李少林123 徐偉彪12

(1中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)南京210008)

(2中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京210008)

(3中國(guó)科學(xué)院大學(xué)北京100049)

國(guó)內(nèi)18塊普通球粒隕石的巖石礦物學(xué)研究?

李少林1,2,3?徐偉彪1,2?

(1中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)南京210008)

(2中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京210008)

(3中國(guó)科學(xué)院大學(xué)北京100049)

描述了國(guó)內(nèi)收集的18塊普通球粒隕石的巖石礦物學(xué)特征,其中13塊為新疆羅布泊地區(qū)的發(fā)現(xiàn)型隕石,1塊為新疆庫(kù)姆塔格地區(qū)的發(fā)現(xiàn)型隕石(Kumtag),1塊為新疆阿克賽欽地區(qū)的發(fā)現(xiàn)型隕石(Aksai Chin),另外3塊分別為降落于青海省西寧市(Xining)、湖北省隨州市(Fuhe)以及浙江省東陽(yáng)市(Dongyang)內(nèi)的降落型隕石.18塊隕石均屬于平衡型普通球粒隕石,其中H群8塊(全部為H5),L群10塊(1塊L4,7塊L5,2塊L6).18塊隕石所受沖擊變質(zhì)作用較弱,以S2、S3程度居多.大多數(shù)羅布泊隕石經(jīng)歷了較強(qiáng)的風(fēng)化作用,僅有2塊風(fēng)化程度較低,分別為W1和W2,Kumtag與Aksai Chin隕石風(fēng)化程度均為W2.在新疆塔克拉瑪干沙漠東部的戈壁荒漠區(qū)發(fā)現(xiàn)的大量隕石表明該區(qū)域可能是歐亞地區(qū)重要的隕石富集區(qū).

天體化學(xué),隕石,方法:數(shù)據(jù)分析

1 引言

隕石是流星體或小行星從星際空間穿過地球大氣層經(jīng)燒蝕并撞擊地表后的殘留體,它們保留了太陽(yáng)系形成前后的物質(zhì)組分.在所有的隕石類型中,普通球粒隕石最為常見(約占總數(shù)的85%)[1?2].原始普通球粒隕石能反映原始太陽(yáng)星云的元素和同位素組成、星云的高溫凝聚和化學(xué)分餾過程,提供原始太陽(yáng)吸積盤的形成、物質(zhì)分布規(guī)律等重要信息,因此對(duì)于研究太陽(yáng)系的形成和演化具有重要的意義[3].

截止2012年底,在我國(guó)境內(nèi)收集并通過國(guó)際隕石學(xué)會(huì)命名的143塊隕石中,普通球粒隕石共有89塊,其中H群36塊,L群43塊,LL群8塊,另有2塊隕石巖石類型介于L和LL群之間.本文報(bào)道了國(guó)內(nèi)收集的18塊普通球粒隕石的巖石礦物學(xué)特征,其中13塊于2012年發(fā)現(xiàn)于新疆羅布泊地區(qū),1塊于2008年發(fā)現(xiàn)于新疆哈密庫(kù)姆塔格地區(qū)(Kumtag),1塊于2012年發(fā)現(xiàn)于新疆阿克賽欽地區(qū)(Aksai Chin),另外3塊為降落型隕石(圖1).羅布泊和庫(kù)姆塔格地區(qū)均位于塔克拉瑪干沙漠東部,為石質(zhì)荒漠地形,植被缺乏,非常有利于尋找隕石.府河隕石(Fuhe)于1945年6月降落于湖北省隨州市府河鎮(zhèn)東家崗村(N 31°28.533′E 113°34.017′)陳姓村民房屋后院,后被用作普通石料,直到2010年被確認(rèn)為隕石,一部分樣品(2 kg)保存于紫金山天文臺(tái),剩余22 kg被私人收藏.由于初期保存條件不善,該隕石表面熔殼已全部被風(fēng)化,風(fēng)化層深入隕石內(nèi)2-3 cm,但隕石內(nèi)部仍保持新鮮.東陽(yáng)隕石(Dongyang)于2002年7月某日晚間降落于浙江省東陽(yáng)市(N 29°16.516′E 120°14.183′)徐姓居民屋頂,數(shù)日之后被發(fā)現(xiàn).該隕石總重230 g,周身被黑色熔殼包裹.西寧隕石(Xining)于2012年2月11日13:30至14:00間降落于青海省西寧市湟中縣(N 36°51.600′E 101°25.567′),降落區(qū)域呈NNE向,為一長(zhǎng)軸20-30 km、短軸4-5 km的橢圓形.之后村民一共收集到10多塊隕石碎塊,總重超過100 kg,其中最大一塊重17.3 kg,大部分的西寧隕石都被1 mm厚的熔殼包裹.

圖1 我國(guó)境內(nèi)收集的部分普通球粒隕石.a-d分別為羅布泊隕石(Loulan Yizhi 001)、府河(Fuhe)隕石、西寧(Xining)隕石和庫(kù)姆塔格(Kumtag)隕石.Fig.1Newly recovered ordinary chondrites in China.Panels a-d are Loulan Yizhi 001,Fuhe,Xining,and Kumtag meteorites,respectively.

