荷叶塘陨石:一个L3 型普通球粒陨石的岩石学和地球化学特征*

王桂琴 缪秉魁 林杨挺

WANG GuiQin1，MIAO BingKui2 and LIN YangTing3＊＊

1. 中国科学院广州地球化学研究所，同位素国家重点实验室，广州 510640

2. 桂林理工大学，桂林 541004

3. 中国科学院地质与地球物理研究所，地球与行星物理重点实验室，北京 100029

1. State Key Laboratory of Isotope Geochemistry，Guangzhou Institute of Geochemistry，Chinese Academy of Sciences，Guangzhoou 510640，China

2. Guilin University of Technology，Guilin 541004，China

3. Key Laboratory of Earth and Planetary Physics，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China

2014-02-05 收稿，2015-01-02 改回.

1 引言

天体化学研究是通过地外物质的研究来反演太阳系及太阳系中其它行星的形成和演化，因此，获取地外样品是研究的前提。地外物质样品的来源主要是陨落在地球的陨石，每年陨落地球的陨石数量估计为40 ～210 个/106km2·y(Bland et al.，1996;Jull et al.，1998)，或54kg/106km2·y(Halliday，2001)，质量大于500g 的降落陨石仅为1 块/106km2·y (Wasson，1985)，但实际可以被我们发现并收集到的则少于陨落总量的1% (Hutchison，2004)，从这些数据可以看出，陨石样品稀少而珍贵。普通球粒陨石是已发现陨石的重要组成部分，而其中3 型普通球粒陨石是遭受水和热变质程度都最少的原始类型陨石。目前，已获国际命名的3 型普通球粒陨石(包括H，L 和LL 型)共有2114 块，仅占普通球粒陨石总数5%，样品更为稀缺。

球粒陨石的研究具有重要意义，其一，球粒陨石的组成与太阳光谱成份一致，而与地球表面和非球粒陨石完全不同，因此它可能代表着原始太阳的组成。其二，球粒陨石的形成年龄(4.6Ga)比任何地球、月球的岩石都要老，为月球、地球和太阳年龄对比提供了依据。其三，其岩石学特征明显与任何已知的行星过程不一致。球粒陨石的“岩石学类型”也是一个广泛用于指示热变质程度的参数，在陨石及其母体小行星研究中常指示封闭温度或峰值温度。球粒陨石由金属颗粒(Fe，Ni 合金)，陨硫铁(FeS)和硅酸盐以基质和球粒的形式组成:球粒是由毫米大小的硅酸盐聚集而成，且在形成陨石之前便已存在。这种不同物质的混合，并具微细结构，显然不是星云过程的产物，而是一种宇宙沉积的形式。球粒是大多数球粒陨石群的主要组成物质，在未变质的(如3 型)普通球粒中大约占70% ～75%体积比，其成因并不清楚，普遍认为球粒形成于太阳星云中的瞬间熔融(Grossman et al.，1988;Grossman and Wasson，1983;Taylor et al.，1983)，也有人认为是凝聚等其它成因(Wood，1989)，球粒的组成研究也可提供星云加热事件的信息。因此，含丰富球粒的3 型普通球粒陨石可以为我们提供独特的途径去了解太阳系中最早形成的固体物质，以及原始星云演化过程的信息。

我国新发现3 型荷叶塘陨石质量较大(2.5kg)，保存完好，且为仅经历过轻微母体变质的原始类型陨石，因而具有重要研究意义。本文对这块陨石进行了矿物学、岩石学，和全岩化学组分的测定分析，并对其进行了岩石学、矿物化学和岩石化学三维分类，也为进一步深入研究提供详细的岩石矿物学和地球化学特征信息。

图1 荷叶塘陨石样品浑圆状，黑色熔壳完整，切面球粒和金属颗粒清晰可见Fig.1 The hand specimen of Heyetang meteoriteIt is an almost complete rounded stone covered by a dull-black fusion crust. It is clearly to see the chondrules and metal grains in the cut surface

2 样品描述

荷叶塘陨石是一块降落陨石。于1998 年10 月末降落在湖南省新邵县荷叶塘村一块水稻田中，由当地村民发现并捡回收藏，2008 年由中国科学院地质与物理研究所收购并保存。据村民文毅描述，该陨石降落时为一团红色拖尾火球，伴随尖锐似口哨声响，落入已收割水稻田中，砸出一个比篮球略大的洞，冒着热气，入土深度约为1m，村民用水冲洗后捡拾回家。降落点GPS 定位纬度和经度位置分别为:27°14'48.73″N 和111°19'18.72″E。样品为浑圆状，黑色熔壳完整，剖开面圆形球粒多而清晰，可见金属颗粒，可能由于降落时的冲洗原故，致使陨石表面金属氧化呈现红褐色斑状锈迹(图1)，磁性明显，总重量2.5kg。这块样品已向国际陨石学会申请命名并获得批准，英文名称为Heyetang。

