摩洛哥Agoudal陨石撞击区碎裂锥表面的陨石痕迹

在摩洛哥高阿特拉斯山脉Agoudal 村西南约3 千米处新发现了一个陨石撞击区,对其碎裂锥表面通过SEM-EDS 分析,发现存在有陨磷铁镍石与铁镍氧化物,可能分别代表原始的和被氧化的陨石物质。研究表明,Agoudal 撞击构造和Agoudal IIAB 型铁陨石极可能具有成因联系。

1 引言与地质背景

在摩洛哥高阿特拉斯山脉的Agoudal村西南约3千米处(西经5°31′,北纬31°59′)新发现了一个陨石撞击区,从而给地球上已识别出的撞击构造增添了一名新成员。陨石撞击的证据很清晰,被保存在中侏罗统细粒灰岩与泥岩中的自生的和外来的碎裂锥(图1a红色区;样品见图1b)里面。另外岩石角砾岩里面的铁陨石碎片,也可以证明这一点。

早在发现碎裂锥以前,就在相同地区找到了一块铁陨石,它被归入到IIAB类,并命名为Agoudal。那里绝大多数的陨石碎片散布在一个大约6千米×2 千米的区域(图1a 蓝色区)。推测来自于Agoudal 撞击构造的抛射物可能就是铁陨石,但目前对铁陨石与该撞击构造之间的成因联系尚存在争议。

图1 摩洛哥Agoudal 撞击构造中碎裂锥的分布与实例

图1 摩洛哥Agoudal 撞击构造中碎裂锥的分布与实例

a.靠近摩洛哥中部Imilchil 的阿特拉斯地区假彩色卫星影像(LandSat-5),图中圈出了Agoudal IIAB型铁陨石散布区(蓝色区)。近来发现的遭受侵蚀的Agoudal 小型撞击构造的标志是发育碎裂锥,其分布位置用红色来表示。b.灰岩中十分发育的碎裂锥;c.用于作SEM-EDS 分析的更小的碎裂锥样品(黑色),其表面被碳质所覆盖。

2 分析方法

这份快讯简要报道了在Agoudal 陨石撞击区随机采集的碎裂锥碎片的扫描电子显微分析结果。其目的是为了找到与陨击岩有关的、可能来源于陨石的物质成分。一块较小的灰岩碎裂锥样品的规格约3 厘米(图1c),表面覆盖有碳质。在西澳大学的显微特征分析中心(CMCA),使用一台VEGA3TESCAN 型扫描电子显微镜(SEM)对样品凸面进行了观察,该显微镜上装有一台X-Max 50 型硅漂移探测器和一个能量色散型X 射线光谱(EDS)系统。利用AZtecEnergy 2.0 软件对EDS 所检测出的矿物的主要元素成分进行分析。根据氧元素的峰值,可区分氧化成分与还原成分。此外,还利用15 千伏的加速电压获取了次生与后散射电子图像。

3 新发现

通过对Agoudal 碎裂锥进行SEM-EDS 分析,发现了许多粘附在碎裂锥表面的外来物质颗粒。其中最明显的具有角砾岩外观的铁镍磷化物,据判断为陨磷铁镍石,它带有明显的脆性碎裂特征。在直径约2 平方厘米的区域内,三个陨磷铁镍石集合体的大小超过了10 微米。有时陨磷铁镍石与富磷和钙的铁氧化物出现在一起,但很少与富铋微粒出现在一起,后者的成因不明。陨磷铁镍石看来发生了微观构造变形,大致沿着碎裂锥条纹的方向被拉长,个别地方相对主要条纹的夹角约有45°。除了陨磷铁镍石以外,还检测出了几种板状的、局部含磷与硅的铁镍氧化物薄片(通常有10~20微米)。在SEM 图像中,一种玻璃状的光滑薄层就是碎裂锥的碎裂面,看起来充当了外来矿物的粘附剂。碎裂锥表面局部可见凹槽与细沟。同时,碎裂锥灰岩中还含有球形、杆状的球颗粒微晶质铁氧化物(可能是由微生物作用形成的小球),它们可能是灰岩的原始成分。

