鈣長(zhǎng)輝長(zhǎng)無球粒隕石NWA 11592的巖石礦物學(xué)特征及富鐵橄欖石脈成因研究

黃麗霖，溫日強(qiáng)，繆秉魁，陳國(guó)柱，許勝才

(1. 賀州學(xué)院，廣西 賀州 542800； 2. 桂林理工大學(xué) 隕石與行星物質(zhì)研究中心，行星地質(zhì)演化廣西高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004)

HED族隕石(howardite-eucrite-diogenite)為超鎂鐵質(zhì)或鎂鐵質(zhì)分異型無球粒隕石，又被大多數(shù)學(xué)者稱為灶神星隕石(Mittlefehldt，2015)。HED族隕石有著較古老的巖漿結(jié)晶年齡(4.55～4.43 Ga)(Boyetetal., 2010)，是目前太陽系內(nèi)最古老的巖漿巖之一。HED 族隕石是經(jīng)過廣泛熔融分異的巖漿巖，與地球巖漿巖有著非常相似的物質(zhì)組成(Mittlefehldt, 2015)。但由于灶神星的巖漿演化時(shí)間非常短(約10 Ma)，無后期較年輕的巖漿活動(dòng)疊加，熱變質(zhì)作用僅僅局限于巖漿作用過程或巖漿期后非常短的時(shí)間段內(nèi)(Yamaguchietal., 1996)，同時(shí)灶神星上缺乏地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、生物活動(dòng)以及揮發(fā)分，因而灶神星巖石可能保存了太陽系最早期的流體蝕變等信息，HED族隕石很有可能記錄了類地行星較早期變質(zhì)作用的巖石礦物學(xué)證據(jù)。

小行星含揮發(fā)分流體研究一直是隕石學(xué)和天體化學(xué)研究的重要議題。較早期的研究中，灶神星被認(rèn)為是揮發(fā)分貧瘠的小行星，富揮發(fā)分流體不參與巖漿結(jié)晶、熔融和亞固相線熱變質(zhì)過程(Papike，1998)。但近些年，一些學(xué)者通過對(duì)HED族隕石中次生蝕變礦物的研究，發(fā)現(xiàn)了HED隕石中可能存在含H2O溶液作用的間接證據(jù)(如Treimanetal., 2004； Barratetal., 2011； Warrenetal., 2014)。目前，脈狀礦物是HED族隕石報(bào)道較多的次生蝕變現(xiàn)象。它們分布的產(chǎn)狀范圍廣，出現(xiàn)在不同類型巖屑中，如富鐵橄欖石脈在復(fù)礦碎屑角礫巖Eucrites(鈣長(zhǎng)輝長(zhǎng)無球粒隕石)的單個(gè)巖屑(Buchananetal., 2000)、單礦碎屑角礫巖型Eucrites(Roszjaretal., 2011)、非平衡型或熱變質(zhì)程度低的Eucrite(Barratetal., 2011)、平衡型熱變質(zhì)程度較高的角礫巖質(zhì)Eucrites(Warrenetal., 2014)中均有發(fā)現(xiàn)。另外，也有一些特殊的蝕變脈狀礦物現(xiàn)象，如在一塊堆晶型Eucrites(Serra de Mage)中發(fā)現(xiàn)幾乎純凈的石英脈(Treimanetal., 2004)； 在一塊平衡型熱變質(zhì)程度較高的Eucrites NWA 5738中發(fā)現(xiàn)成分較純的粗長(zhǎng)鐵金屬脈(Warrenetal., 2014)等。在前人對(duì)這些脈狀礦物成因的討論中，含H2O流體沉積模型，即脈狀礦物為含H2O流體沿裂隙的沉淀產(chǎn)物是最為普遍接受的一種成因觀點(diǎn)(如Barratetal., 2011； Warrenetal., 2014)。

目前，HED族隕石中關(guān)于含揮發(fā)分流體作用的研究尚存在一些不足或尚未解決的科學(xué)問題，如研究數(shù)據(jù)較少，發(fā)現(xiàn)的次生蝕變現(xiàn)象類型單一，不同次生蝕變現(xiàn)象的成因聯(lián)系、流體的來源和組分、流體作用是否發(fā)生在灶神星內(nèi)部等問題尚未查明。在前人研究中，富鐵橄欖石脈僅在Howardites(古銅鈣長(zhǎng)無球粒隕石)或復(fù)礦碎屑角礫巖型Eucrites的輝石巖屑中發(fā)現(xiàn)，因此缺乏確鑿的證據(jù)而無法判斷其到底是灶神星內(nèi)部過程還是表面過程。本次工作首次在一塊非角礫巖平衡型Eucrite NWA 11592中發(fā)現(xiàn)了較粗長(zhǎng)的富鐵橄欖石脈(～3.8 mm×0.3 mm)，且NWA 11592具有較高的熱變質(zhì)程度，這在含富鐵橄欖石脈的Eucrites中也是較為罕見的。非角礫巖平衡型Eucrite中富鐵橄欖石脈的發(fā)現(xiàn)，可為流體作用發(fā)生的環(huán)境位置是否為灶神星內(nèi)部過程等信息提供一定的線索。本次工作通過對(duì)NWA 11592隕石和其中新發(fā)現(xiàn)的富鐵橄欖石脈進(jìn)行詳細(xì)的巖相學(xué)和地球化學(xué)特征的研究，討論該隕石的亞型劃分，探討其中富鐵橄欖石脈的成因，并進(jìn)一步討論流體作用發(fā)生的環(huán)境位置等信息，以期對(duì)灶神星變質(zhì)作用的研究有新的啟發(fā)，同時(shí)為揭示太陽系類地行星早期富揮發(fā)分流體的作用方式提供一定的線索。