3 实验方法

本次研究中岩石学和矿物学特征观察和矿物化学成分分析使用光、薄片样品。全岩主、微量元素分析使用粉末样品。

3.1 样品准备和标准参考物质

陨石薄片样品用金刚石慢速切片机切成厚约1mm 的薄片，再分别磨制成直径为2.54cm 的圆形标准光薄片。

图2 荷叶塘陨石组成矿物模式(a)薄片样品40 倍背散射图像;(b)薄片中球粒直径和个数统计柱状图;(c)光学显微镜反射光图像，不透明矿物为铁镍金属(亮白)和陨硫铁(淡黄色)，呈粒状或细脉状分布于球粒边缘和裂隙中，细脉被氧化为褐铁矿(浅灰色);(d)背散射图象，中部细粒基质由隐晶质橄榄石、辉石、长石质玻璃及金属和硫化物组成. 球粒中的结晶矿物主要为橄榄石和辉石(图右侧). CH-球粒;Opa. -不透明矿物;Fe-Ni-铁镍金属;FeS-陨硫铁;Lim-褐铁矿;Ol-橄榄石;Px-辉石Fig.2 Modal compositions of Heyetang meteorite(a)the back-scattered-electron image (BSE)of a thin section，magnified 40 times;(b)column chart showing chondrule diameter and numbers in a thin section;(c)graph of reflecting microscope. The opaque minerals are granular and veinlet with white (Fe-Ni metal)or yellowish (troilite)colour，which distribute around chondrules or in small joint surfaces and cracks. A very few of them were oxidized to yield limonite;(d)The BSE image. Central section marked by white dash line is matrix，which is composed of cryptocrystalline minerals and feldspathic glass，include olivine，pyroxene，Fe-Ni metal and FeS. Chondrite consists of large crystal of olivine and pyroxene. CH-chondrule;Opa. -opaque minerals;Fe-Ni-Fe-Ni alloy;FeS-trolite，Lim-limonite;Ol-olivine;Px-pyroxene

粉末样品取荷叶塘陨石原样中新鲜部分1.08g，用玛瑙钵研磨为＜200 目粉末，充分均匀后，用对分法取出两份，样量分别为41.9mg 和40.6mg，两份样品作为平行样分两次进行主、微量元素含量测定。同时，对肇东陨石进行了主、微量元素测定，与过去的中子活化分析结果进行对比。肇东陨石为我国发现的一块L4 型普通球粒陨石，于1987 年获国际陨石学会正式命名，与本次研究样品荷叶塘陨石岩石学类型上基本相似，仅重结晶程度稍高，本次研究选择其用于全岩成分测定的方法精度对比。本次研究用6 个标准参考物质作为外标对样品进行外部校正，分别为美国地质勘探局标准物质(USGS):AGV-1(安山岩)，BHVO-1(玄武岩)，BHVO-2(玄武岩)，BCR-2(玄武岩);南非矿物冶金技术局标准物质(MINTEK):SARM-4(苏长岩);以及一个实验室内部标样RO-A1(辉石岩)(Xu，2002)。样品和标准物质粉末(＜200目)～40mg 经精确称重后置入Teflon 容器中，加7M HNO30.6mL 和浓HF 0.6mL，超声1h 后，110℃保温24h，然后将Teflon 容器置入不锈钢Bomb，190℃密封炉中保温48h，冷却后取出并蒸干，重溶于4mL 4M HNO3，分出其中1/4，用0.3% HNO3稀释至500 倍，再将500 倍样品溶液分成3/4 和1/4 份分别稀释为1000 倍和2000 倍，使用等离子体发射光谱仪(ICP-AES)和电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分别进行主量元素和微量元素测定，样品处理过程与测定方法详见Wang and Lin (2007)。

本次工作使用超纯HNO3和HF 由分析纯(AR)HNO3、HF 经过亚沸腾二次蒸馏获得。超纯水为(18Ω)微孔水净化系统提供。所有上机测定溶液介质为3% (v/v)HNO3。

