球粒陨石天然和实验冲击特征对小行星冲击事件P-T条件的启示

通过对球粒陨石的天然和实验冲击特征加以比较,探讨用实验结果来校正Ｈ－ 和Ｌ－群球粒陨石天然冲击特征的可行性．实验中对吉林陨石（Ｈ５）样品施加的冲击载荷 分别为 １２, ２７, ３９,５３, ７８, ８３, ９３和 １３３ ＧＰａ．当压力大于 ７８ ＧＰａ时球粒陨石质熔体开始 产生,压力达１３３ ＧＰａ时形成占体积约６０％的熔体．在所有受冲击样品中,无论在陨石 的变形区或熔融区,均未发现高压相矿物．实验冲击样品的结构特征和矿物组合可与 天然受强烈冲击岩庄陨石（Ｈ６）相比较,但显然与天然受强烈冲击的Ｌ６球粒陨石不相同． Ｌ６球粒陨石冲击脉体包含橄榄石和辉石的高压多型以及高压液态相。     

宁强碳质球粒陨石中不透明矿物集合体的矿物岩石学分析及其成因

宁强碳质球粒陨石的球粒和基质中存在大量圆形的不透明矿物集合体. 其中的主要矿物为富镍金属、磁铁矿和铁镍硫化物, 另有少量磷酸盐、富磷橄榄石、辉石及微量的铂族金属颗粒. 这种矿物组合与难熔包体中的不透明矿物集合体非常相似, 因此, 它们具有相似的成因机制. 富磷橄榄石是自然界十分罕见的矿物相, 它是液态含磷金属与橄榄石晶体之间在快速冷却过程中发生非平衡反应的产物. 富磷橄榄石出现在不透明矿物集合体, 说明不透明矿物集合体的金属前身是从组成球粒的硅酸盐熔体中出溶结晶而成, 而不是直接从星云中凝聚而成. 宁强陨石中不透明矿物集合体的矿物岩石学特征表明, 不透明矿物集合体是由内生的均匀金属在陨石母体上受到低温水蚀变作用形成的.     

球粒陨石冲击脉体冷却速率对(Mg,Fe)_2SiO_4多型转变的制约

发生在寺巷口陨石冲击脉体的较大冷却速率 ( >1 0 0 0 0℃·s-1)使得橄榄石(α 相 )的高压多型γ相被保存了下来 ;冷却速率中等的和平河陨石冲击脉体 ( 1 0 0 0～ 2 0 0 0℃·s-1) ,γ相部分逆转为β相 ,但β相向α相的进一步逆转受阻 ,脉体保存了β相 ;冷却速率较慢的蒙巴喇陨石冲击脉体 ( <5 0 0℃·s-1) ,γ相几乎全部逆转为α相 .冲击脉体的热散失滞后于陨石母体冲击压缩阶段 ,发生在陨石母体崩解成碎块以后 .脉体的冷却速率制约了 (Mg ,Fe) 2 SiO4高压多型的逆向转变过程 .     

陨石状态方程形式的选择与参量的确定——以吉林球粒陨石和南丹铁陨石为例

在二级轻气炮动高压装置上用电探针技术测量了吉林球粒陨石(H5)和南丹铁陨石(ⅢCD)的冲击压缩线,然后分别选择几种可能适用于普通球粒陨石和铁陨石状态方程的数学表达式,并确定了状态方程中的有关参量值.从状态方程的P(V)关系曲线与实验数据的比较来看,吉林球粒陨石最适合采用普适状态方程形式,而南丹铁陨石则最适合采用三项式状态方程形式.吉林球粒陨石的普适状态方程参量K_(OS)=48.10GPa,K’_(OS)=4.13.南丹铁陨石的三项式状态方程参量Q=41.2353lGPa,q=12.27179,这是吉林球粒陨石和南丹铁陨石状态方程的首次报道.     

