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)的一种水热蚀变，主要产物为蛇纹石、(±)水镁石、(±)滑石、(±)磁铁矿和氢气。基性或超基性岩发生蛇纹石化后形成蛇纹岩，矿物组成主要是蛇纹石。蛇纹石化作用使橄榄石和辉石中的Fe^2＋反应生成H₂，反应中Fe^2＋被水氧化成Fe^3＋，典型沉淀物为磁铁矿，同时氢从水中被还原成H₂。当体系中有CO₂时，橄榄石蚀变过程中产生的磁铁矿催化CO₂和H₂反应产生CH₄、C₂H₆和C₃H₈(Berndt et al.，1996；Mccollom and Seewald.，2001)。

超基性岩中活跃的热液环境，为蛇纹石化及非生物成因碳氢化合物的产生提供了良好条件。沿大西洋中脊(MAR)，Rainbow、Logatchev/Ashadze、Lost City和Saldanha热液区，寄主蛇纹石化橄榄岩和辉长岩的海底热液系统，以与蛇纹石化相关的H₂、CH₄和较高碳数烷烃的高浓度为特征(Kelley et al.，2001，2005;Proskurowski et al.，2008)。Lost City热液活动区，甲酸、乙酸和溶解有机碳与蛇纹石化作用的相关性和碳同位素组成，显示了非生物成因特征(Lang et al.，2010)。墨西哥Socorro岛的非生物成因烷烃显然与蛇纹石化作用相关，其富H₂和CH₄流体的气体和同位素组成特征与MORB流体相似。其碳、氦同位素比值和丰度分别为：δ¹³ C_CO2～-5‰，³He/⁴He=7.6 Ra，CO₂/³He=(2-3)×10⁹，它们的C₁/C₂₊=～1000，δ¹³ C_CH4=-15‰～-20‰，δD=-80‰～-120‰，且烷烃碳、氢同位素δ¹³ C和δD值具反序分布特征(Taran et al.，2010)。然而，蛇纹石化期间产生的分子氢和CH₄，可以被多种类型微生物群落用作代谢能量。这些生物通过化学能，而不是太阳能来维持整个微生物群落的发展(McCollom，2013)。这些挥发分供养了密集的微生物群落，包括产CH₄和/或嗜CH₄古菌、CH₄氧化、硫-氧化菌和硫酸盐-还原菌(Kelley et al.，2005)，并且热液系统蛇纹石化作用产生丰富的化学能和有利的有机化合物合成条件(Amend et al.，2011;Wang et al.，2014)。

目前研究主要关注热液区蛇纹石化作用的气体研究，但关于蛇纹石化岩石气体的研究资料则不多见(Norm and and Williams-Jones，2010)。本文采用分步加热-质谱法测定了内蒙古温都尔庙早古生代蛇纹石化橄榄岩释出气体的化学组成及碳同位素组成，以探讨气体的形成特征和成因类型。

温都尔庙地区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗，大地构造上处于华北地台和西伯利亚地台之间的兴蒙褶皱带。研究区位于温都尔庙加里东褶皱带西段的多伦复背斜中，为古蒙古洋向华北地台第一次俯冲的缝合带，之后在其北部又多次焊接新的褶皱带。研究区蛇绿岩套沿断裂带的断续分布也证明此深断裂是早古生代时期古蒙古洋向华北板块俯冲的消减带。在寒武纪的早加里东旋回期间，内蒙古中部—兴安海槽以拉张作用为背景不断形成新的洋壳，温都尔庙地区的蛇绿岩套可能就在此时形成，当时在海槽的南部发育了大西洋式被动陆缘(内蒙古自治区地质矿产局，1991)。温度尔庙地区的蛇纹岩发育在蛇绿岩带中，是古蒙古洋蛇绿岩带的一支(张旗和周国庆，2001)，是古蒙古洋向华北地台俯冲的残留痕迹。根据其测年数据，推测本蛇绿岩带形成于早古生代或新元古代末期(彭立红，1984；梁日暄，1994)。它们大小不一，层序多不完整，一般都发生了较强的变质作用(白文吉等，1995；宋泰忠等，2008；贺宏云等，2011)。

