掃描電鏡下地質(zhì)礦物的物相分析

孫 浩

（西北大學(xué)，陜西 西安 710069）

碳質(zhì)球粒地質(zhì)礦物小于降落球粒礦物的5%，屬于稀少的礦物類型，但對其研究中占有相當(dāng)重要的地位。一般說來，碳質(zhì)球粒礦物屬于高度非平衡類型，是太陽系中最原始的物質(zhì)，未受礦物主體作用過程的影響，記錄了形成部位的星云條件、物理過程及形成事件的相對時標(biāo)等[1]。A科學(xué)家對Allende中的各種組分球粒、基質(zhì)、富鈣鋁包體（CAIs）和蠕蟲狀橄欖石集合體（球粒s）等均進(jìn)行了廣泛的研究。Allende中富鈣鋁難熔包體（CAIs）的發(fā)現(xiàn)已成為高溫凝聚順序的范例[2]，但它們在太陽星云和礦石母體內(nèi)經(jīng)歷了復(fù)雜的熱歷史和化學(xué)歷史。

橄欖石是球粒礦石中含量最高的礦物，它們可能是星云直接冷凝的產(chǎn)物，保存了早期星云環(huán)境的信息，富橄欖石的集合體是我們研究早期太陽星云形成和演化最好的樣品[3]。CO與CM及CV類型碳質(zhì)球粒礦石中包含的球粒都有共同的特征，其大部分球粒直徑多在0.1mm～0.3mm左右。

有人認(rèn)為CO與CV型一些化學(xué)特征上也有著某相似之處，但兩者在一些巖相結(jié)構(gòu)與礦物組分上也存在著明顯的差異性，CO碳質(zhì)球粒礦石物相中的球粒排列比較緊密，但CV中的球粒排列相對的比較稀疏CO和CV型從礦物成因與化學(xué)性質(zhì)上進(jìn)行分析，它們的母體可能都是形成于太陽系早期的同一區(qū)域，但各自的形成條件卻不相同，但它們之間又存在著一些族群與血緣關(guān)系。CO碳質(zhì)球粒礦石中的球粒及CAIs常含有一些次生蝕變礦物，類似于CV碳質(zhì)球粒礦石中含的蝕變礦物（如：方鈉石、石霞石、含鐵橄欖石，鈣鐵輝石、鈣鐵榴石及鈦鐵礦等）。

研究表明，從CM→Cv→CO水化作用由強至弱，礦石中Fe0/（Fe0+Mg0）比值依次減少，其形成時的氧逸度由高至低，其形成區(qū)在太陽星云中的位置距離太陽由遠(yuǎn)及近，星云的壓力和溫度由低至高。含水層狀硅酸鹽的形成利于富集重氧同位素。從CO-CV-CM，含水層狀硅酸鹽礦物的數(shù)量增加[4]。

1 地質(zhì)礦物樣品分析方法

本次研究的樣品取自Allende礦石，在制樣時通過切割機將樣品切成一個薄片，通過環(huán)氧樹脂將切好的樣品固定于玻璃片之上，待樹脂膠完全冷卻固結(jié)后，用不同粒徑的剛玉研磨粉從粗到細(xì)依次對樣品分析面進(jìn)行打磨處理，然后利用金剛石拋光劑（0.5μm～1μm）進(jìn)行拋光處理，直至樣品表面平整光亮，符合后續(xù)實驗要求。制好的樣品放入盛有無水乙醇的燒杯中進(jìn)行超聲波清洗，以清除樣品表面的拋光劑殘留，并隨后放入干燥箱保存。

由于礦石大多都屬于不導(dǎo)電樣品，在進(jìn)行掃描電子顯微鏡和電子探針分析之前，通過Cressington 108Auto+108C全自動鍍碳儀對樣品進(jìn)行導(dǎo)電處理，防止樣品表面由于電荷積累而影響成像效果，鍍碳膜約5nm。前處理后的礦物樣品放置于SEM/FIB雙束掃描電鏡中進(jìn)行 觀 察 分 析（SEM,Scanning Electron Microscope；FIB,Focus Ion Beam），分析時采用加速電壓為15kV，電子槍束流為0.8nA～3.2nA，工作距離7mm。掃描電鏡配置有能譜探頭（EDS，Energy Dispersive Spectrometer），在觀察樣品時，在背散射探頭（BSE，Back Scatter Detector）下對樣品中的礦物相進(jìn)行初步分析與判斷，襯度差異較小的礦物，通過能譜進(jìn)行半定量成分分析，加以輔助確定礦物相。

