（地球化学专业论文）南极碳质球粒陨石基质岩石矿物学及其成因研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 基质是碳质球粒陨石的重要组成部分，逃逸了早期太阳星云的高温事件，保 存了太阳星云低温凝聚过程的信息，其矿物学和化学成分反映了早期太阳星云形 成和演化历史，特别是含水蚀变过程的特征与早期太阳星云低温演化关系密切， 因此，基质是早期太阳星云形成和演化的见证者。 本论文通过光学显微镜、扫描电镜和电子探针微区微束方法，对六块南极碳 质球粒陨石基质的岩石结构、矿物学和化学成分特征进行了详细的研究，并得出 如下结论： 1 经研究，获得了格罗夫山三种类型( c m 、c v 和c r ) 碳质球粒陨石的基质 结构、矿物组合和矿物化学成分特征，不同类型陨石基质在结构粒度、矿物组合 和含水蚀变等方面存在明显差异。 2 详细的岩石结构和成分表明，碳质球粒陨石基质可分为三种产状类型： ( 1 ) 球粒间基质，( 2 ) 球粒的细粒边，( 3 ) 暗色包体。 3 根据基质的结构和矿物组合特征，修正了3 块陨石的化学群和岩石类型： ( 1 ) g r v 0 2 1 5 7 9 陨石重新划分为c i v l 2 型陨石，( 2 ) g r v 0 2 2 4 5 9 陨石细分为c v r 3 型陨石，( 3 ) g r v 0 2 0 0 0 5 型陨石确定为c m l 型陨石。 4 基质的松散结构和大量的非晶质物质表明了基质为星云凝聚而成的。根 据基质内部结构以及与其它陨石组分关系推断，基质的形成过程是：暗色包体形 成一细粒边形成一球粒间基质形成，然后与之前的高温组分堆积形成陨石母体， 随后在母体中经历了普遍的含水蚀变。 5 球粒陨石中含水蚀变特征表明，陨石发生了多阶段的含水蚀变。球粒与 基质的含水蚀变差异说明，球粒中的含水蚀变可能发生在星云阶段，而基质的广 泛含水蚀变则主要发生在母体过程中。 6 不同类型碳质球粒陨石基质的结构和成分存在显著差异，同时单个陨石 基质的成分分布也极不均匀，这表明早期太阳星云的成分是不均一的。 关键词：碳质球粒陨石；基质；含水蚀变；成因 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t m a t r i xi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n ti nt h ec a r b o n a c e o u sc h o n d r i t e s m a t r i xh a sp r e s e r v e dt h e r e c o r d so fl o w - t e m p e r a t u r ep r o c e s so fe a r l ys o l a rn e b u l ab e c a u s ei te s c a p e st h eh i g h - t e m p e r a t u r e e v e n t sh a p p e n e di nt h ee a r l ys o l a rn e b u l a 1 1 1 em i n e r a l o g ya n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fm a t r i x r e f l e c th i s t o r yo ft h ee a r l ys o l a rn e b u l af o r m a t i o na n de v o l u t i o n , e s p e c i a l l yi t sa q u e o u sa l t e r a t i o n p r o c e s s ei sc l o s e l yr e l a t e dw i t he v o l u t i o no ft h ee a r l y s o l a rn e b u l aw i t hl o wt e m p e r a t u r e t h e r e f o r em a t r i xi st h ew i t n e s st of o r m a t i o na n de v o l v e m e n to f t h ee a r l ys o l a rn e b u l a t h ec h a r a c t e r i s t i c so fp e t r o l o g y , m i n e r a l o g ya n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fm a t r i xi nt h es i x a n t a r c t i cu n e q u i l i b r a t e dc a r b o n a c e o u sc h o n d f i t e sh a v eb e e ni n v e s t i g a t e di nd e t a i lb yo p t i c a l m i c r o s c o p e ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) a