hed族石膏中輝石顆粒中ca-mg-fe元素遷移規(guī)律研究

hed族石膏中輝石顆粒中ca-mg-fe元素遷移規(guī)律研究

0熱變質(zhì)作用研究石雕是認(rèn)識(shí)早期太陽的重要手段。這是太陽系最古老的分異體和非球形sig元石，對(duì)闡明早系巖漿在早期太陽中的作用具有重要意義。熱變質(zhì)作用是HED族隕石的標(biāo)志性特征,對(duì)其進(jìn)行深入研究有助于我們認(rèn)識(shí)太陽系早期巖漿作用后的演化歷史。大多數(shù)HED族隕石都通過不同程度的輝石出溶現(xiàn)象表現(xiàn)出熱變質(zhì)作用的證據(jù),其中以玄武質(zhì)Eucrite最為明顯。本文通過對(duì)不同類型HED隕石進(jìn)行巖石學(xué)及成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行研究,旨在發(fā)現(xiàn)灶神星在經(jīng)歷熱變質(zhì)過程中元素遷移的規(guī)律,揭示其熱演化的過程,深刻認(rèn)識(shí)太陽系早期巖漿演化后的熱效應(yīng)。1hed族隕石的巖石類型Howardites-Eucrite-Diogenite(HED)表示3種不同的巖石類型,是分異型小行星—灶神星的典型隕石樣品,主要來源于母體的殼層(2巖石相學(xué)類型本次研究涉及的隕石樣品均收集于西北非地區(qū),國際定名分別為:NWA(NorthwestAfrica)8343、NWA11604、NWA11606、NWA11595、NWA11592,共計(jì)5塊,其中NWA8343與NWA11606屬于Howardites,其余均為玄武質(zhì)Eucrite類型,樣品均為隕石薄片。樣品薄片的巖相學(xué)觀察在中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所完成。通過配有能譜分析儀的FEIScios雙束掃描電子顯微鏡對(duì)5塊隕石薄片進(jìn)行礦物和巖石結(jié)構(gòu)分析,并獲取礦物的半定量成分?jǐn)?shù)據(jù)及背散射圖像。分析條件:加速電壓為15kV,束流1.6nA,工作距離7mm(樣品的礦物成分定量數(shù)據(jù)分析在桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院的JEOLJXA-8230電子探針分析儀上完成,工作電壓為15kV,電流為20nA,使用ZAF(原子序數(shù)效應(yīng)、吸收效應(yīng)、熒光效應(yīng))方法校正(3分析的結(jié)果3.1角礫類型及特征5塊隕石樣品中,除NWA11592沒有明顯的角礫巖化特征外,其余均受到了不同程度的角礫巖化作用。NWA11592中輝石和長石總體積占比約90%,顆粒大小為300～500μm,具有典型的輝長結(jié)構(gòu),隕石中含有少量中等粒度的橄欖石顆粒(約50～250μm)以及鉻鐵礦、隕硫鐵等副礦物,并含有一條寬約500μm的熔脈。其中輝石顆粒具有明顯的出溶特征,片晶寬度～5μm(圖1a,1b);NWA11595主要礦物組成為單斜輝石和長石,還含有鈦鐵礦、鉻鐵礦、二氧化硅等副礦物?；|(zhì)占比約為65%,為細(xì)小的輝石和長石碎屑。背散射圖像下可見角礫由不同類型的Eucrite巖屑構(gòu)成,巖屑中很難觀察到輝石的出溶特征,基質(zhì)中細(xì)粒的輝石中存在高Ca輝石的出溶,且寬度很細(xì)(圖1c,1d)。NWA11604角礫巖化嚴(yán)重,基質(zhì)占比約為60%,角礫主要由玄武質(zhì)巖屑構(gòu)成,以次輝綠結(jié)構(gòu)和輝長結(jié)構(gòu)為主,礦物以單斜輝石和長石為主,且粒徑差異較大,表明結(jié)晶深度的不同,反映出樣品是由多種Eucrite破碎膠結(jié)而成,還含有少量二氧化硅、鉻鐵礦、隕硫鐵等副礦物,大多數(shù)的輝石顆粒都具有較寬的出溶片晶(圖1e,1f,1g)。