东陵陨石岩石矿物学及其成因研究.pdf

桂林理工大学 硕士学位论文 东陵陨石岩石矿物学及其成因研究 姓名何艳艳 申请学位级别硕士 专业地球化学 指导教师缪秉魁 20100401 摘要 东陵陨石是～块普通球粒陨石，于2 0 0 8 年4 月1 2 日下午4 时许降落在我国 河北遵化东陵乡兴隆泉村一户农家家中，其经纬度为1 1 7 0 4 1 ’1 3 ”E ，4 0 0 0 9 ’4 5 ”N ， 根据国际陨石命名原则，将该陨石命名为东陵陨石。东陵陨石由球粒、球粒碎片、 不透明基质、矿物碎片和不透明矿物等主要矿物相组成。电子探针分析 橄榄石， F a 2 2 ．0 ，F 0 7 8 ．o ；低钙辉石，F s i 3 ．2 ，E n s 6 ．1 ，W o o ．7 硅酸盐矿物组成数据表明为L 群球粒陨石。可辨认的球粒和球粒碎片的体积达到5 1 ．2 v 0 1 ％，球粒边界非常清晰 少部分球粒边界可以容易辨认 ，炉条状橄榄石球粒 B O 的基质里未见重结 晶的次生斜长石；光薄片中出现两个大小在4 ．1 m m x 2 ．6 m m 和4 ．5 m m x 2 ．3 m m 的 角砾；基质不透明到半透明，呈细粒状，综合以上特征判定东陵陨石岩石类型为 3 ．6 ．3 ．7 型 角砾岩。根据矿物的冲击变质效应 橄榄石明显的光学消光，不规则 裂隙 ，东陵陨石冲击程度被划分为为S l 。 东陵陨石球粒中橄榄石成分极不均一，橄榄石F a 3 ．8 2 6 ．8 ’平均值1 9 ．2 ，其P M D 为4 0 ．9 ％，远大于5 ％，因此，东陵陨石为非平衡型普通球粒陨石；基质中橄榄 石F a l 6 ．2 2 7 ．1 ，平均值2 4 ．7 ，其P M D 为1 0 ．2 ％，也大于5 ％，也进一步说明东陵 陨石为非平衡型。球粒和基质中橄榄石F a 的范围差异明显表明F e 含量在球粒中 的富集程度低于基质中的F e 含量。 东陵陨石为降落陨石，样品非常新鲜，光薄片中硅酸盐矿物及不透明矿物没 有出现氧化现象，因此，可将风化程度划分为W 0 。 东陵陨石的源区为小行星区太阳星云盘，其中球粒为星云凝聚物熔融而成， 而金属和硫化物球粒为星云气固凝聚后再经过受热形成的。 关键词东陵陨石；化学群；岩石类型；成因 A b s t r a c t T h eo r i d i n a r yc h o n d r i t ef e l li nN o r t h e a s tH e b e ip r o v i n c e ，C h i n a i n s o u t h e a s t D o n gL i n gt o w n s h i po fX i n gl o n g q u a nv i l l a g e p e n e t r a t e dt h er o o f o fa p r i v a t eh o m e o n2 0 0 8A p r i l1 2 ．a t4p m ．T h ef a l l e nl o c a t i o nw a s11 7 o 4 1 ’1 3 ”E ，4 0 o 0 9 ’4 5 ”N ．W e n a m e dt h em e t e o r i t ea sD o n gL i n g ，a c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l en a m e do fi n t e r n a t i o n a l m e t e o r i t e s ．T h eD o n gL i n gc h o n d r i t ec o m p r i s e ss i l i c a t em a t r x ，m i n e r a lf r a g m e n t s ， c h o n d r u l e s ，c h o n d r u l ef r a g m e n t s ，a n do p a q u ep r i m a r yp h a s e s ．E l e c t r o nm i c r o p r o b e a n a l y s i s o l i v i n e ，F a 2 2 ．o ，F 0 7 8 ．0 ；l o w C ao r t h o p y r o x e n e ，F s t 3 ．2 ，E n s 6 ．1 ，W o o ．7 i n d i c a t e d i a g n o s t i cL - c h o n d r i t es i l i c a t em i n e r a lc o m p o s i t i o n s ．R e c o g n i z a b l ec h o n d r u l e sa n d c h o n d r u l ef r a g m e n t sc o n s t i t u t eu pt o51 ．2 v 0 1 ％．