n de l e c t r o nm i c r o p r o b ea n a l y s i s ( e m p a ) t h e nt h ec o n c l u s i o n sc a nb ed r a w n 鹬f o l l o w s ： 1 t h a tt h em a t r i xs t r u c t u r ea n dm i n e r a la s s e m b l a g e so ft h r e et y p e sc a r b o n a c e o u sc h o n d r i t e s ( c m ，c va n dc r ) o f t h eg r o v em o u n t a i n si si n v e s t i g a t e d t h e r ea r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sf o r d i f f e r e n tt y p e so fc a r b o n a c e o u sc h o n d r i t e sm a t r i xi n p a r t i c l es i z e ，m i n e r a la s s e m b l a g e s ，a n d a q u e o u sa l t e r a t i o n 2 d e t a i l e dp e t r o l o g i c a la n dc h e m i c a lf e a t u r e so fm a t r i xi n d i c a t et h a tm a t r i xc a nb ed i v i d e d i n t ot h r e et y p e so fd i s t i n c to c c u r r e n c e s ：( 1 ) i n t e r c h o n d r u l e sm a t r i x , ( 2 ) f i n e - g r a i n e dr i m s ，( 3 ) d a r k i n c l u s i o n s 3 b a s e do nt h es t r u c t u r ea n dt h em i n e r a l o g yo ft h em a t r i x , t h et y p e so ft h r e eg r o v e m o u n t a i n sc a r b o n a c e o u sc h o n d f i ma r em o d i f i e d ：( 1 ) g r v 0 2 15 7 9i sr e c l a s s i f i e di n t oc m 2 ，( 2 ) g r v 0 2 2 4 5 9i sf u r t h e rs u b g r o u p e da sc v r 3 ，a n d ( 3 ) g r v 0 2 0 0 0 5i sr e c l a s s i f i e di n t oc m l 4 1 1 1 el o o s es t r u c t u r ea n dl a r g ea m o u n to fa m o r p h o u sm a t e r i a ls h o wt h a tt h em a t r i xi s f o r m e df r o mt h en e b u l ac o n d e n s a t i o n a c c o r d i n gt ot h ei n t e m a ls t r u c t u r eo fm a t r i xa sw e l l 部 r e l a t i o n s h i pw i t ht h eo t h e rc o m p o n e n t so ft h ec h o n d f i t e ，t h ef o r m a t i o np r o c e s so ft h em a t r i xw a s i n f e r r e da s = f o r m a t i o no f d a r ki n c l u s i o n s 一c o n d e n s a t i o no f f i n e g r m n e dr i m s 斗a g g r e g a t i o no f t h ei n t e r c h o n d r u l e sm a t r i x , a n dt h e nt h i sm a t e r i a l sm i xw i t ht h eo t h e rh i g h - t e m p e r a t u r e c o m p o n e n t st of o r mt h em e t e o r i t e sp a r e n tb o d y t h e nt h ep a r e n tb e d yu n d e r g o e sag e n e r a l a q u e o u sa l t e r a t