2 實(shí)驗(yàn)方法

隕石樣品經(jīng)金剛石刀片切割后,用環(huán)氧樹脂注膠并研磨拋光后制作成光片.在紫金山天文臺(tái)中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察樣品的巖相學(xué)特征,記錄背散射電子(BSE)圖像.礦物的主量元素組成用電子探針及能譜儀獲取.電子探針分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,分析儀器為JEOL JXA-8800,加速電壓15 kV,束流20 nA,分析標(biāo)準(zhǔn)樣品為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局天然及合成的硅酸鹽礦物和氧化物.所有數(shù)據(jù)均用ZAF(atomic number–absorption– fl uorescence)方法進(jìn)行校正.能譜分析用紫金山天文臺(tái)Hitachi S-3400N掃描電子顯微鏡配備的OXFORD INCA能譜儀進(jìn)行,加速電壓為15 kV,測(cè)試前將燈絲高壓打開并穩(wěn)定2 h以上,再進(jìn)行定量?jī)?yōu)化,確保電流相對(duì)穩(wěn)定.以鎂橄欖石(Mg)、鐵橄欖石(Fe)和透輝石(Si、Ca)作為標(biāo)樣,在測(cè)試前、測(cè)試中和測(cè)試后多次進(jìn)行定標(biāo),單個(gè)測(cè)試點(diǎn)設(shè)定的收集數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)為100 s,總計(jì)數(shù)達(dá)到250 000以上.對(duì)于發(fā)現(xiàn)型隕石,橄欖石、輝石電子探針分析點(diǎn)各3-4個(gè),每個(gè)樣品共測(cè)試6-8個(gè)點(diǎn)；能譜分析點(diǎn)兩礦物相均20個(gè)左右,每個(gè)樣品共測(cè)試約40個(gè)點(diǎn).3塊降落型隕石橄欖石、輝石電子探針分析點(diǎn)4-6個(gè),每塊樣品共測(cè)試8-12個(gè)點(diǎn),能譜分析點(diǎn)兩礦物相均30個(gè)左右,每個(gè)樣品共測(cè)試約60個(gè)點(diǎn).拉曼光譜在紫金山天文臺(tái)中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,分析儀器為Thermo DXR型激光拉曼光譜儀,激發(fā)光源波長(zhǎng)為532 nm,激光功率為3 mW,束斑直徑約1.2μm,曝光時(shí)間為10 s,曝光次數(shù)為5次.

為了檢驗(yàn)?zāi)茏V定量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,每塊樣品緊鄰橄欖石、低鈣輝石電子探針波譜分析點(diǎn)(EPMA data)都另外用能譜進(jìn)行分析(EDS data),并將二者測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行比較(圖2).可以看到,二者所測(cè)得的結(jié)果在誤差范圍內(nèi)基本一致,因此利用有標(biāo)樣定量分析獲得的能譜分析數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可信的.

圖2 電子探針波譜分析與能譜分析數(shù)據(jù)與結(jié)果對(duì)比.a為橄欖石數(shù)據(jù),b為低鈣輝石數(shù)據(jù).橄欖石和輝石的電子探針波譜及能譜分析數(shù)據(jù)顯示高度的一致性.Fig.2The comparison of EPMA and EDS data.Panels a and b are the results of olivine and low-calcium pyroxene analysis,respectively.The EDS data of both olivine and pyroxene are highly consistent with EPMA data.

3 化學(xué)-巖石類型

隕石的化學(xué)-巖石類型分類標(biāo)準(zhǔn)主要參考文獻(xiàn)[4-6],代表性橄欖石和低鈣輝石分析結(jié)果列于表1～2,巖石主要結(jié)構(gòu)特征列于表3.

18塊普通球粒隕石的礦物組成較為簡(jiǎn)單,主要礦物為橄欖石、低鈣輝石、Fe-Ni金屬、隕硫鐵；次要礦物為長(zhǎng)石、透輝石,副礦物為鉻鐵礦、白磷鈣礦和磷灰石.隕石中球粒多具有模糊的輪廓,球粒中玻璃均已發(fā)生脫?；?所有隕石基質(zhì)均發(fā)生完全的重結(jié)晶(表3).從表1～2可以看出,18塊隕石的橄欖石、低鈣輝石都具有較為均一的化學(xué)組成.大部分樣品的橄欖石Fa值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值在1%-3%之間.低鈣輝石相對(duì)于橄欖石均一度較差,但大部分都在5%以下,這可能與輝石的離子擴(kuò)散速率比橄欖石慢有關(guān)[7]. 18塊隕石的巖石結(jié)構(gòu)、礦物組成表明它們均為平衡型普通球粒隕石.橄欖石和低鈣輝石的鐵指數(shù)是平衡型普通球粒隕石化學(xué)類型分類的主要依據(jù)[5],不同類型的平衡型普通球粒隕石橄欖石和低鈣輝石具有不同的鐵指數(shù)分布范圍(圖3)[6,8],H群平衡型普通球粒隕石Fa為16-20,Fs為14.5-18；L群Fa為22-26,Fs為19-22；LL群Fa為26-32,Fs為22-26[9].這18塊普通球粒隕石分屬于H群和L群兩類,未發(fā)現(xiàn)LL群隕石類型.

