南京发现HED族陨石群的初步观察简报

 

                                   徐淑彬  韩胜军  胡成伟

                                  （临沂陨石专业委员会）

 

 

                         内容提要

 

    自2011年11月---2016年8月，南京陨石爱好者蒋先生根据《建康实录》等清代地方志记载，在南京市郊区发现一处重要的 HED 族陨石的陨落区，采集了包含壳、幔、核各类质地的大量标本。仅无球粒陨石一项，已发现980千克，可能超过了全世界已知的 HED 族陨石的总和。无论在陨石的种类上、结构上、形式上几乎涵盖了以往的全部零星的发现。初步观察认为，可能是一颗数吨重的 HED族陨石在百年前低空爆炸陨落于南京地区。其发现意义可能改写以往对HED族陨石的分类、认识及诸多的推断性结论。本文仅是对于南京无球粒陨石中传统意义上的石陨石一个单项作初步观察。

 

 

关键词 ：陨石  南京市 灶神星 无球粒陨石

 

 

1 发现简况

 

         2011年11月中旬，“中国（临沂）第三届陨石文化交流会组委会”主要成员5人在南京市国际会展中心举办陨石科普展览期间，蒋先生持部分在寻找雨花石过程中发现的疑似陨石请我们鉴定，初步认为是石铁类的陨石。次年在常州市一次陨石活动中，作者第一位根据蒋的发现建议继续寻找与石铁陨石伴存的石陨石类。至2016年8月底，共发现数以吨计的各类陨石一大宗。目前，发现还在进行中。据蒋先生描述，陨石是发现在一处山前的陨落带，长约一千米以上。陨石埋藏于第四纪棕黄色粘土之中，埋藏的深度不一。

 

2 陨石的熔壳及形态

 

     这里专门介绍的是无球粒石陨石一类。从体量上说，大者十几千克，小的只有几克。从形态看，既有球形的，也有不规则形态的，一般以近似椭圆的较多。在熔壳方面，少部分标本保留了比较新鲜且完整的的黑色熔壳和龟裂纹，比较多的是熔壳出现风化，熔壳出现局部脱落的现象，少量出现熔壳全部脱落的情况。推测可能是由于埋藏深度、含水量或者环境的影响。还有不少陨石的熔壳比较薄，看起来好像野火短时烧的那样，其实不是野火烧的，应该是由于近地低空爆炸所致。此外，陨石本身的致密度，也是决定熔壳保存状况的基础。总之，南京陨石的熔壳是形形色色的，多种多样的，将来可以出版专著介绍。

 

 

3 陨石的检测情况

 

为了陨石矿物的定性，送样品委托山东省鲁南地质工程勘察院实验测试中心，对样品制作光片和薄片；为了定量，请山东省第七地质矿产勘察院实验室做 XRD检测；为了确定金属矿物的属性，请中国冶金地质总局山东局测试中心电子探针测定金属部分。我们自己使用多种高倍显微镜观察陨石的矿物成分。

 

4 陨石的结构构造与矿物组成

 

南京无球粒陨石的结构构造，见于钙长辉长无球粒的各种结构构造。如堆积结构、灰绿结构和次灰绿结构、细粒多孔结构、单矿角砾构造、复矿角砾构造、出溶结构、其他类型的火成结构、花岗变晶结构等等。在宏观上，有些陨石看起来就像是月球高地陨石的角砾岩一样，有的则像火星陨石的样子。例如送检的2号样品，就像月球陨石的结构（图2）。

 

2号样品Y1446的岩石矿物成分特征：岩石主要为火山碎屑物被熔岩胶结而成。火山碎屑物，粒径以大于2.00mm为主，形态多为棱角状、次棱角状，有的呈次圆状等，构成角砾熔岩结构。角砾间杂乱排列，角砾成分主要为岩屑，成分为玻基似安山岩，内部具少斑结构，基质呈玻基斑状结构，斑晶矿物成分见有斜长石，蚀变强烈主要为粘土矿物化等蚀变，基质主要为隐晶-玻璃质，具轻微蚀变，主要为硅化、铁染等。火山碎屑物含量30-35%。胶结物，主要为后期形成的玻基似安山岩，内部具少斑结构，基质呈玻基斑状结构。斑晶成分见有斜长石等，斜长石隐约可见聚片双晶，具强烈粘土矿物化、硅化等蚀变而显浑浊。基质成分主要为隐晶-玻璃质，具铁染、硅化等蚀变。胶结物含量65-70%（参见电子探针之5-1）。

 

 4号样品为Y1448, 岩石主要由斑晶和基质两部分组成：斑晶，主要为斜长石，它形-半自形板状，粒径一般0.50-5.00mm间，极个别可达5.0mm以上，杂乱排列，局部构成聚斑结构。隐约可见聚片双晶，具粘土矿物化等蚀变而略显浑浊。斑晶含量35-40%。基质，主要为斜长石、金属矿物和少许石英等，粒径一般0.30mm以下，致密分布。其中，斜长石多呈它形粒状，蚀变同斑晶,占全岩的85-90%；石英，极细粒，填隙分布于斜长石微晶间隙中，局部见到。无色透明，较为干净明亮；金属矿物，细粒状，不规则状，非晶质状，粒径最大约0.35mm，填隙分布于岩石裂隙中或其他矿物间隙中，不太均匀，局部稍稍明显，约占全岩的5-10%.基质含量60-65%（图3）（参见电子探针之5-3）。

 

