火星隕石NWA8716的巖礦學(xué)特征及粗粒橄欖石斑晶的來源?

吳蘊(yùn)華 鄧志培 梅 苞 徐偉彪

(1 中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)比較行星學(xué)卓越創(chuàng)新中心 南京 210034)

(2 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

(3 澳門科技大學(xué)月球與行星科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 澳門 999078)

1 引言

火星隕石是目前人類可以直接分析火星地質(zhì)活動(dòng)和演化歷史的重要研究對(duì)象.火星隕石大致可以分為4類,分別為: 輝玻無球粒隕石(Shergottite)、透輝橄無球粒隕石(Nakhlite)、純橄無球粒隕石(Chassignite)、斜方輝巖質(zhì)無球粒隕石(Orthopyroxenite,目前僅有一塊ALH 84001).此外還有一些較為特殊的樣品,例如攜帶火星表壤碎屑的角礫巖NWA 7034及其配對(duì)隕石[1].輝玻無球粒隕石在火星隕石中的數(shù)量最多,在巖相結(jié)構(gòu)、礦物組成、地球化學(xué)及氧逸度特征上都體現(xiàn)了較為明顯的多樣性,可以進(jìn)一步劃分為玄武質(zhì)輝玻無球粒隕石(Basaltic Shergottite)、二輝橄欖質(zhì)輝玻無球粒隕石(Lherzolitic Shergottite)、以及含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石(Olivine-phyric Shergottite)[2–4].這些差異可能是受到氧化的火殼物質(zhì)不同程度的混染導(dǎo)致[5]; 或者是繼承于不均一的火幔源區(qū)[6–7].除少量樣品外,大多數(shù)玄武質(zhì)輝玻無球粒隕石輕稀土元素(LREE)相對(duì)富集,含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石的LREE相對(duì)虧損,而二輝橄欖質(zhì)輝玻無球粒隕石常介于二者之間[4,8].最初的研究認(rèn)為,含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石與其他類型的輝玻無球粒隕石相比,全巖的成分更為富鎂,并且含有核部非常富鎂的橄欖石,通常形成于氧逸度較低的環(huán)境中,可能直接來源于原始火幔的部分熔融,例如樣品Yamato 980459的成分可以反映原始火星幔的物質(zhì)組成[9–10].但是也有一些樣品中粗粒的橄欖石斑晶是來源于其他成分熔體的捕擄晶,例如Sayh al Uhaymir(SaU)005[11],在這樣的情況下樣品整體組成就不能代表原始火星幔的成分特征.因此正確認(rèn)識(shí)橄欖石斑晶的地球化學(xué)特征對(duì)能否從樣品中獲取原始火星幔的成分特征至關(guān)重要.

NWA 8716于2014年在西北非洲沙漠地區(qū)發(fā)現(xiàn),總重約168 g,是一塊較富鎂的含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石.本文主要通過對(duì)礦物成分以及巖石結(jié)構(gòu)上的觀察,分析橄欖石斑晶來源以及結(jié)晶過程,探討該樣品是否攜帶原始火星幔的成分信息.

2 實(shí)驗(yàn)方法

本文主要開展對(duì)火星輝玻無球粒隕石NWA 8716的巖石結(jié)構(gòu)與礦物化學(xué)成分特征的研究(樣品分析面積約為1.1 cm2).利用掃描電子顯微鏡(Hitachi S3400N-II)獲取樣品的背散射(BSE)圖像,加速電壓為15 kV.利用電子探針(JEOL JXA-8230)測(cè)試了礦物的主量元素化學(xué)成分.分析橄欖石、輝石、磷酸鹽及鐵氧化物時(shí)采用的電流為20 nA; 分析長(zhǎng)石時(shí)采用的電流為10 nA、束斑為10μm.一般情況下元素特征峰測(cè)量時(shí)間為20 s,背景值測(cè)量時(shí)間為10 s,而分析K與Na的特征峰測(cè)量時(shí)間為10 s,背景值測(cè)量時(shí)間為5 s.使用的標(biāo)準(zhǔn)礦物為美國SPI(Structure Probe,Incorperated)顯微實(shí)驗(yàn)耗材供應(yīng)公司提供的天然礦物及合成化合物.最終數(shù)據(jù)經(jīng)過ZAF(Atomic number Z,Absorption,Fluorescence)校正.以上實(shí)驗(yàn)在中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)完成.