i o n 5 a q u e o u sa l t e r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si nc a r b o n a c e o u sc h o n d r i t e ss h o wt h a tt h ea q u e o u s a l t e r a t i o no fc a r b o n a c e o u sc h o n d r i t e si sm a y b em u l t i s t a g e d t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e c h o n d r u l ea n dt h em a t r i xi n d i c a t e st h a ta q u e o u sa l t e r a t i o ni nt h ec h o n d r u l em a yb eo c c u r r e di nt h e n e b u l 砧b u tt h ea q u e o u sa l t e r a t i o no c c u r r i n gw i d e l yi nt h em a t r i xm a yb eo c c u r r e di nt h ep a r e n t p r o c e s s i i 桂林理工大学硕士学位论文 6 t h es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e so fs t r u c t u r ea n dc o m p o s i t i o ni nt h ed i f f e r e n tc a r b o n a c e o u s c h o n d r i t em a t r i xa n de v e nt h eh e t e r o g e n e o u sc h e m i c a lc o m p o s i t i o ni nas i n g l em e t e o r i t em a t r i x s u g g e s tt h a tt h ee a r l ys o l a rn e b u l ai sh i g h l yh e t e r o g e n e o u si nc o m p o s i t i o n k e yw o r d s ：c a r b o n a c e o u sc h o n d f i t e ；m a t r i x ；a q u e o u sa l t e r a t i o n ；o r i g i n n l 桂林理工大学硕士学位论文 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 本人声嚼：新呈交的论文是本入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 ! 譬其它教育机构的学位或证书两使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员己在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 夏名! 蕊 签字隧期：2 丝! ：么! ! 量 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保窜、使用学位论文的规定，有权保留 并向匡家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允诲论文被查阅和借 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、缩印或扫描等复割手段保存、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：至毳旗 签字日期：知刁年莎月莎日 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 陨石的研究意义 第一章绪论 陨石是来自行星际空间、穿过地球大气层烧蚀后残留下来降落到地面的地外 固体物质【1 1 。除阿波罗登月计划和月球号飞船取回的3 8 2 k g 月岩和月壤样品外， 陨石是目前人类唯一获得的来自地球之外的岩石，是人类可直接在实验室进行分 析的地外物质，它是认识太阳系形成与演化的窗口。陨石主要来自小行星和彗星， 有些还来自于月球和火星。显然，不同陨石代表了太阳系形成和演化不同阶段的 产物，它记录了从太阳星云的起源、小行星的形成、以及行星的形成与演化的整 个历史。 虽然每天降落到地球的地外物质约1 0 0 1 0 0 0 吨，但是大约只有1 可降落到 地面成为陨石，绝大部分在穿过大气层时烧毁，而能被发现并回收的陨石数量则 更少，因为地球表面近3 4 的面积又被海洋覆盖，还有大面积人烟稀少的沙漠、 高山和森林1 2 ，因此，我们能发现和回收的陨石样品非常稀少，陨石是非常珍贵 的科学资源。自从1 9 6 9 年日本在南极回收9 块陨石以来，在南极冰盖上回收的 陨石总数3 2 0 0 0 多块。