3.2 矿物岩石学和主、微量元素测定方法

本次研究使用荷叶塘陨石磨制光片和薄片各一片，应用正交偏光透反射显微镜和电子探针(EMPA)进行岩矿观察研究。矿物化学组成的定量分析使用桂林理工大学JXA8230 电子探针测定，加速电压为20kV，加速电流为20nA，束斑10μm (细粒矿物3 ～5μm)，数据较正用ZAF 方法。全岩主量元素测定使用VISTA-PRO，ICP-AES，5μg/mL的Mn 溶液用于调节ICP-AES 的火炬X，Y 位置，多元素标准溶液(单元素含量为5μg/mL)用来优化仪器。1μg/mL Lu 为ICP-AES 测定内标。全岩痕、微量元素测定则使用Perkin-Elmer Sciex ELAN 6000 ICP-MS (电感耦合等离子质谱仪)。使用多元素混合溶液(单元素含量为10ng/mL)对ICP-MS进行仪器优化。10ng/ml Rh 信号读数高于3 × 105每秒(cps)，氧化物产率小于2%。10ng/mL Rh 作为ICP-MS 测定内标。详细测定程序和干扰校正参考文献Liu et al. (1998)和刘颖等(1996)。全岩化学成分分析测试完成于中科院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室。

4 矿物学特征

4.1 模式组成

荷叶塘陨石中球粒密集堆积，金属、硫化物呈团块状或细脉状分布，具有典型的球粒陨石结构，球粒边界清晰(图2a)。荷叶塘陨石组成成分模式丰度为:球粒80%，金属矿物5%，基质15%。球粒直径大小0.2 ～1.6mm 不等，以～0.5mm 直径的球粒为主，对薄片中122 个球粒直径统计(图2b)，平均直径0.53mm。不透明矿物主要为铁镍金属和陨硫铁，分布在球粒边缘、球粒中或矿物裂隙中，呈粒状和细脉状，细脉多被氧化为褐铁矿(图2c)。基质不透明，背散射电子图像中观察其组成主要为隐晶质(矿物结晶颗粒＜5μm)的橄榄石、辉石、玻璃质长石和金属、硫化物等，图2d)。球粒中主要矿物为橄榄石、辉石、Fe-Ni 金属和硫化物。球粒中金属和硫化物为圆珠状和粒状，其中粒状主要分布于球粒边部，细脉充填于裂隙中，未见有穿叉关系，氧化边较细较少。

4.2 球粒

荷叶塘陨石球粒多而密集，球粒形状呈圆-次圆形、卵形或碎片出现(图2a)。球粒类型多，矿物组成和结构具明显差异，所有球粒均有一个富Fe 的细粒橄榄石围绕边(图3ah)，其成分与球粒组成物质截然不同。主要球粒类型详述如下:

斑状橄榄石球粒(PO，图3a)。由紧密堆积的橄榄石斑晶和间隙物组成。斑晶为镁橄榄石，背散射图中橄榄石颗粒边部和裂隙明显更亮，颜色更浅，表明含铁量明显增加。间隙物为长石质玻璃，颜色较镁橄榄石斑晶浅。不透明矿物呈圆珠状，由铁纹石或铁纹石、镍纹石和陨硫铁三者共生组成，不同矿物之间无包围关系。球粒外围由细粒边包围，主要成分为橄榄石和金属、硫化物。

图3 荷叶塘陨石中的球粒多样性背散射图像(a)斑状橄榄石球粒(PO);(b)橄榄石辉石球粒(POP);(c)放射状辉石球粒(RP);(d)炉条状橄榄石球粒(BO);(e)隐晶质球粒(C);(f)复合球粒(CC);(g)粒状橄榄石球粒(GO);(h)金属-硫化物球粒Fig. 3 BSE images of chondrule diversity in Heyetang meteorite(a)porphyritic olivine chondrule (PO);(b)porphyritic olivinepyroxene chondrule (POP);(c)radial pyroxene chondrule (RP);(d) barred olivine chondrule (BO);(e) cryptocrystalline chondrule (C);(f)compound chondrule (CC);(g)granular olivine chondrule (GO);(h)metal-sulfide chondrule

斑状辉石橄榄石球粒(POP，图3b)。橄榄石和辉石斑晶共存，为镁橄榄石和顽火辉石。见嵌晶结构，辉石核部有小而浑圆的橄榄石晶体，矿物表面裂隙较多，球粒边部裂隙多被金属细脉充填。球粒核部斑晶矿物的Mg 含量比边部高，Fe 含量相反。球粒边缘被细粒橄榄石和金属颗粒及细脉环绕，不透明矿物明显比PO 球粒边缘多。

