国内18块普通球粒陨石的岩石矿物学研究∗

李少林123 徐伟彪12

(1中国科学院紫金山天文台南京210008)

(2中国科学院行星科学重点实验室南京210008)

(3中国科学院大学北京100049)

国内18块普通球粒陨石的岩石矿物学研究∗

李少林1,2,3†徐伟彪1,2‡

(1中国科学院紫金山天文台南京210008)

(2中国科学院行星科学重点实验室南京210008)

(3中国科学院大学北京100049)

描述了国内收集的18块普通球粒陨石的岩石矿物学特征,其中13块为新疆罗布泊地区的发现型陨石,1块为新疆库姆塔格地区的发现型陨石(Kumtag),1块为新疆阿克赛钦地区的发现型陨石(Aksai Chin),另外3块分别为降落于青海省西宁市(Xining)、湖北省随州市(Fuhe)以及浙江省东阳市(Dongyang)内的降落型陨石.18块陨石均属于平衡型普通球粒陨石,其中H群8块(全部为H5),L群10块(1块L4,7块L5,2块L6).18块陨石所受冲击变质作用较弱,以S2、S3程度居多.大多数罗布泊陨石经历了较强的风化作用,仅有2块风化程度较低,分别为W1和W2,Kumtag与Aksai Chin陨石风化程度均为W2.在新疆塔克拉玛干沙漠东部的戈壁荒漠区发现的大量陨石表明该区域可能是欧亚地区重要的陨石富集区.

天体化学,陨石,方法:数据分析

1 引言

陨石是流星体或小行星从星际空间穿过地球大气层经烧蚀并撞击地表后的残留体,它们保留了太阳系形成前后的物质组分.在所有的陨石类型中,普通球粒陨石最为常见(约占总数的85%)[1−2].原始普通球粒陨石能反映原始太阳星云的元素和同位素组成、星云的高温凝聚和化学分馏过程,提供原始太阳吸积盘的形成、物质分布规律等重要信息,因此对于研究太阳系的形成和演化具有重要的意义[3].

截止2012年底,在我国境内收集并通过国际陨石学会命名的143块陨石中,普通球粒陨石共有89块,其中H群36块,L群43块,LL群8块,另有2块陨石岩石类型介于L和LL群之间.本文报道了国内收集的18块普通球粒陨石的岩石矿物学特征,其中13块于2012年发现于新疆罗布泊地区,1块于2008年发现于新疆哈密库姆塔格地区(Kumtag),1块于2012年发现于新疆阿克赛钦地区(Aksai Chin),另外3块为降落型陨石(图1).罗布泊和库姆塔格地区均位于塔克拉玛干沙漠东部,为石质荒漠地形,植被缺乏,非常有利于寻找陨石.府河陨石(Fuhe)于1945年6月降落于湖北省随州市府河镇东家岗村(N 31°28.533′E 113°34.017′)陈姓村民房屋后院,后被用作普通石料,直到2010年被确认为陨石,一部分样品(2 kg)保存于紫金山天文台,剩余22 kg被私人收藏.由于初期保存条件不善,该陨石表面熔壳已全部被风化,风化层深入陨石内2-3 cm,但陨石内部仍保持新鲜.东阳陨石(Dongyang)于2002年7月某日晚间降落于浙江省东阳市(N 29°16.516′E 120°14.183′)徐姓居民屋顶,数日之后被发现.该陨石总重230 g,周身被黑色熔壳包裹.西宁陨石(Xining)于2012年2月11日13:30至14:00间降落于青海省西宁市湟中县(N 36°51.600′E 101°25.567′),降落区域呈NNE向,为一长轴20-30 km、短轴4-5 km的椭圆形.之后村民一共收集到10多块陨石碎块,总重超过100 kg,其中最大一块重17.3 kg,大部分的西宁陨石都被1 mm厚的熔壳包裹.

图1 我国境内收集的部分普通球粒陨石.a-d分别为罗布泊陨石(Loulan Yizhi 001)、府河(Fuhe)陨石、西宁(Xining)陨石和库姆塔格(Kumtag)陨石.Fig.1Newly recovered ordinary chondrites in China.Panels a-d are Loulan Yizhi 001,Fuhe,Xining,and Kumtag meteorites,respectively.