近年来，我国在南极的陨石收集工作取得了重大突破，陨 石样品总数达到9 8 3 4 块，因此，我国成为世界上拥有南极陨石最多的国家之一。 这些陨石的收集，一方面有利于陨石研究和不同陨石之间的对比，为获得陨石新 数据、发现新的陨石类型提供了依据；另一方面为探索和了解早期太阳系及其行 星成员的形成和演化提供了样品条件。此外，大量南极陨石的收集，特别是其中 一些特殊类型样品的发现，极大丰富了小行星物质样品，使近几十年来天体化学 和陨石学得到了长足的发展1 3 j 。 相对于非碳质球粒陨石，碳质球粒陨石富含碳质，尤其是碳的有机化合物， 故命名为碳质球粒陨石。据初步统计，碳质球粒陨石约占降落球粒陨石的5 左 右，虽然这类陨石的数量较少，但在陨石和行星模式中占有重要的地位。一般来 说，碳质球粒陨石为高度不平衡的陨石，它们是太阳系的原始物质，未受到陨石 母体内热变质过程的影响，所以它们记录了不同类型碳质球粒陨石形成部位的星 云条件、物理过程及形成事件的相对时标。碳质球粒陨石岩石学、元素分馏作用 及同位素组成的研究，不仅可为划分碳质球粒陨石化学群提供依据，而且还可以 为研究太阳星云内元素提供依据。碳质球粒陨石是球粒陨石中氧化还原程度最氧 化的成员，其成分最接近原始太阳和代表了太阳星云的早期成分，所以碳质球粒 陨石是研究太阳系起源的最理想对象。 基质在球粒陨石中，尤其是碳质球粒陨石中占有很大比重，其成分和结构与 桂林理工大学硕士学位论文 球粒有很大差异，不同化学群的球粒陨石基质的矿物组合和化学成分差异非常 大。由于基质是早期太阳星云凝聚的产物，所以通过对基质的研究，可以探索太 阳星云形成的早期历史，可以提供早期太阳系含水蚀变模型；另外太阳系外物质 的发现主要集中在基质中，所以基质的研究是陨石研究的重要部分。 目前我国在南极回收了近万块陨石，已分类和申报了6 8 3 块，其中包括1 0 块碳质球粒陨石，分别为c m ( 3 块) 、c o ( 2 块) 、c v ( 3 块) 、c r ( 1 块) 、c k ( 1 块) 。 这些都是我国长期缺乏的化学群类型，同时我国在这些领域的研究也非常薄弱。 因此，开展这些陨石的综合研究具有非常重要的科学意义。 1 2 陨石类型划分的基本特征和标准 1 2 1 陨石化学群的划分 根据是否经历了熔融分异作用将陨石分为未分异型陨石和分异型陨石。根据 硅酸盐与金属的相对含量，将分异型陨石划分为无球粒陨石( 硅酸盐 9 0v 0 1 ) 、 石铁陨石( 硅酸盐与金属含量相近) ，以及铁陨石( 金属含量 9 0v 0 1 ) 。未分异 型陨石也即球粒陨石。球粒陨石一般分为三类：普通球粒陨石、顽火辉石球粒陨 石、碳质球粒陨石，近年来又命名了k 群和r 群陨石。即现在划分的球粒陨石 化学群有1 5 个群，即e h e l k h l l l r c v c o c m c i c r c h c b c k ，图1 1 给出了陨石化学群划分的基本框图。随着南极陨石和沙漠 陨石数量的增加，不断发现新的和特殊的陨石类型。陨石类型划分的参数和依据 主要有矿物学、岩石学以及全岩化学成分和氧同位素成分f 4 】等特征。碳质球粒陨 石的分类标准及特征见表1 1 。 球粒平均直 c a i 及a o a金属丰度岩石 化学群 球粒丰度基质丰度 径( m m )( v 0 1 ) ( v 0 1 ) 类型 c i l 0 0 1 9 9l c m2 0 o 35o 17 01 2 c o4 0 0 1 51 31 53 03 c v4 5 1 o1 00 54 02 3 c r5 0 6 0 0 70 55 83 0 5 01 3 c k1 50 8 4 0 0 17 54 6 c h7 0 0 0 2 0 0 90 12 052 c b a4 0 5 0 16 0 5 c b b3 0 - 4 ) 5 0 17 0 1 0 富f e o ，i i a 粒状橄榄石球粒( g o ) ( 图1 2 c ) 斑状辉石球粒( p p ) ( 图1 2 d ) 2 0 0 篇 读书报告 3 篇 参加学术会议二次，并作报告 发表论文 8 篇，其中第一作者3 篇 l o 桂林理工大学硕士学位论文 第二章南极碳质球粒陨石岩石学特征 本次所研究的六块碳质球粒陨石主要分布在c m 型、c r 型、c v 型三个化 学群，对其岩石学的观察主要是通过光学显微镜，统计球粒的丰度及类型、c a i 的丰度、金属和硫化物的丰度、基质的宏观特征和丰度，具体岩石学特征见表 2 1 。 表2 1 六块南极碳质球粒陨石岩石学特征 球粒和c a i 金属和，硫基质 陨石 韦度i 懿m 球删 化物 十度v 0 1 透明度 - - 3v 0 1 的 a 隅征弘硒1 4 0 1 - 0 6 ( o 2 ) h d 、b o 8 3不透明 硫化物 f o 、只 p 、 i 、d i 嘶i a 恩，0 聃1 71 9 0 1 - i 3 ( o 3 ) r p 、b 0 、化抛金 8 0不透明 c 屙眇 c m lv 0 1 以巍 只) 、i p 、 a 恩7 锄晒 2 0 0 1 - 1 ( 0 3 )化妣金 7 9不透明 p ( p 屙眇 h ) 、b 0 、 - 2 艘嘁 a 6 陀1 5 7 92 2 0 1 - o 8 ( o 2 )化抛金 7 6不透明 r p 属f 眇 p o 、f 0 p 、 趣埘以金 c ra 腕1 7 l o 4 8 0 5 4 ( o 8 )j 抛硫化 4 4不透明 b o 、即 物 眇 2 叼喊 c va 陋m 嬲4 8 0 5 - 2 ( 1 ) r ) 、化抛金5 0不透明 屙眇 注：模式丰度的计算是通过p h o t o s h o p 软件内置的直方图工具的自动获取像素功能完成的 2 1g r v 0 2 0 0 0 5 陨石 该陨石薄片表面积为3 4 r a m 2 ，岩石结构见图2 1 a ，具有球粒结构，球粒丰度 1 4v 0 1 。