蛇纹石化是超基性岩中的一种后期自变质产物，或中、低温热液对含镁的岩石进行交代产生含蛇纹石的一种蚀变作用。有关的矿产，主要有石棉、滑石及菱镁矿、硼镁矿等。在含镁碳酸盐类岩石中的镁矽卡岩铁、铜等矿床，也常伴随蛇纹石化现象。

蛇纹石化是地球上最重要的水岩作用之一。它的发生对于岛弧的形成、地震的产生、海底流体活动乃至生命起源、演化等具有重要的意义。

蛇纹石化是指中、低温热液对含镁岩石交代而产生蛇纹石的一种水岩蚀变作用。

蛇纹岩是洋壳的重要组成部分，因此大规模的蛇纹石化作用主要发生在海底、洋中脊和俯冲带。海底的蛇纹石化发生于 MORB 和/或深海橄榄岩与海水之间，通常为低温环境（<100℃），发育有低温生物群落（图 1），例如南大西洋 Lost City[23-24]。洋中脊的蛇纹石化是由岩浆驱动的水热流体交代地幔橄榄岩，常出现在慢速或超慢速的洋中脊中，通常是高温的(>300ºC)，发育有嗜热生物群落（图 1），例如中大西洋洋中脊Rainbow。蛇纹石化作用也会出现在俯冲带，例如早在 20 世纪六十年代就发现了汤加海沟路侧斜坡有蛇纹石化橄榄岩出露，之后又在伊豆-小笠原-马里亚纳前弧发现大量蛇纹石化橄榄岩组成的海底火山山脉。

洋壳或地幔橄榄岩的蛇纹石化会明显影响岩石的物理性质，例如，岩石体积膨胀，密度变小，地震波速降低，以及岩石强度弱化。这些改变会导致地幔楔或俯冲板片的流变学及地震 行 为 相 应 的 变 化 。 由 于 蛇 纹 石 的 密 度 约 为2.5 g/cm3，而新鲜橄榄岩的密度为 3.3 g/cm3 ，蛇纹石化过程一方面会造成岩石体积增大，从而易形成破碎带；另一方面，蛇纹石化岩石的密度变得比围岩小，导致蛇纹石化岩石变得不稳定。Fryer认为马里亚纳弧前的蛇纹石化橄榄岩泥火山就是水化的前弧地幔楔橄榄岩沿着破碎带挤压向上喷出海底形成的。此外，蛇纹石化过程会释放大量的热量，这些热量可能为生命起源和演化的化能作用提供了必要的能量，因而被称之为“热源发动机”和“生命起源发动机”。这对于海底及俯冲带等非热液区的生物群落尤为重要。

下面将对一些典型的蛇纹石化反应进行归纳。 在纯水的系统中，典型的蛇纹石化反应通常表达如下：

蛇纹石化作用主要表现为两种形式：（1）基性岩（如玄武岩）和超基性岩（如橄榄岩、科马提岩等）的水热蚀变，主要是岩石中的橄榄石和斜方辉石蚀变为蛇纹石；由含镁高的硅酸盐矿物，如橄榄石、斜方辉石等受热液蚀变分解而成，主要发生在超基性、基性岩中（2）在区域或接触变质条件下，含 二氧化硅的热液对含镁质碳酸盐的交代，多为热液交代白云石而形成蛇纹石。由热液中带入二氧化硅等，与围岩中氧化镁结合形成蛇纹岩或蛇纹石化大理岩。主要发生在镁质碳酸盐类岩石，如白云岩和白云质石灰岩中 。

蛇 纹 石 化 作 用 可 以 广 泛 存 在 于 纯 水 、Si O2-H2O 体 系 和 CO2-H2O 体 系 中 ( 见 反 应 式(1)-(14)) 。 其 标 志 产 物 为 蛇 纹 石 ， 化 学 式 为Mg3Si2O5(OH)4，由 Si-O 四面体和 Mg-O 八面体按照 1︰1 比例层状分布。Al3+和 Fe3+可替代四面体位置的 Si4+，Fe2+、Fe3+、Cr3+、Al3+、Ni2+和 Mn2+可替代八面体位置的 Mg2+ ]。蛇纹石存在三种类型，即利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石。利蛇纹石由平的层组成，呈平面状，是最主要的蛇纹石矿物，常见于呈沙漏和网状结构的蚀变橄榄石中；纤蛇纹石由倾向于形成圆柱体的卷曲层组成，为卷轴状，主要出现于脉体中，多呈现平行的生长带结构；而叶蛇纹石由于四面体和八面体的周期性的倒转，导致一些八面体位置的缺失而呈波浪状。在自然样品中，叶蛇纹石多为片状的互锁齿合结构。这三种蛇纹石矿物不仅结构上存在差别，成分上也有差别。比如，利蛇纹石含有更多的 Al、Fe；而叶蛇纹石相对其他两种蛇纹石，更加富硅贫镁。此外，蛇纹石的成分也受限于原生矿物的成分。汪小妹等通过蛇纹石化大洋橄榄岩的矿物学研究发现，角闪石蚀变形成的利蛇纹石具有高 Fe O（9.22~10.02 wt%）、低 MgO（31.28~32.98 wt%）的特征，而橄榄石蚀变成因的利蛇纹石则相对低FeO（ 3.91~6.01 wt%）和高 MgO（ 35.95~37.23 wt%），这导致后者蚀变形成的利蛇纹石具有比前者更高的镁指数（Mg#）；黄瑞芳等通过实验模拟也证实了相似的现象，实验结果显示，橄榄石蚀变后形成的利蛇纹石富铁贫铝，而斜方辉石蚀变形成的利蛇纹石则与之相反。 在热俯冲带，蛇纹石族矿物之间的转换主要受控于温度。O’Hanley在实验的基础上，描绘出了利蛇纹石、纤蛇纹石和叶蛇纹石低压下转变的稳定及亚稳定反应界线（图 4）。利蛇纹石存在于 200ºC 以下低温环境，通过升温，可转变为纤蛇纹石。叶蛇纹石稳定存在于 300ºC 以上高温环境，但在 400ºC 开始脱水，大概在 2GPa 和 700ºC时 完 全 脱 水 ( 图 3) 。 这 些 稳 定 的 临 界 线 与Scamnelluri et al.提出的高压下的转变在趋势上基本一致。通过自然样品中蛇纹石族矿物的组合，可以初步判断蛇纹石化作用的温度条件。