稀土元素含量的分析工作在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用LA-ICP-MS(Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)完成.激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005,ICP-MS為Agilent 7500a.激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度,二者在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)T型接頭混合.在等離子體中心氣流(Ar+He)中加入了少量氮?dú)?以提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度[12].激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號(hào)平滑裝置[13].每個(gè)數(shù)據(jù)的測(cè)試包括大約20–30 s的空白信號(hào)和50 s的樣品信號(hào).詳細(xì)的儀器操作條件同Liu等[14].以USGS(United States Geological Survey)參考玻璃(BCR-2G,BIR-1G和BHVO-2G)為校正標(biāo)準(zhǔn),對(duì)于硅酸鹽稀土元素?cái)?shù)據(jù)處理利用多外標(biāo)、無內(nèi)標(biāo)法[14],而磷酸鹽稀土元素?cái)?shù)據(jù)處理采取多外標(biāo)、內(nèi)標(biāo)法[15].每9個(gè)樣品分析點(diǎn)后插入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品SRM(Standard Reference Material)610的分析以便進(jìn)行時(shí)間漂移校正.對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal進(jìn)行[14–15].

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 巖石學(xué)特征

樣品中主要礦物為橄欖石、輝石及長(zhǎng)石.橄欖石有大小兩種級(jí)別的粒徑分布.較大的橄欖石斑晶長(zhǎng)軸約為0.5–1.8 mm,在背散射圖像中可觀察到明顯的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖1(a)).雖然橄欖石較為自形,但是部分顆粒仍呈現(xiàn)較破碎的外形,如圖1(a)中左下方的橄欖石,原生形態(tài)不完整.斑晶內(nèi)部可見細(xì)粒鉻鐵礦(0.5–5μm)和由細(xì)粒鉻鐵礦組成的5–80μm不等的粒狀或線狀鉻鐵礦集合體,在同一個(gè)粗粒斑晶內(nèi)部大致呈定向分布(圖1(b)); 較小的橄欖石斑晶約為50–400μm,常為自形?半自形,不具有明顯環(huán)帶結(jié)構(gòu),成分相對(duì)均一,如圖1(c)所示,在該類橄欖石內(nèi)部可見由少量輝石雛晶與玻璃組成的熔體包裹體.輝石的粒徑范圍較大,約為40–750μm,多為自形或半自形,在所有輝石中都可以觀察到成分環(huán)帶,并且在較大的輝石顆粒中成分環(huán)帶結(jié)構(gòu)更為明顯(圖1(d)).熔長(zhǎng)石呈它形填隙在橄欖石和輝石之間.粒徑為2–80μm的鐵硫化物與尖晶石顆粒廣泛分布在樣品中.樣品整體BSE全貌圖像見圖2,其中未見快速結(jié)晶形成的枝晶狀填隙物.主要礦物模式豐度如表1所示,副礦物白磷鈣礦約占0.4%.用于對(duì)比的Yamato 980459、Larkman Nunatak(LAR)06319和SaU 005均為含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石[10–11,16].

圖1 樣品NWA 8716背散射(BSE)圖像.(a)粗粒橄欖石斑晶展現(xiàn)明顯成分環(huán)帶;(b)粗粒橄欖石斑晶中的細(xì)粒鉻鐵礦;(c)較小的橄欖石斑晶,成分相對(duì)較均勻,含有熔體包裹體;(d)幾乎所有的輝石斑晶均呈現(xiàn)成分環(huán)帶,圖像中部較大輝石顆粒成分環(huán)帶非常明顯.Fig.1 Backscattered electron(BSE)images of NWA 8716.(a)Olivine megacrysts exhibiting distinct chemical zoning;(b)Fine-grained chromite within olivine megacrysts;(c)A relatively small and homogeneous olivine phenocryst with a melt inclusion;(d)Almost all pyroxene phenocrysts have chemical zoning,and the large grain in the center exhibits a strong zonation.

