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陨石新闻

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陨石的岩相构造与矿物特征识别

2016-12-15

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LL6类型球粒陨石(中国科技大学天体行星与陨石化学实验室供图)


我们要想在野外顺利的搜寻到陨石,首先要对各种类型陨石与地球成因的常见岩石特征进行了解。要熟悉地球常见三大类岩石与各种陨石的固有特点以其相互区别,要学会用肉眼对各种岩石进行初步的分类与判别,除了在野外猎寻时要充分考虑到其产状特征外,可借助正规陨石研究机构发布的各种鉴别知识对标本进行细致观察,最关键是要在目测时抓住各种类型岩石的结构、构造、矿物组成等特征。


陨石内部的岩相结构与构造因其种类不同而不同,一些新鲜的陨石表面构造除了有熔壳与气印,有的同时还具有熔流纹或熔流线等构造,陨石的结构相对比较致密,不会有呈泡沫状、多孔火山岩状或松散炉渣等构造。一些石陨石的断口﹑解理与裂理很接近地球成因的火成岩,因为大多数的石陨石都是经历了岩浆消融与高温质变过程。所以在陨石上不会出现明显的矿物生长脉,表层更不会出现有石英矿物纹脉与斑晶、方解石矿脉与其颗粒物、沉积岩层理与层面构造、变质岩层理与交错层等。


一些坠地较久经过了沉积与风化作用后的古陨石,有的后期受到地表水、生物风化与粘土矿物质的长期侵蚀,在接地一侧也会出现风化沉积与氧化矿物,但氧化侵蚀迹象多为沿其表面的裂隙或破碎面进行的,我们习惯称其为后期形成的充填、蚀变与氧化物质。一些陨石坠落时或坠落后在外力作用下,沿着一定的岩相裂隙与组合矿物间隙形成破裂可称其为解理面。解理面平行于岩相结构中键力最强的方向,一般也是原子排列最密的面网发生,并服从岩体的对称性。裂理也称裂开,是组合矿物在外力作用下沿一定的结晶学平面破裂的非固有性质。一些含球粒构造的石陨石,特别是碳质类球粒陨石,与其它无球粒陨石、铁陨石或石铁陨石相比,在同样的地表风化环境及受其它自然外力作用影响下,其风化蚀变与分解速度也是最快的。


各种陨石的形成环境与演化条件不同,它们都具有明显不同的物理和化学性质。一些陨石球粒陨石,特别是原始的球粒陨石,其岩相结构不同于其它任何类型的地球岩石而容易被发现,也比较容易在实验室中进行鉴定确定与归属分类。然而,一些其它类型陨石因与地球岩浆形成的岩石在外部特征比较相似,所以人们也很容易把它们相互混淆在一起。新鲜陨石的表层常具有特殊结构构造,如玻璃化、熔融流动、气泡拉长,由非晶态物质组成。熔壳缺失或已全部脱落掉的一些严重风化与蚀变类型陨石,通常其岩体表层与破裂面则会保留着一些晶粒结构和氧化物质。


熔壳缺失或已全部脱落掉的球粒类石陨石,因其常包裹着带有一些金属相的球粒结构,其岩体表层与破裂面上常可见到一些大小不一的球粒构造,球粒内部构造常由各种矿物结晶堆集而成。如在野外我们常会发现一些带有球粒、类似球粒或结核特征的岩石,但很多这类特征的岩石有的可能不是陨石物质,它们是地球自身形成的物质,因为地球上一些沉积岩、火成岩、粘土矿物和洞穴堆积物中,也常夹杂着许多球状、鲕状、豆状、杏仁状或结核状结构和构造。一些锰结核、针铁矿、杏仁体、金属球及玛瑙结晶球,一些辉长岩及火山岩等岩石中也夹杂着许多球体构造,其因经过不同的地质演化而出现不同的球状结构和构造特征。所以在地球地表一些岩石中发现含有球粒物质,不能一概而论的认定它就是某某类型的球粒陨石,这就需要把一些含有球粒特征的岩石进行规范化的制片与制样,以便借助专业实验仪器与设备进行有效的区分和归类。