C h o n d r u l eb o u n d a r i e sa r ev e r yc l e a r w h e r eas m a l lp a r to ft h ec h o n d r u l e sh a v er e a d i l yd i s c e r n a b l eb o u n d a r i e s ，a n d d i s c r e t ep l a g i o c l a s ec r y s t a l sa r en o tv i s i b l ei nd ed e v i t r i f i e dm e s o s t a s i so fb a r r e d o l i v i n ec h o n d r u l e s ；o nt h ep o l i s h e dt h i ns e c t i o nt h e r ea r et w ob r e c c i a si ns i z e4 ．1m m X2 ．6 m ma n d4 ．5 m mX2 ．3 m m ；t h em a t r i c e sf r o mo p a q u et os u b t r a n s p a r e n t ，s h o w i n g f i n e - g r a i n e d ；t o g e t h e r , t h e s ec h a r a c t e r i s t i c ss u g g e s tp e t r o l o g i c3 ．6 3 ．7 a n db r e c c i a s ． T h es p a t i a l l ya v e r a g e de n s e m b l eo fs h o c k - r e l a t e df e a t u r e s u n s h o c k e d s h a r po p t i c a l e x t i n c t i o no fo l i v i n eg r a i n s ，i r r e g u l a rf r a c t u r e s s u g g e s t sa s s i g n m e n to fas h o c ks t a g e o f S l ． T h eo l i v i n ei nt h ec h o n d r u l e so fD o n gL i n gw e r ev e r yi n h o m o g e n e i t y , o l i v i n e F a 3 ．8 ～2 6 ．8 ，a v e r a g e1 9 ．2 ，F a P M Df o r4 0 ．9 ％ 5 ％，t h e r e f o r e w ec h o u l dd e t e r m i n e d i ta su n e q u i l i b r a t e do r d i n a r yc h o n d r i t e ；t h eo l i v i n ei nt h em a t r i c e sF a l6 ．2 2 7 ．1 ， a v e r a g e2 4 ．7 ，F a - P M Do f 10 ．2 ％ 5 ％，a l s oc a l lb eu s e da sf u r t h e re v i d e n c et h a tw a s d e t e r m i n e da su n e q u i l i b r a t e do r d i n a r yc h o n d r i t e ．A c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo ft h e r a n g eo fo l i v i n eF ai n t h ec h o n d r u l e sa n dm a t r i c e s ，i n d i c a t et h a tt h eF ec o n t e n to f c h o n d r u l e sw a sl e s st h a nt h em a t r i c e s ． D o n gL i n gw a st h ef a l l e nm e t e o r i t e ，N ov i s i b l eo x i d a t i o no fm e t a lo rs u l f i d ei n t h ep o l i s h e dt h i ns e c t i o n ，al i m o n i t i cs t a i n i n ga l r e a d yb en o tn o t i c e a b l ei nt r a n s m i t t e d l i g h t ，d e g r e eo fw e a t h e r i n gc a nb ed i v i d e di n t oW 0 ． T h eo r i g i no ft h eD o n gL i n gw a sa s t e r o i dz o n ef o rt h es o l a rn e b u l ad i