圖2 樣品NWA 8716的BSE全貌圖像Fig.2 The overview BSE image of NWA 8716

表1 NWA 8716的礦物模式豐度(vol%)以及與其他火星輝玻無球粒隕石的對(duì)比Table 1 Mineral modal abundance(vol%)of NWA 8716 and comparison with other Martian shergottites

3.2 礦物化學(xué)特征

橄欖石成分變化范圍較大Fo82.7?52.2(Fo為Mg/[Mg+Fe]摩爾比×100),粗粒橄欖石斑晶相對(duì)富鎂(晶核部最富鎂),較小斑晶相對(duì)富鐵.粗粒橄欖石斑晶成分環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯,圖3展示一個(gè)典型粗粒橄欖石斑晶成分橫剖面,圖3(a)核部(Fo79.8?82.7)明顯比邊部(最邊部為Fo67.5)更為富鎂,并且核部成分相對(duì)較為均勻.圖3(b)所示MnO含量也存在成分環(huán)帶,核部的MnO含量相對(duì)較低,邊部MnO含量增加,與MgO含量有較好的相關(guān)性.通常情況下粗粒斑晶的核部成分為Fo79.3?82.7,邊部成分則延續(xù)至Fo64.8.CaO含量不呈現(xiàn)明顯變化(平均值約為0.21 wt%).較小的橄欖石斑晶成分相對(duì)更為均一,且與粗粒橄欖石斑晶相比FeO含量更高(Fo52.2?61.2),MnO含量也較高,較小斑晶和粗粒斑晶MnO含量分別為0.58–0.73 wt%和0.31–0.61 wt%,而CaO含量未呈現(xiàn)明顯差異.粗粒橄欖石斑晶與較小橄欖石斑晶的Fe/Mn比值分別為57.8±2.4與51.1±4.0.

圖3 一個(gè)粗粒橄欖石斑晶的成分剖面圖.(a)Fo值剖面圖;(b)MnO含量剖面圖.Fig.3 Compositional profiles of an olivine megacryst.(a)The zoning profile of Fo value;(b)The zoning profile of MnO content.

輝石以易變輝石為主(Fs17.7?35.3Wo6.7?16.3)(Fs為Fe/[Mg+Fe+Ca]摩爾比×100,Wo為Ca/[Mg+Fe+Ca]摩爾比×100),另有少量斜方輝石(Fs17.8?25.5Wo1.4?5.0),在少數(shù)輝石斑晶最邊部可以觀察到普通輝石(Fs19.1?21.9Wo31.6?33.4)(圖4).輝石斑晶的Fe/Mn比值為32.4±3.6.幾乎所有的輝石都具有成分環(huán)帶結(jié)構(gòu),部分輝石的環(huán)帶較規(guī)則,核部為低鈣且較富鎂的古銅輝石,邊部CaO與FeO含量增加,為相對(duì)較富鐵的易變輝石,如圖1(d)中展示的較大輝石顆粒.

圖4 NWA 8716輝石與尖晶石成分示意圖.(a)輝石端元成分示意圖,含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石LAR 06319(圖上標(biāo)記為L(zhǎng)AR)[18]以及NWA 5789[19]中輝石成分也標(biāo)示在圖上以作對(duì)比;(b)尖晶石端元成分示意圖,成分變化范圍較大.Fig.4 The composition of pyroxene and spinel in NWA 8716.(a)Pyroxene quadrilateral of NWA 8716.The composition of olivine-phyric shergottite LAR 06319(noted as LAR)[18] and NWA 5789[19] pyroxene are also shown for comparison;(b)Ternary plot of spinel with a relatively wide compositional variation.

NWA 8716中的長(zhǎng)石幾乎全部轉(zhuǎn)變成為熔長(zhǎng)石,呈它形填隙于主要礦物之間,成分均一,主要為拉長(zhǎng)石(An53.4?66.8Ab32.9?46.0)(An為Ca/[K+Na+Ca]摩爾比×100,Ab為Na/[K+Na+Ca]摩爾比×100),K2O含量較低(少于0.1 wt%),Or值小于1(0.3–0.8)(Or為K/[K+Na+Ca]摩爾比×100).

尖晶石族礦物主要為鉻鐵礦和富鈦尖晶石,成分變化較大,被包裹于橄欖石內(nèi)部的微米級(jí)尖晶石顆粒通?？拷汇t端元,而稍粗粒的尖晶石顆粒成分逐漸富鈦(圖4(b)).白磷鈣礦的成分則相對(duì)均一,FeO(1.2–1.9 wt%)、Na2O(1.0–1.8 wt%)、MgO(3.0–3.8 wt%).NWA 8716中主要礦物成分特征如表2所示.