2 实验方法

陨石样品经金刚石刀片切割后,用环氧树脂注胶并研磨抛光后制作成光片.在紫金山天文台中国科学院行星科学重点实验室Hitachi S-3400N扫描电子显微镜(SEM)下观察样品的岩相学特征,记录背散射电子(BSE)图像.矿物的主量元素组成用电子探针及能谱仪获取.电子探针分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室进行,分析仪器为JEOL JXA-8800,加速电压15 kV,束流20 nA,分析标准样品为美国国家标准局天然及合成的硅酸盐矿物和氧化物.所有数据均用ZAF(atomic number–absorption– fl uorescence)方法进行校正.能谱分析用紫金山天文台Hitachi S-3400N扫描电子显微镜配备的OXFORD INCA能谱仪进行,加速电压为15 kV,测试前将灯丝高压打开并稳定2 h以上,再进行定量优化,确保电流相对稳定.以镁橄榄石(Mg)、铁橄榄石(Fe)和透辉石(Si、Ca)作为标样,在测试前、测试中和测试后多次进行定标,单个测试点设定的收集数据时长为100 s,总计数达到250 000以上.对于发现型陨石,橄榄石、辉石电子探针分析点各3-4个,每个样品共测试6-8个点；能谱分析点两矿物相均20个左右,每个样品共测试约40个点.3块降落型陨石橄榄石、辉石电子探针分析点4-6个,每块样品共测试8-12个点,能谱分析点两矿物相均30个左右,每个样品共测试约60个点.拉曼光谱在紫金山天文台中国科学院行星科学重点实验室进行,分析仪器为Thermo DXR型激光拉曼光谱仪,激发光源波长为532 nm,激光功率为3 mW,束斑直径约1.2µm,曝光时间为10 s,曝光次数为5次.

为了检验能谱定量分析结果的准确性,每块样品紧邻橄榄石、低钙辉石电子探针波谱分析点(EPMA data)都另外用能谱进行分析(EDS data),并将二者测得的结果进行比较(图2).可以看到,二者所测得的结果在误差范围内基本一致,因此利用有标样定量分析获得的能谱分析数据是准确可信的.

图2 电子探针波谱分析与能谱分析数据与结果对比.a为橄榄石数据,b为低钙辉石数据.橄榄石和辉石的电子探针波谱及能谱分析数据显示高度的一致性.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 化学-岩石类型

陨石的化学-岩石类型分类标准主要参考文献[4-6],代表性橄榄石和低钙辉石分析结果列于表1∼2,岩石主要结构特征列于表3.

18块普通球粒陨石的矿物组成较为简单,主要矿物为橄榄石、低钙辉石、Fe-Ni金属、陨硫铁；次要矿物为长石、透辉石,副矿物为铬铁矿、白磷钙矿和磷灰石.陨石中球粒多具有模糊的轮廓,球粒中玻璃均已发生脱玻化,所有陨石基质均发生完全的重结晶(表3).从表1∼2可以看出,18块陨石的橄榄石、低钙辉石都具有较为均一的化学组成.大部分样品的橄榄石Fa值相对标准偏差值在1%-3%之间.低钙辉石相对于橄榄石均一度较差,但大部分都在5%以下,这可能与辉石的离子扩散速率比橄榄石慢有关[7]. 18块陨石的岩石结构、矿物组成表明它们均为平衡型普通球粒陨石.橄榄石和低钙辉石的铁指数是平衡型普通球粒陨石化学类型分类的主要依据[5],不同类型的平衡型普通球粒陨石橄榄石和低钙辉石具有不同的铁指数分布范围(图3)[6,8],H群平衡型普通球粒陨石Fa为16-20,Fs为14.5-18；L群Fa为22-26,Fs为19-22；LL群Fa为26-32,Fs为22-26[9].这18块普通球粒陨石分属于H群和L群两类,未发现LL群陨石类型.