样品采自内蒙古温都尔庙地区，岩性为橄榄岩，蛇纹石化橄榄岩和蛇纹石化大理岩(图 1)。将新鲜的样品去除表层部分后，把样品破碎至40～60目，在100℃条件下烘干，去除表面吸附的有机质。流体化学组成分析采用改进的在线真空分布加热质谱法完成。该方法避免了样品释放出流体组分间相互反应对测试数据的影响(Zhang et al.，2004，2007)，通过控制加热温度有效地分离矿物中不同赋存状态的流体挥发分，并对含C、H、O、S和N 的挥发分进行精确测定(Javoy and Pineau，1991; Zhang et al.，2009)。分步加热装置由石英样品管和液氮冷阱组成。样品在100℃加热高真空去气2 h，确认没有气体排出后从200℃开始升温，以200℃为升温段，每个温度点恒温1 h，最高加热温度为1000℃。样品加热过程中采用液氮冷阱冷冻分离样品释出的低冰点流体挥发分，如CO₂和H₂O等，有效地阻止了释出流体挥发分间高温反应形成新的流体挥发分相(Zhang et al.，2007，2009)。释出流体组成在线导入MAT271型质谱计测定流体化学组成，流体组分提取装置和详细的实验步骤见Zhang等(2004，2007)描述。CO₂和H₂等主要挥发分测量的相对误差小于1%，H₂O 的测量误差小于5%。

图 1

图 1 内蒙古温都尔庙蛇纹岩分布图 Fig. 1 A sketch map showing the distribution of serpentine in the Wenduermiao area in Inner Mongolia

碳同位素以CO₂和CH₄、C₂H₆、C₃H₈和C₄H₁₀含碳流体挥发分为测试对象，采用分步加热-GC-C-稳定同位素质谱计系统测定，分步加热装置由石英样品管和分子筛吸附阱组成。分子筛预先在400℃加热、氦载气驱赶净化。样品从200℃开始升温至1000℃，以200℃为升温段，每个温度点恒温1 h。样品在每一温度段释出的含碳流体挥发分用氦载气驱赶、液氮冷冻分子筛阱吸附收集，每一温度点恒温1 h 后采用加热分子筛(～96℃)解吸组分，再用氦载气载入在线GC-C-MS 系统，通过4 m长的GDX-05不锈钢色谱柱分离CO₂、CH₄、C₂H₆、C₃H₈和C₄H₁₀组分，He 载气流速5 ml/min，填充柱升温范围为-20～95℃，升温速率3℃/min。

分离组分经燃烧系统转化为CO₂，进入Deltplus XP 稳定同位素质谱计测量碳同位素组成(Zhang et al.，2007)。δ¹³ C值采用PDB 标准，系统误差小于1.6‰。

温都尔庙蛇绿岩带不同样品分步加热过程中流体挥发分在200～400℃、400～800℃和800～1000℃阶段性释出，不同温度流体挥发分的释出特征、化学组成和含量有所不同(表 1，图 2)。

