天文学论文
0、引言
自20世纪60年代以来，人们通过绕月卫星、月球车、无人和载人登月探测样等方式对月球开展了深入研究，并获得了极其丰富的月球科学数据。
Apollo和Lunar计划从月球采集了382kg样品，为研究月球物质成分提供了重要的科学依据，但月球是一个物质成分不均一的巨大天体，它由不同类型、不同形成年龄的各种岩石物质构成，因此，受采样位置的局限，Apollo和Lunar样品不能完全代表月壳的结构特征和物质组成。然而，月球陨石是来自于月表的随机样品，因此，除Apollo和Lunar样品外，月球陨石是研究月球物质成分的岩石样品的重要补充。从国际陨石数据库了解到，到目前为止，已经有165块月球陨石获得国际陨石命名。根据对月球岩石样本和陨石的成分和成因研究，月球陨石分为三个大类:月海玄武岩、高地斜长岩和混合角砾岩。
EET96008陨石是一块于1996年被美国南极陨石搜查队在南极Elephant山区的冰碛中发现的，重量52．97g(图1)，为玄武岩质的角砾岩，前人已经对其做了大量的研究工作，包括与EET87521成对陨石的判定、同位素定年以及暴露年龄等工作。
本文工作建立在由美国NASA工作组提供的EET96008-36号薄片上。在前人的工作基础上，通过对该薄片展开的详细矿物学和岩石学工作，讨论了该陨石的岩石矿物学特征、冲击变质特征以及富铁辉石在冲击作用下的分解作用等。
1、实验分析方法
本次研究岩石学工作主要在透反射偏光显微镜(NIKONECLIPSE50iPOL)和JXA-8230电子探针背散射电子成像模式下完成的。矿物的化学成分的测定在相同的电子探针分析仪上完成。硅酸盐矿物分析所用加速电压15kV，束流20nA，束斑1μm;其中该样品的角砾全岩分析采用对单个矿物组分进行统计分析，最后用矿物体积模式百分含量加权平均的计算方法求得。标准样品采用自然矿物。分析的数据采用ZAF法进行校正，元素的检出限为0．01%。使用Photoshop软件像素和CorelDＲAW网格功能计算出岩屑中不同矿物的面积，并据此求出不同矿物的模式丰度(vol%)。以上所有实验均在桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室内完成。
2、岩石学特征
EET96008-36薄片呈不规则的五边形，样品面积约为110mm2(图2)。该薄片中有明显的3个冲击暗化区域(图2中Ⅰ、Ⅱ，Ⅲ区域所示)，区域内矿物颗粒相对主体区域较小，矿物颜色较深，主要矿物为辉石、橄榄石，其次为长石和石英。该陨石的主体以及冲击暗化区域都呈现为典型的碎屑结构，它主要由角砾(50．2vol%)和基质(49．8vol%)组成，其角砾为棱角状-次棱角状，浑圆度低，角砾大小一般为0．1—2mm。该陨石角砾类型多样，主要有晶屑(40．5vol%)、玻屑(8．47vol%)和少量岩屑(1．22vol%)。(1)晶屑，主要为辉石(A型)、橄榄石(B型)、斜长石(C型)以及石英(D型)等;(2)岩屑，主要为基性岩岩屑(E型)、变粒岩岩屑(F型)及苏长岩质斜长岩岩屑(G型);(3)玻屑(H型)，主要为斜长岩质。由于基质与角砾在颗粒粒度上是连续过渡的，为此，本文主观地将粒度小于0．1mm的矿物碎屑划分为基质，而大于0．1mm的矿物屑和岩屑为角砾。基质中矿物组成与晶屑的相同，主要有辉石、橄榄石、长石以及石英等，此外，基质中还有细小玻屑，因此，基质是细小玻屑粘接矿物碎屑而成的混合物。
整个薄片中晶屑角砾为主要角砾类型，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域以及主体部分都可以见到，其中辉石晶屑角砾中出溶辉石晶屑更多的出现在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域，基性岩岩屑角砾仅一块，位于主体区域，变粒岩岩屑(F型)角砾在Ⅰ、Ⅱ区域常见，主体部分相对较少，苏长岩质斜长岩岩屑角砾仅两块，位于Ⅰ、Ⅱ区域，玻屑仅出现在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域。Ⅰ区域内还可见冲击作用形成的熔融囊，Ⅲ区域大部分已经熔融，可见辉石以及长石质的玻璃，有少量的矿物晶屑。
