云南西雙版納(曼桂)目擊隕石的熱變質(zhì)和沖擊變質(zhì)研究?

羅業(yè)鑫 陳景有 梁伯健 廖世勇 李 曄 李少林 吳蘊(yùn)華 王 英 鄧志培 梅 苞 徐偉彪

(1 澳門科技大學(xué)月球與行星科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 澳門 999078)

(2 中國(guó)科學(xué)院比較行星學(xué)卓越創(chuàng)新中心中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái) 南京 210033)

1 引言

隕石是小行星或者流星體從星際空間闖入地球大氣層并最終墜落到地球表面的固態(tài)殘留體.在現(xiàn)今地球上所發(fā)現(xiàn)的隕石類型中,普通球粒隕石的數(shù)量占據(jù)了大約80%,它們是已知的太陽(yáng)系中最古老的巖石之一,形成于太陽(yáng)系初期距今約45億年前[1].普通球粒隕石中所包含的非揮發(fā)性元素含量與太陽(yáng)系原行星盤的成分大致相同,因此普通球粒隕石既能反映原始太陽(yáng)星云的元素和同位素組成、太陽(yáng)星云的高溫冷凝和化學(xué)分餾過(guò)程,又能提供太陽(yáng)系原行星盤的形成、物質(zhì)分布規(guī)律等重要信息,還能反演太陽(yáng)系早期發(fā)生的重大天文事件,對(duì)于研究太陽(yáng)系的形成和演化具有十分重要的意義[2].據(jù)國(guó)際隕石學(xué)會(huì)隕石數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)計(jì),目前全世界已經(jīng)收集到大約6萬(wàn)多塊隕石樣品,其中絕大部分是發(fā)現(xiàn)型隕石,目擊隕石僅有1300多次.目擊隕石因?yàn)槭艿厍蛭廴境潭刃?科學(xué)研究?jī)r(jià)值更高.

2018年6月1日21時(shí)45分左右,在云南西雙版納地區(qū)發(fā)生了一次目擊隕石隕落事件.隕石母體在高空爆裂解體成數(shù)百塊碎片散落在勐?？h勐遮鎮(zhèn)東南-西北方向長(zhǎng)約10 km、寬約1–2 km的狹長(zhǎng)地帶,收集到了大約50 kg的隕石樣品,其中一塊隕石主體重達(dá)1228 g.

本文對(duì)曼桂隕石的巖相學(xué)和礦物化學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究.該隕石經(jīng)歷了強(qiáng)烈的熱變質(zhì)作用,根據(jù)隕石中共生的高鈣輝石-低鈣輝石礦物確定了隕石所經(jīng)歷的熱事件的平衡溫度,進(jìn)而確定了其熱變質(zhì)等級(jí).曼桂隕石中還發(fā)現(xiàn)了寬度不等的熔融脈,說(shuō)明隕石經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)烈的沖擊變質(zhì)作用.本文通過(guò)巖相學(xué)的觀測(cè)以及熔融脈中的礦物組合確定了沖擊變質(zhì)的等級(jí)以及沖擊過(guò)程的溫度壓力范圍.同時(shí)本文還針對(duì)一些在曼桂隕石中發(fā)現(xiàn)的特殊巖相學(xué)特征,分析了其形成過(guò)程.

2 實(shí)驗(yàn)方法

曼桂隕石的制樣與分析工作在中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)天體化學(xué)和行星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成.將曼桂隕石切割、研磨并拋光后,制備成4個(gè)光片.用光學(xué)顯微鏡觀察巖石結(jié)構(gòu)特征,然后將樣品鍍上碳膜,并用配有Oxford Aztec能譜儀的Hitachi S-3400 N II型掃描電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行分析(工作電壓為15 kV).利用掃描電鏡觀察曼桂隕石中礦物的背散射電子圖像,并通過(guò)能譜儀半定量分析礦物成分.使用Thermo DXR型激光拉曼光譜對(duì)礦物分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,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.最后用日本JXA-8230電子探針(EPMA)對(duì)樣品的礦物成分進(jìn)行定量分析,所用電壓和電流分別為15 kV和20 nA,各礦物皆采用點(diǎn)分析,標(biāo)準(zhǔn)樣品為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局天然及合成的金屬和化合物,所有分析結(jié)果均進(jìn)行了ZAF (atomic number - absorption - fluorescence)校正.