s k ，i nw h i c h t h ec h o n d r u l e sw e r et h en e b u l ac o n d e n s a t e sf o r m e db ym e l t i n g ，m e t a la n ds u l f i d e c h o n d r u l e sw e r ef o r m e di nt h ep o s t - h e a t i n gp r o c e s sa f t e rt h en e b u l ag a s s o l i d c o n d e n s a t i o n ． K e yw o r d s D o n gL i n gm e t e o r i t e ；c h e m i c a lg r o u p s ；p e t r o g r a p h i ct y p e s ；o r i g i n l I 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者 签字 尘邋 签字日期趁虚，么f 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 学校 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借 阅。本人授权 学校 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国 科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过 网络向社会公众提供信息服务。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名饧龇 签字日期励年／月／日 导师签字 签字日％幻 柞林理T 大学硕十学位论文 皇鼍曼曼 皇曼。 II IoI Io I I_II o 皇曼曼曼皇曼曼蔓曼曼曼曼 第1 章绪论 1 ．1 陨石的研究意义 陨石是来自地球之外的小行星和行星样品，它们是穿透地球大气层后经烧蚀 残留下来的，其表面都有黑色熔壳，是天体化学研究的重要对象n ，。陨石携带了 大量太阳系起源、形成和演化的信息，因此陨石也被称为太阳系的考古标本。通 过陨石中不同组分的分析和研究，我们可以推测太阳系的演化历史。虽然人类目 前已有能力进行深空探测及回收太空物质 月壤、月岩等 ，但相比之下，陨石 是“廉价”的人类空间探测器，它们记录了许多太阳系的原始信息，如记录了从 太阳星云的起源与凝聚到小行星和行星的形成与演化的整个历史，甚至保存了太 阳系形成之前的各种恒星物质，是人类认识宇宙的极其珍贵的样品，极具科学研 究价值。 尽管每天都有陨石坠落到地球上，但每年被发现的陨石只有几块而已 南极 陨石和沙漠陨石收集除外 ，被人们目睹降落且回收到的陨石更是非常罕见。因 此，陨石样品非常珍贵，尤其是降落陨石。自2 0 0 5 年以来，我国共发生了三次 目击陨石降落事件。东陵陨石是2 0 0 8 年在我国河北遵化东陵乡兴隆泉村回收到 的一块降落陨石，经历了～定的周折，才获得了少量的样品，其中北京天文馆共 收集到该陨石近5 0 9 ，桂林理工大学收集约6 9 用于研究。东陵陨石主体最终以 四十多万元的价格被国外陨石收藏家收购。由于该样品为私人拥有，至今尚未开 展任何工作。因此，获得该陨石类型信息对我国天体化学研究是非常有意义的。 1 ．1 ，1 球粒陨石的研究意义 球粒陨石属于未分异陨石见图1 ．1 ，它们的宇宙放射年龄集中接近在 4 ．5 5 G ∥埘，被认为是太阳系的形成时间，所以球粒陨石也被认为是太阳星云早 期凝聚的产物。球粒陨石中的非挥发性元素的模式丰度非常接近银河系太阳星云 和许多恒星的模式丰度【3 】，暗示着球粒陨石是未分化的宇宙物质的凝聚样品，假 设行星是最先形成的，则球粒陨石是在非常接近的相同时期形成的。并且球粒陨 石未经历过行星的熔融和化学分馏这些火成过程【4 1 ，因此，球粒陨石可用来研究 太阳系的起源与星云形成的条件。 目前对球粒陨石的分类，确定化学群已经有了比较完善的标准，根据矿物化 学特征、氧同位素组成、2 6 A 1 ．2 6 M g 体系、冲击变质年龄等对球粒陨石进行分类 和探讨其成因。通过划分球粒陨石化学群和岩石类型，可以基本判断出球粒陨石 柞林珲1 火学硕十’} 乏位论文 形成的环境，从E _ H _ L q L L _ C 群为氧化．还原环境 形成环境由低氧逸度到 高氧逸度 ，还可以确定其在陨石母体中的位置及其热历史，陨石岩石类型由1 型至6 型在母体中深度加大，热变质程度加深。 图1 ．1 陨石的化学群分类图【1 习 图中类型说明如下R R u m u m t i ．