最大球粒直径约0 6 m m ，呈浑圆状。约7 0 的球粒直径在0 2 m m 0 3 m m 之间，呈碎屑状或角砾状，其它球粒直径约o 1 m m ，呈碎屑状。球粒类型主要是 斑状橄榄石球粒，同时观察到炉条状球粒、斑状橄榄石辉石球粒、放射状辉石球 粒。球粒内斑晶和充填物均发生了明显的含水蚀变，其产物主要是蛇纹石。该陨 石几乎不含金属，硫化物占3v 0 1 ，主要分布在球粒内、球粒边缘和基质中。基 质内广泛发育磁铁矿，球粒与基质之间有明显的裂隙( 图2 1 b ) 。 桂林理工大学硕士学位论文 2 2g r v 0 2 0 0 1 7 陨石 该陨石薄片表面积为4 3 m m 2 ，岩石结构见图2 1 c ，可以观察明显的球粒结 构，球粒的模式含量约为2 0v 0 1 ，具有清晰的边界和结构，主要球粒类型有斑 状橄榄石球粒和斑状橄榄石辉石球粒，还观察到炉条状球粒、放射状辉石球粒和 隐晶质球粒。大约有6 0 的球粒呈圆形或椭圆形，其直径较大，约为 0 5 m m 1 0 m m ，其余4 0 的球粒呈碎屑状，没有完整的外形，直径较小，约 0 1 m m 0 5 m m 。金属，约占0 1v 0 1 ，主要以微小包体形式出现在斑晶橄榄石内 部。硫化物约占5 v 0 1 ，主要散布在基质中，有的在球粒边缘呈不连续的圈层状 分布。在薄片中发现了3 个难熔包体和一些蠕虫状橄榄石，呈不规则外形，。基 质不透明，丰度约8 0v 0 1 ，主要是球粒间基质和非常普遍的细粒边，发现两个 暗色包体。尽管g r v 0 2 0 0 1 7 陨石的球粒与细粒边、细粒边与基质很容易区分， 但是它们之间呈过渡接触关系，没有裂隙。一些较大的裂隙穿透细粒边，到达基 质。有的裂隙明显在基质内比在细粒边内宽，说明是从基质延伸到细粒边的( 图 2 1 d ) 。 2 3g r v 0 2 0 0 2 5 陨石 该陨石薄片面积为7 0 m m 2 ，其总体结构如图2 1 e ，球粒占2 0v 0 1 ，边缘很 清晰，直径为0 1 m m 1 m m ，平均0 3 m m 。球粒呈圆形、椭圆形，类型以斑状橄 榄石球粒为主，斑状橄榄石辉石球粒、放射状辉石球粒也有发现。也有一部分为 球粒为碎屑状，散布在基质中。金属和硫化物很少，金属占0 1v 0 1 ，硫化物占 1v 0 1 。在g r v 0 2 0 0 2 5 陨石中发现1 1 个难熔包体和蠕虫状橄榄石，呈圆形或不 规则外形。基质在单偏光下不透明，在反光下明显可以看到细粒边和球粒间基质。 球粒与细粒边直接接触，没有裂隙( 图2 1 f ) 。 2 4g r v 0 2 15 7 9 陨石 该陨石薄片面积为8 7 m m 2 ，呈现典型的球粒结构( 图2 2 a ) ，球粒模式丰度 约为2 2v 0 1 ，边缘清晰，有磨蚀，其直径在0 1 m m 0 8 m m 之间，平均为0 2 r a m 。 球粒类型以斑状橄榄石球粒为主，同时发现两个炉条状球粒、一个放射状辉石球 粒、一个斑状辉石球粒。相对于上述c m 型陨石而言，这块陨石含有较多的圆形 球粒，约占球粒的8 0 。许多球粒内充填物发生了含水蚀变，被层状硅酸盐所取 代。斑状橄榄石球粒内包含小颗粒的金属和硫化物，金属部分蚀变成磁铁矿。难 熔包体和蠕虫状橄榄石含量较多，一共观察到1 3 个难熔包体，呈不规则状产出。 基质不透明，几乎每个球粒均被细粒边所包围。一些较粗的裂隙穿过基质，延伸 至球粒内部，另一些细小的裂隙仅属于细粒边( 图2 2 b ) 。 1 2 桂林理工大学硕士学位论文 ? 1 l 一 图2lg r v 0 2 0 0 0 5 、g r v 0 2 0 0 7 g r v 0 2 c 0 2 5 陨石结构图 a 、c 、e 龠别为c m 型陨zg r v 0 2 0 0 0 5 、g r v 0 2 0 0 1 7 、g r v 0 2 0 0 2 5 的仝拼图照片( 反光) ， b ：g r v 0 2 0 0 0 5 陨石f 反光k 球枉与基质问有明显的裂隙发生了蚀变的球粒插八到牲层状 硅酸盐为主要矿物相的细粒基质中，球枉外环绕着较薄的细柱边dg r v 0 2 0 0 1 7 陨石( 背 散射图1 ，一个晓状橄榄5 球粒，球枉迪缘亮度较高，成分富铁，向外是细枉迎，从球粒表 面，经过细拉边，向基质发散多条裂隙eg r v 0 2 0 0 2 5 陨 ( 反光) ，一个斑状橄榄石球粒， 外围是细粒迫，；条裂纹始于与球粒的接触面，止于与球枉问基质的接触面。 桂林理工大学硕士学位论文 图2 2 g r v 0 2 1 5 7 9 g r v 0 2 2 4 5 9 陨石结构图 a 囤为g r v 0 2 1 5 7 9 陨石的垒拼图( 晨光) ；b 囤为局郜结构图( 反光) 。