1 樣品和測(cè)試方法

本次工作的HED族隕石為獲得國(guó)際命名的新樣品，編號(hào)為NWA 11592。分別對(duì)該隕石樣品做了顯微鏡和掃描電鏡巖相學(xué)觀察、電子探針礦物成分分析以及電子背散射衍射分析的測(cè)試工作。

樣品的分析測(cè)試工作在桂林理工大學(xué)行星地質(zhì)演化廣西高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。巖相學(xué)、礦相學(xué)觀察利用Nikon Eclipse 50 Ipol透反射偏光顯微鏡和Zeiss Σigma場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡完成。礦物化學(xué)成分測(cè)定使用JEOL JXA-8230型電子探針(EPMA)進(jìn)行，加速電壓15 kV，束流20 nA，束斑1～5 μm，元素的氧化物檢測(cè)限大于0.02%，標(biāo)樣為中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所負(fù)責(zé)制作的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)天然樣品，分析數(shù)據(jù)采用ZAF法校正。電子背散射衍射(EBSD)分析使用Zeiss Σigma場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡配備的EBSD檢測(cè)器(Aztec Energy； Oxford Instruments)完成，加速電壓20 kV，束流10 nA，工作距離19 mm。另使用AZtec 4.0系統(tǒng)以及美國(guó)礦物協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)試中獲得的EBSD礦物衍射花樣進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)匹配識(shí)別。

2 巖石礦物學(xué)特征

2.1 NWA 11592的巖石礦物學(xué)特征

NWA 11592隕石為非角礫巖(圖1)，主要造巖礦物及模式含量分別為易變輝石(17%，體積分?jǐn)?shù))、普通輝石(24%)和斜長(zhǎng)石(45%)，次要礦物包括橄欖石(8%)、SiO2相(石英或非晶質(zhì)體，1%)和不透明礦物(鈦鐵礦、隕硫鐵、鉻鐵礦或尖晶石和極少量鐵金屬； 體積分?jǐn)?shù)5%)以及極少量隕磷鈣鈉石。NWA 11592隕石具輝長(zhǎng)-輝綠結(jié)構(gòu)，主要由中粗粒它形易變/鐵紫蘇輝石(約0.3～1.0 mm)和粒狀(約0.3～1.0 mm)或板條狀斜長(zhǎng)石(約100 μm×300 μm ～0.5 mm×1.5 mm)組成。輝石平均Fe/Mn值(摩爾比)為31.7，輝石顆粒均無原始巖漿結(jié)晶Fe-Mg-Ca成分環(huán)帶保留，其成分較為均勻。低鈣輝石包括Wo值大于5的易變輝石(Wo5.60Fs58.4En36.0，Mg#為36.0)和Wo值小于5的鐵紫蘇輝石(Wo3.90Fs59.5En36.6，Mg#為36.6)(圖2，表1)。低鈣輝石的EBSD衍射花樣證實(shí)了部分易變輝石已轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈借F紫蘇輝石(圖3)，低鈣輝石極低的Wo含量(如Wo1.8)也與轉(zhuǎn)變斜方輝石的存在相一致(圖2)。NWA 11592低鈣易變/鐵紫蘇輝石普遍出溶高鈣普通輝石片晶(Wo44.5FS26.6En28.9，Mg#為52.4)，普通輝石片晶較粗，寬度從10～70 μm不等。易變輝石顆粒通常呈現(xiàn)云霧狀外觀，可觀察到輝石顆粒內(nèi)出現(xiàn)較多亞微米級(jí)不透明礦物。斜長(zhǎng)石成分較為平衡，其成分從核部(An90.9Ab8.73Or0.36)到邊部(An91.2Ab8.75Or0.25)幾乎無變化，無原始巖漿結(jié)晶成分環(huán)帶保留，其成分落在玄武巖質(zhì)Eucrite長(zhǎng)石成分范圍內(nèi)(Mittlefehldt，2015)(圖4，表1)。