放射状辉石球粒(RP，图3c)。由斜顽火辉石纤维束状放射排列，间隙物为长石质玻璃。表现为初始结晶状态，间隙物少，球粒有细粒橄榄石包围边。

炉条状橄榄石球粒(BO，图3d)。橄榄石条状平行排列，图3d 中有两个BO 球粒分别位于图片左边和右边。

表1 球粒中代表性硅酸盐矿物化学成分电子探针测定结果(wt%)Table 1 Silicate mineral analyses by electron probe microanalysis (wt%)

隐晶质球粒(C，图3e，f)。图3e 中隐晶质球粒由辉石质玻璃组成，局部可见放射状晶骸。近边部金属熔滴状出现，熔滴间隙成分与球粒中部一致;图3f 中隐晶质球粒完全由未结晶玻璃组成，边部为金属，近似于图3e 球粒中的熔滴状。两球粒均具细粒橄榄石包围边。

粒状橄榄石球粒(GO，图3g)。粒状橄榄石组成，晶体颗粒大小20 ～200μm，橄榄石成分呈环带分布，铁含量由橄榄石颗粒核部至边部增高，核部可见长石玻璃，几乎无间隙物，图中黑色区域可能是间隙物，因其松散而在磨制薄片过程中丢失。具球粒橄榄石细粒包围边，探针成分表明细粒部分Fe 含量明显比球粒中大颗粒橄榄石高。

金属-硫化物球粒(图3h)。次圆形，球粒由铁纹石、镍纹石和陨硫铁组成，内部Fe-Ni 金属和陨硫铁混杂分布没有明显规律性，外层主要为铁纹石，球粒具细粒橄榄石边。

表2 金属和硫化物化学成分电子探针测定结果(wt%)Table 2 Kamacite，taenite，and troilite analyses by electron probe microanalysis (wt%)

图4 本次测定结果精度与准确度图中实心圆符号为荷叶塘陨石本次研究两次测定结果偏差相对平均值的RSD(%)，空心三角符号为肇东陨石本次测定与中子活化测定结果(王道德等，1993)和ICPMS 测定结果(Liu et al. ，1998)的偏差相对平均值的RSD(%)Fig.4 The precision and accuracy of analyses in this studySolid circles are RSD(%)from two times measurement results of Heyetang meteorite in this study，open triangles are that of Zhaodong meteorite from this study and published data (Wang et al.，1993;Liu et al.，1998)

4.3 金属和硫化物

金属和硫化物以球粒或熔离状态呈圆珠状出现在硅酸盐球粒中或间隙物中(图3a-h)，在一些球粒矿物裂隙中以细脉状分布，基质中呈粒状分布(图3b，g)。金属球粒中偶见磁铁矿。陨硫铁中Ni 含量平均值为0.04%。

4.4 矿物化学成分

荷叶塘陨石中Ⅰ型(贫铁型)球粒为主，Ⅱ型(富铁型)球粒很少，本次研究分别选取两种球粒中的橄榄石和辉石组分及金属、硫化物进行了电子探针测定，结果见表1、表2。球粒中结晶矿物为橄榄石和辉石，橄榄石Fa9.15(0.41～34.1)，PMD (percent of mean deviation)= 51，次要组分为MnO(～0.21%)，CaO(～0.19%)，Cr2O3(～0.15%);辉石颗粒以斜方辉石为主，钙含量低，Fs10.7(1.82～27.2)，En91.7(69.7～97.7)和Wo0.90(0.18～3.13)，PMD 分别为88、9.65 和103，次要组分为Al2O3(～0.46%)，Cr2O3(～0.47%)，MnO (～0.39%)，CaO (～0.47%)，Na2O (～0.22%)和K2O(～0.05%)。球粒中橄榄石和辉石两种矿物大多为高Mg，低铁矿物。球粒边部细粒矿物则相反，Fe 含量普遍高于球粒中的结晶矿物颗粒，球粒间隙物中细粒辉石的Fe 和Ca 含量也明显高于球粒中辉石晶体，表明间隙物与球粒来源和成因的差异。基质和间隙物中的长石质玻璃具较高的Al2O3、CaO、Na2O 和K2O含量(表1)。

铁纹石中的Ni 含量为2.74% ～6.36%，Co 含量为0.32% ～0.86%，PMD 为20.1。镍纹石中Ni 含量为27.8%～52.7%，平均42.5%，Co 平均0.13%，Cu 平均0.16%。陨硫铁中Fe 和S 的含量基本无变化，平均值分别为64.0%和35.8%，Ni 含量＜0.13%。

表3 荷叶塘陨石全岩主(wt%)、微量(×10 -6)元素含量Table 3 Bulk chemical compositions of Heyetang meteorite(major elements:wt%;trace elements:×10 -6)