c 圈为g r v 6 2 2 4 5 9 陌石的垒拼图( 反光kd 圈为局部结构圉( 背散射图) 2 5g r v 0 2 2 4 5 9 陨石 该陨石薄片面积为2 8 r a m 2 ，从全拼图中可以看到该陨石具有非常清晰的球 粒结构( 图2 2 c ，d ) ，球粒的丰度高，约含4 0 v 0 1 ，球粒颗粒粗大，比上述c m 型的要大的多，一般在0 5 m m - 2 m m 之间，平均约为l m m 。球粒类型主要是斑 状辙榄石球粒，球粒中常可见清晰的玻璃质。另外也观察到炉条状球粒。在该薄 片中观察到3 个难熔包体，呈卵形或蠕虫状，白色， l m m 。不透明矿物以硫化 物为主，丰度约6v 0 1 ，f e n i 金属很少。基质不透明，平均粒度 5 p r a ，主要 是球粒间基质，细粒边不明显没有发现暗色包体。 2 6g r v 0 2 1 7 1 0 陨石 该陨石薄片面积为1 4 6 r a m 2 ，从全拼图可以看到该陨石球粒结构非常发育( 图 23 a ) ，球粒模式丰度达7 0 v 0 1 边缘很清晰，球粒直径在几个陨石中是最大的， 直径在0 5 m m - 4 m m ，平均为08 m m 。大约有5 0 的球粒形态为圆形或浑圆形， 还有约5 0 的球粒为不规则形。球粒类型以斑状橄榄石球粒、斑状辉石球粒和斑 桂林理工大学硕士学位论文 状橄榄石辉石球粒为主，另外还发现多个金属球粒。这些斑状球粒的典型结构是 具有同心圈层状构造。由内至外分别是富橄榄石或富辉石的核周围是连续或者 不连续的f e - n i 合金层的边( 图23 b ) 。同时在薄片中发现一个炉条状球粒( 23 b ) ， 炉条状橄榄石阃的玻璃质有弱脱玻化现象。 g r v 0 2 1 7 1 0 陨石的金属含量较高，约占8v 0 1 ，主要呈三种产状出现，一 是呈大的金属球粒出现，呈球形或半球形，直径为02 m m 1 衄，平均为05 r a m 。 二是分布在球粒边缘呈圈层状分布，三是以熔滴状嵌入到球粒内部或基质中。 基质不透明至半透明( 图23 c ) ，与球粒直接接触。基质内的裂隙粗大，沿 裂隙发育有褐铁矿脉。 囤23 g r v 0 2 1 7 1 0 a 图为仝拼图( 反光) ；b ，c 图为局部结构圉b 困为背散射圉，金属在球拉边缘呈固层状 分布，c 囤为单偏光图，典型的2 型妒条敞球鞋结构，球粒之闻是细粒不逢明基质 桂林理工大学硕士学位论文 第三章南极碳质球粒陨石基质特征 本次研究过程中，六块碳质球粒陨石基质的特征主要是通过扫描电镜背散射 图像观察的。为了更好地描述基质的特征，将基质划分为三种产状进行描述：( 1 ) 球粒间基质：绝大部分基质均匀散布于球粒以及包体之间，本文称之为球粒间基 质，是充填于所有球粒和碎屑之间的细粒物质的总和，主要是由低温物质如富铁 橄榄石和非晶质物质组成，被认为是太阳星云低温凝聚的产物。( 2 ) 细粒边：围 绕在球粒周围形成的薄层细粒的环，本文称之为细粒边，是指紧密环绕在球粒、 难熔包体及大的矿物颗粒等粗粒组分外围，形态受粗粒组分的形态控制，有一定 厚度，主要矿物为层状硅酸盐、铁橄榄石、磁铁矿、硫化物等组成。( 3 ) 暗色包 体：少数呈暗色包体( d a r ki n c l u s i o n s ，简称d i ) ，又称块状基质【3 5 】，有一定外形 ( 圆形、椭圆形或不规则外形) ，在中低倍显微镜下不透明，富层状硅酸盐、磁 铁矿、硫化物，含少量的橄榄石、辉石，蚀变程度高于基质，其特征类似于c i 型陨石。有的暗色包体含有球粒和难熔包体等粗粒组分的碎片【3 6 l 。下面在观察各 陨石的基质时将分别描述三种产状的特征。 因为仅分析了几个有代表性的暗色包体的特征，所以暗色包体的体积统计到 球粒间基质内，根据p h o t o s h o p 窗1 ：3 内的直方图工具像素统计结果计算基质和细 粒边丰度见表3 1 。 表3 1 南极碳质球粒陨石基质和细粒边( f g r ) 丰度( v 0 1 ) 陨石薄片面积( m i l l 2 )基质丰度( v 0 1 )细粒边基质暗色包体 g r v 0 2 0 0 0 53 48 64 35 个 g r v 0 2 0 0 1 74 38 12 0 92 个 g r v 0 2 0 0 2 57 08 02 2 72 个 g r v 0 21 5 7 98 77 82 3 7 2 个 g r v 0 2 2 4 5 92 84 44 g r v 0 2 1 7 1 0 1 4 64 51 个 注：模式丰度的计算是通过p h o t o s h o p 软件内置的直方图工具的自动获取像素功能完成的 基质内的金属和硫化物颗粒统计到基质内 1 6 桂林理工大学硕士学位论文 3 1 基质的结构特征 3 1 1g r v 0 2 0 0 0 5 陨石 该陨石的基质丰度最高，约为8 6v 0 1 ，主要是球粒间基质( 图3 1 a ) ，同 时也观察到5 个暗色包体，另外在两个较大的椭圆形球粒外发现薄层细粒边( 图 3 1 b ) 。 球粒间基质由颗粒较大的单矿物和针状、絮状的他形矿物组成。