表2 NWA 8716主要礦物成分特征(wt%)Table 2 Representative mineral chemistry(wt%)of NWA 8716

3.3 稀土元素含量特征

橄欖石整體的稀土元素(REE)含量很低( 2×CI,CI為CI型球粒隕石的REE含量),呈現(xiàn)明顯輕稀土(LREE)虧損的特征(La均值為0.01×CI),重稀土元素(HREE)由Dy至Lu逐步富集(Lu均值為1.1×CI).粗粒橄欖石斑晶與較小橄欖石斑晶相比HREE含量更低,二者平均Lu含量分別約為0.3×CI和1.7×CI.含量最低的部位為粗粒橄欖石斑晶的富鎂核部.輝石LREE虧損特征明顯,含量由La(均值0.1×CI)至Gd(均值1.9×CI)逐漸升高,HREE含量由Tb(均值2.2×CI)至Lu(均值3.2×CI)則呈現(xiàn)較為平坦的配分模式.熔長(zhǎng)石Eu正異常特征明顯(均值11.8×CI),除此之外其余稀土元素含量均非常低,普遍低于0.2×CI.白磷鈣礦極度富集稀土元素,La含量為70×CI、Lu含量為396×CI,LREE相對(duì)虧損,含量由La至Sm逐漸增高,HREE相對(duì)較為平坦,但由Gd至Lu含量輕微下降.在此基礎(chǔ)之上Eu呈現(xiàn)較為明顯的負(fù)異常,Eu/Eu*(Eu*=0.5×[Sm+Gd]CI,CI下標(biāo)表示該值經(jīng)過CI球粒隕石含量標(biāo)準(zhǔn)化)值約為0.57.主要礦物的REE含量以及利用模式豐度(表1)和礦物平均含量(表3)計(jì)算出的全巖REE含量如圖5所示.計(jì)算得到NWA 8716全巖(La/Yb)CI值為0.1,符合一般LREE虧損的輝玻無球粒隕石特征[4],與含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石樣品Yamato 980459特征相似[10].較小橄欖石斑晶中熔體包裹體的稀土配分模式與計(jì)算的全巖配分模式大致平行,但含量(La=1.1×CI)總體略高于全巖含量(La=0.3×CI),(La/Yb)CI比值為0.06(圖5(b)).

圖5 NWA 8716中主要礦物與全巖經(jīng)CI球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素含量.(a)輝石與橄欖石的REE含量范圍及輝石、橄欖石與熔長(zhǎng)石的平均REE含量;(b)白磷鈣礦、橄欖石斑晶內(nèi)熔體包裹體以及計(jì)算得出的全巖REE含量,含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石Yamato 980459[10]的成分也標(biāo)示在圖上用于對(duì)比.Fig.5 CI-normalized REE concentration of major minerals and bulk rock of NWA 8716.(a)The REE concentration ranges of pyroxene and olivine,and the average REE concentration of pyroxene,olivine,and maskelynite;(b)REE concentration of merrillite,melt inclusion within olivine phenocryst,and the calculated bulk rock.Olivine-phyric shergottite Yamato 980459[10] is also shown on the plot for comparison.

3.4 粒徑統(tǒng)計(jì)分析

由于在不同的生長(zhǎng)速率下形成的晶體顆粒大小與數(shù)量特征會(huì)有區(qū)別,Marsh[20]提出了利用對(duì)礦物結(jié)晶顆粒的尺寸分布的統(tǒng)計(jì)(Crystal Size Distribution,CSD)來獲取巖漿的動(dòng)力學(xué)或熱力學(xué)環(huán)境信息.這種統(tǒng)計(jì)分析在巖漿巖、火山巖以及變質(zhì)巖的研究上均有應(yīng)用[20–21].并且這種方法也成功用于對(duì)部分火星輝玻無球粒隕石結(jié)晶過程的研究[11,16,22].