图3 18块普通球粒陨石的Fs-Fa分类图Fig.3 Fs-Fa classi fi cation of 18 ordinary chondrites

属于H群普通球粒陨石的有Loulan Yizhi 001、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Argan 001、Xingdi 002、Kumtag、Aksai Chin和Dongyang共8块样品,他们的Fe-Ni金属及陨硫铁含量在8-18 vol%之间,球粒(可见的)平均直径为0.4-0.7 mm,均符合H群普通球粒陨石的特征；属于L群普通球粒陨石的有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块样品,他们的Fe-Ni金属及陨硫铁含量在5-9 vol%之间,球粒(可见的)平均直径为0.6-0.8 mm,均符合L群普通球粒陨石的特征.由于大部分罗布泊陨石的金属及陨硫铁均发生氧化,不易区分原矿物类型,在此只利用Photoshop软件,通过光片BSE照片统计两种矿物及其氧化物总含量,具体统计方法同文献[10].

这18块样品中,只有Loulan Yizhi 002为4型陨石.Loulan Yizhi 002样品光片中少见完整的球粒,大多为球粒碎片.但残留的球粒碎片与完全球粒都具有清晰的结构,边界与基质可明显区分.可分辨的球粒(包括球粒碎片)类型有斑状橄榄石球粒(PO)、炉条状球粒(BO)、放射状辉石球粒(RP).部分球粒中可见少量未重结晶的原始玻璃.基质矿物重结晶程度较低,基质矿物粒度5-10µm,次生长石5µm以下.橄榄石、低钙辉石成分变化较大,相对偏差分别达到4%和9%,橄榄石中TiO2(0.08 wt%)和Al2O3(0.05 wt%)含量较高.Loulan Yizhi 002的岩石结构及矿物成分的均一度均符合4型陨石特征.

Loulan Yizhi 003、Loulan Yizhi 004、Loulan Yizhi 006和Xingdi 002陨石中大部分球粒可以识别,但较为模糊,球粒内部重结晶严重,边界与基质难以区分(图4a),Fuhe陨石球粒结构较为清晰(图4b).这5块陨石中可识别的球粒包括BO型、PO型、RP型和等粒状橄榄石辉石(GOP)型,陨石球粒的大小略有差别,Loulan Yizhi 006和Fuhe球粒平均直径800µm,Xingdi 002和Loulan Yizhi 003球粒平均直径约为700µm(图4a), Loulan Yizhi 004约600µm.5块陨石基质矿物重结晶程度均比较高,矿物粒度10-100 µm,Loulan Yizhi 003和Fuhe次生长石颗粒较大,可达100µm左右(图4b,4c),其余3块次生长石粒度为20-60µm.5块陨石橄榄石和低钙辉石的成分都比较均一,相对偏差均小于或等于3%.Loulan Yizhi 004、Xingdi 002和Loulan Yizhi 006陨石明显符合5型球粒陨石的标准,然而,Fuhe和Loulan Yizhi 003两块陨石中次生长石的粒度却偏离传统的5型陨石的划分方案.Van Schmus等[4]提出用次生长石粒度作为划分陨石的岩石类型的重要依据,小于2µm为4型陨石,2-50µm之间为5型陨石,大于50µm为6型陨石.之后的部分学者做过较小的补充修正,如Huss等[11]认为次生长石粒度小于2µm为4型, 5型粒度多在2-10µm,大于50µm为6型.大部分学者沿用Van Schmus等提出的分类标准[5,8,12].然而,在Loulan Yizhi 003以及Fuhe中,次生长石粒度达到100µm,但两块样品中仍具有清楚的球粒结构,矿物成分的均一度也达不到6型陨石的程度,不应该被划分为6型.Kovach和Jones[13]也报道在4型陨石和5型陨石中发现粒径分别大于50µm和100 µm的次生长石.因此,次生长石的粒度不能作为球粒陨石岩石类型划分的绝对标准,这两块陨石综合考虑将其定为5型更为适宜.值得注意的是,在较低变质程度的球粒陨石(如5型)中可以出现粒径大(如大于100µm)的次生长石,但在较高变质程度的球粒陨石(如6型)中,次生长石粒径较小(如小于50µm)的样品却鲜有报道.