圖3 18塊普通球粒隕石的Fs-Fa分類圖Fig.3 Fs-Fa classi fi cation of 18 ordinary chondrites

屬于H群普通球粒隕石的有Loulan Yizhi 001、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Argan 001、Xingdi 002、Kumtag、Aksai Chin和Dongyang共8塊樣品,他們的Fe-Ni金屬及隕硫鐵含量在8-18 vol%之間,球粒(可見的)平均直徑為0.4-0.7 mm,均符合H群普通球粒隕石的特征；屬于L群普通球粒隕石的有Loulan Yizhi 002、Loulan Yizhi 003、Loulan Yizhi 004、Loulan Yizhi 005、Loulan Yizhi 006、Loulan Yizhi 007、Argan 002、Xingdi 001、Fuhe和Xining共10塊樣品,他們的Fe-Ni金屬及隕硫鐵含量在5-9 vol%之間,球粒(可見的)平均直徑為0.6-0.8 mm,均符合L群普通球粒隕石的特征.由于大部分羅布泊隕石的金屬及隕硫鐵均發(fā)生氧化,不易區(qū)分原礦物類型,在此只利用Photoshop軟件,通過光片BSE照片統(tǒng)計(jì)兩種礦物及其氧化物總含量,具體統(tǒng)計(jì)方法同文獻(xiàn)[10].

這18塊樣品中,只有Loulan Yizhi 002為4型隕石.Loulan Yizhi 002樣品光片中少見完整的球粒,大多為球粒碎片.但殘留的球粒碎片與完全球粒都具有清晰的結(jié)構(gòu),邊界與基質(zhì)可明顯區(qū)分.可分辨的球粒(包括球粒碎片)類型有斑狀橄欖石球粒(PO)、爐條狀球粒(BO)、放射狀輝石球粒(RP).部分球粒中可見少量未重結(jié)晶的原始玻璃.基質(zhì)礦物重結(jié)晶程度較低,基質(zhì)礦物粒度5-10μm,次生長(zhǎng)石5μm以下.橄欖石、低鈣輝石成分變化較大,相對(duì)偏差分別達(dá)到4%和9%,橄欖石中TiO2(0.08 wt%)和Al2O3(0.05 wt%)含量較高.Loulan Yizhi 002的巖石結(jié)構(gòu)及礦物成分的均一度均符合4型隕石特征.

Loulan Yizhi 003、Loulan Yizhi 004、Loulan Yizhi 006和Xingdi 002隕石中大部分球?？梢宰R(shí)別,但較為模糊,球粒內(nèi)部重結(jié)晶嚴(yán)重,邊界與基質(zhì)難以區(qū)分(圖4a),Fuhe隕石球粒結(jié)構(gòu)較為清晰(圖4b).這5塊隕石中可識(shí)別的球粒包括BO型、PO型、RP型和等粒狀橄欖石輝石(GOP)型,隕石球粒的大小略有差別,Loulan Yizhi 006和Fuhe球粒平均直徑800μm,Xingdi 002和Loulan Yizhi 003球粒平均直徑約為700μm(圖4a), Loulan Yizhi 004約600μm.5塊隕石基質(zhì)礦物重結(jié)晶程度均比較高,礦物粒度10-100 μm,Loulan Yizhi 003和Fuhe次生長(zhǎng)石顆粒較大,可達(dá)100μm左右(圖4b,4c),其余3塊次生長(zhǎng)石粒度為20-60μm.5塊隕石橄欖石和低鈣輝石的成分都比較均一,相對(duì)偏差均小于或等于3%.Loulan Yizhi 004、Xingdi 002和Loulan Yizhi 006隕石明顯符合5型球粒隕石的標(biāo)準(zhǔn),然而,Fuhe和Loulan Yizhi 003兩塊隕石中次生長(zhǎng)石的粒度卻偏離傳統(tǒng)的5型隕石的劃分方案.Van Schmus等[4]提出用次生長(zhǎng)石粒度作為劃分隕石的巖石類型的重要依據(jù),小于2μm為4型隕石,2-50μm之間為5型隕石,大于50μm為6型隕石.之后的部分學(xué)者做過較小的補(bǔ)充修正,如Huss等[11]認(rèn)為次生長(zhǎng)石粒度小于2μm為4型, 5型粒度多在2-10μm,大于50μm為6型.大部分學(xué)者沿用Van Schmus等提出的分類標(biāo)準(zhǔn)[5,8,12].然而,在Loulan Yizhi 003以及Fuhe中,次生長(zhǎng)石粒度達(dá)到100μm,但兩塊樣品中仍具有清楚的球粒結(jié)構(gòu),礦物成分的均一度也達(dá)不到6型隕石的程度,不應(yīng)該被劃分為6型.Kovach和Jones[13]也報(bào)道在4型隕石和5型隕石中發(fā)現(xiàn)粒徑分別大于50μm和100 μm的次生長(zhǎng)石.因此,次生長(zhǎng)石的粒度不能作為球粒隕石巖石類型劃分的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn),這兩塊隕石綜合考慮將其定為5型更為適宜.值得注意的是,在較低變質(zhì)程度的球粒隕石(如5型)中可以出現(xiàn)粒徑大(如大于100μm)的次生長(zhǎng)石,但在較高變質(zhì)程度的球粒隕石(如6型)中,次生長(zhǎng)石粒徑較小(如小于50μm)的樣品卻鮮有報(bào)道.