不同类型角砾和基质岩石学特征详细描述如下。
A型角砾为辉石晶屑，辉石晶屑是薄片中最常见的角砾，从0．1—1．5mm都可见，分布广泛。辉石晶屑主要分为2种，出溶辉石及未出溶辉石，其中出溶的辉石晶屑较常见，且主要分布在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ冲击暗化区域。图3A为具有出溶条纹的易变辉石晶屑(150μm×200μm)，位于Ⅰ区域，出溶条带宽约1μm，该颗粒出溶分解后形成普通辉石，在该角砾的边部有钛铁矿的包体。
B型角砾是斜长石晶屑，一般为次棱角状，显微镜下可见有残余的长石双晶出现，斜长石晶屑颗粒较大，大小在0．1—1．8mm，主要分散于薄片的主体区域，冲击暗化区域相对主体区域分布较少。图3B中为典型的斜长石双晶角砾，颗粒大(300μm×800μm)，位于主体区域，为钙长石，An93．8。
C型角砾为橄榄石晶屑，大量分散于薄片中，粒径较其他晶屑角砾小，在100—500μm，多见波状消光和马赛克消光。图3C中是一颗橄榄石晶屑，呈次棱角状，大小为250μm×300μm，表面破裂，正交镜下可波状消光，Fo38．7，该角砾位于主体区域。
D型角砾为石英晶屑，石英晶屑在薄片中较为少见，仅看到6颗，分布在主体和Ⅰ、Ⅱ区域，颗粒大小在100μm左右。图3D的石英晶屑为长条棱角状(50μm×150μm)，颗粒表面具有不规则破裂纹，局部有冲击熔融特征，该晶屑位于Ⅰ区域。此外，该石英晶屑四周有小于20μm的石英颗粒。
E型角砾仅见到一块，为含石英的粗粒基性岩岩屑(0．3mm×0．7mm)(图3E)，具半自形粒状结构，位于主体区域，它主要由2种不同辉石(36vol%、31vol%)、橄榄石Fo49．4(24vol%)、石英(7vol%)少量斜长石等组成，其中辉石为普通辉石(Fs25．1En40．3Wo34．6)、富铁钙铁辉石(Fs51．1En5．30Wo43．6)，斜长石由于冲击作用，发生熔长石化。
F型变粒岩岩屑:该类型岩屑主要由石英、铁橄榄石、钙铁辉石等特征矿物组成，外形一般呈不规则状，大小在200—600μm，它主要分布在Ⅰ、Ⅱ冲击区域，主体区域分布较少。根据矿物含量比例，该类型出现有三种结构差异:F-1型结构，图3F-1为典型的该岩屑角砾，位于主体区域，石英和铁橄榄石表现为后成合晶分布在钙铁辉石主晶之中，石英(11．2vol%)和橄榄石(27．5vol%)的模式丰度明显小于钙铁辉石(59．1vol%)，橄榄石和石英主要呈粒状和条带状，且具有定向分布趋势，结构特征与嵌晶结构相似;F-2型结构(图3F-2)，位于Ⅰ冲击区域，为它形不等粒变晶结构，钙铁辉石为该岩屑的主体，铁橄榄石、石英呈不规则粒状分布，该岩屑周围的辉石与该角砾的边界不清晰，与F-1型结构相比，石英(15．9vol%)和橄榄石(32．8vol%)两者的丰度有明显增加，钙铁辉石(51．3vol%)相近。F-3型结构(图3F-3)为典型的半自形等粒状变晶结构，位于Ⅱ冲击区域，与F-1型和F-2结构相比，F-3型结构中三种矿物的模式丰度趋于相近，尤其是辉石(37．8vol%)和橄榄石(39．8vol%)，石英(22．4vol%)的模式丰度也超过了前两者一半。该岩屑边界清晰，四周为大量玻璃质及少量细粒的辉石和橄榄石。从F-1、F-2、F-3三种类型结构，辉石的模式丰度逐渐减少，辉石的粒度由大变小，铁橄榄石和石英丰度增加，矿物颗粒逐渐变成等粒状。三种结构的橄榄石和石英的大小基本相当，在20—50μm。