Loulan Yizhi 001、Loulan Yizhi 005、Loulan Yizhi 007、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Argan 001、Argan 002、Kumtag和Aksai Chin 9块陨石可以识别少量的球粒及球粒碎片,但球粒(碎片)边界已与基质难以区分,球粒结构模糊.Loulan Yizhi 001、Lop Nur 001、Lop Nur 002、Loulan Yizhi 007陨石基质内绝大部分重结晶矿物发生脆性破裂,因此粒度难以统计,部分可见的次生长石粒度在20-50µm,其橄榄石和低钙辉石成分较为均一,相对偏差均小于或等于3%；Loulan Yizhi 005陨石基质内大部分重结晶矿物粒度在10-50µm,次生长石在5-30µm,橄榄石和低钙辉石相对偏差分别为1%和3%；Argan 002陨石基质矿物重结晶严重,粒径为20-80µm,次生长石10-60µm,多集中在30 µm左右；Argan 001陨石中大量瘤状金属由细金属网脉连接密集分布于整个样品,基质重结晶矿物粒度为20-50µm,次生长石约10-30µm,Argan 002和Argan 001两块样品中低钙辉石成分均一度较差,铁指数的相对偏差分别达到5%和7%,但橄榄石比较均匀(相对偏差均为2%),这在以往的南极平衡型普通球粒陨石中也有报道[14]；Kumtag和Aksai Chin两块陨石特征较为类似,基质内大部分重结晶矿物粒度均为20-60µm,次生长石为10-50µm,橄榄石和低钙辉石铁指数相对偏差小于3%.根据主要矿物成分与岩石结构综合判断将这9块样品划分为5型陨石.

图4 部分普通球粒陨石的结构特征,均为背散射电子图像.a.Xingdi 002(H5)陨石结构；b.Fuhe(L5)陨石中球粒具有清晰的结构,次生长石粒度大于100µm；c.Loulan Yizhi 003(L5)陨石中次生长石粒度大于100µm；d.Xining (L6)陨石结构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陨石内很难识别出任何球粒及球粒碎片,且陨石中橄榄石和辉石的成分非常均一,这可能与其经历了比较强烈的冲击作用并在之后的冷却过程中趋于平衡有关(见下述).然而,陨石中基质的重结晶程度不高,基质重结晶矿物粒径5-50µm,多为20 µm左右,次生长石约5-15µm,综合考虑将其划为5型.

Xining和Xingdi 001两块陨石均具有强烈的重结晶结构,球粒难以识别(图4d),基质内大部分重结晶矿物粒度为20-100µm,次生长石粒度超过100µm,两块陨石中的橄榄石和辉石的成分都非常均一,据此,这两块陨石被划为6型.

4 冲击变质程度

Loulan Yizhi 006中未见到明显冲击熔融脉(囊)及其他特征的冲击岩相特征,因此冲击变质程度被划为S2.Argan 002、Xingdi 002两块样品中基质部分比较破碎,金属脉沿矿物碎片边界穿插,部分矿物碎片在金属脉中发生短距离的运移.在一些位置金属汇聚成瘤状,碎片呈岛状嵌于金属瘤和金属脉中.但在两块样品中未发现冲击熔融脉或冲击熔融囊,也未发现其他特征的冲击岩相特征,其冲击变质程度划为S2.Lop Nur 001、Lop Nur 002、Loulan Yizhi 003、Kumtag和Aksai Chin 5块样品在整个光片内未发现冲击熔融脉及冲击熔融囊,但在部分区域发现少量斜长石-铬铁矿集合体.Rubin[17]认为斜长石-铬铁矿集合体可以作为冲击变质作用发生的证据,且代表的冲击变质程度大于或等于S3.Bischo ff等[18]认为部分斜长石-铬铁矿组合可能为原始的富钙、铝质球粒,而并非冲击变质成因.El Goresy[19]检查了数块受到不同冲击变质作用的陨石,发现在经历强烈冲击变质作用的陨石中(Sixiangkou,Peace River),无论是在陨石主体中或者冲击熔融脉附近,该组合中的长石均未发生高压相变；而在没有发生明显冲击变质作用的陨石(Usti Nad Orlici)中,斜长石-铬铁矿组合却普遍存在.而且,在他检查的所有斜长石-铬铁矿组合的基质矿物中,均未发现淬火微晶,因此他认为这一组合的形成未经历熔融作用.据此,他认为斜长石-铬铁矿组合与冲击作用无关,不能作为冲击变质作用的指示矿物组合.谢先德等[20]根据随州陨石中斜长石-铬铁矿的形态、成分特征,认为随州陨石中的少量斜长石-铬铁矿组合可以用原始球粒成因来解释,但大部分组合可能都为冲击变质成因.在本文中,仅把斜长石-铬铁矿集合体和其他明显的冲击岩相特征联合出现作为经历冲击作用的确切标志,而斜长石-铬铁矿单一的出现则不认为是确切的标志.在上述5块样品中,并未发现其他冲击岩相特征,因此将其冲击变质程度定为S2.