Loulan Yizhi 001、Loulan Yizhi 005、Loulan Yizhi 007、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Argan 001、Argan 002、Kumtag和Aksai Chin 9塊隕石可以識(shí)別少量的球粒及球粒碎片,但球粒(碎片)邊界已與基質(zhì)難以區(qū)分,球粒結(jié)構(gòu)模糊.Loulan Yizhi 001、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Loulan Yizhi 007隕石基質(zhì)內(nèi)絕大部分重結(jié)晶礦物發(fā)生脆性破裂,因此粒度難以統(tǒng)計(jì),部分可見的次生長(zhǎng)石粒度在20-50μm,其橄欖石和低鈣輝石成分較為均一,相對(duì)偏差均小于或等于3%；Loulan Yizhi 005隕石基質(zhì)內(nèi)大部分重結(jié)晶礦物粒度在10-50μm,次生長(zhǎng)石在5-30μm,橄欖石和低鈣輝石相對(duì)偏差分別為1%和3%；Argan 002隕石基質(zhì)礦物重結(jié)晶嚴(yán)重,粒徑為20-80μm,次生長(zhǎng)石10-60μm,多集中在30 μm左右；Argan 001隕石中大量瘤狀金屬由細(xì)金屬網(wǎng)脈連接密集分布于整個(gè)樣品,基質(zhì)重結(jié)晶礦物粒度為20-50μm,次生長(zhǎng)石約10-30μm,Argan 002和Argan 001兩塊樣品中低鈣輝石成分均一度較差,鐵指數(shù)的相對(duì)偏差分別達(dá)到5%和7%,但橄欖石比較均勻(相對(duì)偏差均為2%),這在以往的南極平衡型普通球粒隕石中也有報(bào)道[14]；Kumtag和Aksai Chin兩塊隕石特征較為類似,基質(zhì)內(nèi)大部分重結(jié)晶礦物粒度均為20-60μm,次生長(zhǎng)石為10-50μm,橄欖石和低鈣輝石鐵指數(shù)相對(duì)偏差小于3%.根據(jù)主要礦物成分與巖石結(jié)構(gòu)綜合判斷將這9塊樣品劃分為5型隕石.

圖4 部分普通球粒隕石的結(jié)構(gòu)特征,均為背散射電子圖像.a.Xingdi 002(H5)隕石結(jié)構(gòu)；b.Fuhe(L5)隕石中球粒具有清晰的結(jié)構(gòu),次生長(zhǎng)石粒度大于100μm；c.Loulan Yizhi 003(L5)隕石中次生長(zhǎng)石粒度大于100μm；d.Xining (L6)隕石結(jié)構(gòu)Fig.4 Back scattered electron(BSE)images of several ordinary chondrites.a.The chondrule texture of Xingdi 002(H5)is moderately equilibrated.b.The texture of chondrule in Fuhe(L5)is quite clear while the size of secondary plagioclase is larger than 100μm.c.The size of secondary plagioclase in Loulan Yizhi 001(L5)is larger than 100μm;d.The chondrule texture of Xining(L6)is indiscernible.

Dongyang隕石內(nèi)很難識(shí)別出任何球粒及球粒碎片,且隕石中橄欖石和輝石的成分非常均一,這可能與其經(jīng)歷了比較強(qiáng)烈的沖擊作用并在之后的冷卻過程中趨于平衡有關(guān)(見下述).然而,隕石中基質(zhì)的重結(jié)晶程度不高,基質(zhì)重結(jié)晶礦物粒徑5-50μm,多為20 μm左右,次生長(zhǎng)石約5-15μm,綜合考慮將其劃為5型.

Xining和Xingdi 001兩塊隕石均具有強(qiáng)烈的重結(jié)晶結(jié)構(gòu),球粒難以識(shí)別(圖4d),基質(zhì)內(nèi)大部分重結(jié)晶礦物粒度為20-100μm,次生長(zhǎng)石粒度超過100μm,兩塊隕石中的橄欖石和輝石的成分都非常均一,據(jù)此,這兩塊隕石被劃為6型.

4 沖擊變質(zhì)程度

Loulan Yizhi 006中未見到明顯沖擊熔融脈(囊)及其他特征的沖擊巖相特征,因此沖擊變質(zhì)程度被劃為S2.Argan 002、Xingdi 002兩塊樣品中基質(zhì)部分比較破碎,金屬脈沿礦物碎片邊界穿插,部分礦物碎片在金屬脈中發(fā)生短距離的運(yùn)移.在一些位置金屬匯聚成瘤狀,碎片呈島狀嵌于金屬瘤和金屬脈中.但在兩塊樣品中未發(fā)現(xiàn)沖擊熔融脈或沖擊熔融囊,也未發(fā)現(xiàn)其他特征的沖擊巖相特征,其沖擊變質(zhì)程度劃為S2.Lop Nur 001、Lop Nur 002、Loulan Yizhi 003、Kumtag和Aksai Chin 5塊樣品在整個(gè)光片內(nèi)未發(fā)現(xiàn)沖擊熔融脈及沖擊熔融囊,但在部分區(qū)域發(fā)現(xiàn)少量斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦集合體.Rubin[17]認(rèn)為斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦集合體可以作為沖擊變質(zhì)作用發(fā)生的證據(jù),且代表的沖擊變質(zhì)程度大于或等于S3.Bischo ff等[18]認(rèn)為部分斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合可能為原始的富鈣、鋁質(zhì)球粒,而并非沖擊變質(zhì)成因.El Goresy[19]檢查了數(shù)塊受到不同沖擊變質(zhì)作用的隕石,發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷強(qiáng)烈沖擊變質(zhì)作用的隕石中(Sixiangkou,Peace River),無(wú)論是在隕石主體中或者沖擊熔融脈附近,該組合中的長(zhǎng)石均未發(fā)生高壓相變；而在沒有發(fā)生明顯沖擊變質(zhì)作用的隕石(Usti Nad Orlici)中,斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合卻普遍存在.而且,在他檢查的所有斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合的基質(zhì)礦物中,均未發(fā)現(xiàn)淬火微晶,因此他認(rèn)為這一組合的形成未經(jīng)歷熔融作用.據(jù)此,他認(rèn)為斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合與沖擊作用無(wú)關(guān),不能作為沖擊變質(zhì)作用的指示礦物組合.謝先德等[20]根據(jù)隨州隕石中斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦的形態(tài)、成分特征,認(rèn)為隨州隕石中的少量斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合可以用原始球粒成因來(lái)解釋,但大部分組合可能都為沖擊變質(zhì)成因.在本文中,僅把斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦集合體和其他明顯的沖擊巖相特征聯(lián)合出現(xiàn)作為經(jīng)歷沖擊作用的確切標(biāo)志,而斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦單一的出現(xiàn)則不認(rèn)為是確切的標(biāo)志.在上述5塊樣品中,并未發(fā)現(xiàn)其他沖擊巖相特征,因此將其沖擊變質(zhì)程度定為S2.