3 巖相學(xué)及礦物化學(xué)

曼桂隕石主要由球粒、基質(zhì)和沖擊熔融脈3部分組成.隕石的主要礦物為橄欖石(40 vol%)、輝石(30 vol%)、長(zhǎng)石(15 vol%)、鐵鎳金屬(5 vol%)和隕硫鐵(7 vol%),鉻鐵礦和白磷鈣礦等次要礦物約占3 vol%.電子探針?lè)治霰砻?基質(zhì)中橄欖石成分為Fa23.7?24.9(表1)、斜方輝石為Fs20.1?21.1Wo0.2?0.5(表2).低鈣輝石和橄欖石成分表明曼桂隕石屬于L型普通球粒隕石(圖1[3]).

3.1 球粒

球粒隕石中的球粒類型有很多種,主要有爐條狀、斑狀、放射狀、嵌晶狀和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu).在掃描電鏡下觀察可見(jiàn),曼桂隕石中的球粒主要由爐條狀橄欖石球粒(圖2 (a))和斑狀球粒(圖2 (b))組成.爐條狀球粒呈橢圓或近圓狀,邊界不清晰,直徑為0.3–0.7 mm,主要礦物為橄欖石(70 vol%)、輝石(20 vol%)和長(zhǎng)石(8 vol%),副礦物為鉻鐵礦(2 vol%).橄欖石和輝石顆粒呈它形爐條狀排列,粒徑20–40μm; 長(zhǎng)石呈隱晶質(zhì)充填在條帶之間,同時(shí)長(zhǎng)石中常包含許多細(xì)小的鉻鐵礦顆粒(粒徑為2–6μm),部分鉻鐵礦可達(dá)30μm.斑狀球粒呈近圓狀,邊界不清晰,直徑為0.5–0.9 mm,球粒中的斑晶為輝石(50 vol%)、橄欖石(45 vol%),含有少量長(zhǎng)石、鐵鎳金屬、隕硫鐵和鉻鐵礦等礦物.橄欖石和輝石斑晶呈半自形粒狀,粒徑50–80μm.通過(guò)電子探針對(duì)球粒中的輝石和橄欖石成分定量分析,其成分與基質(zhì)中的橄欖石和輝石成分大致相同.根據(jù)Brearley等[4]對(duì)斑狀球粒的劃分,橄欖石Fa和輝石Fs小于10的球粒為I型,大于10則為II型,同時(shí)富含橄欖石的球粒為A型,富含輝石的球粒為B型.因此曼桂普通球粒隕石中的斑狀球粒為IIAB型.通常I型斑狀球粒中的斑晶顆粒較小,含有大量的鐵鎳金屬顆粒,代表著淬火成因.而II型斑狀球粒斑晶顆粒較大,同時(shí)礦物顆粒中的環(huán)帶現(xiàn)象明顯,指示著在非平衡條件下的礦物結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)程.但是在曼桂隕石中沒(méi)有觀察到球粒中礦物的環(huán)帶現(xiàn)象,這是由于后期的熱事件導(dǎo)致其礦物顆粒成分發(fā)生了均一化.

表1 曼桂普通球粒隕石中橄欖石的化學(xué)成分(wt.%)Table 1 Chemical composition (wt.%) of olivine in Mangui chondrite

圖1 曼桂普通球粒隕石的Fa-Fs分類圖[3]Fig.1 Fa-Fs classification of the Mangui ordinary chondrites[3]

表2 曼桂普通球粒隕石中低鈣輝石的化學(xué)成分(wt.%)Table 2 Chemical composition (wt.%) of low-Ca pyroxene in Mangui chondrite