G型的角砾为苏长岩质斜长岩岩屑，仅出现两例，分别位于Ⅰ、Ⅱ两个暗化区域内，具有椭圆形外形，大小约为300μm×400μm。图3G中该岩屑为半自形变晶结构，主要由斜长石(81vol%)、斜方辉石(11vol%)及橄榄石(8vol%)组成。斜长石为半自形晶体，低钙辉石和橄榄石呈它形粒状分布与斜长石颗粒之间。该岩屑中斜长石出现局部冲击熔融现象。
H型为玻屑，分布广泛，存在于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域，玻屑一般呈不规则状，大小从100μm到1mm不等。大的玻屑从核部到边部存在一定的结构变化，核部玻璃相对致密，气孔少，其他角砾少，幔部玻璃气孔多，具有流动构造，含有一定的其他角砾，边部玻璃一般是渗透到其他角砾和基质之间。图3H为典型的玻屑角砾，边界模糊，呈似圆状，大小约为1mm，核部为长石质玻璃，成分与钙长石相似，幔部具有大量小于10μm的气孔，该角砾中大量玻璃质充填在其他矿物屑和岩屑之间，该角砾位于Ⅰ区域。
基质:为细小(＜0．1mm)的晶屑和玻屑组成，其中晶屑包含了所有岩屑和晶屑中的矿物碎屑，可见少量的陨硫铁、尖晶石、铬铁矿、锆石(50μm)，但是未见Fe-Ni金属。
3、矿物化学和岩屑全岩成分特征
本文成分分析有两个方面:矿物成分(表1)和H型岩屑的全岩成分(表2)。不同角砾中矿物成分特征和H型岩屑全岩成分特征详细描述如下。
3．1矿物成分特征
辉石:该陨石中辉石成分变化较大(Fs18．0-58．0Wo4．0-45．2En3．5-79．1)，其涵盖了大部分的辉石类型(图4)。在不同类型角砾中，辉石种类和成分存在着明显差异:在辉石晶屑角砾中，出溶辉石晶屑与无出溶的辉石晶屑在矿物成分上也存在着不同，无出溶现象的辉石晶屑成分多变(Fs26．8-53．7Wo9．1-43．3En3．5-67．7)，从低钙辉石到高钙辉石均有出现，出溶的辉石晶屑中辉石成分分为两个区间，其暗色辉石的成分区域范围为Fs24-43Wo18-38En33-51，亮色辉石的成分区域范围为Fs51-58Wo7-20En31-43;含石英基性岩岩屑角砾中存在着两种不同化学成分的辉石，为普通辉石(Fs25．1Wo34．6En40．3)和铁钙铁辉石(Fs51．1Wo43．6En5．3);在苏长岩质斜长岩岩屑角砾中有斜方辉石的出现，其平均成分为Fs24．3Wo4En71．7，Al2O3相对其他角砾中含量较高，平均为4．33%，平均Cr2O3为0．77%;变粒岩岩屑角砾中辉石富Fe、Ca，成分变化较小(Fs51-57Wo37-45En9-26);基质中的辉石的成分特征与该薄片中辉石的整体变化类似，变化较大(Fs22-55Wo9-43En8-73)。
长石:该陨石长石都为基性的斜长石，无论是角砾还是基质，其成分均一，含钙量较高(图5a)，钾含量非常低(K2O＜0．1%)，Na2O含量在0．05%—1%之间。钙长石最高的组分为An97．7，最低An85．0，平均An93．0，部分长石已经转变成熔融态，成为熔长石。在苏长岩质斜长岩岩屑中，其平均An为92．3mol%。在Ⅰ、Ⅱ区域中，有富钙的熔长石(An92．1)的出现，在Ⅲ区域长石全部熔融成为玻璃质(SiO2=62．2wt%，Al2O3=22．9wt%，CaO=10．1wt%，FeO=0．73wt%，MgO=0．01wt%，NaO=4．72wt%)。
橄榄石:该陨石中的橄榄石中铁含量较高，平均Fa71．8，最高Fa93．9，最低Fa33．1，Fa值百分比分布见图5b，从图中可见橄榄石Fa分为两个峰值，Fa50-70以及Fa80-95，各角砾橄榄石成分特点见图6，具体分布特征如下:C型角砾的成分主要落在Fa50-70的区域，有少量橄榄石矿物屑Fa值大于70，其平均Fa68．4，最高Fa91．3，最低Fa34．9;E型角砾中的橄榄石的Fa值为50．6mol%;F型角砾中的橄榄石含铁量普遍高于其他区域，主要为富铁橄榄石，成分相对均一，平均Fa89．0，最高Fa93．9，最低Fa87．7;G型角砾中，橄榄石镁含量相对其他角砾较高，平均Fa36．5。基质的橄榄石矿物屑成分特征与橄榄石矿物屑角砾类似，Fa主要富集在50—70，其平均Fa66．5，最高Fa87．9，最低Fa37．5。