表 1

表 1 内蒙古温都尔庙蛇纹石化橄榄岩不同温度释出气体组分的含量 Table 1 Concentrations of gases released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area，Inner Mongolia (mm3/g) 样品号 t／℃ H2 N2 O2 Ar CO2 CO CH4 C2H6 MT-02 蛇纹石化橄榄岩 200 — 28.45 3.55 0.30 22.32 — — — 400 0.36 35.27 1.83 0.32 131.18 — 0.22 — 600 0.23 2.25 0.66 0.05 464.86 — 0.05 0.05 800 11.71 61.47 17.56 0.00 29172.67 — — 2.93 1000 0.31 16.43 4.69 0.23 760.01 — 0.16 — MT-03 蛇纹石化橄榄岩 200 — 4.49 0.27 — 38.58 0.46 — — 400 — 3.17 0.34 — 86.62 — 0.41 5.62 600 19.86 4.37 1.32 — 1290.91 — 5.43 1.85 800 0.73 5.83 1.70 — 2416.78 — 0.49 0.73 1000 0.08 0.24 0.07 — 29.65 — — — MW-13 蛇纹岩化大理岩 200 — 23.86 4.27 0.20 28.22 — 0.00 0.00 400 34.62 34.19 3.14 0.19 135.10 — 1.60 44.59 600 103.98 21.66 7.67 0.14 3181.38 — 11.00 5.33 800 87.23 23.99 10.90 0.17 21660.98 — 6.54 4.36 1000 3.23 27.46 8.08 0.25 8010.79 — — 0.81 MC-20 橄榄岩 200 — — 3.10 0.13 0.41 — — — 400 5.49 — 0.94 0.14 0.43 — 0.18 4.95 600 347.58 2.84 2.24 0.11 3.55 2.84 3.62 — 800 854.86 6.63 3.27 0.18 1.59 6.63 0.71 — 1000 1764.73 27.41 3.45 0.18 1.27 27.41 0.54 — MC-21 蛇纹石化橄榄岩 200 0.71 13.13 1.69 0.12 2.94 — — — 400 9.07 13.07 1.64 — 36.12 9.82 0.58 0.52 600 7.39 13.60 4.59 0.17 803.42 9.09 3.23 1.19 800 4.43 12.47 4.43 0.28 2670.60 — 0.28 0.55 1000 5.23 18.06 9.75 0.22 44.61 1.04 — — MC-22 蛇纹石化橄榄岩 200 — 26.70 4.22 0.29 5.60 — — — 400 17.98 43.24 2.25 0.39 30.94 13.37 3.22 — 600 11.19 36.30 6.58 0.37 135.47 4.12 10.76 0.82 800 6.25 18.74 7.03 — 7771.08 — 2.34 1.56 1000 1.65 24.30 7.00 0.41 4083.59 — — 0.41 MC-24 蛇纹石化橄榄岩 200 — 20.47 2.75 — 10.39 — — — 400 8.32 19.10 2.34 — 61.44 — 0.67 5.56 600 16.66 22.86 6.03 0.35 1717.12 — 5.14 4.25 800 24.57 18.43 14.74 — 12209.35 — 1.23 3.69 1000 29.53 64.72 14.75 0.55 225.57 2.29 1.26 — 注：—指未检测出。

表 1 内蒙古温都尔庙蛇纹石化橄榄岩不同温度释出气体组分的含量 Table 1 Concentrations of gases released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area，Inner Mongolia

图 2

图 2 温都尔庙蛇纹石化橄榄岩不同温度释出气体组分的含量 Fig. 2 Contents of gases released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area

温都尔庙蛇绿岩带不同样品气体含量较高，不同样品在各温度平均含量在2914.76 mm³/g(STP:标准温度和大气压，下同)，其中，乌素图的蛇纹石化大理岩释出气体含量最高，各温度点释出气体平均达到6705.19 mm³/g，车根达来的橄榄岩释出气体含量最低，为625.34 mm³/g，并且释出气体以H₂含量最高，平均量为743.17 mm³/g，其他样品的释出气体主要为CO₂，占气体总量的98.25%，其次是N₂(0.81%)、H₂(0.34%)、O₂(0.19%)和烷烃气(CH₄+C₂H₆)占到0.16%，Ar所占体积十分微量，CO仅在个别样品部分温度点有检出。不同气体的释出温度也不同，CO₂主要释出温度是在600～800℃，并且橄榄岩的释出量。

图 3

图 3 温都尔庙纹石化橄榄岩不同温度释出CO2的碳同位素与含量(a)和CH4碳同位素(b)相关图 Fig. 3 Plots of δ13 CCO2 values vs. CO2 contents(a) and δ13 CCH4 values(b)of the gases released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area

