鐵隕石中隕磷鐵鎳礦的礦物學(xué)特征及微區(qū)特征研究

李健 姚瑤 鄧松良 岳蘊(yùn)輝 王玉山

摘? 要：鐵隕石中常發(fā)現(xiàn)有隕磷鐵鎳礦包體，該特征礦物鏡下特征、晶體結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)、成因等特征研究較少或尚不明確。通過(guò)電子顯微鏡、電子探針?lè)治?，?duì)鐵隕石中隕磷鐵鎳礦的礦物學(xué)特征、顯微形貌特征進(jìn)行研究，為隕石的演化形成過(guò)程等研究工作奠定基礎(chǔ)。結(jié)果表明：隕磷鐵鎳礦晶形呈四方長(zhǎng)柱狀，自形程度高，截面呈四邊形或長(zhǎng)方形，立體空間上大體呈3個(gè)方向定向平行排列，形態(tài)類(lèi)似混凝土的鋼筋架構(gòu)，表明隕磷鐵鎳礦結(jié)晶早于鐵紋石及鎳紋石。鐵隕石母體內(nèi)P元素的存在，在鐵隕石的母體元素演化過(guò)程中對(duì)微量元素分配系數(shù)的影響起主導(dǎo)作用，可能影響微量元素豐度的分配，對(duì)元素固化分析系數(shù)影響很大。

關(guān)鍵詞：隕磷鐵鎳礦;礦物學(xué)特征;微區(qū)特征

隕石由太陽(yáng)系早期物質(zhì)演化而成，記錄有宇宙射線的輻射歷史，保存了不同星體母體的物質(zhì)來(lái)源。隨著探月工程及火星探測(cè)等空間科學(xué)研究的持續(xù)深入，隕石研究備受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。陳永亨等人研究了新疆鐵隕石的礦物學(xué)特征及母體形成條件[1];侯渭等對(duì)隕石礦物種類(lèi)及礦物表進(jìn)行了總結(jié)[2];繆秉魁等人對(duì)南極隕石進(jìn)行了基礎(chǔ)分類(lèi)及研究意義探討[3];沈文杰等研究了隕石巖礦特征及化學(xué)-巖石類(lèi)型[4];賴(lài)永旺等探討了10塊新疆哈密沙漠隕石的類(lèi)型及巖石礦物學(xué)特征[5]。近年來(lái)，隕石研究主要側(cè)重于巖石礦物學(xué)、沖擊變質(zhì)特征、地球化學(xué)特征及隕石分類(lèi)、收集、富集機(jī)制等方面[6-9]，對(duì)隕石中特定礦物的礦物學(xué)特征及微區(qū)特征研究較少。本文通過(guò)電子顯微鏡下巖礦鑒定、電子探針礦物成分分析及掃描電鏡圖像觀察，對(duì)鐵隕石中隕磷鐵鎳礦的礦物學(xué)特征、顯微形貌等特征進(jìn)行研究，并探討隕磷鐵鎳礦的形成條件和成因，為隕石的內(nèi)部微區(qū)特征研究奠定基礎(chǔ)。

1? 實(shí)驗(yàn)方法

將4件鐵隕石樣品制成光片進(jìn)行觀察。鏡下巖礦鑒定采用Leica DFC420電子顯微鏡，元素分析及微區(qū)形貌分析采用新疆礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所日本JXA-8230電子探針?lè)治鰞x。加速電壓15-20 kV、束流電流：10 nA;束斑直徑：10 um。硅酸鹽采用天然礦物標(biāo)樣，金屬采用金屬或氧化物標(biāo)樣。分析數(shù)據(jù)采用ZAF（原子序數(shù)、吸收效應(yīng)及熒光效應(yīng)）法校正。