3．2F型角砾的全岩成分特征
对三种F型变粒岩岩屑角砾进行了模式全岩分析，分析结果见表2。
在岩石学观察中，F型角砾呈现三种矿物模式含量逐渐过渡的结构，通过对其模式全岩成分分析，发现F型角砾的全岩成分与辉石类似，整个角砾富铁。其中F-1型的镁含量最低，Fs62．5Wo26．9En10．6，F-2型角砾与F-1型铁含量类似，但是富镁贫钙，Fs62．4Wo22．7En14．8，F-3型角砾的铁含量相对前两者都高，Fs70．8Wo16．5En12．7。
4、讨论
4．1与其他玄武岩质角砾岩月球陨石的相似性
前人通过研究认为QUE94281也为玄武岩质角砾岩，并认为其可能与EET96008的成对陨石———EET87521为成对陨石。现通过前人的研究与本次工作相结合，将QUE94281与EET96008进行对比，其对比特征如下。
(1)QUE94281与EET96008的结构非常相似，皆为破碎严重的角砾岩，具有大量的碎屑，其碎屑主要为辉石晶屑和长石晶屑，其次为玻屑，含有少量的橄榄石晶屑和岩屑。两者的部分矿物晶屑都达到1mm以上，玻屑主要呈脉状和团块状。两者都具有高地斜长岩组分的岩屑，EET96008-36中可见少量苏长岩质斜长岩岩屑，QUE94281中可见苏长岩岩屑以及辉长岩岩屑。尽管两者在结构特征上具有相似性，但是未见QUE94281中有变晶结构的变粒岩岩屑的报道。
(2)两者的辉石具有相似性:在岩石学上，两者的辉石晶屑颗粒可达mm级以上，破裂明显，大部分可见波状消光，出溶现象普遍，出溶辉石条带可达到1μm;在矿物化学上，两者的辉石成分都较为复杂(图7a)，基本包含了常见的辉石种类，单斜辉石及斜方辉石同时存在，其中QUE94281辉石成分为Wo4-42Fs19-55En8-66，EET96008中辉石成分为Wo4-45Fs18-58En3-79。
(3)EET96008与QUE94281中具有大量斜长石晶屑，部分出现熔长石化，两者均富钙(图7b)，EET96008长石的An值在85—98，主要富集在91—97的区域，QUE94281中长石An值73—97，主要富集在87—94的区域。
(4)QUE94281中橄榄石主要存在于晶屑角砾和基质中，在苏长岩和辉长岩岩屑中也少量的橄榄石存在，这与EET96008类似;但是由于QUE94281中没有富铁的变粒岩岩屑，所以缺少了此类产状的橄榄石，这可能也是导致了QUE94281中的橄榄石Fe含量低于EET的一个重要原因。不仅如此，橄榄石Fa值在QUE值与EET中富集特点也存在着一定的差异(图7c)，EET96008中的橄榄石Fa值富集在50—70及80—95区域，而QUE94281则主要富集在20—40区域，少量富集在60—100区域。整体上，QUE94281中的橄榄石比EET富镁贫铁。
(5)两者都具有较强的冲击变质效应，冲击变质特征相似，都存在有较大的冲击熔融区域，大量的玻璃脉和气孔存在于它们中，QUE94281及EET96008分别有2．5mm×2mm和2mm×2mm的冲击囊，熔长石现象普遍;不同之处在于QUE94281中有球状和椭球状的玻璃出现，被认为是月表的风化物质，在EET中未发现有球状的玻璃。
因此，虽然EET96008和QUE94281同为月海成分为主的玄武岩质角砾岩，但上述对比差异性表明，它们为非成对陨石，而且它们的源区可能不一样。
4．2冲击变质特征
月表在撞击作用下，产生的冲击波使月岩中矿物或者矿物集合体的结构和成分产生变化，出现波状消光、面状破裂、马赛克消光、冲击熔脉、长石熔长石化和矿物高压相等冲击变质特征。Stffler依据这些冲击变质效应，将陨石的冲击变质程度划分为S1—S6。