1 i k e R 群 球粒陨石；H 、L ，L L 分别为普通球粒陨石 的高铁群、低铁群、低铁低金属群；C I 、C M 、C O 、C V 、C K 、C R 、C H 、C B 均为以陨落的 典型陨石命名的碳质球粒陨石化学群，如c I 是以I v u n a 陨石命名、C M 以M i g h e i 陨石命名、 C O 以O r n a n s 陨石命名、C V 以V i g a r a n o 陨石命名、C K 以K a r o o n d a 陨石命名、C R 以R e n a z z o 陨石命名等；E H 、E l i 分别为顽辉石球粒陨石的低铁群和高铁群；K K a k a n g a r i l i k e K 群 球粒陨石；H E D 族也称为灶神星陨石族，包括古铜钙长无球粒陨石【H o w a r d i t e s 、钙长辉 长无球粒陨石 E u c r i t e s ，奥长古铜无球粒陨石 D i o g e n i t e s 。 1 ．1 ．2 普通球粒陨石的研究意义 由图1 ．1 可知普通球粒陨石属于球粒陨石中的一种，地球上回收到的大部分 陨石为发现陨石 F i n d ，而在发现陨石中已经被分类命名的陨石有很大一部分 是普通球粒陨石，可以说普通球粒陨石是数量最多、最常见的一种陨石【6 】。所以 我们大多数对早期太阳系统的了解是基于普通球粒陨石的研究。目前国际上数目 2 梓林理一1 大学硕十学何论文 占大部分以上的陨石为普通球粒陨石，由于普通球粒陨石样品丰富，便于开展科 学研究，所以国际上对普通球粒陨石的研究方法众多，且手段成熟。同时普通球 粒陨石的分类【7 ，8 1 、同位素测年‘9 1 、微量元素在陨石中的分布‘1 0 1 、探讨普通球 粒陨石源因1 2 l3 】等文献相继发表，也为后面的后续工作奠定了坚实的基础和提供 了新的思路。普通球粒陨石可以提供有关导致形成星子及小行星大小的星云过程 的重要信息来源【l ，1 4 b 】。普通球粒陨石中非平衡型3 型的数量非常少，样品非常 珍贵，～般均进行原位分析，只有少量的3 型普通球粒陨石进行全岩分析。 人们将普通球粒陨石中岩石类型为3 型的球粒陨石命名为原始普通球粒陨 石，它们的主要成分是高温条件下形成的球粒，难熔包裹体和低温环境下形成的 细粒基质。原始普通球粒陨石形成后未经历过任何显著的高温事件，所以它们既 可以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， 又可以提供原始太阳吸积盘的形成、物质分布规律等重要信息，还可以反演太阳 系早期发生的重大天文事件，因此，对于研究太阳系的形成和演化历史具有十分 重要的意义。引。 1 ．2 陨石的发现和降落 发现陨石与降落陨石的区别在于陨石发现过程的不同，前者是不知道其降落 时间，偶然收集到的陨石，而后者是有人目击其降落过程 声音、光等 并且直 接收集到的陨石⋯。这两类陨石存在价值差异，这是因为降落陨石往往很快就会 被发现并回收，样品新鲜，保存了其形成、演化、空间运行并受宇宙线辐射、以 及陨落过程等最大限度的重要信息。相反，发现陨石一般不知道其降落时间，有 些甚至降落地表很长时间以后才被发现 如沙漠陨石可以长达几万年 ，所以会 不同程度地受到风化和地球物质的污染。此外，一些陨石因在空中碎裂成数块甚 至更多 如陨石雨 ，在目击其陨落的情况下，不难确认它们属于同一次陨石降 落，但是，对于降落以后很久才被发现的陨石，有时判别比较困难。因此，降落 陨石的研究价值更高一些。 我国自1 9 1 6 年起，部分降落陨石的名称、地理坐标、降落时间、质量及类 型列于表1 ．1 。由表1 ．1 可知大多数的降落陨石岩石类型集中在5 型和6 型，而 3 型和4 型陨石比较少见，因此，降落的3 型和4 型陨石的研究价值相对于5 型 和6 型陨石更高一些。 寸 剥 I n 3n 心V 1 n 口 辜 粼 王Z Z ZZ ∞Z v 、n n．nI n 暑 I n ∞ 3 Z 衄 J ● J 王王Z王王王 一 宝 口 一 J ∞ l 口 l n ∞ 喾 ∞ 状 _ 辎 曲 ∞ | n ∞ e u 0 一 一 JZH J u 餐 龇 _ O 卜 卜 e u D 二 堂薹 b D 一_ ，∞ ∞ ∞ e u 0 ∞ e u D曲 e u D登∞嚼 ∞ ∞o 。n∞ 鳖 ∞ _∞ _ _o ol 0 0岔呐 _ n 譬 _哥l卫 ’_n_N 簟 n 岔 nNq岔 ∞ - 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1 ．0 0 ，主要为圆形或近圆形见图3 ．3 ， 由图3 ．3 可知，接近圆形和次圆形的球粒约占一半左右，其中包括似椭圆形球粒。 东陵陨石球粒边界十分清晰 特别是具有不透明矿物边的球粒 ，有圆形和近圆 形边界的球粒更容易辨别。球粒的直径范围为0 ．2 4 “ - - - 2 m m ，平均粒径为0 ．7 6 m m ， 其中多数为几百微米的球粒。图3 ．4 对东陵陨石球粒粒径进行对比研究，东陵陨 石光薄片中的A 、B 两部分分别进行粒径范围研究，在A 中大部分球粒长轴粒 径为0 ．2 “ - - 1 ．2 m m ，短轴粒径为O ．1 ～1 ．1 m m ，存在一个长轴粒径约为4 ．5 m m 的角 砾B 中大部分球粒长轴粒径为O ．2 ～2 ．1 m m ，短轴粒径为O ．1 ～1 ．6 m m ，其中同 样出现一个长轴粒径接近4