Loulan Yizhi 001基质内部分重结晶矿物发生脆性破裂,金属脉沿着碎片边界穿插.基质及破碎球粒内出现少量冲击熔融脉及冲击熔融囊(图5a)；Loulan Yizhi 002陨石中金属脉粗大,球粒发生挤压变形,BO型球粒中的橄榄石发生切向破裂,并沿球粒边界分布少量冲击熔融脉(图5b),部分呈网状切割球粒碎片；Argan 001陨石基质中含有大量金属呈脉状穿插切割基质矿物颗粒或聚集成团,少量冲击熔融脉沿着基质中的球粒碎片或者大颗粒矿物边界分布；Loulan Yizhi 007、Xingdi 001两块样品中冲击熔融脉分布与Argan 001类似；Loulan Yizhi 004陨石金属及硫化物多呈不规则粒状分布,沿基质及球粒裂隙充填细金属脉,冲击熔融脉沿着基质矿物边界及球粒边界分布,在这块样品中还发现一个粒径达400µm的斜长石-铬铁矿组合(集合体),组合(集合体)中的铬铁矿呈不规则粒状或长柱状,粒度在2-20µm之间,多集中在10µm左右.Fuhe陨石基质中局部区域出现冲击熔融囊,并出现大量的斜长石-铬铁矿组合(集合体)(图5c,5d).Fuhe陨石冲击熔融脉内及主体部分的长石拉曼光谱均显示290、481、509及574 cm−1处的主要特征峰,说明均未发生熔长石化(图6).这7块样品中橄榄石、长石并未出现强烈的面状变形、破裂特征,因此冲击变质程度被定为S3.

Xining陨石局部区域金属脉与冲击熔融脉呈致密网状或雾迷状穿插切割硅酸盐矿物颗粒,周围分散大量纳米级金属颗粒.陨石中这些冲击脉均呈细长平直的条状,且具有一致的定向分布,在部分位置还可以看见Fe-Ni金属颗粒沿着细脉发生明显的剪切错断.冲击脉中分布着尖角状或者半圆滑状的陨石主体硅酸盐矿物碎屑,基质为球状金属-陨硫铁颗粒及硅酸盐熔体.这些现象说明,剪切摩擦产生的热量使局部范围的金属-陨硫铁以及硅酸盐矿物均发生了熔融.在陨石的冲击脉附近,橄榄石出现面状破裂,长石发生熔长石化,拉曼光谱显示出熔长石典型的505及590 cm−1处的宽峰(图5f,图6).在陨石的其他区域则观察不到橄榄石的面状破裂特征,长石也未转变为熔长石(图6),但发现少量斜长石-铬铁矿组合.这些现象表明冲击脉周围区域的冲击变质程度达到S5,其他区域则较弱,可能在S3左右.熔长石紧邻熔融脉的产状说明冲击过程中沿着冲击脉附近不均匀分布的高温可能促进了长石向熔长石的转化[21].冲击波在阻抗相差较大矿物相之间或者矿物与空隙(孔洞、裂隙)之间的相互作用可能导致冲击熔融脉的形成[15,22−23]；其次,冲击作用过程中的局部应力薄弱区发生剪切作用,剪切摩擦和挤压作用产生的高温使得局部矿物发生(部分)熔融也可以形成熔融脉[24].根据Xining陨石中熔融脉的形态及熔融特征,剪切作用对于陨石冲击脉的形成可能发挥着主导作用.拉曼光谱显示,在Xining陨石的熔融脉中,橄榄石、辉石均未发生高压相变,而熔融脉中并未发现长石颗粒.根据长石、橄榄石、单斜辉石的稳定压力范围估计[21],Xining陨石冲击脉的形成压力范围可能在2.5-15 GPa.由于Xining陨石中冲击脉分布极为有限,而熔长石、橄榄石及辉石面状破裂特征都仅出现在熔融脉附近,因此该陨石的冲击变质程度被划分为S3.