NWA11606為Howardites類型,基質(zhì)占比約為20%,角礫主要是玄武質(zhì)巖屑,具有典型的輝綠結(jié)構(gòu),同時(shí)還含有大于10%的以斜方輝石為主的Diogenite碎屑。樣品中包含一個(gè)熔融程度很高的碳質(zhì)球粒隕石碎屑,輝石顆粒表現(xiàn)出不同的熱變質(zhì)程度,包含有典型的出溶特征輝石(圖1h,1i)。NWA8343也為Howardites類型,基質(zhì)占比約為30%,含有多種玄武質(zhì)巖屑,主要礦物為長石,斜方輝石以及單斜輝石,還含有鉻鐵礦、二氧化硅、鈦鐵礦等副礦物,樣品中包含有兩個(gè)后成合晶(富鐵輝石的不穩(wěn)定分解),且輝石顆粒表現(xiàn)出熱變質(zhì)程度的不均一特征,同時(shí)包含有低程度和高程度的熱變質(zhì)輝石顆粒。激光拉曼光譜分析結(jié)果表明不同樣品中輝石的拉曼光譜都具有單斜輝石的主要譜帶,Si-O-伸縮譜帶(1110cm掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),一些輝石顆粒中的出溶片晶被沖擊產(chǎn)生的裂縫截?cái)?圖1k),表明灶神星的熱變質(zhì)作用是發(fā)生于普遍的角礫巖化作用之前。3.2灶神星的fe/mn成分投通過對(duì)不同樣品中的輝石和長石顆粒進(jìn)行電子探針成分分析,得出各樣品的主要礦物成分相似。各樣品中的長石都以鈣長石為主(表1),個(gè)別樣品中會(huì)出現(xiàn)少量的培長石(An為72.73～95.48,均值為89.89)。各樣品中輝石顆粒的Fe/Mn值變化不大,主要為25.77～38.36,根據(jù)各個(gè)隕石樣品的Fe-Mn成分投圖可以看出所有樣品均滿足灶神星的Fe-Mn趨勢線(表2,圖4),判斷樣品是來自于灶神星的HED族分異型無球粒隕石。根據(jù)前人樣品中的Mg3.3熱變質(zhì)輝石的測試結(jié)果NWA8343中存在具有低熱變質(zhì)等級(jí)的輝石顆粒,其邊緣和內(nèi)部都存在成分的不均一性,個(gè)別輝石顆粒從邊緣到核部的Ca含量基本恒定,這都與初始熔體分離結(jié)晶產(chǎn)生的輝石正環(huán)帶不同(劉鑫和湯艷杰,2018),這些特征很可能是受后期事件影響而形成的。根據(jù)輝石顆粒從核部到邊部電子探針成分的四角投圖可以看出,其中一個(gè)顆粒沿著裂縫以及邊部具有明顯富鐵的趨勢,這個(gè)趨勢建立在Ca濃度不均一的基礎(chǔ)上(圖5a),為type-2型熱變質(zhì)程度的輝石顆粒,裂縫以及邊部富鐵物質(zhì)的出現(xiàn)被解釋為富Fe流體或蒸汽沿著顆粒邊緣以及裂縫遷移的結(jié)果(同時(shí),我們對(duì)5塊樣品中16個(gè)具有良好出溶特征的平衡型輝石進(jìn)行了片晶(高Ca組分)及主體(低Ca組分)成分的測定,得出高鈣組分和低鈣組分除了Ca元素不同外,Fe和Mg元素也存在差異。而Mg和Fe元素的變化量總和恰好與Ca元素的變化量互補(bǔ),因此,可以判斷出輝石的出溶現(xiàn)象主要是Ca-Mg-Fe元素?cái)U(kuò)散的結(jié)果。相比于非平衡型輝石顆粒,平衡型的輝石顆粒具有更加均一的Ca-MgFe元素分布特征。我們對(duì)輝石顆粒的高Ca輝石和低Ca輝石的成分進(jìn)行輝石四角成分投圖,并將同一顆粒的高Ca和低Ca數(shù)據(jù)用直線相連(圖6),圖中各個(gè)輝石顆粒都表現(xiàn)出一致的斜率趨向,反映出經(jīng)歷高程度熱變質(zhì)作用的出溶輝石中Ca-Mg-Fe元素具有一定的遷移規(guī)律。