温都尔庙蛇纹石化岩石样品分步加热释出含碳气体CO₂和CH₄、C₂H₆、C₃H₈和C₄H₁₀的碳同位素组成见 表 2。CO₂的δ¹³ C为-18.6‰～2.6‰，在地幔、地壳和地幔范围之间(图 4a)。CH₄、C₂H₆、C₃H₈和C₄H₁₀的δ¹³ C变化范围分别为-8.1‰～-51.8‰(图 4b)，-13.3‰～-30.0‰，-18.4‰～-32.8‰和-22.4‰～29.6‰。

表 2

表 2 温都尔庙蛇纹石化橄榄岩不同温度释出气体组分的碳同位素组成 Table 2 Carbon isotopes of carboniferous gases released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area (‰) 样品号 t／℃ δ13CCH4 δ13CC2H6 δ13CC3H8 δ13CC4H10 δ13CCO2 MT-03 蛇纹石化 橄榄岩 200 -21.9 — -12.9 400 -26.1 -15.5 -25.8 — -13.8 600 -8.1 -17.7 -26.2 — -10.3 800 — -16.4 — — -12.1 1000 — — — — -13.6 MW-13 蛇纹岩化 大理岩 200 — — -27.7 — -14.5 400 -31.8 -26.8 -26.1 -24.1 -18.6 600 -26.2 -24.3 -20.6 -22.4 -12.1 800 -25.5 -24.9 -18.4 -24.9 2.6 1000 — — — -23.6 0.7 MC-21 蛇纹石化 橄榄岩 200 — — — — -11.7 400 -40.6 -29.4 -24.8 — -14.9 600 -51.8 -31.3 -28.0 -25.0 -2.9 800 — — — — -4.3 1000 — — — — -6.4 MC-22 蛇纹石化 橄榄岩 200 — -27.4 -32.8 — -10.6 400 -31.6 -30.0 -26.7 -27.9 -18.6 600 -32.9 -24.8 -24.8 -26.5 -8.4 800 -24.3 -18.2 -24.8 — -6.3 1000 -46.3 — — -24.2 -18.6 MC-24 蛇纹石化 橄榄岩 200 — — — — -14.5 400 -40.4 -28.3 -29.2 -27.5 -11.6 600 -31.6 -28.9 -26.1 -22.9 -12.3 800 — — -23.9 -29.6 -4.6 1000 — -13.3 -18.4 -23.8 -5.2 注：—指未检测出。

表 2 温都尔庙蛇纹石化橄榄岩不同温度释出气体组分的碳同位素组成 Table 2 Carbon isotopes of carboniferous gases released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area

不同加热温度含碳气体的碳同位素组成不同，200℃时CO₂的δ¹³ C为-10.6‰～-14.5‰，均值为-12.8‰，只有1个样品检出C₂H₆的δ¹³ C₂为-27.4‰，C₃H₈的δ¹³ C₃为-21.9‰～-32.8‰，均值-27.5‰。

4 00～600℃时检测出较为完整的含碳气体的碳同位素，400℃时CO₂的δ¹³ C为-11.6‰～-18.6‰，均值为-15.5‰，CH₄的δ¹³ C₁为-26.1‰～-40.6‰，均值为-34.1‰，C₂H₆的δ¹³ C₂为-15.5‰～-30.0‰，均值为-26.0‰，C₃H₈的δ¹³ C₃为-24.8‰～-29.2‰，均值为-26.5‰，C₄H₁₀的δ¹³ C₄为-24.1‰～-27.9‰，均值为-26.5‰。

600℃时CO₂的δ¹³ C为-2.9‰～-12.3‰，均值为-9.2‰，CH₄的δ¹³ C₁为-8.1‰～-51.3‰，均值为-30.1‰，C₂H₆的δ¹³ C₂为-17.7‰～-31.3‰，均值为-25.6‰，C₃H₈的δ¹³ C₃为-20.6‰～-28.0‰，均值为-25.1‰，C₄H₁₀的δ¹³ C₄为-22.4‰～-26.5‰，均值为-24.2‰。

