蛇纹石(d=7.1355×10^-10 m、3.5790×10^-10 m、2.5133×10^-10 m)(图 6a、6b)(来红州等，2003)和少部分纤蛇纹石，其中叶蛇纹石呈叶片状集合体(图 7a、7b)，利蛇纹石呈毛毡状集合体(图 7c)，纤蛇纹石呈纤维状集合体(图 7d)(苏小丽，2006；陈曼云等，2009)。

图 6

图 6 温都尔庙蛇绿岩部分岩石样品X射线粉晶分析图 Fig. 6 XRD patters of some rock samples from Wenduermiao ophiolite (a)利蛇纹石；(b)叶蛇纹石

图 7

图 7 温都尔庙蛇绿岩蛇纹石扫描电镜的显微形貌特征 Fig. 7 SEM images showing morphological characteristics of serpentines of the Wenduermiao ophiolite (a)(b)呈鳞片状、叶片状的叶蛇纹石集合体；(c)毛毡状的利蛇纹石集合体；(d)纤维状的纤蛇纹石集合体

通常大规模的蛇纹石化都会形成蛇纹岩岩体。蛇纹岩体一般为自变质热液或区域变质热液交代蚀变的产物(胡受奚，1980；常丽华等，2006)。

在蛇纹石化岩石中，各种蛇纹石往往复合共生，这主要是由于交代蚀变作用的阶段性或物理化学条件变化有关。当橄榄石等被蛇纹石交代时，在一般情况下，先形成利蛇纹石，其后是纤维蛇纹石或叶蛇纹石，在纯镁超基性岩体系中，蛇纹石化反应产物为蛇纹石和水镁石；在含铁镁的橄榄岩中，水镁石会继续反应生成磁铁矿和蛇纹石(O'Hanley，1996；汪小姝等，2009)。铁优先反应生成富铁蛇纹石，研究区蛇纹石水镁石含量较低，生成富铁蛇纹石后铁质仍剩余，并生成磁铁矿，说明原岩中有较多的铁质。在富流体充填的空隙和裂隙里，低温下存在的蛇纹岩矿物可以变为纤蛇纹石，而叶蛇纹石形成温度较高(>500℃)(汪小妹等，2009)，所研究蛇纹岩中出现有大量叶蛇纹石，说明在蛇纹石化过程中经历了较高温度，蛇纹石化后期的温度下降，干燥、低渗透性和低孔隙度的环境不利于纤维蛇纹石的产生，只有少部分蛇纹石转变成纤维蛇纹石。

(1)温都尔庙蛇绿岩带中的超铁镁质地幔橄榄岩、辉石橄榄岩发生以蛇纹石化为主的强烈次生蚀变作用。根据次生矿物组合变化可将研究区超基性岩(蛇纹岩)细分为4种岩石类型：全蛇纹石化橄榄岩、磁铁矿化全蛇纹石化橄榄岩、碳酸盐化全蛇纹石化橄榄岩和弱碳酸盐化蛇纹石化强滑石化橄榄岩。

(2)温都尔庙蛇绿岩带中镁铁质-超镁铁质岩石中主要造岩矿物包括橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、角闪石、斜长石，以及最主要的蚀变矿物：叶蛇纹石、利蛇纹石、纤蛇纹石、滑石和磁铁矿。

(3)在蛇纹石化过程中经历了较高温度，蛇纹石化后期的温度下降，干燥、低渗透性和低孔隙度的环境不利于纤维蛇纹石的产生，只有少部分蛇纹石转变成纤维蛇纹石。

致谢： 野外工作得到内蒙古自治区地质调查院贾和义高级工程师的指导和刘雅萍、杜显峰同学的帮助，迟洪兴教授对文章提出了宝贵意见，在此一并致谢。