1.1? 礦物組合、巖相學(xué)特征

D01隕石主要由鐵紋石、鎳紋石及少量隕磷鐵鎳礦構(gòu)成（圖1-a），呈塊狀產(chǎn)出。樣品局部邊緣遭受震碎及次生蝕變，蝕變礦物褐鐵礦沿鐵隕石菱形格子（部分呈方格狀）交代鐵紋石或鎳紋石（圖1-b）。鎳紋石含量約18%，白色，反射率較高，均質(zhì)體，鏡下分不清顆粒間界線，與鐵紋石呈格子狀連生。鐵紋石含量約80%，灰藍(lán)色，反射率較低，均質(zhì)體，呈葉片狀與鎳紋石呈格子狀連生。隕磷鐵鎳礦量少，約占2%，他形粒狀，多具圓滑外形，粒徑0.05～0.25 mm，呈星點(diǎn)狀包裹在鐵紋石中。

LBP-1鐵隕石主要由鎳紋石和鐵紋石構(gòu)成，其中含少量隕磷鐵鎳礦及蝕變礦物褐鐵礦，呈塊狀產(chǎn)出。鎳紋石含量約35%，反射色為白色，反射率較高，均質(zhì)體，鏡下分不清顆粒間界線，作為隕石基底部分存在。經(jīng)電子探針能譜分析，鎳紋石中Fe含量80.68%，Ni含量19.32%。鐵紋石含量約62%，反射色為淺藍(lán)灰色，反射率較鐵紋石低，均質(zhì)體，多呈細(xì)長(zhǎng)條狀分布，兩端趨于尖滅狀（部分呈紡錘形）。長(zhǎng)寬比較大，多在5∶1～8∶1，呈交叉狀穿插在鎳紋石中（圖1-c），形成格子狀構(gòu)造。經(jīng)電子探針能譜分析，鐵紋石中Fe含量93.99%，Ni含量6.01%。隕磷鐵鎳礦量少，含量約2%，他形粒狀，部分呈長(zhǎng)粒狀，多具圓滑外形，粒徑約0.02～0.25 mm，呈星點(diǎn)狀與鐵紋石連生并包裹在鎳紋石中。經(jīng)電子探針能譜分析，隕磷鐵鎳礦中P含量14.90%，F(xiàn)e含量35.46%，Ni含量49.64%。在隕石邊部分布有次生褐鐵礦，由鐵紋石或鎳紋石經(jīng)氧化蝕變形成。部分鐵紋石被褐鐵礦取代，仍保留其紡錘狀外形（圖1-d）。

YS-1鐵隕石主要由鐵鎳合金礦物鐵紋石和鎳紋石構(gòu)成（圖1-e），含少量隕磷鐵鎳礦及褐鐵礦等，呈塊狀產(chǎn)出。鐵紋石含量約79%，反射色為白色微帶黃色，反射率較高，均質(zhì)體，鏡下分不清顆粒間界線，作為基底部分存在。鎳紋石含量約18%，反射色為淺粉紅色，反射率較高，均質(zhì)體，形態(tài)較特殊，呈爐條狀分布在鐵紋石中（圖1-f）。隕磷鐵鎳礦含量較少，約為3%，他形粒狀、拉長(zhǎng)狀分布，粒徑約0.60～1.80 mm，主要呈星點(diǎn)狀包體包裹在鐵紋石中，并被次生褐鐵礦沿邊緣交代。經(jīng)電子探針能譜分析，樣品中隕磷鐵鎳礦P含量15.04%，F(xiàn)e含量47.51%，Ni含量37.45%。