5 主微量元素组成

全岩的主微量元素含量见表3。为了检验仪器测定稳定性和精度及化学过程，对荷叶塘样品分别两次取样和测定，两次测定结果的所有测定元素RSD(相对标准偏差)均小于6%。肇东陨石主量测定结果与中子活化分析结果(王道德等，1993)一致，RSD 小于7%，微量元素测定结果与Liu et al. (1998)测定结果一致，RSD 小于16%，表明本次测定主、微量元素精度和准确度可靠。测定偏差对比见图4。

6 类型划分

6.1 岩石、矿物学和全岩化学组成的类型划分

依据Van Schmus and Wood (1967)提出的岩石学-化学二维分类法，将球粒陨石划分为6 个岩石学类型(1-6 型)，分别代表化学平衡、结构重结晶和热变质程度的变化。Kerridge and Matthews (1988)在此基础上将其延伸为7 个岩石学类型，即按其受蚀变和重结晶程度划分:3 型以下2-1 型水蚀变程度和含水矿物增加，1 型陨石中矿物几乎完全水蚀变;3 型以上4-7 型热变质程度和组成矿物重结晶程度增加，7 型陨石经历多阶段冲击熔融，球粒和基质物质完全重结晶，几乎看不到球粒轮廓，具残余球粒，长石颗粒＞100μm，贫钙的斜方辉石中CaO ＞1%;3 型普通球粒陨石是遭受水、热变质程度都最少的原始类型陨石。划分参数见表4，因7型是6 型的延伸，很少见，未列入表中。

荷叶塘陨石中球粒紧密堆积，球粒边界清晰，基质不透明，球粒占体积比80%，金属和硫化物5%，基质15%。球粒类型多，直径大小0.2 ～1.6mm 不等，以0.5mm 直径球粒为主，平均直径为0.53mm (图2b)，球粒中辉石矿物以低钙单斜辉石为主，观察薄片中未发现有难熔包体。基质中长石质玻璃未发生重结晶，无二次长石。铁纹石和镍纹石都有出现，矿物组成成分变化大，橄榄石Fa0.41-34.1(PMD =51)，低钙辉石Fs1.82-27.2(PMD =88);有原始玻璃球粒，铁纹石、镍纹石、陨硫铁均有出现，镍纹石中Ni 最高含量达52.7%，陨硫铁中Ni 平均含量为0.04%。对比表4 岩石学类型划分参数，可将其岩石类型划分为3 型非平衡型原始普通球粒陨石。

金属和硫化物体积百分比和球粒平均直径也可作为普通球粒陨石的岩石学分类参考，据Scott and Krot (2007)统计，高铁群(H)、低铁群(L)和低铁低金属群(LL)普通球粒陨石的金属和硫化物含量平均值分别为8vol%，3vol%和1.5vol%，球粒平均直径分别为0.3mm、0.5mm 和0.6mm，荷叶塘陨石岩石学特征(金属和硫化物含量5vol%，球粒平均直径为0.53mm)更接近L 型。

表4 岩石类型划分参数(据Kerridge and Matthews，1988)Table 4 Definitions of petrologic types (after Kerridge and Matthews，1988)

图5 Co，Ni 在铁纹石和全岩中的含量特征(a)图中实心圆点为本次测定铁纹石中Co 和Ni 含量，而划分H，L 和LL 区域的虚、实线为参考分界线，划分参数引自Rubin (1988);(b)低铁型普通球粒陨石Ni/Mg-Fe/Mg 分布图引自Jarosewich and Dodd (1981)，斜线为Ni/Fe 比. 荷叶塘与肇东数据均落在L 群范围内Fig.5 Co and Ni contents in kamacite and whole rock(a)solid circles are the Co and Ni contents in kamacite from Heyetang meteorite in this study. The solid and dot line is the boundary of H，L and LL from Rubin (1988);(b)plot of Ni/Mg vs. Fe/Mg in iron-poor ordinary after Jarosewich and Dodd (1981). Lines of constant Ni/Fe are shown in the plot. Both data of Heyetang and Zhaodong meteorites are fallen in L field