普通球粒陨石中富铝球粒的成因:离子探针氧同位素证据

富铝球粒(ARC)在岩矿学和同位素组成等方面兼具富钙富铝难熔包体(CAI)和镁铁质球粒的特征,可以揭示其成因及时空关系因而成为天体化学重要的研究对象之一.本文研究了3个普通球粒陨石(GRV 022410(H4),GRV 052722(H3.7)和Julesburg(L3.6))中发现的7个富铝球粒.详细的岩相学和矿物学研究表明,这些富铝球粒的全岩Al2O3含量为17%~33%,均显示火成结构,主要由橄榄石、高钙和低钙辉石、长石、尖晶石和玻璃组成.离子探针原位分析显示,富铝球粒组成相的氧同位素成分(δ18O=–6.1‰~7.1‰;δ17O=–4.5‰~5.1‰)与镁铁质球粒相近,远比CAI(δ18O=-40‰;δ17O=-40‰)亏损16O.在三氧同位素图上,大部分富铝球粒投在地球分异(TF)线附近,少部分(含尖晶石)投在TF线和碳质球粒陨石无水矿物(CCAM)线之间.长石、霞石及玻璃的氧同位素成分是母体变质过程中氧同位素交换的结果.尖晶石、橄榄石及辉石的氧同位素成分代表了原始的富铝球粒的氧同位素组成,这些数据拟合线的斜率为0.7±0.1.与前人研究结果相比,更缓的斜率及更贫16O的成分进一步表明普通球粒陨石中的富铝球粒不是CAI与镁铁质球粒简单混合形成的.相反,他们很有可能在多次熔融过程中与贫16O的星云气体储库经历了更高程度的氧同位素交换.     

随州陨石中铬铁矿和谢氏超晶石的产状和矿物化学

本文利用多种近代微矿物学技术,对随州陨石中铬铁矿和谢氏超晶石的产状和矿物化学进行了研究,发现了3种产出类型的铬铁矿,即粗粒铬铁矿、斜长石熔体池中的铬铁矿集合体簇团和橄榄石晶体中的片状出溶铬铁矿.前两种类型的铬铁矿在化学成分上完全相同,但出溶铬铁矿的成分不均一,Al2O3含量变化明显.谢氏超晶石是不久前在随州陨石中发现的一种超尖晶石结构新矿物,它是由铬铁矿高压相变形成的一种具CT结构的高压多形.在随州陨石中谢氏超晶石也有3种产出类型,即熔脉内的单相粗粒谢氏超晶石、熔脉边上由谢氏超晶石内带＋CF结构相中间带＋铬铁矿外带组成的三相颗粒,以及熔脉内由谢氏超晶石分别与玲根石、林伍德石或镁铁榴石等硅酸盐高压相矿物组成的两相颗粒.在两相颗粒中,谢氏超晶石与硅酸盐高压相矿物间的分界线有轻到中度的弯曲,表明硅酸盐矿物曾发生过局部甚至整体的熔融.EPMA和EDS的分析结果显示,单相和三相颗粒中的谢氏超晶石,在成分上与脉外的铬铁矿完全相同,但在两相颗粒中,谢氏超晶石与硅酸盐高压相矿物之间则发生过明显的组分交换：少量的Al3＋从玲根石和少量的Fe2＋从林伍德石向谢氏超晶石扩散,而微量的Cr3＋则从谢氏超晶石向玲根石或林伍德石扩散.在谢氏超晶石＋镁铁榴石的双相颗粒中,镁铁榴石的母矿物斜方辉石已全熔,并与周围的熔脉硅酸盐熔体已有相当程度的混合,致使其晶出的石榴子石相中SiO2和MgO含量明显下降,而Al2O3和CaO的含量则急剧增高.熔脉中两相颗粒在矿物化学上的复杂化,可以用冲击熔脉的温度（1800～2000℃）大大高于陨石未熔主体的温度（～1000℃）和硅酸盐矿物的密度（2.6～3.3g/cm3）都比铬铁矿（4.43g/cm3）要低,对冲击波的阻抗能力明显低于铬铁矿来解释,因为冲击波易从高阻抗物质向低阻抗物质反射,使后者局部甚至整体熔融,并引起颗粒内元素在两相之间的扩散,甚至使斜方辉石与颗粒外的熔体发生组分的交换.     

我国两个南极陨石及光明山和庄河球粒陨石宇宙射线暴露历史

在岩石矿物学研究的基础上, 测定了我国两个南极陨石、以及光明山和庄河球粒陨石的稀有气体同位素丰度, 并根据宇宙成因核素的产率, 获得了这4个普通球粒陨石的宇宙射线暴露年龄和气体保存年龄. 两个南极陨石的暴露年龄分别为17.0±2.5 Ma(GRV 98002)和0.052±0.008 Ma(GRV 98004), 光明山球粒陨石为68.9±10 Ma, 庄河球粒陨石为3.8±0.6 Ma. GRV 98004(H5)的暴露年龄是目前南极陨石中已知最低的, 而光明山球粒陨石的暴露年龄高于我国其他H群球粒陨石. GRV 98002和庄河球粒陨石在宇宙射线暴露期间可能受到冲击事件或由于小的近日距轨道导致加热, 造成低的4He含量, 而GRV 98002和光明山球粒陨石的宇宙成因核素³He和⁴He则基本上同步丢失.     