1.2? 礦物成分組成特征

樣品中鐵紋石、鎳紋石及特征礦物隕磷鎳鐵礦電子探針波譜分析結(jié)果見(jiàn)表1，2，3。表1中鐵紋石礦物化學(xué)成分較為穩(wěn)定。Fe元素含量91.58%～94.07%，平均93.06%。Ni元素含量4.98%～7.63%，平均6.37%。Co元素含量較少，含量0.48%～1.07%，平均0.64%?；静缓琙n，Cu，Cr，S，P元素。鎳紋石中鐵鎳元素化學(xué)成分變化非常明顯（表2）。Fe元素含量64.11%～81.71%，平均值71.61%。Ni元素含量16.83%～37.01%，平均27.91%?；瘜W(xué)組成與礦物顆粒大小有關(guān)，顆粒越小，Ni元素含量越高。Co元素含量同鐵紋石中Co元素含量較為接近，為0.12%～0.91%，平均值0.28%。Cu元素含量0%～0.34%，平均0.14%。Co元素在鐵紋石和鎳紋石中普遍以微量存在，含量均不高，而Cu，Cr元素在鐵紋石中含量極少但普遍存在，可能是鎳紋石早于鐵紋石結(jié)晶析出，與鎳元素的類(lèi)質(zhì)同象及親和力有關(guān)?；静缓琙n，Mn，S，P元素。

表3中隕磷鐵鎳礦電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明，其化學(xué)組成非常穩(wěn)定。包體顆粒的大小對(duì)Ni元素的含量影響較大，顆粒越小，Ni含量越高。Cu，Co元素在隕磷鐵鎳礦中普遍以微量存在，含量均不高。P元素作為陰離子存在，其含量變化很小。Zn，Mn，Cr，S元素含量基本為零。

鐵隕石中隕磷鐵鎳礦-隕硫鐵的各種包體特征較為獨(dú)特，且具一定晶形，內(nèi)部微區(qū)形貌分析極具特殊意義。早期對(duì)新疆鐵隕石的多元素豐度分布及化學(xué)分類(lèi)方面有過(guò)相關(guān)研究，據(jù)微量元素、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、特殊礦物組成等參數(shù)將新疆鐵隕石分為不同母體來(lái)源的化學(xué)群。群與群之間經(jīng)歷的巖漿作用與非巖漿作用形成的鐵隕石表現(xiàn)出不同化學(xué)、礦物學(xué)特征，群內(nèi)微量元素豐度變化較大，其母體形成條件及成因的深入研究，將為太陽(yáng)系行星的形成和演化提供有力的資料和證據(jù)。

1.3? 微區(qū)形貌分析

通過(guò)電子顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)鐵隕石的礦物組合特征具典型的維斯臺(tái)登構(gòu)造、合紋石構(gòu)造。內(nèi)部包含隕磷鐵鎳礦、隕硫鐵、隕硫鉻鐵礦、閃鋅礦的包體，缺少隕碳鐵包體和硅酸鹽包體。但因礦物成分及含量較為相近，鏡下結(jié)構(gòu)構(gòu)造不是特別明顯，不易分清顆粒間界線。經(jīng)顯微鏡下觀察，隕磷鐵鎳礦主要呈單個(gè)顆粒為厘米級(jí)大小的包體，含量少，他形粒狀，部分呈長(zhǎng)粒狀，多具有圓滑外形，粒徑很細(xì)，以環(huán)帶狀圍繞隕硫鐵包體;隕磷鐵鎳礦在鐵紋石中呈不規(guī)則狀、楔狀和液滴狀包體;在鐵紋石、鎳紋石邊界呈細(xì)顆粒狀、星點(diǎn)狀分布。隕硫鐵呈橢球狀包裹團(tuán)，直徑小于200 μm，產(chǎn)于隕磷鐵鎳礦包裹體附近的鐵紋石中，少量隕硫鐵與隕磷鐵鎳礦伴生。隕碳鐵鎳礦在鐵隕石中較發(fā)育，具非均質(zhì)性的隕碳鐵鎳礦呈碎晶顆粒在合紋石中產(chǎn)出，硬度和組成與均質(zhì)顆粒相同。