球粒陨石由硅酸岩矿物、硫化物和金属等聚集而成，不同类型球粒陨石矿物和全岩化学组成呈系统性变化，普通球粒陨石的一个重要分类参数是陨石的氧化程度，它与铁的价态相关，Fe 以FeO 的形式产出于硅酸盐氧化物内，和以Fe2+或Fe3+产出于硫化物和氧化物内。普通球粒陨石群由H→L→LL 氧化态增加，硅酸盐中的氧化铁比例也随之增加，金属铁则因氧化作用而减少，使Fe-Ni 金属中Fe 亏损而Ni 及Co相对富集，而Co 的富集程度更为明显。因此，橄榄石和低钙辉石中可反映Fe 含量的Fa、Fs 可作为重要分类参数(Brearley and Jones，1998;Burke，1986;Kerridge and Matthews，1988;Larimer and Wasson，1988;Sears and Dodd，1988;Van Schmus and Wood，1967;Wasson，1985)，对于橄榄石和低钙辉石的Fa/Fs 值介于群分界值附近或因成分变化大而不能使用Fa/Fs 值作为分类依据的非平衡型陨石，金属中Co 含量则可作为重要补充参数。荷叶塘陨石为非平衡型原始陨石，橄榄石和辉石的Fa/Fs 变化范围大，由于数值分散，不能作为分类依据，所测38 个铁纹石颗粒中Co 含量范围在3.2 ～8.6g/mg，平均值为6.2g/mg (表2)，覆盖了H和L 群普通球粒陨石的Co 含量范围(H:4.4 ～5.2g/mg，L:6.7 ～8.9g/mg)内，铁纹石中Ni 含量作为一个参考，不能精确匹配类型划分，38 个铁纹石中Ni 含量范围在27.4 ～63.6g/mg，平均含量为46.3g/mg，覆盖了L 和LL 型普通球粒陨石的Ni 含量范围(L:52 ～71g/mg，LL:13 ～69g/mg)(Rubin，1988)(图5a)。依据荷叶塘陨石全岩化学组成，其Mg/Si、Ca/Si 和Fe/Si 原子比分别为0.92、0.046 和0.62，Kerridge and Matthews (1988)经统计列出普通球粒陨石元素平均值Mg/Si 原子百分比为0.96 (H)、0.93 (L)、0.94(LL)，Ca/Si 原子百分比为0.05 (H)、0.046 (L)、0.049(LL)，Fe/Si 原子百分比为0.81 (H)、0.57 (L)、0.52(LL)，与之对比，荷叶塘陨石中以上三种原子百分比均接近L 型普通球粒陨石。依据全岩成分，荷叶塘陨石和对比样肇东陨石(L4)的Ni/Mg 和Fe/Mg 比值均落于L 群范围，且接近0.06 Ni/Fe 比值线(图5b)。

图6 荷叶塘陨石亲铁元素特征(a)CI-Mg 双标准化后的亲铁元素丰度. 本次测定荷叶塘陨石和肇东陨石(L4)亲铁元素分布特征与H3，L3 和LL3 型陨石平均值(王道德等，1993)对比，与L3 型特征基本一致;(b)普通球粒陨石Re，Os 含量分布具明显分类意义，数据引自已发表文献(Chen et al. ，1998;Horan et al. ，2009;Morgan and Lovering，1967;Poirier et al. ，2004;Walker et al. ，2002;王道德等，1993;支霞臣等，2007). 荷叶塘陨石和肇东陨石数据分别位于L 群两个端元Fig.6 Siderophile element abundances of Heyetang meteorite(a)magnesium-and CI-normalized bulk siderophile element abundances of the H3，L3 and LL3 after Wang et al. (1993). Data of Heyetang and Zhaodong meteorites in this study are agree with that of L3 type. (b)Re and Os content of ordinary chondrites shows significance on classification after published data(Chen et al. ，1998;Horan et al. ，2009;Morgan and Lovering，1967;Poirier et al. ，2004;Walker et al. ，2002;Wang et al. ，1993 and Zhi et al. ，2007). The values of Heyetang and Zhaodong meteorite are at opposite ends of L group

元素具不同的化学亲和性决定了它们出现在陨石中的环境。与已发表数据对比，荷叶塘陨石亲铁元素Ni，Co，Fe，Ga 和Zn 的含量分布与L3 型陨石基本一致，Ni 元素略微偏高，而本次测定的另一L4 型肇东陨石亲铁元素与L3 型陨石则完全吻合(图6a)，而另一重要参数，Re-Os 含量亦与L 群普通球粒陨石一致(图6b)。综上所述，荷叶塘陨石在矿物和全岩化学组成上，均与L3 型普通球粒陨石一致。