圖1 NWA 11592隕石薄片背散射電子圖像全拼圖Fig.1 BSE images of the thin section of NWA 11592

圖2 NWA 11592輝石的化學(xué)成分Fig.2 Compositions of pyroxene in NWA 11592 玄武質(zhì)Eucrite、堆晶型Eucrite和Diogenites輝石成分?jǐn)?shù)據(jù)引自Mittlefehldt (2015)compositions data of pyroxene of basaltic Eucrite, cumulate Eucrite and Diogenites from Mittlefehldt (2015)

未在該NWA 11592隕石薄片中觀察到充填物集合體。副礦物SiO2相(包括石英和非晶質(zhì)體)主要出現(xiàn)在沖擊脈體中。鉻鐵礦、隕磷鈣鈉石和鈦鐵礦主要呈不規(guī)則顆粒狀出現(xiàn)在較粗橄欖石脈體中(圖5)，尖晶石多呈細(xì)顆粒狀在較細(xì)脈體中與富鐵橄欖石顆粒斷續(xù)相連(圖5)。鐵金屬呈細(xì)顆粒分布于斜長(zhǎng)石和橄欖石顆粒間隙。隕硫鐵含量極少，呈細(xì)顆粒狀出現(xiàn)在輝石和斜長(zhǎng)石顆粒間隙或呈長(zhǎng)條狀被包含在尖晶石顆粒內(nèi)。

NWA 11592隕石薄片邊緣可見一條較粗長(zhǎng)的(寬度約4 mm)和幾條較細(xì)的(寬約5～10 μm)沖擊熔脈(圖1)。沖擊脈主要由玻璃基質(zhì)和輝石、斜長(zhǎng)石、橄欖石以及石英斑晶組成，可見鉻鐵礦、鈦鐵礦等副礦物礦屑。沖擊脈中易變輝石斑晶亦大多出溶較粗的普通輝石片晶，片晶寬度從10～70 μm不等。沖擊脈中不同輝石斑晶以及普通輝石出溶片晶的成分不一，易變輝石斑晶成分從Wo2.30Fs58.2En39.5、Mg#為39.5到Wo2.80Fs68.9En28.3、Mg#為28.2變化，普通輝石出溶片晶成分從Wo43.3Fs26.6En30.1、Mg#為30.1到Wo38.3Fs37.0En24.7、Mg#為24.7變化(圖2，表1)。沖擊脈里輝石均具有與隕石主體部位相似的Fe/Mn值，平均為32.9，橄欖石(Fa值平均為76.7)呈細(xì)顆粒礦屑分散分布，斜長(zhǎng)石平均成分(An90.5Ab6.94Or2.56)較原生斜長(zhǎng)石稍貧Ca(表1)。沖擊脈中礦物出現(xiàn)馬賽克消光，未觀察到高壓礦物的存在。隕石主要造巖礦物如輝石和斜長(zhǎng)石大多出現(xiàn)面狀裂理，正交偏光鏡下可見波狀消光現(xiàn)象。地球風(fēng)化方面，NWA 11592隕石礦物顆粒表面破碎，礦物顆粒貫穿著許多被CaCO3填充的裂隙(圖1)，這些特征表明NWA 11592隕石經(jīng)歷了較強(qiáng)的風(fēng)化作用。

圖3 NWA 11592中觀察到的斜方輝石EBSD衍射花樣(a)和與其相匹配計(jì)算的斜方輝石EBSD模式(b)(數(shù)據(jù)庫(kù)中已知礦物的衍射花樣和實(shí)驗(yàn)所測(cè)礦物的衍射花樣的平均角度偏差值MAD=0.52)Fig.3 Observed EBSD pattern of orthopyroxene in NWA 11592(a) and calculated EBSD pattern of orthopyroxene,matching with the observed pattern of Fig.3a (b) (mean angular deviation MAD=0.52)

圖4 NWA 11592富鐵橄欖石脈里斜長(zhǎng)石和原生斜長(zhǎng)石成分圖Fig.4 Composition of plagioclase in Fe-rich olivine veins and primary plagioclase in NWA 11592NWA 1109，NWA 5738，Sioux Co，Y-75011，NWA 2061，NWA 049為其它具富鐵橄欖石脈的Eucrites (Barrat et al., 2011; Roszjar et al., 2011; Warren et al., 2014; Pang et al., 2017)； Ol—富鐵橄欖石； Pl—斜長(zhǎng)石； Sp—尖晶石； Tr—隕硫鐵； Mer—隕磷鈣鈉石； Ap—鱗輝石； Fe-rich Rx—富鐵輝石NWA 1109, NWA 5738, Sioux Co, Y-75011, NWA 2061, NWA 049 represent other Eucrites containing Fe-rich olivine veins (Barrat et al. 2011; Roszjar et al., 2011; Warren et al., 2014; Pang et al., 2017); Ol—Fe-rich olivine; Pl—plagioclase; Sp—spinel; Tr—troilite; Mer—merrillite; Ap—apatite; Fe-rich Px—Fe-rich pyroxene