圖2 曼桂隕石的背散射電子圖像.(a)為爐條狀球粒,(b)為斑狀球粒,(c)為熔長(zhǎng)石包含金屬顆粒,(d)為合紋石.Ol代表橄欖石; Pyx代表輝石; Chr代表鉻鐵礦; M代表Fe-Ni金屬; Msk代表熔長(zhǎng)石; Ple代表合紋石; Kam代表鐵紋石Fig.2 Backscattered electronic images of the Mangui chondrite.(a) is barred chondrule,(b) is porphyritic chondrule,(c) is maskelynite containing a metal grain,(d) is plessite.Ol: olivine,Pyx:pyroxene,Chr: chromite,M: Fe-Ni metal,Msk: maskelynite,Ple: plessite,Kam: kamacite

3.2 基質(zhì)礦物

3.2.1 橄欖石

基質(zhì)中的橄欖石粒度約為10–40μm,具有平衡粒狀變晶結(jié)構(gòu).橄欖石顆粒內(nèi)部成分均一,沒(méi)有觀察到Fe-Mg環(huán)帶現(xiàn)象,通過(guò)表1計(jì)算橄欖石Fa的平均偏差百分?jǐn)?shù)(PMD)為0.68%,說(shuō)明橄欖石成分幾乎達(dá)到了完全均一化.部分橄欖石顆粒保留有扭折帶構(gòu)造,在應(yīng)力作用下破碎的晶體通過(guò)靜態(tài)重結(jié)晶形成的亞顆粒中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)新的橄欖石相.同時(shí),在光學(xué)顯微鏡下可見(jiàn)橄欖石顆粒具有波狀消光、平面裂隙、嵌晶塊狀消光(mosaicism)和面狀變形(planar deformation)特征.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,橄欖石晶體在1000?C、應(yīng)變率為2×10?4s?1條件下才會(huì)同時(shí)產(chǎn)生平行于{110}和{0kl}的晶面滑移[5].這也說(shuō)明曼桂隕石經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)烈沖擊變質(zhì)作用.

3.2.2 輝石

基質(zhì)中的輝石大部分為低鈣斜方輝石,粒度為20–40μm,具有平面裂隙、波狀消光、鑲嵌狀消光和面狀變形特征.根據(jù)表2計(jì)算輝石Fs的PMD值為0.52%,輝石成分也達(dá)到完全均一.同時(shí)觀察到了共生的低鈣斜方輝石和高鈣單斜輝石,高鈣輝石粒徑25–30μm,單斜輝石會(huì)在630?C的條件下轉(zhuǎn)化為斜方輝石[6].其成分測(cè)定結(jié)果為En78.4Wo0.8Fs20.7-En47.5Wo44.2Fs8.1.利用Putirka等[7]總結(jié)的共生輝石平衡溫度模型計(jì)算得到平衡溫度為918?C,同時(shí)利用Brey和Kohler的模型[8]計(jì)算的平衡溫度為875?C.說(shuō)明曼桂隕石經(jīng)歷過(guò)等級(jí)較強(qiáng)的熱變質(zhì)作用.

3.2.3 長(zhǎng)石

基質(zhì)中長(zhǎng)石的平均成分為An85.3±0.9Or3.4±0.5Ab11.3±0.7(表3),這與L群隕石中長(zhǎng)石的平均成分An84Or6Ab10大體一致[3].長(zhǎng)石粒徑30–80μm,說(shuō)明曼桂隕石的熱變質(zhì)強(qiáng)度達(dá)到了6級(jí).拉曼光譜顯示在507.4和482.2 cm?1出現(xiàn)寬峰,符合典型的熔長(zhǎng)石拉曼光譜特征,在821.1和852.2 cm?1的峰則是由于相鄰的橄欖石礦物所導(dǎo)致.熔長(zhǎng)石周圍的礦物顆粒呈現(xiàn)出放射狀的裂紋,這也是熔長(zhǎng)石的典型巖石學(xué)特征(圖3).熔長(zhǎng)石是斜長(zhǎng)石在高壓下熔融經(jīng)驟冷而形成的一種稠密淬火玻璃,這些非晶化的斜長(zhǎng)石顆?？蓞^(qū)分為兩種類型,一種是保持原顆粒形態(tài)的斜長(zhǎng)石玻璃,簡(jiǎn)稱繼形熔長(zhǎng)石,另一種則為有著明顯流動(dòng)特征的熔池形或細(xì)脈形斜長(zhǎng)石玻璃,簡(jiǎn)稱改形熔長(zhǎng)石[9].曼桂隕石中的熔長(zhǎng)石多為改形熔長(zhǎng)石,以它形粒狀或脈狀體和熔池的形式產(chǎn)出.熔長(zhǎng)石表面平滑,但是仍存在一些小的裂隙,說(shuō)明曼桂隕石中的長(zhǎng)石顆粒熔長(zhǎng)石化并不完全.此外,還常見(jiàn)熔長(zhǎng)石包含橄欖石、輝石、金屬和鉻鐵礦等礦物碎屑的共生結(jié)構(gòu)(圖2 (c)).