通過(guò)化學(xué)試劑處理及電子探針背散射圖像微區(qū)形貌分析，隕石內(nèi)部礦物晶體形態(tài)、組合、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造更直觀清晰。D07鐵隕石在電子顯微鏡下見(jiàn)有一粒自形礦物包裹在復(fù)雜混合交生的鐵紋石和鎳紋石集合體中（圖2-a），該礦物形態(tài)完整，呈菱形狀分布，粒徑較大，長(zhǎng)度達(dá)2.8 mm。而經(jīng)電子探針背散射圖像40倍觀察發(fā)現(xiàn)（圖2-b），該礦物表面具平行相間晶紋，局部放大950倍（圖2-c）后結(jié)合探針能譜分析結(jié)果顯示，為隕硫鐵和隕硫鉻鐵礦兩種礦物規(guī)則連生構(gòu)成，界限清晰，以聚片雙晶連生的方式產(chǎn)出。鐵紋石與鎳紋石鏡下分不清顆粒間界線，呈不規(guī)則復(fù)雜混合交生的集合體。

YS-1隕石經(jīng)腐蝕后礦物組合特征明顯。經(jīng)電子探針二次電子像觀察，鐵紋石呈粒狀、板狀或條帶狀，寬度約0.3～1.1 mm，邊緣較為平滑，與合紋石共生。鎳紋石呈細(xì)條狀和梳狀產(chǎn)出，與鐵紋石基底共同構(gòu)成合紋石。隕磷鐵鎳礦呈大小約0.5 mm的不規(guī)則大包體包裹在鐵紋石中（圖2-d），此外見(jiàn)有四方長(zhǎng)柱狀隕磷鐵鎳礦，晶體自形程度高，截面呈四方形或長(zhǎng)方形，柱長(zhǎng)小于8 um，晶體結(jié)晶程度、大小、長(zhǎng)度不等，微細(xì)晶體呈毛發(fā)狀，結(jié)晶程度低，長(zhǎng)柱狀晶體在立體空間上大體呈3個(gè)方向定向平行排列（圖2-e～h），結(jié)晶程度高，構(gòu)成鐵紋石內(nèi)部鋼筋構(gòu)架。由此可看出，其形態(tài)類(lèi)似混凝土鋼筋架構(gòu)，隕磷鐵鎳礦結(jié)晶時(shí)間早于鐵紋石、鎳紋石，且具不同結(jié)晶期次。

2? 結(jié)論

（1） 將鐵隕石表面腐蝕處理后發(fā)現(xiàn)隕磷鐵鎳礦的完整晶體形態(tài)結(jié)構(gòu)，其結(jié)晶形態(tài)并非光片下所見(jiàn)的圓粒狀、板狀或針狀，而是呈四方長(zhǎng)柱狀，晶體自形程度高，截面呈四方形或長(zhǎng)方形。晶體大小、長(zhǎng)度不等，在立體空間上大體呈3個(gè)方向定向平行排列，表明隕磷鐵鎳礦結(jié)晶時(shí)間上早于鐵紋石及鎳紋石，構(gòu)成鐵紋石的內(nèi)部鋼筋構(gòu)架，其形態(tài)類(lèi)似混凝土鋼筋架構(gòu)。

（2） 磷元素在鐵隕石母體元素演化過(guò)程中，對(duì)微量元素分配系數(shù)的影響起主導(dǎo)作用。高溫巖漿作用使含磷化合物在金屬熔體中的溶解度增大，使含磷化合物在金屬中的不溶性增加且聚集，導(dǎo)致含磷化合物與其他金屬充分分離。被圈閉在其他含鐵、鎳元素高的金屬中形成滴狀包體，隨著溫度的下降，隕磷鐵鎳礦廣泛析出，早期形成的顆粒發(fā)育生長(zhǎng)愈大，導(dǎo)致其在良好環(huán)境下形成四方長(zhǎng)柱狀。

（3） 鐵隕石母體中，磷元素的存在可能影響微量元素豐度的分配，對(duì)元素固化分析系數(shù)影響很大。

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