6.2 荷叶塘陨石亚类型划分

3 型球粒陨石是未受或受变质程度最低的岩石学类型，在矿物学上是最接近小行星堆积形成的最原始类型，因为其矿物未经历足以使它们达到平衡的热过程，也叫“非平衡型球粒陨石”。3 型球粒陨石的变质强度范围也很宽，鉴于3型陨石的重要性和矿物学上的较大差异，亚类划分对鉴别最原始球粒物质非常有用。目前，主要对普通球粒陨石(OC)，CV3 和CO3 群球粒陨石进行了亚类划分。OC 的3 型(包括H3、L3 和LL3)亚类划分主要依据(Sears and Dodd，1988)的参数，如基质的重结晶体积百分数、FeO 相对全岩比例、橄榄石中Fa 和铁纹石中Co 的PMD 值、以及热释光特性(TL)，将其划分为3.0 ～3.9 等10 个亚类。CV3 的亚类划分依据(Guimon et al.，1995)的划分参数，如橄榄石的Fa 和PMD值、硫化物中Ni 含量、碳含量和水含量等将其划分为3.0 ～3.3 等4 个亚类。CO3 的亚类划分则是参照Scott and Jones(1990)的参数，依据橄榄石、基质和铁纹石中的成分含量变化将其划分为3.0 ～3.7 等8 个亚类。总之，球粒间的基质重结晶程度决定了亚类型的高低，根据扫描电镜和电子探针测定可进行精确划分。

依据Sears and Hasan (1987)、Sears and Dodd (1988)的3 型OC 划分参数(表5)，荷叶塘陨石基质重结晶程度低(＜20vol%)，对应亚类为3.3;硫化物中Ni 平均含量0.04%＜0.5%，对应亚类≥3.2;橄榄石Fa 的PMD 为51 (n=23)，对应亚类≤3.4;铁纹石中Co 的PMD 为20 (n=38)，对应亚类为3.2 型，铁纹石中Ni 的PMD 为22 (n =38)，对应亚类为≤3.1 型。综合5 项参数，荷叶塘陨石各类参数集中在3.2 ～3.4 之间。

Scott et al. (1994)针对LL3 型陨石中ⅠA 型球粒和ⅡA型球粒中橄榄石的CaO 和FeO 含量，对其进行了亚类划分。ⅠA 型球粒是指贫FeO 的橄榄石球粒(如PO 或BO)，ⅡA型球粒是指富FeO 的橄榄石球粒。L3 与LL3 陨石在矿物组成上接近，因此，本文借用Scott et al. (1994)LL3 型陨石的亚类划分方法，对荷叶塘陨石中两种类型球粒中橄榄石的CaO 和FeO 含量进行投影(图7)。结果表明，本次测定数据均可落在此亚类划分图上，且数据分布于3.0 ～3.4 区间。将此结果作为参考，综合Sears and Hasan (1987)、Sears and Dodd (1988)划分的参数，将荷叶塘陨石亚类划分为L3.4 型。

表5 3 型球粒陨石的次类型划分Table 5 Subclassification of type 3 chondrites

图7 亚类型划分投影图(据Scott et al.，1994)图中实心符号为FeO-CaO 投影，空心符号为Fa-CaO 投影Fig.7 Schematic plot for subclassification (after Scott et al.，1994)Solid circle and square are data of FeO vs. CaO，open circle of square are data of Fa vs. CaO

6.3 冲击变质和风化程度

正交偏光透射镜下观察荷叶塘陨石薄片，橄榄石以清晰消光为主，部分可见微弱波状消光，橄榄石和辉石不规则破裂，无冲击脉。以上特征表明荷叶塘陨石遭受冲击程度较弱，依据Stoeffler et al.(1991)法，可将其划分为S2 型。

陨石降落后会受到各种物理和化学的风化作用，这种作用与陨落地点的气候条件、陨落时间和陨石本身的大小都有关系，这些风化最终可导致陨石分裂、破碎和消失，风化类型可指示陨石落地后所遭受的氧化程度，对我们了解陨石的居地时间和估算陨石的降落率有重要帮助。反光显微镜下观察荷叶塘陨石光、薄片，金属和硫化物无明显氧化，或有较薄褐铁矿氧化边和细脉，氧化物约占金属总量5% ～10% (图2c)，样品总体风化程度低，依据Wlotzka (1993)陨石风化类型划分法，可将其风化程度定义为W1 型。

7 全岩化学成分和矿物化学组成几何空间的变化特征

荷叶塘陨石亲铁元素Fe，Co，Ni 经Mg-CI 双标准化计算后的值为～0.8(图6a)，低于H 群而高于LL 群，与其经历氧化程度一致，强蒸发性元素Ga 和Zn 迅速降低，表明其经历了高温过程。Re 和Os 的含量分布位置(图6b)表明荷叶塘陨石形成位置间于H 群与L 群之间，但更为靠近L 群。亲石元素无明显变化，与王道德和陈永亨(1991)对69 个普通球粒陨石的L 和LL 群亲石元素平均值特征一致(图8a)，K，Na略微偏低。稀土元素模式为水平状(图8b)，轻、重稀土分布一致，但有明显的Eu 负异常，和略微偏高的Lu。