EET96008-36薄片中存在着大量的矿物屑和岩石屑，破碎严重，在主体区域和冲击暗化的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区域存在着不同的冲击变质特征。主体区域内的冲击特征有如下几点:(1)橄榄石辉石普遍具有波状消光现象;(2)矿物颗粒破碎严重;(3)部分矿物表面有明显的破裂纹;(4)部分橄榄石可见到马赛克消光。按照Stffler的标准，这块陨石的主体部位冲击作用已经达到了S4。
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ冲击暗化区域内，冲击特征有如下几点:(1)矿物颗粒粒径明显小于主体区域，角砾数量少;(2)大部分矿物具有破裂纹;(3)在Ⅰ区域中可见到2mm以上的冲击熔融囊;(4)Ⅲ区域除了少量细粒矿物屑外，大部分已经熔融成了玻璃;(5)三个区域中均可见大量的熔长石。因此这三个区域遭受了比主体区域更为严重的冲击作用，冲击程度达到S5以上。
4．3富铁辉石分解现象及其意义
在EET96008-36薄片中，根据特征矿物组合特征，经过普查，发现存在着30多颗由石英-铁橄榄石-钙铁辉石组成的变粒岩岩屑。整体上三种矿物相互交生，铁橄榄石、石英呈长条状或粒状分布在辉石主晶上。这些岩屑存在三种结构:分解结构(F-1)、半自形不等粒变晶结构(F-2)和半自形等粒变晶结构(F-3)。根据特征的矿物组合(CaFe辉石+铁橄榄石+石英)、逐渐过渡的模式含量和相似的矿物化学成分，这种矿物组合的变粒岩岩屑是由钙铁辉石分解形成的。随着释放的热能加强，钙铁辉石由分解的后成合晶逐渐变为变粒岩。
最早发现具此类结构的矿物组合是在Apollo11回收的月岩样品中，此后，相继在一些月球陨石和火星陨石中也发现了它们的存在，比如Y79319、Yamato82193、A881757、NWA773、MET01210、MIL05035、QUE94201等。
大部分学者认为这些细粒石英、铁橄榄石和钙铁辉石为由不太稳定的富铁辉石亚固相的分解，EET96008中该角砾全岩成分分析的结果也与铁辉石的成分一致，且部分该角砾与相连辉石的边界模糊且边界具有连贯性的特点也支持这一观点。
不过对于富铁辉石分解所需温度压力的来源，有两种观点:一种是来源于高温高压的月幔环境，另一种是来源于月表所受到的冲击作用。在EET96008中，该现象大多发生在冲击作用更强的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ暗化区域，而在主体区域中少见，这似乎也证明富铁辉石的分解与所受的冲击作用相关，因此，富铁辉石分解现象的研究对于了解月球表面冲击历史提供了重要的科学依据。
5、结论
EET96008为一块复杂的月球角砾岩，矿物角砾以辉石、橄榄石、长石、玻璃质角砾为主，还有少量的石英角砾，多矿物角砾为由辉石-橄榄石-石英组合角砾、辉石-橄榄石-石英交生角砾、苏长岩角砾，玻璃质角砾等。该陨石与QUE94281都是以月海玄武岩成分为主的角砾岩，有着相似的岩石学结构特征，都是以矿物屑、岩屑及玻屑组成，但是在岩屑类型上存在着不同，QUE94281缺失富铁辉石分解产生的变粒岩角砾。虽然在辉石和长石成分上，两者没有明显的差异，但是橄榄石Fa值富集特点存在较大区别。因此得出:EET96008与QUE94281为非成对陨石，且源区并不相同。
该陨石在冲击作用下导致整个陨石破碎严重，形成了大量的矿物碎屑，导致三个冲击区域内产生了大量的玻璃质，这三个角度的冲击作用强度达到S5以上。富铁辉石在高压冲击作用下，逐渐分解形成了等粒变晶结构的钙铁辉石-铁橄榄石-石英矿物组合的变粒岩角砾，这一现象为研究对于了解月球表面冲击历史提供了重要的科学依据。
致谢
感谢美国NASA休斯顿空间中心陨石样品库提供研究样品。感谢评审专家提出了建设性的修改意见。感谢桂林理工大学章涛硕士对本样品测试提供的实验帮助。