3.2.4 金屬

基質(zhì)中的金屬呈不規(guī)則粒狀,顆粒大小變化較大(10–500μm).金屬顆粒具有豐富的內(nèi)部結(jié)構(gòu).鐵紋石和鎳紋石交織共生,形成了細(xì)密的紋理結(jié)構(gòu),稱做合紋石(圖2 (d)).沒(méi)有觀察到單獨(dú)存在的鎳紋石顆粒.合紋石核部的鐵紋石顆粒較大,可達(dá)10–20μm,而其邊部的鐵紋石顆粒較小,僅為3–5μm.合紋石內(nèi)部的鐵紋石和單獨(dú)生長(zhǎng)的鐵紋石中鎳的含量基本一致(6–8 wt.%),而合紋石內(nèi)部的鎳紋石中鎳的含量變化較大(20–45 wt.%).合紋石與共生的鐵紋石中鎳的含量如圖4所示.整個(gè)合紋石顆粒中沒(méi)有典型的M型的鎳含量分布.但在其內(nèi)部的鎳紋石中能觀察到M型的鎳含量分布.

表3 曼桂普通球粒隕石中長(zhǎng)石的化學(xué)成分(wt.%)Table 3 Chemical composition (wt.%) of feldspar in Mangui chondrite

圖3 熔長(zhǎng)石及其拉曼光譜圖,a.u.為任意單位Fig.3 Maskelynite and its Raman spectra,a.u.means an arbitrary unit

圖4 共生的鐵紋石和合紋石及其鎳含量分布圖Fig.4 A nickel content profile across the coexisting kamacite and plessite

3.3 沖擊熔融脈

曼桂隕石中沖擊熔融脈發(fā)育,熔融脈的寬度約1–4 mm (圖5 (a)–(b)).熔融脈主要由橄欖石、輝石以及熔長(zhǎng)石組成,礦物以多晶粒狀產(chǎn)出,粒徑為4–10μm,表面平滑無(wú)裂隙,副礦物為鉻鐵礦、透輝石和隕硫鐵等(圖5 (c)–(d)).根據(jù)拉曼光譜分析,沖擊熔融脈中的礦物組合展現(xiàn)了與隕石球粒間基質(zhì)完全不同的礦物組成(圖6).林伍德石和瓦茨利石是鎂鐵橄欖石的高壓相,被認(rèn)為是構(gòu)成地球深部過(guò)渡帶的主要造巖礦物.根據(jù)McMillan等[10]對(duì)兩種礦物拉曼光譜研究的結(jié)果,在844.3、224.9和796.4 cm?1位置出現(xiàn)的峰為林伍德石的特征峰,而出現(xiàn)在917.4和719.9 cm?1較弱的峰則是由于瓦茨利石的結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的.鎂鐵榴石是輝石的高壓相,光譜分析結(jié)果顯示在662.2和927.2 cm?1有特征峰出現(xiàn),662.2 cm?1譜峰是液相線鎂鐵榴石特征峰,927.2 cm?1則是Si-O四面體的伸縮振動(dòng)所產(chǎn)生的峰[11].通過(guò)電子探針測(cè)得沖擊熔融脈中的林伍德石的化學(xué)成分為Fa35.8?36.6,鎂鐵榴石的化學(xué)成分為Fs20.1?20.5Wo2.1?2.7(結(jié)果如表4所示).林伍德石與鎂鐵榴石的化學(xué)成分和基質(zhì)中的橄欖石(Fa24.5)與低鈣輝石(Fs20.6)的化學(xué)成分有一定差別.