Dongyang陨石在整个光片内未发现明显的冲击熔融脉及冲击熔融囊,长石也未转变为熔长石,但在部分陨硫铁及Fe-Ni金属周围发现金属铜颗粒,而且部分橄榄石出现面状破裂的特征,沿着橄榄石裂隙充填串珠状分布的细小Fe-Ni金属颗粒(橄榄石的暗化).在部分区域还发现长石-条状定向低钙辉石的组合,多呈囊状分布于矿物粒间及内部,大都含有纳米级的金属颗粒,该集合体可能为冲击熔融囊重结晶形成,有别于原始玻璃脱玻化形成的长石-透辉石组合(图5e).这些现象表明,Dongyang陨石可能经历过较强烈的冲击作用并在之后较缓慢的冷却过程中部分重结晶,冲击变质程度可能大于或等于S4.

Loulan Yizhi 005陨石中大量冲击熔融脉夹杂金属脉分布于整个光片中,橄榄石出现面状破裂、变形特征,长石普遍出现熔长石化(图6),但橄榄石、辉石均未发生高压相变,因此冲击变质程度被定为S5.

图5 部分普通球粒陨石的冲击变质与风化特征,均为背散射电子图像.a.Loulan Yizhi 001陨石中冲击熔融囊伸入BO型球粒内部；b.Loulan Yizhi 002中BO型球粒发生变形,内部橄榄石发生切向破裂；c.Fuhe陨石中的冲击熔融脉,边部长石并未发生熔长石化；d.Fuhe陨石中的斜长石-铬铁矿组合；e.Dongyang陨石中的长石-低钙辉石组合,可能为冲击熔融囊重结晶形成.边部Fe-Ni金属呈串珠状沿橄榄石裂隙分布.f.Xining陨石中细长的冲击熔融脉,边部橄榄石具面状破裂特征,部分长石已经熔长石化；g.Lop Nur 002中部分金属发生氧化；h.Loulan Yizhi 001陨石中金属及硫化物完全氧化,沿裂隙部分硅酸盐也被风化改造.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 风化程度

13块罗布泊陨石大部分都严重风化,根据Wlotzka[25]对普通球粒陨石风化程度的划分,有9块样品风化程度达到W4,分别为Loulan Yizhi 002、Loulan Yizhi 003、Loulan Yizhi 004、Loulan Yizhi 005、Loulan Yizhi 006、Loulan Yizhi 007、Xingdi 001、Xingdi 002和Argan 002,陨石中的金属及硫化物已经全部被氧化,但硅酸盐未被风化.Lop Nur 001、Lop Nur 002、Kumtag和Aksai Chin 4块样品风化程度较低,其中Lop Nur 001、Kumtag和Aksai Chin中约20 vol%的Fe-Ni金属发生氧化,风化等级为W2,Lop Nur 002中发生氧化的金属含量约占10 vol%,风化等级为W1(图5g).Loulan Yizhi 001和Argan 001两块样品风化程度达到W5,沿着矿物裂隙,部分橄榄石和辉石已经发生蚀变(图5h).其余3块降落型陨石风化程度均为W0.相对于从南极冰原收集的普通球粒陨石(95%以上为W1、W2)及其他典型沙漠陨石,罗布泊陨石的风化程度要高得多[3,14,26−27].罗布泊陨石高的风化程度可能与罗布泊地区的地形、气候变化相关.罗布泊地区海拔780 m左右,为塔里木盆地汇水区,在地质历史上罗布泊地区水系发达,塔里木河、孔雀河、车尔臣河曾为其主要地表径流.自全新世以来,罗布泊地区气候虽然以干旱为主,但空气湿度可能相对较大,外加广泛发育的蒸发盐类,因而陨石受到了强烈的化学风化作用.