8 00℃时CO₂的δ¹³ C为-12.1‰～2.6‰，均值为-4.9‰，CH₄的δ¹³ C₁为-24.3‰～-25.5‰，均值为-24.9‰，C₂H₆的δ¹³ C₂为-16.4‰～-24.9‰，均值为-19.8‰，C₃H₈的δ¹³ C₃为-18.4‰～-24.8‰，均值为-22.4‰，C₄H₁₀的δ¹³ C₄为-24.9‰～-29.6‰，均值为-27.3‰。

1000℃时CO₂的δ¹³ C为-18.6‰～-0.7‰，均值为-8.6‰，1个样品检出CH₄、C₂H₆、C₃H₈的碳同位素，分别为-46.3‰、-13.3‰和-18.4‰，C₄H₁₀的δ¹³C为-23.6‰～-24.2‰，均值为-23.9‰。

从同位素来看，CO₂的δ¹³ C在400℃之前相对较轻，在800～1000℃时变重，蛇纹石化大理岩样品在800～1000℃温度释出的CO₂同位素达到正值。烷烃的碳同位素分布范围很宽，没有表现出玄武岩和火山岩流体中随温度升高含碳气体的δ¹³ C逐渐变重的趋势(余明等，2014)。

分步加热之前在100℃进行了2 h 的高真空加热，除去样品表面吸附的大气来源挥发分。在高真空条件下确认没有气体排出时完全去除了矿物表面、裂隙中吸附的挥发分，样品加热过程中采用液氮冷阱阻止了样品释出挥发分在高温条件下相互反应，因此分步加热过程中样品释出的流体挥发分主要来源于矿物结晶时捕获的岩浆挥发分，以及后期作用过程中捕获的后期流体挥发分，如后期交代作用流体或蚀变作用流体(汤庆艳等，2012)，二者可能分别保存于矿物原始流体包裹体、矿物晶格缺陷与空隙和次生流体包裹体中。蛇纹石化超基性岩通常含有不同来源和成因特征的气体组分：①超基性岩所含的地幔原始气体组分；②蛇纹石化过程中外来流体带入被溶解的气体组分；③水—岩相互作用产生的气体组分。这些不同来源的气体，将赋存于样品不同的内部空间，其热释放温度各异。同时，样品在加热过程中亦会由于矿物分解而释放气体。

200℃时N₂为主要组分，含量为19.52 mm³/g，其次为CO₂(6.31 mm³/g)和O₂(2.89 mm³/g)，未检测出烷烃气。400～600℃释出的流体组分主要来自演化过程中的流体挥发分，400℃时CO₂含量只有80.23 mm³/g、N₂为24.67 mm³/g、H₂为14.07 mm³/g和C₂H₆为14.07 mm³/g，600℃时CO₂含量明显减少(1265.53 mm³/g)、H₂为26.55 mm³/g、N₂为16.84 mm³/g和CH₄为5.94 mm³/g；在400～600℃时CH₄和C₂H₆含量达到最高。

8 00℃释出的流体组分主要来自原始流体包裹体的爆裂释气，CO₂(12650.24 mm³/g)、N₂(23.49 mm³/g)、O₂(22.49 mm³/g)和H₂(9.39 mm³/g)，在800～1000℃时CO₂含量如此之高，主要是矿物分解所致。1000℃释出的流体组分主要来源于矿物晶格缺陷和空隙中的流体，以及部分纳米级流体包裹体(Zhang et al.，2010)，蛇纹石化橄榄岩(大理岩)样品气体主要为CO₂(2192.37 mm³/g)、N₂(25.20 mm³/g)、O₂(7.39 mm³/g)和H₂(6.67 mm³/g)。

在400℃以上温度都是CO₂含量远高于其他组分，也说明蛇纹石化过程中橄榄石发生碳酸盐化而形成碳酸盐矿物，研究者测定了蛇纹石化速率对溶解CO₂的影响(包括水热实验)。表明Fe^2＋将更迅速地进入到碳酸盐中，而不是被氧化形成磁铁矿。这意味着氢和CH₄产生速率低于纯水流体中的产生速率，橄榄石的碳酸盐化作用至少要比蛇纹石化速率快一个量级(Jones et al.，2010)。