Loulan Yizhi 001基質(zhì)內(nèi)部分重結(jié)晶礦物發(fā)生脆性破裂,金屬脈沿著碎片邊界穿插.基質(zhì)及破碎球粒內(nèi)出現(xiàn)少量沖擊熔融脈及沖擊熔融囊(圖5a)；Loulan Yizhi 002隕石中金屬脈粗大,球粒發(fā)生擠壓變形,BO型球粒中的橄欖石發(fā)生切向破裂,并沿球粒邊界分布少量沖擊熔融脈(圖5b),部分呈網(wǎng)狀切割球粒碎片；Argan 001隕石基質(zhì)中含有大量金屬呈脈狀穿插切割基質(zhì)礦物顆?；蚓奂蓤F(tuán),少量沖擊熔融脈沿著基質(zhì)中的球粒碎片或者大顆粒礦物邊界分布；Loulan Yizhi 007、Xingdi 001兩塊樣品中沖擊熔融脈分布與Argan 001類似；Loulan Yizhi 004隕石金屬及硫化物多呈不規(guī)則粒狀分布,沿基質(zhì)及球粒裂隙充填細(xì)金屬脈,沖擊熔融脈沿著基質(zhì)礦物邊界及球粒邊界分布,在這塊樣品中還發(fā)現(xiàn)一個(gè)粒徑達(dá)400μm的斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合(集合體),組合(集合體)中的鉻鐵礦呈不規(guī)則粒狀或長(zhǎng)柱狀,粒度在2-20μm之間,多集中在10μm左右.Fuhe隕石基質(zhì)中局部區(qū)域出現(xiàn)沖擊熔融囊,并出現(xiàn)大量的斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合(集合體)(圖5c,5d).Fuhe隕石沖擊熔融脈內(nèi)及主體部分的長(zhǎng)石拉曼光譜均顯示290、481、509及574 cm?1處的主要特征峰,說(shuō)明均未發(fā)生熔長(zhǎng)石化(圖6).這7塊樣品中橄欖石、長(zhǎng)石并未出現(xiàn)強(qiáng)烈的面狀變形、破裂特征,因此沖擊變質(zhì)程度被定為S3.

Xining隕石局部區(qū)域金屬脈與沖擊熔融脈呈致密網(wǎng)狀或霧迷狀穿插切割硅酸鹽礦物顆粒,周圍分散大量納米級(jí)金屬顆粒.隕石中這些沖擊脈均呈細(xì)長(zhǎng)平直的條狀,且具有一致的定向分布,在部分位置還可以看見Fe-Ni金屬顆粒沿著細(xì)脈發(fā)生明顯的剪切錯(cuò)斷.沖擊脈中分布著尖角狀或者半圓滑狀的隕石主體硅酸鹽礦物碎屑,基質(zhì)為球狀金屬-隕硫鐵顆粒及硅酸鹽熔體.這些現(xiàn)象說(shuō)明,剪切摩擦產(chǎn)生的熱量使局部范圍的金屬-隕硫鐵以及硅酸鹽礦物均發(fā)生了熔融.在隕石的沖擊脈附近,橄欖石出現(xiàn)面狀破裂,長(zhǎng)石發(fā)生熔長(zhǎng)石化,拉曼光譜顯示出熔長(zhǎng)石典型的505及590 cm?1處的寬峰(圖5f,圖6).在隕石的其他區(qū)域則觀察不到橄欖石的面狀破裂特征,長(zhǎng)石也未轉(zhuǎn)變?yōu)槿坶L(zhǎng)石(圖6),但發(fā)現(xiàn)少量斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合.這些現(xiàn)象表明沖擊脈周圍區(qū)域的沖擊變質(zhì)程度達(dá)到S5,其他區(qū)域則較弱,可能在S3左右.熔長(zhǎng)石緊鄰熔融脈的產(chǎn)狀說(shuō)明沖擊過程中沿著沖擊脈附近不均勻分布的高溫可能促進(jìn)了長(zhǎng)石向熔長(zhǎng)石的轉(zhuǎn)化[21].沖擊波在阻抗相差較大礦物相之間或者礦物與空隙(孔洞、裂隙)之間的相互作用可能導(dǎo)致沖擊熔融脈的形成[15,22?23]；其次,沖擊作用過程中的局部應(yīng)力薄弱區(qū)發(fā)生剪切作用,剪切摩擦和擠壓作用產(chǎn)生的高溫使得局部礦物發(fā)生(部分)熔融也可以形成熔融脈[24].根據(jù)Xining隕石中熔融脈的形態(tài)及熔融特征,剪切作用對(duì)于隕石沖擊脈的形成可能發(fā)揮著主導(dǎo)作用.拉曼光譜顯示,在Xining隕石的熔融脈中,橄欖石、輝石均未發(fā)生高壓相變,而熔融脈中并未發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)石顆粒.根據(jù)長(zhǎng)石、橄欖石、單斜輝石的穩(wěn)定壓力范圍估計(jì)[21],Xining隕石沖擊脈的形成壓力范圍可能在2.5-15 GPa.由于Xining隕石中沖擊脈分布極為有限,而熔長(zhǎng)石、橄欖石及輝石面狀破裂特征都僅出現(xiàn)在熔融脈附近,因此該隕石的沖擊變質(zhì)程度被劃分為S3.