蛇纹石化作用除了主要形成蛇纹石以外，根据流体成分以及岩石中其他矿物组成的不同，也会形成其他不同的产物，比如可能出现磁铁矿、水镁石、滑石、透闪石、菱镁矿等碳酸盐矿物以及氢气、甲烷、已烷、二氧化碳等气体成分。

磁铁矿是岩石中铁质端元反应的产物 (反应式(15))，常呈细小颗粒分布于蛇纹石的边缘[58]。已有研究认为，磁铁矿的出现与岩石或矿物蛇纹岩化的程度有关，比如，在蛇纹石化作用不完全的大西洋橄榄岩中，磁铁矿很少出现，而橄榄石蚀变所形成的蛇纹石则富 Fe；又如，马里亚纳前弧南部蛇纹石化橄榄岩中缺乏磁铁矿，被认为是蛇纹石化作用还未进行完全。Toft et al.认为，蛇纹石化的最初阶段只生成富 Fe 蛇纹石和富Fe 水镁石(见反应式(1)和(2))，磁铁矿是在进一步蛇纹石化过程中才生成(反应式(16)和(17))。除此之外，影响磁铁矿生成量的因素还有温度、SiO2的活度和蛇纹石的重结晶以及成分相互置换作用。形成磁铁矿的同时，铁质端元的二价铁被氧化为三价铁，水中的氢被还原为氢气 (反应式(15))。在一氧化碳或二氧化碳存在的环境中，由于费-托聚合反应，碳可被还原为甲烷和其他烷烃化合物以 及 不 定 形 的 碳 酸 盐 相 ( 反 应 式 (18) 和(19))。期间氢气的氧化和甲烷的生成所产生的能量有利于海洋微生物的生存。

水镁石是岩石中镁质端元反应的产物(反应式(4))，多为片状，常与蛇纹石共生。在低温条件下，其中的 Mg2+易于被 Fe2+取代，从而形成铁水镁石(反应式(1)和(2))。由于水镁石易与富硅流体进一步反应转变为蛇纹石(反应式(20)和(21))，因此在贫硅富镁体系中才能稳定存在。Beard et al认为水镁石-蛇纹石在流体体系中可以起到硅的缓冲剂作用，在 200ºC 缓冲效果位于石英缓冲线下面三个单位；而铁水镁石-磁铁矿则可作为氧缓冲剂，其效果相当于或低于铁-磁铁矿的氧缓冲剂。

滑石一般与斜方辉石的蚀变直接相关 (反应式(4))，常沿裂隙发育，交代斜方辉石矿物而形成假晶结构。滑石和水镁石相反，在富硅少镁条件下易于稳定。这是因为滑石可以由蛇纹石与水溶性硅或二氧化碳反应生成(反应式(22)和(23))，因此，在自然样品中，滑石也可作为蛇纹石化后的次生矿物存在。

透闪石的出现与单斜辉石的蚀变有关(反应式(7))，往往需要从单斜辉石的蚀变中获得钙，而从橄榄石、斜方辉石等其他矿物的蚀变中获得镁。

碳酸盐矿物也常作为蛇纹石化作用的产物出现（图 5）。一种方式是由于富 Si O2流体交代白云石，在形成蛇纹石的同时，也生成二氧化碳和方解石(反应式(11)和(12))；另一种方式是橄榄石等富 Mg 矿物被富 CO2流体交代，可生成菱镁矿(反应式(13)和(14)，图 1)。另外，菱镁矿等碳酸盐矿物也可在蛇纹石化之后的蚀变过程中出现，主要是由蛇纹石、水镁石或滑石进一步与流体中的CO2反应而生成 (反应式(23)-(25)和图 2)，这在深海或大洋蛇纹石化的橄榄岩以及造山带超镁铁质岩中比较普遍，多以细脉或碎屑基质形式出现[45][68]。这种通过消耗 CO2而生成碳酸盐矿物的方式，近年

来引起越来越多的注意，被认为是能减少全球温室气体 CO2工业化封存的一种有效方式。

在蛇纹石化过程中也会生成其他的一些副矿物，比如铬铁矿主要来自于铝尖晶石的蚀变，铁镍矿、镍纹石、镍黄铁矿、白铁矿等硫化物和自然铜等自然金属则来自于原生硫化物的重结晶. 蛇纹石化作用之后的蚀变会生成一些次生矿物，比如上述的滑石和碳酸盐矿物。另外，比较常见的是绿泥石[47]，可以由蛇纹石与富 Al 流体进一步反应而形成（反应式(26)）。