4 讨论

4.1 新发现的Agoudal 铁陨石与撞击构造的联系

Agoudal 撞击构造为地球上已知发育有碎裂锥的最小陨石撞击坑,因而是用来研究碎裂锥形成过程中陨石与目标岩石相互作用的有趣备选对象。调查地球撞击构造中的陨击痕迹,一般都是通过对含熔融体陨击岩的地球化学分析来进行的。

在Agoudal 陨石撞击区发现的陨磷铁镍石是首次报道的原生陨石物质与球生碎裂锥直接相关的证据。只有在强还原条件下,地球上才能形成陨磷铁镍石。

尽管处于还原状态,但陨磷铁镍石相比铁镍金属,其抗蚀性更强。吸附在Agoudal 碎裂锥表面的陨磷铁镍石,虽然被认为是幸存下来的未氧化的原始陨石碎屑,但它与铁镍氧化物密切共生,就表明散布的冲击物有些也遭受了撞击之后发生的氧化与蚀变作用。

保存在碎裂锥表面的陨磷铁镍石与铁镍氧化物,有力地证实了Agoudal撞击构造由铁陨石撞击而生成的观点,也许Agoudal IIAB 铁陨石可以指示该陨石散布区的撞击位置。这种解释也得到该陨击区岩石角砾岩中所发现的铁陨石碎片的支持。保留下来的微粒陨磷铁镍石(它在水与大气中的氧气作用下会被氧化)表明,由撞击所引起的热液活动和/或地下水渗流的影响几乎可以忽略不计,即使有也很短暂。这跟估计的Agoudal 陨石坑的原始大小一致,且它本来就小。

4.2 Agoudal 碎裂锥的重要性与成因含义

从Agoudal 碎裂锥中识别出的来源于陨石的物质,对了解地球及其他行星天体上的碎裂锥的形成具有较为广泛的意义。受陨磷铁镍石与铁镍氧化物污染的Agoudal 碎裂锥很可能形成于靠近撞击点地表的撞击带内;微粒抛射物落到发生破裂的深部目标岩石中的可能性看起来很小。这给目前正在进行的有关Agoudal 撞击构造的构造性质、原始大小和侵蚀程度的讨论提供了新的依据。

最后,在Agoudal 碎裂锥发现的陨石物质还向我们提出了一个问题,即地球上其他类似大小或更大规模的撞击构造中的碎裂锥是否也有类似的球外物质微粒存在。为了获取碎裂锥受陨击污染的更加可靠的数据,应当从Agoudal 陨石撞击区和地球上其他不同背景的撞击构造碎裂锥中采集更多的样品,并开展对比分析。对于遭受深度剥蚀的撞击构造而言,比如加拿大魁北克的?le Rouleau,其冲击变质作用的证据仅见于碎裂锥的野外露头,新鲜的碎裂锥表面应该蕴含有更加接近撞击体性质的重要信息。

5 结论

在摩洛哥中部高阿特拉斯新发现的Agoudal 陨石撞击区所见到的碎裂锥,明显受到球外矿物质微粒污染,迄今为止,它在地球的陨石撞击记录中独一无二。对其碎裂锥表面通过SEM-EDS 分析,发现存在有陨磷铁镍石与铁镍氧化物,可能分别代表原始的和被氧化的陨石物质。这项新发现表明,Agoudal 撞击构造和Agoudal IIAB 型铁陨石极可能具有成因联系。嵌在碎裂锥表面的陨击物是当破裂临时张开时,抛射物微粒与被汽化的物质快速充填而形成的。与Agoudal 相似,地球上其他陨石撞击区的碎裂锥也可能在寻找被侵蚀的撞击构造的抛射物标志时发挥巨大作用。

李万伦 译自M.Schmieder, H.Chennaoui Aoudjehane, E.Buchner, et al. Meteorite traces on a shatter cone surface from the Agoudal impact site, Morocco. Geol. Mag. 2015,152 (4): 751~757.(陈丽萍审稿)

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