表1 NWA 11592隕石代表性礦物化學(xué)成分Table 1 Representative mineral compositions of NWA 11592

2.2 富鐵橄欖石脈的巖石礦物學(xué)特征

NWA 11592包含一條較粗的(寬度約0.3 mm)主要由粗顆粒富鐵橄欖石(80%，體積分?jǐn)?shù))、斜長(zhǎng)石(10%)、細(xì)顆粒鉻鐵礦(8%)及少量鈦鐵礦(1%)和隕磷鈣鈉石(1%)組成的脈，脈體橫跨幾個(gè)輝石和斜長(zhǎng)石顆粒，長(zhǎng)度達(dá)到3.8 mm(圖5a)。富鐵橄欖石呈半自形-它形顆粒狀，顆粒寬度約50～300 μm(圖5a，5d)，脈體里斜長(zhǎng)石呈拉長(zhǎng)它形顆粒狀(大小約100 μm×250 μm)與橄欖石顆粒相連(圖5a，5b)，鉻鐵礦呈拉長(zhǎng)狀或不規(guī)則顆粒狀(大小約40 μm×150 μm)與橄欖石顆粒相連(圖5a～5d)，鈦鐵礦顆粒呈不規(guī)則狀(大小約10 μm×60 μm)被包含在橄欖石顆粒中(圖5a，5d)或與隕磷鈣鈉石顆粒相連(圖5a,5e)，隕磷鈣納石呈拉長(zhǎng)條狀(大小約10 μm×60 μm)出現(xiàn)在脈體橄欖石顆粒中心(圖5a，5e)或呈細(xì)顆粒狀(大小約50 μm×50 μm)與鉻鐵礦顆粒相鄰(圖5a，5c)。脈體礦物與周圍輝石或斜長(zhǎng)石邊界清晰，沒有出現(xiàn)沿橄欖石脈體的輝石富鐵邊或其它反應(yīng)邊結(jié)構(gòu)。橄欖石顆粒兩旁的普通輝石出溶條帶沒有出現(xiàn)尖滅等現(xiàn)象，出溶條帶寬度在脈體兩旁是一致的。NWA 11592隕石中還包含較多富鐵橄欖石細(xì)脈，脈體寬度約30～50 μm，長(zhǎng)度約400～600 μm，主要由富鐵橄欖石、斜長(zhǎng)石以及少量尖晶石和隕磷鈣鈉石組成，分散分布在隕石薄片中(圖5f，5g)。細(xì)脈中各礦物顆粒均具有圓滑的顆粒邊緣，礦物顆粒間通常被宿主輝石顆粒愈合，形成斷續(xù)相連的脈體。宿主易變輝石及普通輝石出溶片晶在細(xì)脈脈體兩旁及脈體中斷處是連續(xù)的，亦沒有出現(xiàn)尖滅等現(xiàn)象(圖5f，5g)。

NWA 11592粗脈和細(xì)脈中富鐵橄欖石成分均落在其它Eucrites富鐵橄欖石的成分范圍內(nèi)，細(xì)脈中橄欖石(Fa76.9～78.8)較粗脈中橄欖石(Fa78.9～82.1)稍富Fe(圖6，表2)，兩者(粗脈橄欖石Fe/Mn=37.7～48.8；細(xì)脈橄欖石Fe/Mn=40.5～51.7)具有與其它Diogenite中橄欖石類似的Fe/Mn值(Fe/Mn=34.0～57.2)(Mittlefehldt，2015)。富鐵橄欖石脈里斜長(zhǎng)石(An89.8～94.2Ab5.50～9.82Or0.12～0.53)總體成分范圍較原生斜長(zhǎng)石(An89.4～93.2Ab6.50～10.2Or0.22～0.93)相差不大，兩者成分趨于平衡，粗脈(An89.8～93.0Ab6.91～9.82Or0.21～0.53)和細(xì)脈(An90.3～94.2Ab5.52～9.44Or0.11～0.32)中斜長(zhǎng)石成分范圍亦沒有明顯區(qū)別，兩者成分范圍重疊(圖4，表2)。細(xì)脈中尖晶石(Chr44.5～63.8Spl8.22～13.6Usp22.6～47.3，F(xiàn)eO： 41.7%～46.7%)較粗脈中鉻鐵礦(Chr61.3～69.8Spl17.1～20.6Usp9.63～21.6，F(xiàn)eO： 35.4%～39.9%)稍富Ti和Fe(圖7，表2)。根據(jù)EPMA數(shù)據(jù)計(jì)算，粗脈中鉻鐵礦和細(xì)脈中尖晶石的化學(xué)計(jì)量均顯示兩者含有顯著的Fe3+組分(粗脈鉻鐵礦Fe2O3： 0.67%～2.30%，細(xì)脈尖晶石Fe2O3： 0.43%～2.85%)，而其它玄武質(zhì)Eucrites中鉻鐵礦Fe3+組分則很低或幾乎不含F(xiàn)e3+(Fe2O3： 0.33%～0.71%)(Mittlefehldt, 2015)(圖7，表2)。根據(jù)Wlotzka(2005)的方法計(jì)算得出粗脈里富鐵橄欖石和鉻鐵礦的平衡溫度范圍約為718～788℃，細(xì)脈里富鐵橄欖石和尖晶石的平衡溫度范圍約為727～815℃(圖8，表2)。此外，在Eucrites正常壓力范圍條件下(<10 MPa)，根據(jù)Ballhaus 等(1990)的計(jì)算方法，粗脈里鉻鐵礦Fe3+組分與平衡溫度計(jì)算得出的氧逸度(fO2)范圍為IW-0.4～I(xiàn)W+1.7，細(xì)脈里氧逸度范圍為IW-0.4～I(xiàn)W+2.5，兩者氧逸度范圍相差不大，平均氧逸度為IW+0.9，比其它玄武質(zhì)Eucrites原始火成巖石氧逸度(fO2=IW-1.8～I(xiàn)W+0.4)要高(Mittlefehldt，2015)(圖8； 表2)。