2 實驗結(jié)果

2.1 總體物相學(xué)特征

本次研究的CV碳質(zhì)球粒礦石，薄片的粒徑為16mm～18mm（圖1），球粒的平均豐度高45vol%，球粒平均半徑為1mm，主要為橄欖石顆粒集合體和單斜輝石構(gòu)成球粒，球粒中通常也夾雜著一些棕色的非晶態(tài)物質(zhì)。球粒主要為3種球粒，POP斑狀橄欖石輝石球粒（69%）PP斑狀輝石球粒（18%）PO斑狀橄欖石球粒（8%），有些球粒邊緣破碎，有蝕變現(xiàn)象。

在薄片中共出現(xiàn)富鈣鋁包體很少?；|(zhì)豐度為40vol%，基質(zhì)顏色比較黑暗，基質(zhì)中夾雜的橄欖石和輝石是高溫熔變組合物，極少量的鐵鎳金屬與硫化物多呈斑點顆粒狀存在。

Allende碳質(zhì)球粒礦石基質(zhì)主要礦物為：不定形硅酸鹽物質(zhì)，橄欖石，低鈣輝石，普通輝石，磁鐵礦，磁黃鐵礦，鐵尖晶石，鐵鎳礦，鈉長石，三氧化鐵。

富鈣鋁包體（CAI），包含尖晶石、黃長石、鈉長石、黑鋁鈣石等礦物，基質(zhì)主要為橄欖石顆粒，輝石及斜長石，金屬和硫化物約占該球粒礦石的5%，其中一些在球粒內(nèi)部，一些分布在基質(zhì)。

圖1 地質(zhì)礦物BSE圖像

2.2 Allende礦石中的一個大球粒

在掃描電鏡下我們觀察到樣品中有一個粒徑為3mm的球粒，根據(jù)能譜數(shù)據(jù)顯示此球粒為POP斑狀橄欖石輝石球粒（圖2）。

分析出此球粒主要礦物為鐵橄欖石質(zhì)橄欖石，Ca-Fe輝石。并且球粒中含有Na，可能為球粒經(jīng)受后期改造被蝕變產(chǎn)生霞石。

圖2 球粒掃描電鏡下地質(zhì)礦物的拼圖

3 討論

地質(zhì)礦物樣品經(jīng)歷過不同程度的水化蝕變，球粒中的鐵橄欖石、霞石和層狀硅酸鹽等均是常見的水化蝕變產(chǎn)物。對于蝕變反應(yīng)發(fā)生在星云還是母體中，一直存在爭議。最近的研究，如Daive等（2004）根據(jù)GRV 020025（CM2）中球粒、基質(zhì)、CAI都普遍含有層狀硅酸鹽，認(rèn)為其蝕變反應(yīng)可能發(fā)生在母體中，但根據(jù)其礦物化學(xué)特征的研究，認(rèn)為此次研究球粒的蝕變可能發(fā)生在星云中。此次研究的球粒與以前同樣屬于Allende中的球粒對比研究后發(fā)現(xiàn)，此次研究的球粒具有獨特的巖石學(xué)和礦物化學(xué)特征（大量霞石、鐵橄欖石的出現(xiàn)和較均一的化學(xué)組成等）。如果蝕變反應(yīng)發(fā)生在母體中，由于球粒具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)和相似的外部條件，那么所有的球粒都應(yīng)遭受到相似的蝕變作用，就會形成相似的蝕變產(chǎn)物和具有相似的礦物化學(xué)組成等，不會造成如此大的差異。所以，認(rèn)為這球粒的蝕變可能發(fā)生在星云中。蝕變過程包括水化蝕變和熱蝕變。球粒凝聚形成后，由于周圍星云條件的改變，星云中的水與球粒中原生的鈣長石、黃長石等作用，形成典型的水化蝕變產(chǎn)物——霞石，還造成橄欖石中Fe含量的增加。球?？赡苓€經(jīng)歷了熱蝕變作用的過程，使得球粒中的礦物化學(xué)成分具有較均一的特征。同樣，如果熱蝕變發(fā)生在母體中，不會只造成部分球粒具有較均一的礦物化學(xué)特征。而以前研究的球粒與此次研究的球粒在礦物學(xué)和礦物化學(xué)成分上的差異，可能是由于它們所處的星云環(huán)境不同，從而遭受到不同強度的蝕變作用所造成。