一些较为新鲜的铁陨石其外部表面常呈黑褐色、深棕色与灰黑色的,当然被风沙磨砺过的铁陨石也会呈现金属色。较为新鲜的铁陨石破损面常为银白色,铁陨石中的组合矿物多为铁镍金属、少量硫化物和碳化物等,有些八面体类型铁陨石剖面用化学试剂蚀刻后会呈现纵横交错的魏德曼花纹,但一些六面体和无纹铁陨石则不会出现斑状花纹。铁陨石因其金属相结构致密它们不会出现破裂现象,但风化型铁陨石其表层常会包裹着一些金属氢氧化合物与蚀变物质,所以氧化较重的铁陨石与石铁陨石在外观上也容易和地球成因的金属矿物相混淆。


铁是最常用的金属,也是地球上质量比例最高的金属,是地球外核及内核的主要成份。铁常出现在类地行星中,因为铁是高质量恒星核融合后的产物,镍-56是放热核融合反应的最后一个产物,之后会衰变成最常见的铁同位素。铁是有光泽的银白色金属,硬而有延展性,熔点为1538℃,沸点为2750℃,有很强的铁磁性,并有良好的可塑性和导热性。在流星体及低氧的环境下,铁会以元素态存在,但是铁很容易和氧气和水反应。铁的表面是有光泽的银灰色,但在空气中铁会反应生成水合的氧化铁,一般称为铁锈。许多金属在氧化后会形成钝化的氧化层,保护内部的金属不被氧化,但氧化铁的体积较铁要大,因此氧化铁会剥落,无法保护内部的铁不受腐蚀。


铁矿石是地壳主要组成成分之一,铁在自然界中分布极为广泛,一些裸露在地表上地球成因的各种铁质团块,也常容易被人们误认为是某种铁陨石。人类最早发现的铁是从天空落下来的陨石,陨石中含铁的百分比很高,是铁和镍、钴等金属的混合物等。在自然界,游离态的铁只能从陨石中找到,分布在地壳中的铁大都以化合物的状态存在。常被人们误认为是铁陨石的金属矿物有:赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿、黄铁矿、针铁矿、铬铁矿等等。中国的各类铁矿石资源非常丰富,几乎各个地区都存在大小规模不等的各类原生铁矿石资源。一些被自然外力与风化作用改形过的各种铁矿石,一些人工冶炼与铸造的白口铁、灰口铁、麻口铁、球墨铸铁、硅铁合金、锰铁合金与铁镍合金等金属团块,当然也有一些火山热液接触成因的铁质团块与人工冶炼铁矿渣等。


石铁陨石几乎有着同等量的金属和硅酸盐晶体组成,新鲜的一些石铁陨石常具有光滑呈棕色或黑色的熔壳,然而坠地较久受风化后的一些石铁陨石外部会呈现出斑驳的氧化锈迹,其外部颜色有橙黄色、赤红色与等。橄榄铁陨石被剖面后很容易被人们所识别,因为它们有绿色与黄色的晶体被铁镍金属矿物所包裹,即网格状的银色金属矿物镶嵌着诸多橄榄绿色的结晶体,橄榄石为富镁和铁的硅酸盐矿物。石铁陨石家族中的辉石铁陨石,它们常含有大约占体积5%左右的直辉石,岩相基质为铁镍金属,剖面用化学试剂蚀刻后会呈现出八面体魏德曼花纹。中铁陨石是金属粗碎屑与细颗粒岩胶结在一起的陨石,它含有大约同等量的铁镍金属和硅酸盐矿物。其岩相中常包含着一些不规则的角砾岩、硅酸盐、金属斑块和粒状金属,硅酸盐矿物多为橄榄石、辉石和富钙的长石,中铁陨石的基质矿物质多为金属碎屑和硅酸盐矿物的固态熔融混合体。