16ulk 879 WA ted b la 0.07 ofN sionb C alcu lk bu)9量(p pm ulated 0.25含ca lc元素nd 8土1σ 2.11稀巖50得全errillite a MerrilliteMeltinclu.7所a.v.16算計(jì)ates,m及1σ12以.0礦磷m)o f silic鈣roxene Py a.v.4 0白0.01、物s (pp 09礦鹽tion ite elyn 1σ.0酸硅ntra sk 6 0 8716ce Ma a.v.0.01 WAon 3 3 Nntc me cryst heno 1σ 0.00表le rth E 1 Ea livinep a.v.0.00 re Ra stO a 2 ble 3egacry 1σ0.00 Ta e m in Oliv a.v.a1 0.00 La 8 0.22 3 0.76 9 4.80 83.7 47 28.0 6 0 0.04 10.0 7 0 0.04 3 0.00 3 0.00 0 0.00 0.000 Ce 8 0.04 9 0.18 2 1.05 9.477 09.0 4 0 0.01 03.0 3 0 0.00 2 0.00 1 0.00 1 0.00 2 0.00 Pr 6 0.35 2 1.54 7 8.36 49.1 73 44.0 9 0 0.07 63.0 3 0 0.07 1 0.04 8 0.01 2 0.01 6 0.00 Nd 6 0.30 9 1.04 9 5.59 57.4 59 54.0 7 0 0.10 17.0 0 0 0.01 0 0.00 0 0.00 0 0.00 0 0.00 Sm 6 0.21 0 0.71 7 1.13 21.8 16 17.0 9 0 0.03 02.1 4 0 0.68 7 0.00 4 0.00 8 0.00 5 0.00 Eu 4 0.77 5 3.21 3.288 0 1 9.78 12 80.1 9 0 0.38 43.0 6 0 0.04 5 0.02 2 0.02 6 0.02 0 0.02 Gd 2 0.15 7 0.52 4 2.09 28.5 24 39.0 4 0 0.08 02.0 5 0 0.00 3 0.00 3 0.00 2 0.00 2 0.00 Tb 9 1.01 1 4.87 4.035 6 1 3.33 16 09.2 1 0 0.57 24.0 6 0 0.02 7 0.01 7 0.02 0 0.04 0.028 Dy 3 0.23 9 1.00 6 2.62 66.2 34 56.0 1 0 0.15 02.0 6 0 0.00 7 0.00 2 0.01 6 0.00 4 0.00 Ho 8 0.64 3 2.99 6 5.61 68.0 89 54.1 5 0 0.45 16.0 4 0 0.01 3 0.01 1 0.05 6 0.01 7 0.02 Er 1 0.09 3 0.42 1 0.88 98.5 11 29.0 9 0 0.06 02.0 1 0 0.00 6 0.00 5 0.01 3 0.00 4 0.00 Tm 0 0.57 2 3.02 8 5.76 37.0 73 07.2 2 0 0.43 00.0 0 0 0.00 8 0.04 2 0.13 6 0.02 0 0.03 Yb 3 0.09 6 0.40 8 0.57 52.0 10 40.0 0 0 0.08 04.0 4 0 0.00 3 0.01 2 0.04 7 0.00 8 0.00 Lu tion ia ev ard d nd tssta cryst represen heno 1σ nd ge,a ithin olivinep tsw presen b Meltinclu resents avera sion a a.v.rep

對(duì)于非等軸晶系的晶體來說,對(duì)顆粒長(zhǎng)軸的統(tǒng)計(jì)會(huì)由于晶體取向的差異而發(fā)生較大的變化,因此對(duì)寬度的統(tǒng)計(jì)更具有代表性.利用背散射圖像對(duì)NWA 8716中所有橄欖石顆粒的大小進(jìn)行統(tǒng)計(jì),可以看出顆粒寬度分布特征如圖6(a)所示,有87%的顆粒粒徑集中于0–400μm區(qū)間,其中顆粒數(shù)量最多的區(qū)間為0–50μm,約占30%,其余顆粒的寬度為500μm–1.2 mm不等,數(shù)量分布并不連續(xù).通過計(jì)算dNV/dL(NV為單位體積內(nèi)顆粒數(shù)量,L為顆粒大小)可以獲得顆粒數(shù)量密度n,從數(shù)量密度和粒徑大小的相關(guān)性可以得出CSD分布特征,見圖6(b)所示,計(jì)算過程參考文獻(xiàn)[23].在0–400μm區(qū)間顆粒數(shù)量密度與顆粒寬度大致呈負(fù)相關(guān),而在顆粒寬度稍大的區(qū)間顆粒數(shù)量密度斷續(xù)分布并大致呈水平趨勢(shì).