圖5 曼桂隕石中熔融脈及其中礦物的背散射電子圖.(a)較細(xì)的熔融脈,(b)較粗熔融脈,(c)熔融脈中的林伍德石與鎂鐵榴石,(d)林伍德石礦物集合體.Rgt: 林伍德石,Maj: 鎂鐵榴石Fig.5 Backscattered electronic images of the molten veins and minerals in the Mangui chondrite.(a) fine melt vein,(b) thick melt vein,(c) ringwoodite and majorite in the melt vein,(d) ringwoodite aggregate.Rgt: ringwoodite,Maj: majorite

圖6 沖擊熔融脈中主要礦物以及其拉曼光譜圖Fig.6 Raman spectra of the minerals in the melt veins of the Mangui chondrite

表4 曼桂隕石沖擊熔融脈中林伍德石和鎂鐵榴石的化學(xué)成分(wt.%)Table 4 Chemical composition (wt.%) of ringwoodite and majorite in the melt veins of Mangui chondrite

4 討論

4.1 熱變質(zhì)作用

曼桂普通球粒隕石經(jīng)歷了較高程度的熱變質(zhì)作用.隕石根據(jù)其所經(jīng)歷的熱變質(zhì)程度可劃分不同的巖石類型(Wood分類[12]),根據(jù)隕石的地球化學(xué)以及巖相學(xué)特征,將沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)熱變質(zhì)作用或者經(jīng)歷過(guò)輕微熱變質(zhì)作用的球粒隕石定義為3型隕石,1、2型隕石是經(jīng)歷不同程度水化作用的隕石,而4、5、6型隕石則是經(jīng)歷不同程度熱變質(zhì)作用的隕石.

隕石球粒中的橄欖石和基質(zhì)中的橄欖石成分的差異能反映熱變質(zhì)的程度,隕石球粒中的橄欖石在原始星云吸積形成過(guò)程中處于一個(gè)非平衡狀態(tài),所以其成分Fa會(huì)有一個(gè)較大的差異.受熱事件的影響,球粒中的橄欖石的成分會(huì)逐漸變得和基質(zhì)中橄欖石的成分一致,我們一般使用PMD來(lái)衡量均一化的程度[13].根據(jù)之前計(jì)算結(jié)果,輝石和橄欖石都已經(jīng)達(dá)到了完全均一,橄欖石在4型隕石中已經(jīng)可以達(dá)到完全均一,而輝石則需要在5型的隕石中才能達(dá)到完全均一.這也說(shuō)明曼桂隕石至少經(jīng)歷不低于5型的熱變質(zhì)過(guò)程.

同時(shí)通過(guò)巖相學(xué)分析,曼桂普通球粒隕石中的球粒輪廓不清晰,基質(zhì)普遍經(jīng)歷過(guò)重結(jié)晶,重結(jié)晶礦物顆粒粒徑較大,斜方輝石粒徑25–30μm,長(zhǎng)石顆粒超過(guò)了50μm,這些現(xiàn)象都能說(shuō)明曼桂普通球粒隕石達(dá)到了6型的熱變質(zhì)作用[14].

通過(guò)共生的低鈣輝石和高鈣輝石計(jì)算得到曼桂隕石的平衡溫度約為875–920?C.球粒隕石巖石類型從4型到6型的變化可以大致對(duì)應(yīng)于600–700?C,700–750?C和750–950?C的后期熱事件的溫度范圍[15].平衡溫度與通過(guò)巖相學(xué)所得到的結(jié)論一致,因此可以認(rèn)為曼桂隕石達(dá)到了6型的熱變質(zhì)程度.

4.2 沖擊變質(zhì)作用

4.2.1 沖擊變質(zhì)等級(jí)的確定

隕石中存在著許多由于不同程度沖擊變質(zhì)作用所造成的巖相學(xué)特征,這些現(xiàn)象與熱變質(zhì)作用所導(dǎo)致的巖相學(xué)現(xiàn)象有所不同.Stoffler等[16]根據(jù)巖相學(xué)特征將沖擊變質(zhì)作用劃分為了S1–S6 6個(gè)等級(jí)(如表5所示).