吉林陨石中铁镍合金的磁学性质

铁镍合金是陨石中重要的磁性物质,其中铁纹石、镍纹石和四方镍纹石是球粒陨石中的主要铁镍合金.然而,迄今针对陨石中铁镍合金的磁学性质研究仍非常缺乏.本文研究了吉林陨石中的铁纹石、四方镍纹石、以及陨硫铁的磁学特征.实验表明,镍含量为6%~7%的铁纹石是该陨石中最主要的铁镍合金物质,它具有低矫顽力和高的热稳定性,居里温度~750 ℃.镍含量为~48%的四方镍纹石具有高矫顽力和高的热稳定性,居里温度~565 ℃,它是剩磁的主要载体.陨硫铁在室温为反铁磁性,不具有载剩磁能力,在60 K左右存在一个低温转换,在氩气中加热较稳定而在空气中加热被氧化转化为磁铁矿.这些研究结果为鉴定球粒陨石中的磁性物质提供了依据.     

随州陨石熔脉中微粒矿物的同步辐射X射线衍射原位研究

为同步辐射X射线衍射原位研究新添加了两个用于陨石冲击熔脉中微细矿物鉴定的成功事例, 它们是: (1) 随州陨石熔脉中极细粒基质矿物组成的X射线衍射测定; (2) 陨石熔脉内被基质矿物包裹的细粒新矿物——涂氏磷钙石的X射线鉴定. 研究结果表明, 熔脉基质是由结晶很好的石榴石、铁纹石和陨硫铁3种矿物组成, 而对微米级大小的涂氏磷钙石的研究, 也获得了相当理想的粉晶衍射图, 包括17条谱线的d值、强度、相对强度和缪勒指数. 石榴石等微细矿物是在上地幔的温压条件下稳定的矿物相, 其中涂氏磷钙石是大离子半径亲石元素(如Na, K, Sr, Ba等)和稀土元素的载体相, 它能够载带这些元素在地球深部保持下来.     

陨石高温难熔矿物陨硫钙石微量元素化学

报道了5个顽辉石球粒陨石中陨硫钙石的REE,Sc,Se,Br和Zn的INAA数据,结果表明非平衡类型陨石中陨硫钙石的REE丰度较平衡陨石中高得多,而且Sc,Se,Br和Zn也有相似的分布,说明了陨硫钙石的早期星云凝聚效应,它们不是简单的蒸发作用残余物.平衡陨石中陨硫钙石的微量元素丰度表明热变质作用导致了矿物微量元素的再分配,这种变质分馏作用反映了元素的挥发性和化学性质差异.陨硫钙石的REE模式说明在变质和火成作用中相对贫化的Eu可能由含Cr硫化物(A,B)矿所携带.     

太湖泥盆系基岩冲击变质卸载微裂隙的发现与意义

太湖湖区多处岛屿和半岛的晚泥盆世石英砂岩中发现造型奇特的尖劈形张性微裂隙.微裂隙呈“人”字形组合,成单列或多列产出.一些“人”字形微裂隙的锐角区内侧的石英晶体已强烈非晶质化,具有击变玻璃的特征.研究表明这种特殊的微裂隙是冲击变质作用压力达到峰压后在卸载过程中产生的.     

致密储层岩石应力各向异性与材料各向异性的实验研究

本文在实验室中对四组来自不同地区的致密砂岩和页岩的波速和波速各向异性开展了研究.结合扫描电镜分析和波速应力敏感性测试,分析了引起致密砂岩和页岩各向异性的主要影响因素及规律.研究结果:(1)层理和微裂隙是引起致密砂岩各向异性的主要影响因素,而页岩的各向异性主要由定向发育的矿物成分导致,本研究中所用的致密砂岩各向异性强于页岩的各向异性.(2)平行地层方向的岩石波速高于垂直地层方向的岩石波速,超声波速随着应力增加而增加(3)波速各向异性随应力的变化分为两阶段,第一阶段随应力增加而减弱的应力各向异性,与定向排列的微裂隙相关.第二阶段随应力不再发生变化的材料各向异性,与基质中的矿物成分相关.(4)利用体积应变获得的裂隙孔隙度,以及矿物成分含量验证了这两类各向异性,应力各向异性与裂隙密度成正比,材料各向异性与黏土矿物含量线性相关.(5)根据波速各向异性随应力变化的两阶段,可以定量区分裂隙和基质(矿物)对岩石各向异性的影响,研究结果对体积压裂的裂缝扩展具有重要的意义.     