圖6 NWA 11592富鐵橄欖石脈成分圖Fig.6 Compositions of Fe-rich olivine in NWA 11592Ol—富鐵橄欖石； Pl—斜長(zhǎng)石； Spl—尖晶石； Tro—隕硫鐵； Mer—隕磷鈣鈉石； Ap—磷灰石； An—鈣長(zhǎng)石； Fe-rich Px—富鐵橄欖石； Ilm—鈦鐵礦； 其它Eucrites中富鐵橄欖石脈的成分和Diogenites中橄欖石的成分?jǐn)?shù)據(jù)來自Mittlefehldt (2015)，Pang et al.(2017)，Roszjar et al. (2011)，Warren et al. (2014)，Yamaguchi et al. (2011)Ol—Fe-rich olivine; Pl—plagioclase; Spl—spinel; Tro—troilite; Mer—merrillite; Ap—apatite; An—anorthite; Fe-rich Px—Fe-rich pyroxene; Ilm—ilmenite; data on the composition of Fe-rich olivine veins in other Eucrites and olivines in Diogenites were obtained from Mittlefehldt (2015), Pang et al.(2017), Roszjar et al.(2011), Warren et al. (2014), Yamaguchi et al. (2011)

圖8 NWA 11592富鐵橄欖石脈尖晶石-橄欖石平衡溫度和氧逸度圖Fig.8 The equilibrium temperature and oxygen fugidity of spinel-olivine in Fe-rich olivine veins in NWA 11592尖晶石和橄欖石的平衡溫度根據(jù)Wlotzka (2005)的方法計(jì)算； 氧逸度根據(jù)Ballhaus et al. (1990)的方法計(jì)算所得； 其它玄武質(zhì)Eucrites中鉻鐵礦的成分?jǐn)?shù)據(jù)來自Mittlefehldt (2015)the equilibrium temperature of spinel-olivine is calculated according to the method of Wlotzka (2005); the oxygen fugacity is calculated according to the method of Ballhaus et al. (1990); composition data of chromite in other basaltic Eucrites came from Mittlefehldt (2015)

3 討論

3.1 NWA 11592的亞型劃分

NWA 11592隕石具有部分熔殼，不具球粒結(jié)構(gòu)，故為無球粒隕石。NWA 11592輝石的Fe/Mn(摩爾比)值介于26～38之間，落在HED族隕石的分布范圍內(nèi)，與其它分異型無球粒隕石和地球巖石有明顯區(qū)別(Papikeetal., 2003)(圖9)。NWA 11592長(zhǎng)石的An值大多集中在82～92之間(圖9)，月球隕石長(zhǎng)石的An值雖然與HED族隕石相近，但其有著比HED族隕石更高的輝石Fe/Mn值(周劍凱等，2019)。因此根據(jù)斜長(zhǎng)石的An值并結(jié)合輝石的Fe/Mn值可判斷NWA 11592為HED族隕石。

