岩石形成后，其原生磁记录常受到成岩、构造和流体活动的改造，形成次生磁化记录，即重磁化。其中，由流体–岩石反应及新生磁性矿物形成产生的化学重磁化（Chemical Remagnetization, CRM），不仅可能改写岩石的原生古地磁记录，也可以记录后期构造、成岩和流体活动。因此，认识化学重磁化的形成机制，不仅需要回答磁记录“何时获得”，还需要进一步回答：携带这些磁记录的次生磁性矿物为什么形成？它们形成于怎样的流体来源、温度和流体-岩石反应条件？
磁铁矿是自然界中重要的剩磁载体，其形成与流体-岩石反应过程中Fe的迁移和重新分配密切相关。蛇纹石化是能够产生大量次生磁铁矿的典型流体-岩石反应过程，为认识磁性矿物形成的物理化学条件提供了天然实验室。然而，以往研究尚缺乏将同一样品的反应温度、Fe重新分配、磁铁矿形成和岩石磁性直接联系起来的系统约束。此外，流体来源和反应温度的识别也将促进我们理解蛇纹石化发生于洋中脊形成阶段，还是后期俯冲环境。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所副研究员张勇参与的国际合作团队以塞浦路斯Troodos蛇绿岩为研究对象（图1），将岩石磁学、三氧同位素、矿物学和主量元素分析相结合，不仅识别了不同构造阶段的蛇纹石化过程，而且建立了流体来源、反应温度、Fe重新分配、磁铁矿形成与岩石磁性之间的联系，为认识化学重磁化过程中次生磁性矿物的形成机制提供了新的约束。相关研究成果发表在国际地学期刊《地质学》（Geology）上。
1. 岩石磁学与三氧同位素识别不同阶段的流体–岩石反应
蛇绿岩从洋中脊形成到俯冲及最终就位的过程中，可经历多阶段蛇纹石化，不同时期的流体-岩石反应记录容易相互叠加，因而难以区分其形成环境。研究团队结合岩石磁学与三氧同位素分析，利用δ18O约束反应温度、Δ‘17O示踪可能的流体来源，并结合磁铁矿含量和岩石磁性，识别不同阶段的蛇纹石化过程。结果表明，Troodos蛇绿岩记录了两类具有明显不同温度和磁学特征的蛇纹石化过程：Cumulate-STTFZ带主要经历约200–310°C的海水相关蛇纹石化，具有较高的磁铁矿含量、磁化率和天然剩磁强度；Olympus-Artemis带则主要记录约150–220°C、与俯冲板片来源流体有关的低温蛇纹石化，其磁铁矿含量和岩石磁性明显较弱（图2）。结合古地磁和区域构造资料，这两类蛇纹石化分别记录了洋中脊形成阶段和后期俯冲环境下的流体–岩石相互作用。
2. 温度控制Fe重新分配与磁铁矿形成
研究发现，蛇纹石化温度与磁铁矿形成存在显著的定量关系。随着温度升高，岩石磁化率和磁铁矿含量在约200–220°C以上快速增加。在较低温度下，Fe主要保留于富Fe蛇纹石中，限制了磁铁矿形成；在较高温度下，Fe从蛇纹石中重新分配，伴随贫Fe蛇纹石及更多磁铁矿的形成。因此，约200–220°C代表了该体系中Fe重新分配和磁铁矿形成的重要温度转换区间。这一发现将反应温度、Fe元素行为、磁铁矿形成与岩石磁性建立了定量联系，表明即使发生流体–岩石反应，不同温度条件下形成的磁性矿物及其磁学响应也可能存在显著差异（图3）。
3. 从磁铁矿形成认识化学重磁化机理
化学重磁化的产生，要求后期地质过程中形成能够携带稳定剩磁的次生磁性矿物。因此，流体活动本身并不必然产生明显的化学重磁化；流体–岩石反应发生时的流体来源、温度以及元素迁移和矿物反应过程，均可能影响磁性矿物的形成及其磁学性质。本研究表明，在蛇纹石化这一典型流体–岩石反应体系中，温度通过控制Fe在蛇纹石和磁铁矿之间的重新分配，直接影响次生磁铁矿的形成和岩石磁性的增强。这一发现为认识流体活动如何通过矿物化学反应改变岩石磁性提供了新的证据，也为理解化学重磁化的形成条件提供了重要启示。该研究进一步表明，重磁化研究可以从传统的“识别重磁化和确定磁记录形成时代”，拓展到“认识磁性矿物形成的物理化学机制”。将岩石磁学和古地磁学与稳定同位素、矿物学及地球化学相结合，有望进一步约束次生磁性矿物在何种流体来源、温度和流体–岩石反应条件下形成，从而为利用化学重磁化追踪断裂带、沉积盆地、造山带和成矿系统中的古流体活动提供新的研究思路。
中国科学院南京地质古生物研究所副研究员张勇为论文通讯作者，中国科学院地质与地球物理研究所齐亮博士和南京大学武广辉博士为共同第一作者。该研究得到国家自然科学基金等资助。
论文相关信息：Qi, L.#, Wu, G.#, Muxworthy, A.R., Cao, X., Yang, X., Allerton, S., and Zhang, Y.*, 2026. From ridge to subduction zone: Dual-temperature serpentinization of the ophiolitic mantle revealed by triple oxygen isotopes and magnetite formation. Geology. https://doi.org/10.1130/G54915.1.
图1 采样的位置和基本地质背景
图2 矿物的扫描电镜，地球化学，和岩石磁学结果
图3 温度，磁铁矿形成和铁行为的关系图
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