图6 部分陨石中长石及熔长石的拉曼光谱Fig.6 The Raman spectrum of feldspar and maskelynite in several meteorites

6 国内陨石富集区的确立

沙漠是继南极冰盖外第二大陨石收集的地形单元,世界上主要的沙漠陨石富集区有非洲西北部撒哈拉沙漠地区,阿拉伯半岛中部阿曼沙漠和砾石平原及南沙特阿拉伯巨大沙滩,澳大利亚纳拉伯平原,美国新墨西哥州罗斯福县[28−29],然而在亚洲和欧洲地区尚未报道有重要的陨石富集区.陨石样品的大量获取对陨石学研究有着重要的意义,虽然我国科考队在南极地区已经收集到万余块陨石样品,但是国内本土收集的陨石样品相对偏少,图7统计了各年代通过国际陨石学会命名的国内陨石的收集情况.可以看到,国内陨石的回收还处于很低的水平,已经命名的陨石在全国范围的分布也较为零散.各年代段除1963—1972及2003—2012年段外几乎没有明显的波动,70年代的峰值很可能是由于1976年吉林陨石雨所导致的陨石收集热潮,而2003—2012年段陨石数量快速的增长则是由于新疆地区陨石富集区的发现.到2012年为止,在新疆地区共收集陨石39块,占国内收集陨石总数的1/4,其中有36块是2000年以后收集的.本文报道18块陨石中有13块发现于新疆塔克拉玛干沙漠以东的罗布泊地区(图7),该地区目前已被国际陨石学会划分为4个陨石富集区：Argan、Lop Nur、Loulan Yizhi和Xingdi,最近又有数块新的陨石在这片区域被找到.塔克拉玛干沙漠东北部的库姆塔格地区也发现大量陨石,该地区已被国际陨石学会正式命名为Kumtag陨石富集区,记录在案的陨石共12块.除此之外,新疆地区还发现了Alaer、Alatage Mountain、Hami、Tuanjie和Tuya共10个陨石富集区.新疆塔克拉玛干沙漠东部的戈壁荒漠区域已然成为我国陨石主要富集地,同时也是亚欧地区目前唯一的陨石富集区域.该区域可能西起塔克拉玛干沙漠东缘,东至玉门关地区,南北分别以阿尔金山脉和天山山脉为界.区域内广泛分布石质戈壁、荒漠地形,气候干燥,降水量少,现今的地形及气候条件都非常有利于陨石的保存和寻找.这些新的陨石富集区的确立,对我国国内陨石的回收将起到极大的促进作用[30].

7 结论

本文报道了国内收集的18块普通球粒陨石的岩石矿物学研究工作,在此基础上划分了陨石的化学群、岩石学类型、冲击变质及风化程度.其中15块为新疆地区的发现型陨石,另外3块为降落型陨石,分别降落于青海省西宁市湟中县,湖北省随州市府河镇以及浙江省东阳市境内.

根据电子探针数据和有标样定量分析获得的能谱分析数据以及岩石结构特征,这18块陨石中分别属于：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与Fuhe两块陨石具有5型陨石的结构及矿物成分特征,但两块陨石中的次生长石却均可达到100 µm,因此不可将次生长石的粒度作为判断球粒陨石热变质程度的绝对标准.

18块陨石冲击变质程度分别为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陨石受到的冲击作用非常不均匀,综合考虑将其划分为S3.Dongyang陨石可能经历较强烈的冲击作用并在之后的冷却过程中发生愈合,冲击变质程度可能大于或等于S4.3块降落型陨石风化程度均为W0；Kumtag和Aksai Chin陨石风化程度为W2；大多数罗布泊陨石经历了严重风化,仅有2块陨石风化程度在W2以下,这可能与罗布泊地区特殊的气候演化相关.