地幔地球化学:洋岛玄武岩制约

对地幔的地球化学研究为理解地球的形成和演化、其内部结构以及地幔动力学提供了重要制约.全地球的成分是通过由地幔岩石与球粒陨石对比所得到,并由此引出了球粒陨石质地球模型.这个模型认为地球难熔元素比例与球粒陨石相同,但挥发份相对亏损.洋岛玄武岩可能是源于地幔柱深部成因,进而成为研究深部地球的独特途径.洋岛玄武岩同位素组成变化可用有限几个地幔端元(例如,DMM、EM1、EM2和HIMU)来描述,由此用来解译重要的地幔过程.地壳物质通过俯冲和拆沉进入深部地幔,对地幔不均一的形成起到了重要作用.然而,这些地壳物质如何由部分熔融所提取,例如洋岛玄武岩成因中贫橄榄石岩石的作用,仍是热点争论话题.高~3He/~4He地幔的位置和成因仍有争议,存在从下地幔未演化(或弱演化)的原始物质到浅部成因的高程度演化物质的看法,后者包括古老熔融残留、弧下镁铁质堆晶和再循环含水矿物.可能存在的核幔相互作用被假定为洋岛玄武岩中诸如放射成因~(186)Os以及Fe和Ni的富集之类地球化学特征形成的原因.诸如~(142)Nd、~(182)W和Xe同位素之类的短寿命核素的微小但重要的变化在古老和现代岩石中均有报道,这暗示地幔必须在地球形成后100Myr内即发生分异,而且地幔并未被对流所有效均一化.     

冀东太古宙麻粒岩及下地壳分层的讨论

本文提出冀东太古宙麻粒岩可划分为无角闪石或黑云母的辉石亚相和含角闪石或黑云母的角闪石亚相,基于平衡的矿物组合估计的压力和温度,辉石亚相和角闪石亚相分别为800—850℃,9—11kbar,700—750℃,7—9kbar。由麻粒岩亚相推导的冀东下地壳由二层构成,下部层(30—37公里)为辉石亚相,上部层(23—30公里)为角闪石亚相,它与地球物理资料相符合     

岫岩陨石坑的成坑过程与形貌特征研究

利用陨石撞击形态学理论与撞击推演模型,基于遥感影像、数字高程模型,钻孔资料,区域地质图与野外观测等多元数据,对岫岩陨石坑的撞击形成过程与形貌特征等进行了研究.模拟计算表明,岫岩陨石坑撞击成坑瞬时直径为(1406±12)m,瞬时坑深为(497±4)m;撞击完成后最终坑的直径约为(1758±15)m,坑深为(374.5±3.5)m,角砾岩堆积透镜体厚度为(188.5±0.5)m,与前人钻孔揭示的数据基本一致.初步估算出形成岫岩陨石坑的陨石直径:若为铁陨石,直径为55 m左右;若为石陨石,直径为115 m左右.基于数字高程模型数据揭示了岫岩陨石坑的侵蚀与退化特征:坑深/坑径的比值为0.143,与Meteor撞击坑的特征值相似,从而定量地刻画了该坑属于简单坑的特征;坑缘轮廓的圆度值为0.884,表明该坑已受到了一定程度的风化与侵蚀作用.高分辨率SPOT彩色影像解译得到岫岩陨石坑坑内裂隙分布特征,放射状裂隙在NW-SE和WNW-ESE方位上表现出优选性,裂隙控制坑内水系的发育与演化.     

透射电子显微镜在地球科学研究中的应用

随着新技术应用和学科交叉融合,现代地球科学的研究尺度正在向更宏观和更微观两极延伸,分别促进了行星地球科学的发展和纳米地球科学的诞生.纳米地球科学借助先进的微区原位分析技术,旨在研究地学中的纳米尺度现象,如纳米矿物/颗粒、纳米结构和纳米矿物界面等及其在地质、地球化学过程中的作用.透射电子显微镜具有纳米和原子水平的空间分辨率和多种微区原位分析能力,是纳米地球科学研究中的重要分析平台.本文在介绍透射电子显微镜工作原理的基础上,举例评述了透射电子显微镜技术在岩石超微结构、球粒陨石和矿物中痕量元素赋存以及微生物矿化作用与微化石研究中的应用,并简要介绍了透射电子显微镜在地球科学研究应用中的注意事项及相关建议.     