出溶輝石的元素特征主要表現(xiàn)在,片晶主要以高Ca輝石為主,并含有相對(duì)較低的Fe和Mg含量,出溶后殘留的主體輝石以低Ca輝石為主,含有相對(duì)較高Fe和Mg元素。從高Ca輝石到低Ca輝石,除了Ca元素存在巨大差異外,Fe元素的變化量明顯高于Mg元素的變化量。4熱變質(zhì)作用中元素遷移規(guī)律根據(jù)樣品的巖相學(xué)特征、輝石成分特征,判斷5塊隕品樣品均是來自于灶神星的無球粒隕石,以玄武質(zhì)Eucrite為主,各樣品長石中Ca的強(qiáng)烈富集可能指示灶神星在經(jīng)歷了早期超鎂鐵質(zhì)分離結(jié)晶后,巖漿源區(qū)的Ca元素含量增高,使得鈣長石成為后期Eucrite的主要結(jié)晶礦物(對(duì)樣品中經(jīng)受熱變質(zhì)作用輝石的研究表明,在低程度的熱演化事件中(即非平衡的輝石顆粒),輝石的成分特征體現(xiàn)在Ca-Mg-Fe元素的差異性,背散射圖像中表現(xiàn)出來的輝石成分不均一特征主要是由Fe-Mg元素的差異造成,Fe的來源被認(rèn)為與樣品角礫巖化過程中的最后填隙物質(zhì)相關(guān),即富Fe的流體或者蒸汽通過礦物邊界或者裂縫時(shí)產(chǎn)生(出溶片晶的產(chǎn)生是平衡型熱變質(zhì)作用的特征,是輝石在亞固相狀態(tài)下元素遷移并均一化的結(jié)果。樣品中出溶輝石的成分?jǐn)?shù)據(jù)表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性,即每個(gè)輝石顆粒從高Ca到低Ca之間的變化都具有一定的斜率趨向,可能指示大多數(shù)的Eucrite經(jīng)歷的熱變質(zhì)條件具有一定的相似性。為驗(yàn)證規(guī)律的普遍性,搜集前人對(duì)HED隕石中出溶輝石的成分?jǐn)?shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行相同的輝石四角投圖(圖7),反映出玄武質(zhì)Eucrite的出溶輝石都具有類似斜率的變化趨勢。為揭示此斜率的內(nèi)在含義,對(duì)同一顆粒中高Ca輝石與低Ca輝石的Ca-Mg-Fe元素變化量兩兩進(jìn)行直角坐標(biāo)系投圖(圖8),Ca-Mg,Ca-Fe,Mg-Fe的變化都表現(xiàn)出了良好的線性關(guān)系,這一線性關(guān)系是圖7中相當(dāng)斜率趨勢的直觀反映,通過Excel對(duì)其進(jìn)行線性擬合,擬合出直線的斜率即為兩元素的變化率比值,得到熱變質(zhì)過程中每個(gè)輝石顆粒的Ca-Mg-Fe元素都具有大致相同的擴(kuò)散速率比值,約為ν為了消除輝石顆粒成分中其他元素(如Na、Ti、Cr、Al)的干擾,我們通過上述的溫度條件限定出熱變質(zhì)的熱源不是主要來源于撞擊作用或巖漿侵入作用,一方面由于沖擊作用或者侵入作用在空間范圍的局限性,另一方面由于其所產(chǎn)生的熱效應(yīng)區(qū)域上會(huì)存在較大差異,離熱源的遠(yuǎn)近程度不同導(dǎo)致同一平面上不同位置的溫度差異較大,很難形成輝石顆粒中Ca-Mg-Fe元素的大致相同的遷移速率比值。恒定范圍的溫度以及可能的垂向壓力不均一近一步可以支持快速的熔巖流噴發(fā)掩埋的熱源供給,不僅可以滿足熱源面狀分布從而產(chǎn)生平衡輝石內(nèi)部相似Ca-Mg-Fe元素?cái)U(kuò)散速率的特征,并且隨著熔巖流的疊覆,平衡輝石熱變質(zhì)的壓力也會(huì)存在垂向上的差異,下部的壓力更大,上部的壓力較小,與Howardites和玄武質(zhì)Eucrite指示的溫度差異相對(duì)應(yīng)。5ca元素富集和非平衡型輝石地球化學(xué)特征(1)樣品中輝石顆粒的Fe-Mn數(shù)據(jù)指示樣品來源于灶神星,并普遍經(jīng)歷了熱變質(zhì)作用以及角礫巖化作