表5 沖擊變質(zhì)等級(jí)及其對(duì)應(yīng)的巖相學(xué)特征[16]Table 5 Shock metamorphism grade and its corresponding petrographic characteristics[16]

在曼桂普通球粒隕石中可以觀察到許多沖擊變質(zhì)作用的巖相學(xué)特征.橄欖石和輝石顆粒中發(fā)育波狀消光現(xiàn)象、平面裂隙構(gòu)造、嵌晶塊狀消光現(xiàn)象和面狀變形構(gòu)造.斜長(zhǎng)石在高壓下熔融經(jīng)驟冷會(huì)形成的稠密淬火玻璃熔長(zhǎng)石,但是熔長(zhǎng)石化并不完全,同時(shí)又能觀察到寬度不等且縱橫交錯(cuò)的熔融脈.這些現(xiàn)象說(shuō)明了曼桂隕石經(jīng)歷了S5級(jí)別的沖擊變質(zhì)作用.

4.2.2 合紋石的形成

在曼桂球粒隕石中存在著大量的合紋石,而合紋石最常見(jiàn)的形成途徑有3種,第1種是從鎳紋石母體中分異結(jié)晶出鐵紋石,第2種是非平衡態(tài)的鎳紋石轉(zhuǎn)化為α2Fe-Ni相-馬氏體(martensite),第3種則是由α2Fe-Ni相分解形成共生的鐵紋石相(α相)和鎳紋石相(γ相)[17].

鐵鎳金屬在L型普通球粒隕石中至少需要700?C才能保持鎳紋石相.當(dāng)溫度低于700?C時(shí),鐵紋石顆粒會(huì)從原始的鎳紋石母體中分解出來(lái),這使得鐵紋石周圍鎳紋石中的鎳含量升高,同時(shí)鎳元素的擴(kuò)散降低,在鎳紋石中形成邊緣高內(nèi)部低的M型鎳含量分布,同時(shí)在鎳紋石內(nèi)部更小尺度的進(jìn)一步分異也在發(fā)生,便會(huì)形成細(xì)密交錯(cuò)的細(xì)粒鐵紋石和鎳紋石的結(jié)構(gòu)即合紋石(這一過(guò)程如圖7所示).在這一過(guò)程中,合紋石內(nèi)部的鎳含量較低,更容易形成顆粒較粗的鐵紋石顆粒,越靠近邊緣鐵紋石顆粒越小,同時(shí)合紋石內(nèi)部的鎳紋石也會(huì)有M型的鎳含量分布.這與我們?cè)诼鹌胀ㄇ蛄ｋE石中觀察到的現(xiàn)象一致,但是合紋石整體并沒(méi)有M型的鎳含量分布.

圖7 合紋石形成過(guò)程[18]Fig.7 Formation process of plessite[18]

曼桂普通球粒隕石的母體小天體是由早期太陽(yáng)系中固態(tài)星子吸積而成,其內(nèi)部由于短壽期放射性核素衰變產(chǎn)生的熱量逐漸升溫,衰變結(jié)束后再緩慢降溫,其中的合紋石也是在這一過(guò)程中形成的,屬于第1類合紋石.之后母體小天體遭受了強(qiáng)烈沖擊作用,使得溫度瞬間升高再發(fā)生淬火,這也導(dǎo)致其相同相內(nèi)成分更加均一化[19],使得合紋石整體沒(méi)有M型鎳含量分布,但在部分鎳紋石顆粒內(nèi)部仍然保留了這種現(xiàn)象,說(shuō)明沖擊作用的再升溫并沒(méi)有達(dá)到鎳紋石相(γ相)穩(wěn)定的溫度,而停留在鐵紋石相(α相)和鎳紋石相(γ相)共存的溫度范圍(圖8展示合紋石經(jīng)歷熱事件的整個(gè)過(guò)程).同時(shí)α+γ相的溫度范圍與S5級(jí)別的沖擊作用導(dǎo)致了升溫范圍(600–850?C)一致[16].