熔壳缺失或已全部脱落掉的无球粒类石陨石,因无球粒类石陨石的种类比较繁多,它们包含的一些矿物成分与地球上的玄武岩或火成岩比较相似,并且曾在流星体母体内或本身经过了不同程度的熔化和再结晶及分异作用。因此,无球粒陨石有着各自不同的成矿岩理,有着一些和火成岩形成过程的矿物学特征。因无球粒类石的种类较多,其在岩相构造与矿物结构上也相对呈现多异性与复杂性。比如月球陨石的岩相构造多为不规则角砾与冲击碎屑物组成,因为月球表面的岩层多为冲击与熔离型碎屑岩,从岩石的解理、层理与风化学角度上说,因月球陨石的熔壳也极容易受风化与风砺作用后而出现缺失,风化后的月球陨石外貌特征,常容易和一些地球成因的岩溶角砾岩、火山角砾岩、山麓堆积角砾岩、冰川角砾岩、断层角砾岩、成岩角砾岩以及陨石撞击坑角砾岩等混淆。


月球陨石富含的角砾矿物多为不规则破碎状的斜长石、钙长石与辉石等矿物角砾,岩相基质中夹杂物质多为骨折状矿物碎屑,不管是较大些的颗粒斑晶状砾岩,还是一些细小的矿物碎屑颗粒,月球陨石中可见矿物几乎呈破碎断裂状,即矿物颗粒与晶体结构无完整性,在岩相中的排列与分布形式极无规律性,且多呈无序而杂乱的堆积在岩相中,月球陨石其基质物质多为熔融结晶矿物与非晶态物质。而地球成因的一些砾岩形态多较为规则,矿物颗粒与晶体结构保存相对比较完整,而矿物堆积与碎屑排序都比较有规律性,其基质矿物质多为粘土、钙质、碳酸盐、火山凝灰物质等为胶结物。


火星陨石的熔壳颜色常呈多色,有深绿色、浅绿色、灰色、棕色或黑色。新鲜坠落地表上的火星陨石熔壳常呈黑色或深灰色,但坠落地表上较久的一些火星陨石其熔壳容易被风化环境或风沙慢慢消蚀掉。熔壳缺失或完全已脱落掉的火星陨石也容易和地球火山岩浆成因的一些石头混淆,因为它们与一些地球火山岩浆岩的岩相构造与喷发节理都非常近似。火星陨石的岩相组成物质多为熔长石、斜长石、长石玻璃,辉石、易变辉石、斜方辉石与橄榄石等等,火星陨石岩相中的结晶矿物因受到不同程度的冲击强度影响,其晶态都会出现了不同的破碎、断裂、骨折与错位现象。


有些火星陨石因受到较强的冲击压力和更高的熔融温度影响下,岩相中的大部分斜长石会出现熔化现象,所以一些火星陨石基质中常富含着一些长石玻璃物质,有些火星陨石因来源火星母体的区域不同和受较强冲击影响其岩相也很近似一些冲击角砾岩类型月球陨石,但它们两者之间的矿物组合与氧同位素都存在着一些较大的差异性。在火星陨石的外观上因具有一些熔融和非晶质特征,因为它们都经历了分离结晶、冷却与凝固过程,所以一些地球火山热液成因的基性玄武岩、超镁铁质岩团块或富玻璃质火山弹在外观上也容易被视为火星陨石。要想有效鉴别与区分一些火星陨石,还需要借助透电镜、电子探针和氧同位素质谱仪等进行岩相结构与特殊的化学分析。不管是月球陨石、火星陨石还是其它无球粒陨石,一些非专业人士也很难分辨出它们与地球岩石的差异性,使它们被人们发现的几率大为减少。


原始化学群、HED化学群、顽火辉石和钛辉无球粒陨石,它们在其成因上都具有明显的熔化、凝结、再结晶与冷却形成特征,岩相构造多呈冲击熔融与重结晶现象,各种矿物碎屑杂乱堆积在岩浆基质中,岩相中的大部分矿物结晶体呈现破裂、骨折与角砾特征,有的陨石岩相中辉石还呈现出溶与细脉充填特征。它们在矿物组成与化学性质上因类型不同而出现不同,其组合矿物多为橄榄石、辉石、长石、陨硫铁、磷灰石与石墨等等类型矿物组成,基质物质多为硅酸盐类多晶碎屑与非晶物质构成。原始化学群、HED化学群、顽火辉石和钛辉无球粒陨石,它们因经历了熔化、凝结、再结晶与冷却形成过程,从表象目测它们,其都很接近地球火山成因的岩浆岩特征。