单矿物主要 是蛇纹石、磁铁矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿、陨硫铁、碳酸盐，针状絮状矿物是含 f e s s i 的矿物( p c p ) 。无水硅酸盐橄榄石和辉石均以发生蚀变。针状、絮状的 p c p 物质主要是羟基硫镁矿，分布十分广泛，约占基质丰度的5 0 v 0 1 。硫化物和 磁铁矿是基质中的主要不透明矿物，主要硫化物类型为陨硫铁、磁黄铁矿和镍黄 铁矿及其中间相。大部分形态为他形粒状，颗粒大小为3 9 m - 2 0 m 。磁铁矿颗粒 较小，呈丛状分布于基质内。碳酸盐是基质中的重要矿物相，约有1 3 为白云石， 其余为碳酸钙成分( 主要是方解石，也可能是文石，为了简单起见，本文均认为 是方解石) 。 在该陨石的薄片中还发现五个暗色包体，大小为1 5 0 9 m - 2 8 0 “m ，有似圆形 ( 图3 一l c ) 和棱角形( 图3 1 d ) 。两种形态暗色包体与球粒间基质有明显的裂隙。 暗色包体的矿物组成主要是层状硅酸盐、细小粒状的磁铁矿和磁黄铁矿、镍黄铁 矿、磷酸钙，及极细粒的非晶质物质。磷酸钙是这个陨石中发现的特殊矿物，不 规则外形，与细粒非晶质物质共生，可能是细粒物质严重含水蚀变的产物。针状、 絮状和团块状的p c p 物质占3 0v 0 1 ，细粒非晶质物质占6 0v 0 1 ，约有1 0v 0 1 的孔隙度。 细粒边不明显或非常薄( 图3 1 b ) ，其丰度占全部基质的4 3v 0 1 ，是四块 c m 陨石中细粒边丰度最低的一个。该陨石细粒边厚度总体较薄，最厚处仅有约 2 0 p m 。细粒边的厚度变化不大，但厚度与内部球粒直径显示了微弱的正相关关 系( 图3 3d ) 。细粒边与内部球粒间有较粗大的裂隙。细粒边内的矿物组成与球 粒间基质相似，只是颗粒细小，一般 l p m 。 三种产状的基质中均没有发现未蚀变的橄榄石和辉石颗粒，有一些假晶状蛇 纹石推断为橄榄石蚀变的产物。球粒与基质之间、暗色包体与球粒间基质有明显 的裂隙。 3 1 2g r v 0 2 0 0 1 7 陨石 该陨石基质特征具有典型的c m 陨石的特征，基质丰度达到8 0v 0 1 ，三种 产状的基质均有发现。 1 7 桂林理工大学硕士学位论文 图3 tg r v 0 2 0 0 0 5 陨5 基质b s e 圉 ( a 】球粒问基质，主要由p c p 物质硫化枷( s u l f ) 蛇纹石( s e r p ) 、碳酸盐纽成( c a r b l 太部分为& t 较亮的p c p 物质呈针状，絮状，方向具有随机性：& t 最尧的为硫化物和 磁轶矿，与用圊矿物有明显的分界线，颜色枝为均一的是碳酸盐，无水硅酸盐基本上性变成 了蛇垃石( b ) 微弱的细粒边，沿球拉边缘分布在其外围，易与球粗间基质区分( c ) 富粗 枉层状硅酸盐的暗色包体( d i ) ，除粗枉的层状硅酸盐外，还舍有磷酸盐( a p m t e 访斯( d ) 主要由细枉矿物衄成的菱形暗色包体。 薄片中球粒间基质明显分为三个相( 陶32 b ) ：细粒尘幔区。与细粒边的结 构和矿物组成非常相似，很容易与周边的基质区分，这些物质可能来自细粒边的 碎片。粗粒区，主要由无水硅酸盐、团块状层状硅酸盐和拉长絮状的p c p 物质组 成。富磁铁矿、硫化物区，硫化物和磁铁矿以微小颗粒韵形式嵌入到极细粒的物 质中。这种结构与t r i g o - r o d f i g t m z ( 2 0 0 6 ) 所描述的c m 型陨石基质十分相似册。 该陨石的层状硅酸盐有两类，一种呈柜粒的团块状，丰度为基质的2 0v 0 1 ，颗 粒大小为2 0 9 m 一6 0 1 m a 。絮状的p c p 物质占基质丰度的1 5v 0 1 。无水硅酸盐主要 是橄榄石和低钙辉石，顺着其裂隙部分蚀变成蛇纹石。橄榄石有成分环带结构， 核部富镁，边部富铁。碳酸盐占基质丰度的5v 0 1 ，碳酸盐明显被p c p 物质包 桂林理工大学硕士学位论文 围类型主要是方解石和向白云石转变的过渡相，颗粒大小为1 0 9 i n 一2 0 9 i n 。硫 化物在基质中分布较广。颗粒大小为1 肿一2 0 9 i n ，主要类型为陨硫铁、磁黄铁矿 和镍黄铁矿。金属类型为铁纹石，主要以细小的熔滴状包体形式分布在无水硅酸 盐内部。磁铁矿分布广泛，以丛状集合体形态或微小颗粒状分布在基质中。 图32g r v 0 2 0 0 1 7 陨石基质b s e 图 ( a ) 炉夺状球粒外明显的钿粒边( f g r ) ，( b ) g , g 同基质从图中可瞳看出明显分为三个区： 粗柱 g ( c o r s c dg r a i n e d ) ，知柱区f f l 呻g r a n d ) ，富硫化物- z , t t 4 a g g ( s u l f i d e ) ，一十层状硅酸 盐( v h y ) 藕拉外包围一层明显的细柱边。( c ) 一个明显的知拉边内包含着一十暗色包体， 该暗色包体主要由粗粒的无水硅醯盐和细粒矿枷共同蛆成( d ) 主要由无水硅酸盐、硫化枷， 细枉矿物共同组成的似椭圆形暗色包体。 细粒边十分普遍，约占全部基质的2 09v 0 1 ，不但球粒的细粒边清晰，而 且暗色包体、粗粒的层状硅酸盐都十分明显地被细粒边所包围。细粒边与内部球 粒及外部的球粒问基质的分界线很清晰，从粒度和矿物组成上很容易区分。