HED族隕石中輝石的平均Mg#值是區(qū)分Diogenites、堆晶型Eucrites和玄武巖質(zhì)Eucrites 的重要參數(shù)(黃麗霖等，2020)。NWA 11592隕石輝石Mg#值(低鈣輝石Mg#=36.9～39.7； 高鈣輝石Mg#=52.0～53.2)均落在玄武質(zhì)Eucrites的范圍(Mg#=28.0～57.1； 圖9)(陳宏毅等，2016； 黃麗霖等，2020； Huangetal., 2020)。NWA 11592未角礫巖化，主要由幾乎等比例的輝石(包括鐵紫蘇輝石、易變輝石、普通輝石)和斜長(zhǎng)石組成，為具有輝綠-輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的玄武巖。綜合以上特征，將NWA 11592劃分為玄武質(zhì)非角礫巖型Eucrites。

NWA 11592含有一條較粗的和幾條較細(xì)的沖擊熔脈，較粗沖擊熔脈的寬度達(dá)4 mm，熔脈中出現(xiàn)大量玻璃質(zhì)，表明其沖擊變質(zhì)程度至少在中等(S4)或以上(Fritzetal., 2017)。NWA 11592隕石輝石顆粒成分高度平衡，無原始巖漿結(jié)晶環(huán)帶保留。輝石普遍具有明顯的出溶條帶，其寬度從10～70 μm不等，結(jié)合輝石顆粒普遍出現(xiàn)云霧化，部分單斜易變輝石發(fā)生轉(zhuǎn)變形成斜方輝石等特征，可判斷NWA 11592隕石熱變質(zhì)程度為6型(Takeda and Graham，1991； Yamaguchietal., 1996)。

3.2 NWA 11592富鐵橄欖石脈的成因探討

根據(jù)NWA 11592富鐵橄欖石脈的巖石結(jié)構(gòu)和礦物學(xué)特征分析，可以初步排除NWA 11592富鐵橄欖石脈的原生巖漿結(jié)晶成因，原因有： ① 與富鐵橄欖石共生的火成長(zhǎng)石應(yīng)是低溫且富堿的，與NWA 11592脈體中的鈣長(zhǎng)石正好相反； ② 根據(jù)NWA 11592脈里各礦物模式含量結(jié)合各礦物化學(xué)成分計(jì)算富鐵橄欖石脈總成分是較為富鐵的(Mg#=21.1)，均不同于任何已知的HED族隕石熔體成分(Mg#>30，Mittlefehldt，2015)； ③ 富鐵橄欖石粗脈和細(xì)脈里富鐵橄欖石和尖晶石的平衡溫度(粗脈： 718～788℃；細(xì)脈： 727～815℃)均較玄武質(zhì)Eucrite原始火成巖固相線溫度(～1 100℃)低； ④ 富鐵橄欖石粗脈中鉻鐵礦和細(xì)脈中尖晶石均含有較高的Fe3+組分(粗脈鉻鐵礦Fe2O3： 0.67%～2.30%； 細(xì)脈尖晶石Fe2O3： 0.43%～2.85%)，而其它玄武質(zhì)Eucrites中原生火成鉻鐵礦的Fe3+組分則很低或幾乎不含F(xiàn)e3+(Fe2O3: 0.33%～0.71%)(Mittlefehldt，2015)。⑤ 在Eucrites壓力范圍條件下(<10 MPa)，粗富鐵橄欖石脈里的氧逸度(fO2= IW-0.4～I(xiàn)W+1.7)和細(xì)富鐵橄欖石脈里的氧逸度(fO2=IW-0.4～I(xiàn)W+2.5)均較其它玄武質(zhì)Eucrites原始火成巖石氧逸度(fO2=IW-1.8～I(xiàn)W+0.4)(Stolper，1977； Wadhwa，2008)要高。

圖9 NWA 11592隕石輝石和長(zhǎng)石成分與其它無球粒隕石/地球巖石對(duì)比圖Fig.9 Comparison of pyroxene and feldspar compositions of NWA 11592 with other achondrite/Earth rocksa—輝石的Fe-Mn關(guān)系圖，底圖中Fe/Mn值趨勢(shì)線引自Papike et al.(2003)； b—輝石Fe/Mn值與長(zhǎng)石An值關(guān)系圖，底圖中Fe/Mn值和長(zhǎng)石An值范圍引自Mittlefehldt (2015)； c—輝石的Mg#值和Fe/Mn值關(guān)系圖，底圖中Fe/Mn值和Mg#范圍引自Mittlefehldt (2015)a—the diagram of Fe-Mn contents in pyroxenes, the trend line of Fe/Mn ratio in the base map are quoted from Papike et al.(2003)； b—the diagram of pyroxene Fe/Mn ratio and feldspar An value, the Fe/Mn ratio and feldspar An value range in the base map are quoted from Mittlefehldt (2015)； c—the diagram of Mg# value and Fe /Mn ratio of pyroxene, the Fe/Mn value and Mg# range in the base map are quoted from Mittlefehldt (2015)