Dongyang隕石在整個(gè)光片內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯的沖擊熔融脈及沖擊熔融囊,長(zhǎng)石也未轉(zhuǎn)變?yōu)槿坶L(zhǎng)石,但在部分隕硫鐵及Fe-Ni金屬周圍發(fā)現(xiàn)金屬銅顆粒,而且部分橄欖石出現(xiàn)面狀破裂的特征,沿著橄欖石裂隙充填串珠狀分布的細(xì)小Fe-Ni金屬顆粒(橄欖石的暗化).在部分區(qū)域還發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)石-條狀定向低鈣輝石的組合,多呈囊狀分布于礦物粒間及內(nèi)部,大都含有納米級(jí)的金屬顆粒,該集合體可能為沖擊熔融囊重結(jié)晶形成,有別于原始玻璃脫玻化形成的長(zhǎng)石-透輝石組合(圖5e).這些現(xiàn)象表明,Dongyang隕石可能經(jīng)歷過較強(qiáng)烈的沖擊作用并在之后較緩慢的冷卻過程中部分重結(jié)晶,沖擊變質(zhì)程度可能大于或等于S4.

Loulan Yizhi 005隕石中大量沖擊熔融脈夾雜金屬脈分布于整個(gè)光片中,橄欖石出現(xiàn)面狀破裂、變形特征,長(zhǎng)石普遍出現(xiàn)熔長(zhǎng)石化(圖6),但橄欖石、輝石均未發(fā)生高壓相變,因此沖擊變質(zhì)程度被定為S5.

圖5 部分普通球粒隕石的沖擊變質(zhì)與風(fēng)化特征,均為背散射電子圖像.a.Loulan Yizhi 001隕石中沖擊熔融囊伸入BO型球粒內(nèi)部；b.Loulan Yizhi 002中BO型球粒發(fā)生變形,內(nèi)部橄欖石發(fā)生切向破裂；c.Fuhe隕石中的沖擊熔融脈,邊部長(zhǎng)石并未發(fā)生熔長(zhǎng)石化；d.Fuhe隕石中的斜長(zhǎng)石-鉻鐵礦組合；e.Dongyang隕石中的長(zhǎng)石-低鈣輝石組合,可能為沖擊熔融囊重結(jié)晶形成.邊部Fe-Ni金屬呈串珠狀沿橄欖石裂隙分布.f.Xining隕石中細(xì)長(zhǎng)的沖擊熔融脈,邊部橄欖石具面狀破裂特征,部分長(zhǎng)石已經(jīng)熔長(zhǎng)石化；g.Lop Nur 002中部分金屬發(fā)生氧化；h.Loulan Yizhi 001隕石中金屬及硫化物完全氧化,沿裂隙部分硅酸鹽也被風(fēng)化改造.Fig.5 The shock and weathering features of several ordinary chondrites,all pictures are BSE images.a. An impact melt pocket in the BO type chondrule in Loulan Yizhi 001.b.The deformed BO type chondrule in Loulan Yizhi 002,with barred olivine shearing fractured.c.The impact melt vein in Fuhe. The plagioclase near the vein did not convert to maskelynite according to the Raman spectrum.d.The plagioclase-chromite assemblage in Fuhe.e.The feldspar-low-Ca pyroxene assemblage in Dongyang, which may result from post-shock recrystallization.f.The thin impact-melt vein in Xining.The plagioclase near the vein has converted to maskelynite whereas ones in the main part have not.g.Partly (～10 vol%)oxidized Fe-Ni metal in Lop Nur 002.h.The metal and troilite in Loulan Yizhi 001 have totally oxidized,minor silicate along the fracture has been weathered as well.