细粒 边结构见图32 a 、b 、c ，其轮廓严格受球粒形状控制，厚度约为2 0 邮1 0 0 皿 厚度不均一，尤其是港湾处较厚，最厚处4 0 1 a n ，在突出的部位较薄。整体厚度 哼球粒直径正相关趋势明显，见图33 b 。主要矿物为小颗粒的硫化物、磁铁矿、 橄榄石、辉石、层状硅酸盐。 桂林理工大学硕士学位论文 暗色包体主要由球粒碎片和细粒基质组成。主要矿物为透辉石、镁橄榄石， 颗粒直径约l l x m 一1 6 1 t m ，橄榄石有明显的环带结构，核部富镁，边部富铁。磁铁 矿和镍黄铁矿呈小滴状均匀分散到整个细粒的暗色包体中。暗色包体外边缘被 p c p 物质包围，很容易区分( 图3 2 c 、d ) 。 图3 3 细粒边与内部球粒直径正相关关系图 3 1 3g r v 0 2 0 0 2 5 陨石 该陨石薄片中很容易区分三种产状的基质。球粒间基质结构均一( 图3 4 a ) ， 主要矿物为层状硅酸盐、磁铁矿、硫化物和非晶质物质，还有橄榄石、辉石、碳 酸钙。橄榄石具有成分环带结构，核部富镁，边部富铁。一部分铁橄榄石的边缘 蚀变成层状硅酸盐。层状硅酸盐分为两类，一类是团块状的粗粒的层状硅酸盐， 丰度占基质的8v 0 1 ，颗粒大小为3 0 t t t m 6 0 1 a m 。别一类是絮状的p c p 物质，占 基质丰度的2 0v 0 1 。无水硅酸盐主要是铁橄榄石、镁橄榄石、低钙辉石、高钙 桂林理工大学硕士学位论文 辉石，沿着矿物表面有明显的含水蚀变迹象。铁檄榄石呈现明显的环带结构，镁 橄榄石的晶形比铁橄榄石的晶形完整。硫化物类型为陨硫铁、磁黄铁矿和镍黄铁 矿，颗粒大小为l g m 一1 0 9 i n 。碳酸盐丰度约2v 0 1 ，以颗粒形式出现，分析点大 多是方解石，出现少量的方解石和白云石共生的颗粒。形态不规则表面有不规 则裂隙，矿物颗粒2 0 u m - 4 0 t m 。 该陨石细粒边非常普遍，几乎所有的球粒外都含有细粒边，丰度占全部基质 的2 27v 0 1 ，厚度变化较大，与内部球粒的直径成正比( 见图33 c ) 。最大厚度为 2 1 0 “r n 。平均厚度15 0 p r o ，粒度较球粒间基质细小。有的细粒边裂纹非常明显地 始于与球粒的接触边，止于与基质的接触边( 图3 4 b ) 。 围3 ao r v 0 2 0 0 2 5 哺石基质b s e 图 ( a ) 球粗间基质，主要由层状硅酸盐、无托硅酸盐、硫化物和磁铁矿组成从图中可以观 察到舍水蚀变的产物一层状硅酸盐约占到了基质的三分之一( b ) 球粗外明显的细担边，一 些裂隙穿过细拉边，延伸到球粒间基质中，而另一些球拉但属于知粒边。( c ) 畜碱化物的暗 色包体，磁化物呈丛状、放射状，外围氧4 e g v 醋y , g ( d ) 暗色包体，相对粗拉的橄棍石和 硫化物嵌 剖细拉的非晶质物质内 桂林理工大学硕士学位论文 暗色包体普遍较小，呈卵形。分为两个类型，一种为图3 4 c 所示的暗色包 体，大小为5 0 1 u n 2 0 0 p , m ，主要由均匀散布的镍黄铁矿，针状、纤维状的层状 硅酸盐及细粒非晶质物质组成。镍黄铁矿具有明显的他形聚焦状，部分蚀变成磁 铁矿。另一种是图3 4 d 所示的暗色包体，大小为1 0 0 肛m 1 6 0 1 a m ，主要由橄榄石、 硫化物、及细粒矿物组成。 3 1 4g r v 0 2 1 5 7 9 陨石 该陨石基质的丰度为7 8v 0 1 ，主要是球粒间基质、细粒边，同时发现多个 暗色包体。 球粒间基质呈碎屑状( 图3 5 a ) ，粒度很细，单个矿物颗粒 2 p , m 。主要矿物组 成为镁橄榄石和铁橄榄石，低钙辉石和普通辉石，镁橄榄石晶形完整，自形程度 高，铁橄榄石自形程度没有镁橄榄石高。铁橄榄石有成分环带结构，核部富镁， 边部富铁。层状硅酸盐，约占基质丰度的三分之一。共生的矿物还包括金属、氧 化物和硫化物。硫化物种类较多，陨硫铁、磁黄铁矿、镍黄铁矿及其中间相均有 分布，颗粒大小为1 0 1 a m 3 0 9 m 。金属主要是镍纹石。磁铁矿呈粒状或沿金属边 缘分布。该陨石薄片含有少量的碳酸盐，为方解石及方解石与白云石的中间相。 碳酸盐在该陨石中呈不规则外形，表面有平行裂纹，被细粒的不规则的p c p 物 质包围，颗粒大小为1 0 1 t i n - 4 0 9 m 。 细粒边十分普遍，几乎全部的球粒都具有细粒边，细粒边的丰度约占全部基 质的2 3 7v 0 1 。细粒边的厚度与球粒的大小有明显正相关关系( 图3 3 a ) ，大的球 粒细粒边较厚，而小的球粒细粒边较薄，厚度范围为1 0 j m a 1 0 0 p m ，平均为3 0 1 a m ， 呈连续状产出。细粒边的放射状裂纹始于与球粒的接触面，终止于与基质的接触 面。细粒边多层性很明显( 图3 5 c 、d ) ，内层整体上较薄，但厚度随边缘的形态 变化而变化，在港湾处较厚，在凸起的地方呈不连续状，颗粒细小，灰度较暗， 成分富镁。外层厚度变化不大，粒度较粗，成分上富铁，外边缘与基质相交的界 面平滑。 薄片中发现两类暗色包体，一种是极细粒的包体( 图3 5 b ) ，几乎不含较大的 矿物颗粒，成分较均一，基本上呈圆形，直径约为4 0 0 1 , t m 5 0 0 1 m a 。矿物组成主 要是层状