祁连山冻土区天然气水合物成藏体系中自生黄铁矿地球化学特征与成因探讨

在祁连山冻土区含天然气水合物或存在水合物异常的钻孔岩芯中发育一种半充填或者全充填岩石裂隙的自生黄铁矿,即"裂隙型"黄铁矿,其产状与在该地区发现的水合物产状具有一定的相似性,并且其分布主要集中于水合物层或异常层的下方区域.通过对祁连山冻土区天然气水合物钻探试验井DK-6孔含"裂隙型"黄铁矿岩芯样品开展黄铁矿形态学、微量、稀土元素和硫同位素组成研究发现,"裂隙型"黄铁矿具有沿岩石裂隙面呈台阶状定向排列的立方体形态黄铁矿为主并伴生"圆形"构造、较低的Co/Ni和Sr/Ba值、较低的ΣREE含量、LREE较HREE相对富集和明显的Eu负异常以及?34SCDT值正偏等特征,这种独特的晶体形态和地球化学特征以及在空间上与水合物层或异常层间的分布关系均与祁连山冻土区天然气水合物成藏体系密切相关.由于气候变化是影响冻土区天然气水合物稳定性的一个重要因素,"裂隙型"黄铁矿可能是区域气候变暖背景下水合物发生次生变化的产物,其分布的密集程度反映了当水合物稳定带缩小时,底界处水合物分解最为强烈,而稳定带内水合物分解相对较弱,其分布的顶底界记录了天然气水合物稳定带曾存在的最大范围.     

云南哀牢山金矿带含碳酸盐球粒煌斑岩脉的研究

在云南哀牢山金矿带北段老王寨金矿区和北衙金矿区发现３条含碳酸盐球粒煌斑岩脉．岩脉中球粒为主要由白云石和方解石组成的碳酸盐，微量元素、稀土元素和Ｃ同位素组成具岩浆碳酸盐（即碳酸岩）特征；基体的主要矿物组合、主要元素、微量元素和稀土元素均与矿区无碳酸盐球粒煌斑岩脉相似，为来源于交代富集地幔的钙碱性煌斑岩．结果表明，该区含碳酸盐球粒煌斑岩脉为区内喜山期煌斑岩岩浆演化到相对晚期硅酸盐－碳酸盐液态不混溶作用产物，岩浆演化过程中存在ＣＯ２和Ｈ２Ｏ为主的去气作用．     

台湾岛东北部龟山岛热液区自然硫烟囱体的成因

用ICP-MS测定了龟山岛热液区自然硫烟囱体的微量和稀土元素组成, 结合其硫同位素组成, 研究了自然硫烟囱体的物质来源和形成条件. 结果表明, 龟山岛热液区自然硫烟囱体, 自然硫的含量极高(达到了99.96%), 与火口湖和其他火山区的自然硫相比, 具有微量和稀土元素含量极低的特点, 且其球粒陨石标准化REE配分模式与龟山岛安山岩类似, 进一步证明了龟山岛热液区海底下流体-安山岩相互作用具有持续时间短的特点. 自然硫样品的硫同位素组成, 反映自然硫烟囱体中的硫来自岩浆去气作用产生的H₂S和SO₂, 微量和稀土元素组成反映出其主要来自龟山岛安山岩, 受到了海水组成的影响, 是安山岩和酸性流体相互作用的结果, 结合热力学分析表明, 在相对低温(<116℃), 有氧和酸性的环境中形成了自然硫烟囱体.     

闽西晚白垩世红层的古环境探究

中国东南地区白垩纪红层通常被认为是陆相红色碎屑沉积物,是河流湖泊相沉积,但其古环境存在争论.本文以闽西晚白垩世红层为研究对象,利用环境磁学、粒度、地球化学、古土壤分析等方法,选取连城(LC)和冠豸山(GZS)两个剖面,分析探讨红层的古环境.结果显示:(1)闽西红层主要以细的粉砂颗粒为主,黏土和砂含量较少,表现为粉砂和砂互层,夹有薄层细粒砂砾层;样品磁化率偏低,主要载磁矿物为硬磁性矿物赤铁矿.(2)闽西红层有较高的风化程度,是暖湿气候下的中等风化程度;轻重稀土元素分异明显,Ce元素富集,Eu元素相对亏损,与上地壳(UCC)的分配模式相似,表明沉积物经历了充分混合,物质为混合沉积产物.(3)闽西红层虽然发育了一定的古土壤,但是成壤程度不强,没有明显的古土壤粘化层(Bt)和钙积层(Bk).由此推断,闽西红层沉积物在沉积前已在源区经过相当程度的风化过程,之后经过混合动力搬运沉积在盆地,沉积后风化成壤弱.可见,红层本身并不能直接反映沉积区环境,需结合古土壤发育特征判断沉积环境特征和变化.(4)闽西晚白垩世红层表现为相对干旱半干旱的古环境,红层中主要的着色矿物赤铁矿主要形成于源区,反映了地表透水性良好的干燥氧化条件,而不是"水成"环境.本文可为白垩纪红层古环境研究提供新的思路.