圖6 NWA 8716中橄欖石粒徑(寬度)特征.(a)橄欖石數(shù)量與粒徑分布直方圖;(b)橄欖石粒徑分布特征(CSD)圖.Fig.6 Characteristics of olivine grain size(width)in NWA 8716.(a)Histograms of number of olivine versus grain size;(b)Crystal size distribution(CSD)diagram of olivine.

4 討論

4.1 橄欖石斑晶來源

從粒徑分布分析結(jié)果可以看出,橄欖石粒徑分布并不是單一的線性關(guān)系.在粒徑較小的范圍內(nèi)(<400μm),粒徑分布特征較為符合線性關(guān)系,說明橄欖石曾在相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境下連續(xù)結(jié)晶生長(zhǎng); 在粒徑較大的范圍內(nèi)顆粒數(shù)量密度有所上升.這種偏離單一線性分布的特征表明樣品在結(jié)晶過程中發(fā)生了結(jié)晶環(huán)境的變化,反映粒徑較大的橄欖石斑晶應(yīng)當(dāng)具有堆晶成因[22].這部分堆晶可能形成于樣品結(jié)晶的原始母巖漿中[10,16]; 也可能來源于成分不同的其他巖漿,或者由于混入帶有斑晶的外部熔體導(dǎo)致[11].NWA 8716粒徑分布特征與SaU 005較為相似[11],但在粒徑最小的區(qū)域并沒有如SaU 005中呈現(xiàn)的顆粒數(shù)量明顯降低的現(xiàn)象,說明NWA 8716在此期間的結(jié)晶環(huán)境相對(duì)更為穩(wěn)定.

從成分特征來看,樣品中的粗粒橄欖石斑晶核部成分相對(duì)較為均一(圖3),與LAR 06319中粗粒橄欖石斑晶成分特征相似,從幔部開始鐵含量增加,說明粗粒橄欖石斑晶內(nèi)部可能經(jīng)歷過一定程度的再次平衡過程[24].并且粗粒橄欖石斑晶成分與較小橄欖石斑晶成分具有差異,Fo值并不連續(xù),可能表明形成粗粒橄欖石斑晶的母巖漿成分與其余相的母巖漿成分具有一定差異.此外,在討論樣品結(jié)晶過程時(shí),常用的方法是利用元素分配系數(shù)計(jì)算出與礦物平衡的原始熔體成分,如果熔體成分與全巖成分一致,則說明結(jié)晶過程中沒有明顯外部物質(zhì)加入.NWA 8716中最為富鎂的粗粒橄欖石斑晶核部成分約為Fo82.7,基于橄欖石結(jié)晶過程鐵-鎂分配特征,分配系數(shù)取Kd=0.35[25],計(jì)算獲得與之平衡的原始熔體中Mg#值為62.6,與全巖Mg#值(約70)不一致,但與SaU 005等樣品相比,成分偏差不大(圖7(a)).所以粗粒橄欖石斑晶來源的熔體可能與NWA 8716母巖漿成分相近.

圖7 原始熔體成分特征.(a)粗粒橄欖石斑晶核部Fo值與全巖Mg#值相關(guān)性,參考曲線及其他含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石樣品成分?jǐn)?shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[25].在分配系數(shù)Kd=0.35曲線上的樣品能夠代表原始熔體成分(Yamato 980459、NWA 5789、NWA 2990),NWA 8716偏離該曲線;(b)計(jì)算所得與富鎂的粗粒橄欖石斑晶、較小橄欖石斑晶和輝石核部平衡的原始熔體REE成分與全巖成分對(duì)比.Fig.7 Chemical signatures of primary melt.(a)The correlation of Fo content of olivine core and bulk Mg#.The reference curves and composition of other olivine-phyric shergottites are adopted from Ref.[25].Samples plotted on the curve of Kd=0.35 may represent primary melt compositions(Yamato 980459,NWA 5789,and NWA 2990),but NWA 8716 is deviated from this curve;(b)Calculated composition of parent melt in equilibrium with Mg-rich cores of olivine megacryst and phenocryst,and pyroxene compared to bulk rock composition.