图7 国内收集陨石的分布示意图.这里仅统计2013年之前发现的具有GPS记录的111块陨石,每个黑色圆点表示一颗陨石,五角星表示新疆塔克拉玛干沙漠东部陨石富集区的位置.柱状图显示各年代收集陨石数目.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.

在新疆塔克拉玛干沙漠东部的戈壁荒漠区发现的大量陨石表明该地区已然成为我国陨石主要富集地,同时也是亚欧地区目前唯一的陨石富集区域.

致谢中国陨石网赵志强,野人俱乐部武宗云、刘福英和刘生捐赠了罗布泊陨石样品；审稿人提出了宝贵的修改意见；电子探针分析得到了南京大学张文兰博士的帮助,在此一并表示感谢.

[1]Scott E,Krot A N.Chondrites and Their Components//Heinrich D H,Karl K T.Treatise on Geochemistry.Amsterdam:Elsevier,2003,1:143-200

[2]王道德,陈永亨.地球化学,1991,11:13

[3]王英,徐伟彪,王鹤年,等.极地研究,2008,20:129

[4]Van Schmus W R,Wood J A.GeCoA,1967,31:747

[5]Weisberg M K,Mccoy T J,Krot A N.Systematics and Evaluation of Meteorite Classi fi cation// Lauretta D S,McSween H Y.Meteorites and the Early Solar System II.Arizona:the University of Arizona Press,2006:19-52

[6]Keil K,Fredriksson K.JGR,1964,69:3487

[7]Dodd R T.Meteorites：A Petrologic-Chemical Synthesis.Cambridge:Cambridge University Press, 1981:1-377

[8]Brearley A J,Jones R H.Chondritic Meteorites//Papike J J.Reviews in Mineralogy and Geochemistry.Washington DC:Mineralogical Society of America,1999,36:3.1-3.307

[9]Rubin A E.GeCoA,1990,54:1217

[10]Wang Y,Hsu W,Guan Y,et al.GeCoA,2012,92:229

[11]Huss G R,Rubin A E,Grossman J N.Thermal Metamorphism in Chondrites//Lauretta D S, McSween H Y.Meteorites and the Early Solar System II.Arizona:the University of Arizona Press, 2006:567-586

[12]Krot A N,Keil K,Goodrich C A,et al.Classi fi cation of Meteorites//Heinrich D H,Karl K T. Treatise on Geochemistry.Amsterdam:Elsevier,2003,1:83-128

[13]Kovach H A,Jones R H.M&PS,2010,45:246

[14]缪秉魁,林杨挺,欧阳自远,等.极地研究,2002,14:288

[15]St¨offler D,Keil K,Scott E R D.GeCoA,1991,55:3845

[16]Rubin A E.Metic,1994,29:93

[17]Rubin A E.GeCoA,2003,67:2695

[18]Bischo ffA,Jersek M,Grau T,et al.M&PS,2011,46:793

[19]El Goresy A.M&PS,2006,41:A204

[20]谢先德,陈鸣,王春云.中国科学:地球科学,2011,41:518

[21]Xie Z,Sharp T G,DeCarli P S.M&PS,2006,41:1883

[22]Sharp T G,DeCarli P S.Shock E ff ects in Meteorites//Lauretta D S,McSween H Y.Meteorites and the Early Solar System II.Arizona:the University of Arizona Press,2006:653-677

[23]Xie Z,Sharp T G,DeCarli P S.GeCoA,2006,70:504

[24]Schmitt D R,Ahrens T J.GeoRL,1983,10:1077

[25]Wlotzka F.Metic,1993,28:460

[26]梁英,王鹤年,季峻峰.高校地质学报,2006,12:53

[27]Gattacceca J,Valenzuela M,Uehara M,et al.M&PS,2011,46:1276

[28]Bevan A.GSLSP,2006,256:325

[29]王道德,林杨挺,戴诚达,等.极地研究,1999,11:122

[30]李少林,徐伟彪.科学通报,2014,59:2091

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

∗国家自然科学基金项目(41173076,41273079)和中国科学院小行星基金会资助†slli@pmo.ac.cn

‡wbxu@pmo.ac.cn