单质金属铁的陨石冲击成因研究

论文摘要

铁元素是太阳系中的重要变价元素,铁的价态可以指示系统的氧化还原条件,其赋存状态则可以有效反演母体的地质演化过程。单质金属铁作为太空风化的重要产物,对认识太阳系内天体（特别是无大气行星体）表面太空风化作用的历史及特征具有重要意义。目前,已经在Apollo月壤颗粒、部分Apollo月岩、月球陨石和火星陨石中发现有单质金属铁的存在,并认为这些单质金属铁的形成与陨石冲击等因素引起的极端还原环境有关。本论文在已有研究工作的基础上,主要针对代表小行星的普通球粒陨石以及HED族无球粒陨石中的单质金属铁开展研究工作。依托扫描电子显微镜（SEM）、聚焦离子束（FIB）、电子探针（EPMA）、激光拉曼以及透射电子显微镜（TEM）分析手段,对普通球粒陨石（GRV 022115）、HED陨石（NWA 11592）等样品进行分析,从而确定各类陨石中单质金属铁的赋存状态以及元素迁移过程,并最终获得与单质金属铁成因机制相关的以下认识:（1）GRV 022115普通球粒陨石的冲击程度较高,冲击熔脉基质中含有镁铁榴石、镁方铁矿和林伍德石的高压矿物组合,指示熔脉的平衡温压条件为>1800℃和20-23GPa。在熔脉中的一个较大母岩碎块边缘的辉石玻璃中观察到有大量单质金属铁颗粒（50nm）的出现,与其伴生的还有高压斜顽辉石、二氧化硅以及气孔构造,这些特征都指示其可能来源于辉石的分解作用。通过对单质金属铁产出环境的元素定量分析,确定单质金属铁的铁元素来源为母岩辉石,结合其他矿物相,得出GRV 022115中单质金属铁的形成反应为:（Mg,Fe）SiO3→Mg2+（in HP-CEn）+Fe+SiO2+1/2O2↑通过对其成因条件的分析,得出高温和快速冷却是单质金属铁形成的必要条件。（2）HED族陨石是来自于灶神星的陨石类型,矿物组成以辉石和长石为主。通过对五块HED族陨石样品中辉石颗粒的Fe/Mn值的测定,确定其均是来源于灶神星,根据各样品中出溶辉石颗粒的成分数据结果,得出灶神星演化早期普遍发育的热变质作用温度范围为700℃-1000℃。（3）NWA 11592为一块玄武质Eucrite（钙长辉长无球粒陨石）陨石,该样品中发育有细熔脉以及一个较宽的熔池（200μm）,熔池中部分区域表现出明显的淬火特征,在该熔池中观察到单质金属铁颗粒（200nm）的产出以及针状斜长石物质中包含大量纳米尺度铁铝尖晶石晶体的现象。根据各相的元素特征,推断反应过程可能为:低Ca辉石+斜长石→单质金属铁+铁铝尖晶石+特殊相。样品中铁铝尖晶石的结晶,指示整个反应的温度范围为1310℃-1750℃。该样品中较大的单质金属铁粒径反映出淬火时长对单质金属铁的生长具有重要影响。（4）普通球粒陨石对应S型小行星母体,HED族陨石对应V型小行星母体。灶神星由于其经历了分异作用以及强烈的热变质过程,使得其与S型小行星相比,在同等的陨石或微陨石的撞击条件下,有更低的可能产出单质金属铁,从而影响行星体的遥感光谱观测特征,这与实际的观测结果相符。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题依据及研究意义
•     1.1.1 选题依据
•     1.1.2 选题意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 主要研究思路及内容
•     1.3.1 研究思路
•     1.3.2 主要研究内容
•   1.4 特色及创新点
• 第二章 太空风化与陨石的冲击变质
•   2.1 太空风化
•     2.1.1 单质金属铁
•   2.2 陨石的冲击变质
•   2.3 冲击陨石对单质金属铁形成条件的约束
• 第三章 样品和分析方法
•   3.1 样品收集和制备
•     3.1.1 样品前处理
•   3.2 岩相学观察
•     3.2.1 扫描电子显微镜
•     3.2.2 激光拉曼分析
•     3.2.3 单矿物电子探针元素含量分析
•     3.2.4 透射电子显微镜
• 第四章 实验结果与分析
•   4.1 GRV022115普通球粒陨石样品分析
•     4.1.1 总体岩相学特征
•     4.1.2 高压矿物组合
•     4.1.3 单质金属铁的赋存特征
•     4.1.4 单质金属铁的物质来源及成因分析
•   4.2 HED族陨石样品分析
•     4.2.1 总体岩相学特征
•     4.2.2 矿物化学特征
•     4.2.3 单质金属铁的赋存特征
•     4.2.4 单质金属铁的物质来源及成因分析
• 第五章 讨论
•   5.1 S型小行星光谱特征
•   5.2 灶神星光谱特征
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的科研成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭壮

导师: 刘燊

关键词: 单质金属铁,陨石冲击作用,高温高压矿物,灶神星

来源: 西北大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 天文学

单位: 西北大学

分类号: P185.83

总页数: 75

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