原始化学群、HED化学群、顽火辉石和钛辉无球粒陨石,它们在矿物组合、化学性质、晶体形态与岩相构造等特征上,都与地球火山成因的岩浆岩有着一些明显的区别与差异性。因两者在岩石成因上都具有火成岩特征,一些比较新鲜的该类陨石因保留着熔壳的缘故它们在野外比较容易被发现。但其一旦坠地较久因受自然风化与其它外力作用的影响下,它们的熔壳已出现严重缺失与完全脱落后,它们之间的外部特征也很容易被相互混淆,所以具有该类型特征的陨石被发现几率相对比较少。一些坠地较久的原始化学群、HED化学群、顽火辉石和钛辉无球粒陨石,它们在坠落地因受自然风化与水浸蚀变作用下,其岩相中的橄榄石与辉石也会出现蛇纹石化特征,但它是坠地后期风化与蚀变自变质形成的产物。明显出现蛇纹石化后的陨石由于局部岩相比较相对浑浊,这一变质迹象在陨石检测与鉴定时也是需要特别注意观测与定性,因它容易被误判为是火山成因超基性岩中的蛇纹石变物质。


流星体在坠落过程中幸存下来的陨石其直径厚度和体积大小,也直接关系到一些陨石能否较好保留其原在母体时的岩相特征,这就等于我们用石头烧石灰,块头小的石灰石达到一定煅烧温度后就会出现脱碳酸分解作用,但如果块头较大的石灰石经过预热、煅烧、冷却后其内部就会出现夹生现象。陨石坠落到地球过程中其燃烧受热是由外至内的,熔壳层下的岩体因受到高温热液接触后,其矿物化学性质与岩相结构会产生热液蚀变现象,热液蚀变是近矿围岩与热液接触后发生了一些化学反应,如会产生一系列的物质成分、构造与结构上的变化。一些体积较小的陨石受热液蚀变后其岩相面貌会被彻底改变。所以一些陨石的热液蚀变范围常根据其体积大小和陨石类型而定的,有的只有几厘米厚,有的热液蚀变范围就比较深。


陨石受高温消融与热液蚀变等因素的制约下,从其全岩熔壳上我们不可能发现有结晶矿物,特别是一些硅酸盐和含水矿物类结晶矿物不会存在其表象,因为其表层物质都在坠落过程被高温与高压熔变成了非晶态物质。民间有人错误的说有一些所谓石英陨石存在,甚至有人把石英砂岩或表面布满含水矿物晶体的岩石当着什么稀有陨石或特殊陨石,殊不知这在陨石成因、坠落熔融与气化蚀变等理论上是行不通的,假如陨石在地球大气层外时其会存在着一些石英结晶矿物,陨石坠落到地球过程中它的表面温度可高达3000度以上,但石英的熔点通常达到1300度以上其就会出现熔化迹象,石英晶体被加热到1600摄氏度左右,其就会熔化成液体并开始消融,缓缓冷却就得到非晶状的透明物质,我们习惯的称其为石英玻璃。


当然要判断岩相中的一些矿物是结晶态还是某类非晶态物质,我们可以借助透电镜、X射线衍射仪或电子探针等进行有效的区分。陨石中存在石英类矿物都及其罕见的,到目前为止只在极少数的陨石内核中发现含有少许的方石英、鳞石英、熔融与冲击变质石英,它们都是硅氧类矿物,但晶体的结构不一样,这也叫同质多象特征。当然在个别陨石的熔壳上也发现过有冲击变质石英的粘结物,但这是陨石在高速坠落到地表时撞击到地表石英矿物后,是在高速冲击作用下形成的热液粘结物。所以用肉眼在陨石上可发现含有石英颗粒物质是极其不正常的,在一些陨石内部岩相中如发现大量的石英结晶矿物也是不对的。