5 風(fēng)化程度

13塊羅布泊隕石大部分都嚴(yán)重風(fēng)化,根據(jù)Wlotzka[25]對(duì)普通球粒隕石風(fēng)化程度的劃分,有9塊樣品風(fēng)化程度達(dá)到W4,分別為L(zhǎng)oulan Yizhi 002、Loulan Yizhi 003、Loulan Yizhi 004、Loulan Yizhi 005、Loulan Yizhi 006、Loulan Yizhi 007、Xingdi 001、Xingdi 002和Argan 002,隕石中的金屬及硫化物已經(jīng)全部被氧化,但硅酸鹽未被風(fēng)化.Lop Nur 001、Lop Nur 002、Kumtag和Aksai Chin 4塊樣品風(fēng)化程度較低,其中Lop Nur 001、Kumtag和Aksai Chin中約20 vol%的Fe-Ni金屬發(fā)生氧化,風(fēng)化等級(jí)為W2,Lop Nur 002中發(fā)生氧化的金屬含量約占10 vol%,風(fēng)化等級(jí)為W1(圖5g).Loulan Yizhi 001和Argan 001兩塊樣品風(fēng)化程度達(dá)到W5,沿著礦物裂隙,部分橄欖石和輝石已經(jīng)發(fā)生蝕變(圖5h).其余3塊降落型隕石風(fēng)化程度均為W0.相對(duì)于從南極冰原收集的普通球粒隕石(95%以上為W1、W2)及其他典型沙漠隕石,羅布泊隕石的風(fēng)化程度要高得多[3,14,26?27].羅布泊隕石高的風(fēng)化程度可能與羅布泊地區(qū)的地形、氣候變化相關(guān).羅布泊地區(qū)海拔780 m左右,為塔里木盆地匯水區(qū),在地質(zhì)歷史上羅布泊地區(qū)水系發(fā)達(dá),塔里木河、孔雀河、車爾臣河曾為其主要地表徑流.自全新世以來(lái),羅布泊地區(qū)氣候雖然以干旱為主,但空氣濕度可能相對(duì)較大,外加廣泛發(fā)育的蒸發(fā)鹽類,因而隕石受到了強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化作用.

圖6 部分隕石中長(zhǎng)石及熔長(zhǎng)石的拉曼光譜Fig.6 The Raman spectrum of feldspar and maskelynite in several meteorites

6 國(guó)內(nèi)隕石富集區(qū)的確立

沙漠是繼南極冰蓋外第二大隕石收集的地形單元,世界上主要的沙漠隕石富集區(qū)有非洲西北部撒哈拉沙漠地區(qū),阿拉伯半島中部阿曼沙漠和礫石平原及南沙特阿拉伯巨大沙灘,澳大利亞納拉伯平原,美國(guó)新墨西哥州羅斯?？h[28?29],然而在亞洲和歐洲地區(qū)尚未報(bào)道有重要的隕石富集區(qū).隕石樣品的大量獲取對(duì)隕石學(xué)研究有著重要的意義,雖然我國(guó)科考隊(duì)在南極地區(qū)已經(jīng)收集到萬(wàn)余塊隕石樣品,但是國(guó)內(nèi)本土收集的隕石樣品相對(duì)偏少,圖7統(tǒng)計(jì)了各年代通過國(guó)際隕石學(xué)會(huì)命名的國(guó)內(nèi)隕石的收集情況.可以看到,國(guó)內(nèi)隕石的回收還處于很低的水平,已經(jīng)命名的隕石在全國(guó)范圍的分布也較為零散.各年代段除1963—1972及2003—2012年段外幾乎沒有明顯的波動(dòng),70年代的峰值很可能是由于1976年吉林隕石雨所導(dǎo)致的隕石收集熱潮,而2003—2012年段隕石數(shù)量快速的增長(zhǎng)則是由于新疆地區(qū)隕石富集區(qū)的發(fā)現(xiàn).到2012年為止,在新疆地區(qū)共收集隕石39塊,占國(guó)內(nèi)收集隕石總數(shù)的1/4,其中有36塊是2000年以后收集的.本文報(bào)道18塊隕石中有13塊發(fā)現(xiàn)于新疆塔克拉瑪干沙漠以東的羅布泊地區(qū)(圖7),該地區(qū)目前已被國(guó)際隕石學(xué)會(huì)劃分為4個(gè)隕石富集區(qū)：Argan、Lop Nur、Loulan Yizhi和Xingdi,最近又有數(shù)塊新的隕石在這片區(qū)域被找到.塔克拉瑪干沙漠東北部的庫(kù)姆塔格地區(qū)也發(fā)現(xiàn)大量隕石,該地區(qū)已被國(guó)際隕石學(xué)會(huì)正式命名為Kumtag隕石富集區(qū),記錄在案的隕石共12塊.除此之外,新疆地區(qū)還發(fā)現(xiàn)了Alaer、Alatage Mountain、Hami、Tuanjie和Tuya共10個(gè)隕石富集區(qū).新疆塔克拉瑪干沙漠東部的戈壁荒漠區(qū)域已然成為我國(guó)隕石主要富集地,同時(shí)也是亞歐地區(qū)目前唯一的隕石富集區(qū)域.該區(qū)域可能西起塔克拉瑪干沙漠東緣,東至玉門關(guān)地區(qū),南北分別以阿爾金山脈和天山山脈為界.區(qū)域內(nèi)廣泛分布石質(zhì)戈壁、荒漠地形,氣候干燥,降水量少,現(xiàn)今的地形及氣候條件都非常有利于隕石的保存和尋找.這些新的隕石富集區(qū)的確立,對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)隕石的回收將起到極大的促進(jìn)作用[30].