富含橄榄岩的深海热液系统(Charlou et al.，1998；Douville et al.，2002；Schmidt et al.，2007)和富含蛇绿岩的渗漏区气体(Hosgörmez，2007；Etiope et al.，2011)的气体化学组成研究表明，CH₄和H₂的浓度很高，其体积分数分别可达20％～80%和10％～20%，CH₄/C₂H₆值非常高，都大于100，最高可达2000，绝大部分为300～1000，并且认为蛇纹石化作用是非生物成因CH₄一种重要机制(Hosgormez et al.，2008；Proskurowski et al.，2008；Taran et al.，2010；Etiope et al.，2011)。

温都尔庙蛇纹石化橄榄岩释出CO₂和H₂随着温度升高，至800℃达到最大值，到1000℃时含量降低，H₂体积含量仅有个别温度点达到10%；N₂和O₂在各温度点的变换较小，CH₄和C₂H₆在400～800℃释出，二者之间的比值大部分都小于1，也许是由于CH₄易扩散丢失所至，可能反映了热成因烷烃的组成特征。

温都尔庙蛇纹石化橄榄岩分步加热释出含碳气体的碳同位素表明，气体可能来源于地幔，也有地幔和地壳组分的混合(图 3，图 4)。蛇纹石化作用产生气体的CO₂和CH₄碳同位素δ¹³ C值分布显示明显的3种类型的分区性(图 4)，并不是完全的幔源非生物成因气体的来源，一类是CO₂的δ¹³ C＞-8‰，显示幔源CO₂特征，CH₄的δ¹³ C₁为-51.8‰～-24.3‰；第二类是CO₂的δ¹³ C＜-7‰，显示有机成因CO₂特征；CH₄的δ¹³ C₁为-46.3‰～-31.6‰；第三类是CO₂的δ¹³ C＜-7‰，显示有机成因CO₂特征；CH₄的δ¹³ C₁＞-30.0‰，推测蛇纹石化气体的来源并非单一的成因。

图 4

图 4 温都尔庙蛇纹石化橄榄岩不同温度下释出的CO2和CH4的碳同位素组成(据Ueno et al.，2006修改) Fig. 4 Plots showing δ13 CCO2 and δ13 CCH4 values for the gases released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area(after Ueno et al.，2006)

进一步研究烷烃分布模式与同位素体系的耦合关系，可更有效地鉴别有机小分子的来源和特征。样品分步加热释出烷烃气的碳同位素在不同温度下显示出不同的烷烃(C₁到C₄)同位素分布(图 5)，MC-24(600℃)CH₄的δ¹³ C值为-31.6‰，400～600℃时MC-21 CH₄ δ¹³ C值分布在-51.8‰～-40.6‰，并且烷烃分布模式都具有正序分布特征: δ¹³ C₁＜δ¹³ C₂＜δ¹³ C₃＜δ¹³ C₄；有机成因原生的未受次生改造的烷烃气，碳同位素值小于-30‰，随烷烃气分子碳数顺序递增表现为正碳同位素系列，即δ¹³ C₁<δ¹³ C₂<δ¹³ C₃<δ¹³ C₄(Ni et al.，2011)，MC-21(400～600℃)和MC-24(600℃)释出气体的烷烃δ¹³ C值正序分布特征，揭示了它们的生物成因特征。而非生物成因气CH₄碳同位素值大于-30‰，具有负碳同位素系列，碳同位素分布模式为δ¹³ C₁>δ¹³ C₂>δ¹³ C₃>δ¹³nC₄(王先彬等，2009)。MT-03(600℃)CH₄的δ¹³ C值为-8.1‰，随碳数增加显示反序分布特征(δ¹³ C₁＞δ¹³ C₂＞δ¹³ C₃)，这与Lost City热液流体中烷烃的碳同位素值随着碳数增加是越来越轻(δ¹³ C在-9‰～-16‰)，具完全反序分布特征(Proskurowski et al.，2008)一致，显示了非生物成因特征。不同成因烷烃气碳同位素系列分布的差异，是由碳同位素系列的分馏模式相反的同位素动力效应所致。岩浆岩、大洋中脊和宇宙陨石中的烷烃气是通过C-C键的形成而产生的连续多聚物的产物，¹² C-¹² C比¹² C-¹³ C键弱，优先断裂，¹² CH₄比¹³ CH₄更加快速形成烃链，即在聚合反应过程中，¹² C将优先进入聚合形成的长链中，从而使形成烷烃气的碳同位素随着碳数的增加而更加贫¹³ C；在沉积岩中则相反，烷烃气是由干酪根的降解产生的，如C—C键的断裂，¹² C—¹² C比¹² C—¹³ C键弱，所以优先断裂，导致有机热成因烷烃气的碳同位素随着分子中碳数的增加而更加富集¹³ C(戴金星，2011)。