前人研究中，Eucrite巖屑輝石中富鐵橄欖石細(xì)脈的成因被認(rèn)為主要有5種： ① 輝石的不一致熔融成因(Roszjaretal., 2011)； ② 沖擊作用引起橄欖石重熔注入裂隙成因(Pangetal., 2017)； ③ 裂隙里富鐵橄欖石充填物重熔成因(Takedaetal., 1994)。 ④ 由非均質(zhì)的局部亞穩(wěn)態(tài)富鐵輝石在沖擊作用下原位分解形成(Patzer and McSween，2018)。 ⑤ 含H2O流體沉淀成因(如Barratetal., 2011； Warrenetal., 2014； Pangetal., 2017)。

然而，以上成因觀點(diǎn)①中輝石的不一致熔融成因形成的富鐵橄欖石脈應(yīng)與宿主輝石存在反應(yīng)邊界(Roszjaretal., 2011)，而不是像在NWA 11592中觀察到的平滑邊界。成因觀點(diǎn)②～⑤為巖漿期后次生過程，其中觀點(diǎn)②～④均不能很好的解釋NWA 11592含富鐵橄欖石脈輝石巖屑中觀察到的一些現(xiàn)象，原因有： ① NWA 11592富鐵橄欖石顆粒較大，與周圍輝石有平滑的邊界，脈體橫跨幾個(gè)輝石和斜長(zhǎng)石顆粒，脈的延伸方向與輝石的出熔方向、晶軸方向及充填物沒有空間上的聯(lián)系，表明其與輝石出溶熱事件無關(guān)且非充填物/橄欖石重熔熔體注入成因。 ② 在非平衡的Eucrite中充填物區(qū)域的斜長(zhǎng)石通常是Na、K含量較高的(Takedaetal., 1994)，充填物重熔產(chǎn)生的熔體不應(yīng)形成富鐵橄欖石脈中較富Ca的斜長(zhǎng)石，且在充填物中富鐵橄欖石并不常見。 ③ 亞穩(wěn)態(tài)富鐵輝石分解形成的礦物組合除橄欖石外，還應(yīng)含有SiO2、富鐵高鈣輝石等礦物，如后成合晶(如Buchananetal., 2000； Barratetal., 2003)。且輝石分解形成的礦物組合大多為細(xì)顆粒狀集合體，而不應(yīng)是只分解形成沿裂隙分布的橄欖石脈。此外，富鐵橄欖石脈不含碳化合物和隕硫鐵，且周圍輝石沒有鐵元素或鐵金屬的消耗，固排除火山噴發(fā)干的蒸汽(常含CO、CO2、CS、CS2和S2)交代成因。

NWA 11592脈里橄欖石具有較高的Fa值，斜長(zhǎng)石也具有較高的An值，這種相似的水熱沉積富鐵橄欖石(Rasmussenetal., 1998)和水熱沉積富鈣斜長(zhǎng)石(Pythonetal., 2007; Moraetal., 2009)在地球上較為常見。同時(shí)結(jié)合脈體中尖晶石較高的Fe3+含量和較高的氧逸度以及脈體的結(jié)構(gòu)特征，筆者推測(cè)，NWA 11592富鐵橄欖石脈的成因最有可能為含H2O流體沿裂隙的沉淀產(chǎn)物，這與前人研究中的主流觀點(diǎn)相似(如Barratetal., 2011； Warrenetal., 2014； Pangetal., 2017)。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，NWA 11592形成富鐵橄欖石脈的含H2O流體反應(yīng)系統(tǒng)可能是大程度開放且較為氧化的(fO2達(dá)IW+0.9)，且這種含水流體應(yīng)是富Fe、Mg、Ca、Al、Si的，可直接在流體中沉積次生礦物(如Zengetal., 2020)。雖然目前仍缺乏確切的證據(jù)(如脈體中缺乏含水礦物)而無法確認(rèn)HED族隕石中富鐵橄欖石脈的確切成因，但結(jié)合前人研究資料以及本次工作數(shù)據(jù)，含H2O流體滲透作用應(yīng)是富鐵橄欖石脈最為合理的成因模型，將來亦仍需更多的微區(qū)同位素/微量成分分析去做進(jìn)一步的論證。