矿物内部、球粒内部和球粒边部的细粒组成部分的矿物成分均具规律性变化。选取ⅡA 型球粒中成分环带状分布的较大橄榄石斑晶进行剖面测定，镜下观察矿物核部颜色较深，向边部逐渐变浅，结果表明，由橄榄石核部至边部，Fe 含量增加，Mg 含量降低，Cr 含量在核部最高，向边部迅速降低(图8c)。

ⅠA 型球粒中的矿物颗粒成分较为均一，以镁橄榄石和单斜顽辉石为主，选取同一球粒中不同部分的橄榄石矿物颗粒进行测定，结果表明，在球粒个体空间范围内，矿物颗粒成分亦呈规律性变化。由图8d 可见，球粒边部的矿物颗粒较之于球粒中心部位的颗粒具略微的Fe 升高和Mg 降低趋势，边部矿物Cr 含量与Fe 变化趋势一致。与球粒内矿物相比，细粒包围边Fe、Mg 成分明显不同，Cr 含量变化不大。

图8 亲石元素分布特征(a)Mg-CI 双标准化后的亲石元素丰度. 图中实心数据为本次研究测定荷叶塘数据，空心为引用亲石元素数据(王道德和陈永亨，1991):空心三角为H 群，空心正方形为LL 群，空心圆为L 群;(b)稀土元素分布特征;(c)Ⅱ型PO 球粒中橄榄石斑晶由边到核部的成分变化;(d)Ⅰ型GO 球粒中由球粒中心至球粒边部不同橄榄石颗粒的成分变化，最外边两点分别为球粒包围边中细粒隐晶质橄榄石颗粒的成分变化;(e)球粒边部细粒橄榄石成分变化与距离球粒位置相关Fig.8 Lithophile element abundances of Heyetang meteorite(a)magnesium-and CI-nomalized bulk lithophile element abundances of Heyetang meteorite. Solid symbols are the data in this study，and hollow symbols are mean value of H3，L3 and LL3 after Wang and Chen (1991). Open triangle-H group，open square-LL group，open circle-L group;(b)magnesium-and CI-normalized bulk REE element abundances of Heyetang meteorite;(c)composition vary in olivine phynocryst ofⅡPO chondrule from rim to core;(d)compositions of olivine grain in GO chondrule of I type vary from chondrule centre to rim;(e)the compositions of fine-grain olivine are related to the distance from chondrule

对球粒包围边的细粒橄榄石成分进行测定表明，细粒边由靠近球粒一端至远离球粒一端亦存在规律性成分变化，即由近至远，Fe 含量增加，Mg 含量降低，Mn、Cr 含量亦降低(图8e)。

金属和硫化物中普遍存在高Ni 的镍纹石和Fe-Ni 合金，FeS 中Ni 含量很低(＜0.05%)，这些特征表明荷叶塘陨石未经历后期冲击和热蚀变作用。综上所述，荷叶塘陨石中矿物组成元素没有经历平衡过程，为原始组成。

8 结论

荷叶塘陨石在岩石学上应划分为L3.4 型普通球粒陨石;其风化程度为W1 型;冲击变质程度为S2 型。是一块保存完好、质量较大的、很好的研究样品。

球粒中矿物组合为非平衡结晶产物，具高温熔融快迅冷凝的明显特征。橄榄石和辉石颗粒有环带状和均一型两种，均一型矿物主要为镁橄榄石和顽辉石，球粒矿物成分与间隙物明显不同。环带状颗粒从核到边FeO 增加，一些球粒伴随橄榄石细粒包围边并含富SiO2玻璃。这些性质与球粒结构一样，体现了迅速结晶的过程。环带和富SiO2玻璃可能都是由于未固化的残留液体保持瞬时平衡的结果。矿物环带与球粒矿物结构类型相关。Ⅱ型PO 球粒中橄榄石环带更明显，而BO 球粒和Ⅰ型PO 球粒中橄榄石环带则不明显。

斑状球粒中橄榄石做为嵌晶被包围在辉石颗粒中，橄榄石可能是来自前太阳颗粒的残余，也可能是球粒原始物质细粒加热产物，几乎纯的镁橄榄石被顽辉石包围形成嵌晶结构。

致谢 本文研究工作始终得到王道德先生的关心和帮助。感谢审稿人两次细致的评审和给予的中肯意见，使本文在内容上更为完善。

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