南极GRV 99027火星陨石的地球化学研究

【摘要】： 迄今为止,人们已回收到40,000多个陨石,其中火星陨石仅有33个。GRV 99027是由中国南极科学考察队第16次队(1999/2000年)在东南极格罗夫山蓝冰地区回收到的,是我国在南极发现的第一颗火星陨石,属于稀少的二辉橄榄岩质火星陨石(L-S型,仅有7个)。 GRV 99027具有嵌晶结构、非嵌晶结构和冲击熔融袋结构等岩相学特征。它经历了很高的冲击变质作用(S4,30～45 G Pa,冲击后温度可能 600℃),表现在:橄榄石和辉石出现波状消光,橄榄石具有平行面状裂理,斜长石熔长石化以及局部的冲击熔融袋。其风化程度低(W1)。陨石的矿物模式组成为:橄榄石(55 vol%)、辉石(37.5 vol%)以及少量熔长石(6 vol%)、铬铁矿和钛铁矿(1.5 vol%)以及微量的白磷钙石、陨硫铁等。矿物的化学成分相当均一:橄榄石(Fo69.1-76.6Fa23.4-30.9,平均Fo72.4Fa27.6),低钙易变辉石( En59.3-75.1Fs20.5-26.9Wo3.1-14.9 ,平均En68.6Fs23.5Wo8.0 ) ,高钙普通辉石(En46.6-53Fs13.1-16.1Wo31.9-37.8,平均En50.7Fs14.5Wo34.8),熔长石(An43.6-59.3Ab40.2-54.6Or0.5-1.8,平均An52.4Ab46.7Or0.8),磷酸盐化学成分均一。铬铁矿富Al、Mg、Fe,冲击熔融袋中有富Ca、Fe、Mg、Al的玄武质玻璃和强烈分带的橄榄石雏晶。橄榄石、辉石、熔长石不显化学分带现象。三辉石温度计给出的GRV 99027结晶时的平衡温度,为1000～1190℃(～1146℃)。根据矿物模式组成计算得到的GRV 99027的全岩化学成分与火星的平均成分及其他L-S陨石较为一致。GRV 99027的分异指数Fe/(Fe+Mg)(0.27)也与火星(0.25)和L-S陨石的分异指数一致(0.29～0.30)。 GRV 99027的矿物REE配分型式和LREE亏损的全岩REE配分型式与其他L-S陨石ALHA 77005、LEW 88516、Y 793605基本相同,但GRV 99027的橄榄石和辉石具有负Ce异常(δCe,0.32～0.71),显示在陨落南极后受到了一定的陆地风化作用。 L-S型陨石相同的岩相学、矿物化学及REE地球化学特征符合单一岩浆储库的渐进分离结晶模式:即橄榄石和铬铁矿发生初始结晶后,低钙辉石形成并嵌晶包裹堆积相,持续的结晶包括普通辉石的形成和随后斜长石的结晶,最后是演化晚期的矿物如白磷钙石、钛铁晶石和钛铁矿的晶出。 GRV 99027中磷酸盐矿物的H同位素为:δD +1300～+4700‰,水含量为0.04～0.43 wt%,δD与水含量之间仅有微弱的负相关性。高的δD与其他火星陨石和火星大气的高δD一致,是磷酸盐矿物和火星壳的可交换储库发生同位素交换的结果。强烈的冲击作用造成陨石的水含量显著减少。GRV 99027的全岩氧同位素为:δ18O 3.97‰±0.07‰,δ17O 2.34‰±0.07‰,△17O为0.28‰,与火星陨石特别是L-S陨石ALHA 77005、LEW 88516、Y 793605、YA 1075的全岩氧同位素一致。氧经历了同位素质量分馏,是星云冷凝和行星形成过程中太阳星云里的不完全混合的结果。 GRV 99027的矿物组合、结构构造、化学成分、H、O同位素组成、矿物和全岩的REE元素丰度和配分型式均与其他L-S陨石ALHA 77005、LEW 88516、Y 793605(甚至GRV 020090、YA 1075、NWA 1950)一致。已有资料表明,L-S陨石还具有相同的结晶年龄、溅射年龄,推测L-S陨石极可能起源于火星上的同一个地质单元,并由同一次冲击事件自火星上溅射出来。 火星陨石的Sr、Nd、Pb和Os同位素资料与REE配分型式指明了四个不同的火星储库:以Shergotty代表的火星壳储库,L-S为代表的火星幔储库(还包括EETA 79001),DaG 476代表的亏损火星幔储库,以及Nakhlite、Chassigny群为代表的火星幔储库。L-S陨石ALHA 77005、LEW 88516、Y 793605中Sr、Nd、Pb和Os同位素组成十分一致(ISr 0.71026～0.71052,(εNd(T)=+8.2～+14.9,μ5～5,γOs(0)～+4),起源于同一个LREE亏损的火星幔储库,GRV 99027就起源于这一储库,与其他L-S陨石经历了相同的岩浆作用后形成。 根据L-S陨石的主量、微量元素和放射性同位素体系特征,将GRV 99027的形成过程概括为:(1)初始太阳星云发生连续吸积而形成火星。～4.5 Ga前,火星发生初始全球分异,岩浆洋发生快速结晶并分异形成不同的源区。(2)L-S陨石的火星幔源区(也是EETA 79001的源区)发生部分熔融作用形成岩浆,～180 Ma时结晶形成陨石。(3)小行星体与火星发生了强烈的碰撞,使L-S陨石被挖掘溅射出来(～4 Ma),并经受了较长的宇宙线照射,最后被地球轨道捕获而落入南极的不同冰盖上。(4)GRV 99027陨落在南极的格罗夫山地区,经历了风化蚀变作用。