石英在许多地球成因岩石中都是比较常见的结晶矿物,但在陨石中少许出现石英都是视为极其罕见的,它们的含量通常只占小于1%体积,而且它们一旦在陨石中出现都不是普通意义上的石英。我们常见分析一些风化后的陨石时,一些陨石局部岩相中常夹杂或充填着少许的含水矿物及氧化物质。比如,地球上常见的赤铁矿和磁铁矿不应该出现在一些较新鲜的陨石中(球粒陨石除外),但通常会出现在一些已开始陆地风化的陨石中。因为铁生锈主要是赤铁矿,大多数陨石含有铁质金属。铁质金属在一些陨石坠落不久后就会因接触风化环境而开始氧化生锈。一些开始风化后的陨石看起来呈锈迹或出现赤红色它可能含有一些赤铁矿物质。不是所有的赤铁矿都是呈铁锈色的,有时也有呈灰色或褐色的。民间有不少人习惯用有没有红色条纹来做划痕试验看看其是不是铁陨石,但有些人的做法是错误的,因为他没有考虑到实验样品的新鲜与氧化程度。


我们在一些风化较重的陨石表象与岩相裂隙中常发现含有一些碳酸盐类矿物,比如地球成因在地表大量存在的方解石、文石、菱镁矿、白云石、菱铁矿、菱锰矿、菱锌矿、白铅矿、碳酸锶矿等等物质,它们是金属元素阳离子和碳酸根相化合而成的盐类。碳酸盐矿物主要为外生成因,分布广泛,可在地球地表形成大面积分布的海相沉积地层。内生成因的碳酸盐岩多数出现在岩浆热液阶段。这类物质因熔点都相对比较低,而且矿物形成方式上也比较独特,所以在一些较新鲜的陨石中不会出现该类物质,它们多夹杂出现在一些氧化较重的陨石冲击与风化裂隙中,也有的在陨石风化破裂面和接地面出现聚集体结构,聚集体也可能会形成分散的碳酸盐脉。


陨石上存在碳酸盐类物质多是受到后期地球风化所致,所以在野外如发现有疑似陨石的表层存在碳酸盐聚集物,也要考虑其风化与其新鲜程度等因素。我们在研究与分析中发现,一些陨石出现碳酸盐类物质浸染现象,多发生在一些风化较重球粒类陨石的岩体细脉或松散岩相中,但这种碳酸盐类矿物大面积浸染与聚集在陨石上的现象,其发生几率相对也是比较少的。对一些风化迹象较明显的疑似陨石检测,因存在陨石坠地后期受风化浸蚀与水化成矿等因素的影响,在检测鉴定时就不能依靠简单的矿物组分进行区分与判别,其还要借助X衍射、偏光显微镜、扫描电镜、电子探针和同位素质谱仪等进行有效的识别与鉴定。


观察陨石与地球成因各种岩石的构造,可让我们从各种岩石外观上进行初步的区分它们,这样可避免把地球成因的一些石头误认为是陨石。因为观察一些岩石的基本构造,很大一部分的岩石我们从其外表上进行目测,初步就能分辨出其是不是陨石以及它们的成因类型:如岩相具有多气孔、杏仁、纵向流纹构造与枕状形态的岩石,其一般都属于地球火山成因的岩浆喷出岩类;具有层理构造以及层面构造的岩石多属于地球沉积岩类型物质;具有板状、千枚状、片状或片麻状构造的岩石大都属于地球成因的变质岩类。在一些陨石、火成岩和变质岩构造岩中,都有呈现块状构造特征的岩石。一些呈块状构造的岩石从其表面特征上不易进行区分时,可借助X衍射、偏光显微镜、扫描电镜、电子探针和同位素质谱仪等进行有效的识别与鉴定。借助仪器识别与鉴定,就是从其岩相结构、矿物结构、矿物组合和化学性质上进行有效的分析与鉴别 。