7 結(jié)論

本文報(bào)道了國(guó)內(nèi)收集的18塊普通球粒隕石的巖石礦物學(xué)研究工作,在此基礎(chǔ)上劃分了隕石的化學(xué)群、巖石學(xué)類型、沖擊變質(zhì)及風(fēng)化程度.其中15塊為新疆地區(qū)的發(fā)現(xiàn)型隕石,另外3塊為降落型隕石,分別降落于青海省西寧市湟中縣,湖北省隨州市府河鎮(zhèn)以及浙江省東陽(yáng)市境內(nèi).

根據(jù)電子探針數(shù)據(jù)和有標(biāo)樣定量分析獲得的能譜分析數(shù)據(jù)以及巖石結(jié)構(gòu)特征,這18塊隕石中分別屬于：H5(Loulan Yizhi 001、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Argan 001、Xingdi 002、Kumtag、Aksai Chin、Dongyang),L4(Loulan Yizhi 002), L5(Loulan Yizhi 003、Loulan Yizhi 004、Argan 002、Loulan Yizhi 005、Loulan Yizhi 006、Loulan Yizhi 007、Fuhe)和L6(Xingdi 001、Xining).Loulan Yizhi 003與Fuhe兩塊隕石具有5型隕石的結(jié)構(gòu)及礦物成分特征,但兩塊隕石中的次生長(zhǎng)石卻均可達(dá)到100 μm,因此不可將次生長(zhǎng)石的粒度作為判斷球粒隕石熱變質(zhì)程度的絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn).

18塊隕石沖擊變質(zhì)程度分別為S2(Loulan Yizhi 006、Argan 002、Xingdi 002、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Loulan Yizhi 003、Kumtag、Aksai Chin),S3(Loulan Yizhi 001、Loulan Yizhi 002、Loulan Yizhi 004、Loulan Yizhi 007、Xingdi 001、Argan 001、Fuhe)和S5(Loulan Yizhi 005).Xining隕石受到的沖擊作用非常不均勻,綜合考慮將其劃分為S3.Dongyang隕石可能經(jīng)歷較強(qiáng)烈的沖擊作用并在之后的冷卻過程中發(fā)生愈合,沖擊變質(zhì)程度可能大于或等于S4.3塊降落型隕石風(fēng)化程度均為W0；Kumtag和Aksai Chin隕石風(fēng)化程度為W2；大多數(shù)羅布泊隕石經(jīng)歷了嚴(yán)重風(fēng)化,僅有2塊隕石風(fēng)化程度在W2以下,這可能與羅布泊地區(qū)特殊的氣候演化相關(guān).

圖7 國(guó)內(nèi)收集隕石的分布示意圖.這里僅統(tǒng)計(jì)2013年之前發(fā)現(xiàn)的具有GPS記錄的111塊隕石,每個(gè)黑色圓點(diǎn)表示一顆隕石,五角星表示新疆塔克拉瑪干沙漠東部隕石富集區(qū)的位置.柱狀圖顯示各年代收集隕石數(shù)目.Fig.7 The locations of meteorites found in China.Here only 111 pieces of meteorites that have GPS records and discovered before the year of 2013 are listed.Every black dot represents one place where a meteorite was found.The star represents the location of dense collection area east to the Taklimakan Desert.The histogram above the legend shows the number of meteorites collected in China during every ten years.

在新疆塔克拉瑪干沙漠東部的戈壁荒漠區(qū)發(fā)現(xiàn)的大量隕石表明該地區(qū)已然成為我國(guó)隕石主要富集地,同時(shí)也是亞歐地區(qū)目前唯一的隕石富集區(qū)域.

致謝中國(guó)隕石網(wǎng)趙志強(qiáng),野人俱樂部武宗云、劉福英和劉生捐贈(zèng)了羅布泊隕石樣品；審稿人提出了寶貴的修改意見；電子探針分析得到了南京大學(xué)張文蘭博士的幫助,在此一并表示感謝.

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Petrography and Mineralogy of 18 Newly Recovered Ordinary Chondrites in China

LI Shao-lin1,2,3HSU Wei-biao1,2
(1 Purple Mountain Observatory,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008)
(2 Key Laboratory of Planetary Sciences,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008)
(3 University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049)

Petrology and mineralogy of 18 newly recovered ordinary chondrites in China are reported in this paper.Fifteen meteorites were found in Xinjiang,among which 13 meteorites were found in the Lop Nur desert,and the other 2 meteorites were found in Kumtag and Aksai Chin,respectively.Three other meteorites are observed falls in Xining,Fuhe,and Dongyang,respectively.All meteorites are equilibrated ordinary chondrites with 8 H group and 10 L group meteorites.Their petrographic types vary from 4 to 6 in the L group meteorites,with most being type 5,while all H groupmeteorites are classi fi ed as type 5.The features of shock metamorphism of most meteorites are moderate though a few have features of≥S4 stage.Most Lop Nur meteorites underwent intense weathering with only two of which have weathering degree of W1 and W2.Both Kumtag and Aksai Chin meteorite have a weathering degree of W2.The newly discovered tens of meteorites in the gobi deserts east to the Taklimakan Desert indicate that this region may become an important dense meteorite collection area in Eurasia.

astrochemistry,meteorites,methods:data analysis

P148;

A

10.15940/j.cnki.0001-5245.2015.03.001

2014-08-28收到原稿,2014-12-10收到修改稿

?國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41173076,41273079)和中國(guó)科學(xué)院小行星基金會(huì)資助?slli@pmo.ac.cn

?wbxu@pmo.ac.cn