图 5

图 5 温都尔庙蛇纹石化橄榄岩不同温度释出正构烷烃(C1-C4)碳同位素组成 Fig. 5 Plot of δ13 C values of C1-C4 alkanes released at different temperatures from the serpentinized peridotite in the Wenduermiao area

当烷烃气的δ¹³ C值不按分子碳数顺序递增或递减，即排列出现混乱时，称为碳同位素倒转，如MC-22(400℃)烷烃的δ¹³ C值显示了: δ¹³ C₁＜δ¹³ C₂＜δ¹³ C₃＞δ¹³ C₄，600℃时δ¹³ C₁＜δ¹³ C₂＞δ¹³ C₃＞δ¹³ C₄的分布特征，其δ¹³ C₂和δ¹³ C₃值介于-24.8‰～-30.0‰，明显轻于其他非生物成因气，并不适合费托合成模型的烷烃分配；其CH₄的δ¹³ C₁为-31.6‰～-32.9‰，都轻于-30‰，δ¹³ C₁—δ¹³ C₂＜0，反映气体为生物成因烷烃气。这与热成因烷烃气中δ¹³ C₃>δ¹³ C₄倒转是普遍的，同时δ¹³ C₂>δ¹³ C₃并不是很少见(戴金星等，2014)的特征是一致的。

温都尔庙蛇绿岩带蛇纹石化橄榄岩(大理岩)分步加热释出气体的生物成因气。或许有以下来源：缓慢扩张洋中脊，低岩浆供应区，海水沿深穿透断层系统迁移，将有利于深部地壳和上地幔发生蛇纹石化水合作用，导致有意义地生成CH₄和H₂，为微生物活动提供重要的能源(Delacour et al.，2008)。蛇纹石化期间产生的分子氢和CH₄，可以被多种类型微生物群落用作代谢能量，丰富的化学能源提供有利的有机化合物合成条件(Mccollom，2013)。再者，富含橄榄石和辉石矿物的岩石，在低温(<150℃)、极高的pH值(＞10)条件下，发生水—岩反应，导致橄榄石和辉石中的Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，形成磁铁矿(Fe₃O₄)和其他矿物，同时释放分子氢(H₂)。并进而在还原条件下，H₂和CO₂通过费-托聚合反应(FTT)生成烷烃与其他有机化合物(Proskurowski et al.，2008; McCollom，2013)。当然，也有海洋有机质热降解和微生物活动残留的有机化合物。

(1)温都尔庙地区蛇纹石化橄榄岩(大理岩)气体挥发分组成中CO₂在200℃以上释出气体中占有极高的比例，H₂随着温度升高的含量逐渐增加，至1000℃时含量降低，CH₄和C₂H₆在400～600℃释出含量较高，其气体化学组成反映了热成因烷烃的组成特征。

(2)温都尔庙地区蛇纹石化橄榄岩(大理岩)含碳气体CO₂和CH₄的碳同位素组成变化很大，其CO₂的δ¹³ C为-18.6‰～2.6‰，正构烷烃的δ¹³ C₁为-8.1‰～-51.8‰；碳同位组成随碳数的增加呈正序分布、完全反序和局部反序，显示气体既有非生物成因气，也有生物成因气(热成因或细菌)来源。