3.3 對(duì)灶神星含H2O流體滲透作用的啟示

前人認(rèn)為平衡型Eucrites中的富鐵橄欖石脈均較細(xì)(<20 μm)，且均包含在巖屑的輝石顆粒里(如Barratetal., 2011； Warrenetal., 2014； Pangetal., 2017)。而NWA 11592富鐵橄欖石顆粒最寬可達(dá)300 μm，脈的總體長(zhǎng)度達(dá)3.8 mm，橫跨幾個(gè)輝石和斜長(zhǎng)石顆粒，這種較粗長(zhǎng)富鐵橄欖石脈的出現(xiàn)表明含H2O流體沉淀機(jī)制還可以是在較大范圍發(fā)生的(至少在NWA 11592原巖范圍內(nèi))。另外，NWA 11592富鐵橄欖石脈橫切普通輝石出熔片晶，脈體附近普通輝石出熔片晶在光學(xué)上是連續(xù)的，沒有出現(xiàn)尖滅現(xiàn)象，這表明NWA 11592中富鐵橄欖石脈應(yīng)在輝石出熔的熱變質(zhì)作用之后形成，即含H2O流體滲透作用應(yīng)發(fā)生在造成宿主輝石成分平衡的熱變質(zhì)作用之后。而富鐵橄欖石脈在形成之后也應(yīng)受到了熱變質(zhì)作用影響而使富鐵橄欖石脈在某些位置不連續(xù)，且可能消除了沿細(xì)脈出現(xiàn)富Fe輝石邊的現(xiàn)象。

NWA 11592中宿主輝石玄武巖結(jié)構(gòu)的保留表明其應(yīng)是在熔巖流或淺層侵入巖漿中快速冷卻結(jié)晶(Yamaguchietal., 2009)。NWA 11592隕石經(jīng)歷了6型亞固相線熱變質(zhì)作用，導(dǎo)致輝石主化學(xué)成分環(huán)帶的均質(zhì)化，這個(gè)過程被認(rèn)為是非常緩慢的(大約需104～106年)，為原巖冷卻形成后由后期反復(fù)噴發(fā)的玄武巖漿掩埋產(chǎn)生的內(nèi)部熱量所致(如Yamaguchietal., 1996，1997)。根據(jù)Kretz(1982)的二輝石地質(zhì)溫度計(jì)估算了NWA 11592中具出溶結(jié)構(gòu)的成對(duì)輝石的平衡溫度，得出NWA 11592的熱變質(zhì)平衡溫度為795～819℃(±60℃)。較高的熱變質(zhì)溫度和6型的熱變質(zhì)程度表明NWA 11592的熱變質(zhì)埋藏深度應(yīng)>4 km(Schwartz and McCallum，2005)。此外，NWA 11592為非角礫玄武質(zhì)巖石，若NWA 11592的含H2O流體滲透作用發(fā)生在灶神星近地表撞擊坑中或發(fā)生在撞擊坑旁的濺射物覆蓋層中，均會(huì)導(dǎo)致NWA 11592原巖的角礫巖化或更多的成為復(fù)礦碎屑角礫巖。因此結(jié)合以上討論，筆者認(rèn)為NWA 11592中形成較粗富鐵橄欖石脈的H2O流體滲透作用應(yīng)發(fā)生在灶神星地殼約大于4 km埋藏深度的位置。灶神星上的含H2O流體滲透作用除更多的發(fā)生在灶神星表面或近地表外(如Barratetal., 2011； Warrenetal., 2014； Pangetal., 2017)，還有可能發(fā)生在灶神星內(nèi)部的淺層地殼中。

前人研究表明，含H2O流體可以通過彗星撞擊體被帶到灶神星上來(Treimanetal., 2004； Roszjaretal., 2011)。如果灶神星地殼局部巖石發(fā)生了含H2O流體的蝕變作用，則水合和/或羥基化礦物相至少應(yīng)在水熱系統(tǒng)的局部沉積(取決于含H2O流體作用的溫度條件)。然而，目前還無法全面評(píng)估eucrites所經(jīng)歷的含H2O流體滲透作用的熱力學(xué)條件。灶神星上含H2O流體滲透作用發(fā)生的環(huán)境條件及含H2O流體的來源還需要做更多的工作去論證。

4 結(jié)論

(1) NWA 11592為玄武質(zhì)非角礫巖型Eucrite，沖擊變質(zhì)程度至少為S4，熱變質(zhì)程度為6型。

(2) NWA 11592富鐵橄欖石脈的成因最有可能為含H2O流體沿裂隙的沉淀產(chǎn)物，反應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)是大程度開放且較為氧化的(fO2達(dá)IW+0.9)。

(3) 非角礫巖平衡型Eucrite NWA 11592中較高的熱變質(zhì)程度和熱變質(zhì)平衡溫度(795～819℃)表明其埋藏深度應(yīng)在灶神星淺層地殼 >4 km的深度，而其中富鐵橄欖石脈的形成應(yīng)發(fā)生在造成宿主輝石成分平衡的熱變質(zhì)作用之后。結(jié)合NWA 11592為非角礫巖的特征，推測(cè)形成NWA 11592粗長(zhǎng)富鐵橄欖石脈的含H2O流體滲透作用應(yīng)發(fā)生在灶神星淺層地殼 >4 km的埋藏深度。灶神星上的含H2O流體滲透作用除更多的發(fā)生在灶神星表面或近地表外，還有可能發(fā)生在灶神星內(nèi)部的淺層地殼中。

致謝感謝廣東省惠州市彩源隕石科技有限公司繆秉安先生提供研究樣品。