計(jì)算得到的與粗粒橄欖石斑晶、較小橄欖石斑晶以及富鎂輝石斑晶平衡的原始熔體成分如圖7(b)所示,其中橄欖石REE分配系數(shù)取自Dunn和Sen[26],低鈣輝石分配系數(shù)為L(zhǎng)undberg等[27]根據(jù)McKay等[28]中的參數(shù)與計(jì)算方法經(jīng)過輝石Wo值修正后得到.計(jì)算得到的原始熔體REE含量均與全巖成分特征存在差異,進(jìn)一步證明NWA 8716并不形成于一個(gè)封閉系統(tǒng).部分粗粒橄欖石斑晶較為破碎的外形可能正是由于捕擄過程導(dǎo)致.

4.2 與其他輝玻無球粒隕石對(duì)比

橄欖石、長(zhǎng)石、輝石成分與其他部分輝玻無球粒隕石的成分對(duì)比如圖8及圖4(a)所示.橄欖石成分與LAR 06319和EETA 79001A較為相似,且靠近Yamato 980459中的富鎂端元.但NWA 8716粗粒橄欖石斑晶與較小斑晶間成分不連續(xù),而在LAR 06319樣品中,粗粒橄欖石斑晶與較小斑晶成分有重疊區(qū)域(圖8(a)).NWA 8716中不存在如Yamato 980459以及NWA 5789中出現(xiàn)的填隙狀輝石[19].與LAR 06319[18]和Yamato 980459[9]成分相比,NWA 8716中輝石CaO與MgO含量較低,接近LAR 06319中輝石核部成分以及Yamato 980459中輝石核部與幔部成分.輝石整體成分富鎂,與DaG 476相近[29].橄欖石與輝石均較缺失富鐵端元.NWA 8716中的熔長(zhǎng)石比LAR 06319與NWA 1068中的更富鈣,與SaU 005相近,靠近含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石中較為富CaO的端元,但成分變化范圍更小(圖8(b)).Or端元成分低于LAR 06319(Or～1?4),但與DaG 476(Or0.3?0.9)相似[16,29].從全巖成分上看,NWA 8716較為富鎂,且REE含量較低,與DaG 476以及SaU 005相似[11,29].雖然NWA 8716的成分不能完全代表其來源的母巖漿成分,但是從成分特征上看,NWA 8716來源于虧損型源區(qū),且演化程度較低.

圖8 NWA 8716成分與其他輝玻無球粒隕石對(duì)比.(a)橄欖石Fo值;(b)熔長(zhǎng)石An值.其他輝玻無球粒隕石的成分來源于文獻(xiàn)[8–9,11,16–17,30–38].Fig.8 The composition of NWA 8716 compared to other shergottites.(a)The Fo content of olivine;(b)The An content of maskelynite.Compositions of other shergottites are from Refs.[8–9,11,16–17,30–38].

5 結(jié)論

本文通過分析含粗粒橄欖石斑晶輝玻無球粒隕石NWA 8716的巖石結(jié)構(gòu)及礦物成分特征,得到如下結(jié)論:

(1)從橄欖石斑晶的粒徑大小及分布特征來看,NWA 8716應(yīng)當(dāng)經(jīng)歷了兩個(gè)結(jié)晶階段,首先捕獲粒徑較大的橄欖石堆晶,然后在相對(duì)較穩(wěn)定的環(huán)境下結(jié)晶出較小橄欖石斑晶.

(2)全巖稀土元素含量較低,且全巖([La/Yb]CI值為0.1)以及較小橄欖石斑晶內(nèi)熔體包裹體([La/Yb]CI值為0.06)均呈現(xiàn)明顯LREE虧損的特征.

(3)從粗粒橄欖石斑晶核部的成分與全巖的鐵-鎂以及稀土元素含量特征關(guān)系來看,這種斑晶應(yīng)當(dāng)結(jié)晶于外部熔體,該熔體與NWA 8716母巖漿成分相似.

(4)NWA 8716的成分并不能完全代表原始熔體成分,但粗粒橄欖石斑晶與寄主巖石成因緊密,仍能反映該樣品來源于相對(duì)富鎂、演化程度較低的虧損型源區(qū).