圖8 Fe-Ni二元金屬相圖[17]. α代表貧鎳的鐵紋石相, γ代表富鎳的鎳紋石相,Ms代表馬氏體的起始溫度.有圖案的方框表示L型普通球粒隕石的成分變化范圍,實(shí)線表示曼桂普通球粒隕石中的金屬相所經(jīng)歷的熱事件的過(guò)程.Fig.8 Fe-Ni binary phase diagram[17]. α is a low-Ni phase (kamacite), γ is a high-Ni phase (taenite),Ms is the martensite starting temperature.The patterned region represents the compositional variation range of the L-type ordinary chondrite,and the solid line represents the process of the thermal event experienced by the metal phase in the Mangui ordinary chondrite.

4.2.3 沖擊熔融脈

沖擊熔融脈中的高壓礦物組合可用來(lái)推測(cè)沖擊過(guò)程中隕石局部溫壓條件.橄欖石有兩種超高壓相,分別為β-尖晶石結(jié)構(gòu)的瓦茲利石和γ-尖晶石結(jié)構(gòu)的林伍德石.拉曼光譜分析表明熔融脈中的MgFeSiO4固熔體存在γ-和β-兩種礦物相,說(shuō)明其溫壓范圍介于瓦茲利石和林伍德石穩(wěn)定存在的范圍中(如圖9所示[20]),為13–15 GPa.高溫高壓實(shí)驗(yàn)表明,輝石相變?yōu)殒V鐵榴石的壓力范圍在16–23 GPa[21].綜合熔融脈中的高壓礦物組合可以初步推斷出形成壓力在15–16 GPa左右.

5 結(jié)論

本文通過(guò)分析曼桂普通球粒隕石中的巖相學(xué)及礦物化學(xué)特征,得到如下結(jié)論:

(1)曼桂隕石中的主要礦物為橄欖石、輝石、長(zhǎng)石、鐵鎳金屬和隕硫鐵,次要礦物為鉻鐵礦、白磷鈣礦等.隕石中的橄欖石成分為Fa24.3±0.6、輝石為Fs20.6±0.5Wo0.4±0.2,表明曼桂隕石屬于L型普通球粒隕石;

(2)曼桂普通球粒隕石中的輪廓非常模糊,難以辨認(rèn); 基質(zhì)嚴(yán)重重結(jié)晶,顆粒十分粗大(50μm左右),高鈣輝石粒徑25–30μm; 次生的長(zhǎng)石顆粒超過(guò)了50μm說(shuō)明該隕石屬于6型熱變質(zhì)隕石.通過(guò)共生低鈣-高鈣輝石計(jì)算出的平衡溫度(875–920?C)與L6型隕石一致;

圖9 Mg2SiO4 (Fo)-Fe2SiO4 (Fa)體系相圖[20].有圖案的方框代表曼桂熔融脈中礦物經(jīng)歷的峰值壓力和成分范圍.Wds: 瓦茲利石,Rgt: 林伍德石,Ol: 橄欖石Fig.9 Phase diagram of Mg2SiO4 (Fo)-Fe2SiO4 (Fa) system[20].The patterned region represents the peak pressure experienced by the minerals in the melting veins of Mangui and their compositional range.Wds: wadsleyite,Rgt: ringwoodite,Ol: olivine

(3)曼桂隕石中橄欖石和輝石顆粒中發(fā)育有波狀消光、嵌晶塊狀消光現(xiàn)象、平面裂隙和面狀變形構(gòu)造,沖擊熔融脈高度發(fā)育,長(zhǎng)石轉(zhuǎn)變?yōu)槿坶L(zhǎng)石.以上特征表明曼桂普通球粒隕石受到的沖擊變質(zhì)作用可以達(dá)到S5以上,與在金屬相中觀察到的現(xiàn)象所得出的結(jié)論一致.同時(shí)通過(guò)熔融脈中的礦物組合推斷出熔融脈中的高壓礦物形成壓力在15–16 GPa左右.

致謝全國(guó)各地的星友(張勃、馬榮尉、李博方、王子堯)和隕石研究工作者(李世杰等)提供了曼桂目擊隕石第一手現(xiàn)場(chǎng)資料和實(shí)物樣本,在此深表感謝.