6号样品编号为Y1450, 岩石主要由斑晶和基质两部分组成：斑晶，主要为斜长石、辉石，粒径一般0.30-2.00mm间，集合体多呈杂乱排列。其中。斜长石多呈它形-半自形板状，局部呈聚斑结构，均被硅质等代替，仅保留其假象；辉石，它形-半自形柱状，断面呈近八边形，均被氧化铁质、硅质等代替，仅保留其假象。显浑浊。这是出溶现象，类似于古生物化石石化的过程，也即替换作用。斑晶含量35-40%。基质，主要为隐晶-玻璃质和极少许金属矿物等。隐晶-玻璃质，多呈浅褐色，具轻微铁染现象；金属矿物，极细粒，局部偶见。基质含量60-65%（图4）（参见电子探针之5-4、5）。

 

8号样品实验室编号Y1452,目测有点像金属类的陨石，处于石铁类向石陨石过渡的阶段。 组成岩石的矿物成分见有白云石、磷灰石、石英和少许金属矿物等，粒径最大约4.00mm，不等粒，晶粒间往往紧密接触，杂乱排列。白云石，他形粒状变晶，较为较为细小，晶粒间局部紧密接触，不均匀，局部稍稍集中。浅褐灰色，高级白干涉色。石英，他形粒状变晶，颗粒较为粗大，分布于白云石等间隙中或岩石裂隙中，不太均匀，局部稍稍集中。无色透明，部分颗粒由于含杂质而略显浑浊，目前尚不清楚这些石英是属于柯世英还是斯石英。磷灰石，柱状、短柱状变晶，断面呈六边形，分布于白云石、石英等间隙中，不太均匀，局部稍稍集中。无色透明，正中突起，竹节状节理发育，少许颗粒由于含杂质而略显浑浊。金属矿物，他形粒状为主，填隙分布于白云石、磷灰石等间隙中或岩石裂隙中，不太均匀，局部稍稍集中。黑色不透明（图5）。通过电子探针对其中2个金属点的检测，得到这样的结果：Si 0.41,S 0.40, Ni 99.19, O 4.68, Fe 42.34（参见电子探针之5-6） 。

 

通过上面几个陨石样品的矿物成分与结构的分析与描述，可以看出这些陨石具有岩浆堆积结构，细粒多孔结构，单矿或者复矿角砾构造，仅个别标本出现了与地球玄武岩类似的似球粒结构和玻基斑状结构。普遍的存在蚀变与出溶现象。究其成因，则应该是由于高温热变质程度与冲击熔融不同所致。它们都是HED族陨石中钙长辉长无球粒陨石的特征。

 

 

5 陨石的化学元素丰度

 

对于南京发现的这些无球粒陨石，送样品6件请山东省第七地质矿产勘查院实验室对微量元素及硅酸盐全分析，使用两米光栅光谱仪、原子荧光光度计、等离子体发射光谱仪等检测，结果如表1 。表中样品的编号与实验室岩石定性分析的编号是一致的，可以与前面描述的标本号相对应的。氧同位素还未测定。

元素的丰度（单位为ppm）以1号样品为例:  Ba 250.2,  Cr 22.27,  Ge 0.49,  La 5.76,  Nd 13.08,  Ni 19.72,  Ta 3.27,  Sr 57.2 。

1 Y1446

3  Y1448

2  Y1447


6  Y1452

4   Y1450

5  Y1450

6 关于南京HED族陨石的思考

 

灶神星，小行星序号为4 Vesta，又称第4号小行星，是太阳系最大的小行星之一，平均直径525千米（326英里），是德国天文学家海因里希•欧伯斯在1807年3月29日发现的第二号小行星智神星（Pallas）。从发现至今，据不完全统计已经收集到近1700块灶神星陨石。众所周知，这些发现都是在世界各地零星的发现，或者是孤立的发现。在以往的研究史中，经常有专家学者根据自己的零星发现，推断这个陨石是处于陨石体的某一部位，即表层、地幔、或者地核等等。虽然说那些探索是有意义的，多是管中窥豹只见一斑，甚至是隔皮猜瓜，极少有实物标本证明它们之间相互关联的证据所在。而南京灶神星陨石陨落区的集中发现，不仅仅是以巨大的量而震惊学界，更是以壳、幔、核众多材质的实物标本称著，弥补了此前零星发现的不足。

 

 一般来说， HED族无球粒陨石，由三种无球粒陨石相构成，其分别为：古铜钙无球粒陨石（Howardites）、钙长辉长无球粒陨石（Eucrites）与古铜无球粒陨石（Diogenites）。古铜钙无球粒陨石是被认为起源于小行星灶神星表面的一种无球粒石陨石。它们岩相中常镶嵌着一些呈风化状的细颗粒角砾岩，岩石碎屑和矿物粒径常为2～5毫米左右，岩石碎屑与矿物颗粒多为斜长石（钙长石）、斜方辉石、钙辉石、钛铬铁矿、钛铁矿、橄榄石、富钾玻璃和铁的硫化物等相构成。矿物被冲击熔化特征明显，隐晶质的长石玻璃与粉碎状玄武岩矿物构成其基质。钙长辉长无球粒陨石也称为倍长辉长无球粒陨石，它们大部分的矿物成分为钙-缺乏辉岩、易变辉石、钙-富含斜长石(钙长石)、斜方辉石相组成，次相矿物常含有少许的铬铁矿、钛铁矿、硫化铁与极少的铁镍金属等。钙长辉长无球粒陨石的岩相多为各种岩石碎屑与矿物颗粒构成，矿物碎屑常出现有出溶迹象，部分钙长辉长无球粒陨石的岩相还具有重结晶特征，基质物质多为隐晶态的长石玻璃与呈细粒状的玄武岩矿物碎屑相构成。

 

本文通过简单的检测与描述，可以看出，南京的发现属于灶神星HED族。南京灶神星陨石的发现，主要展示了陨石受强烈的冲击与热变作用，产生了严重的蚀变现象，如出溶、再结晶现象等等。从而还原了陨石形成与陨落的不同机制。至于南京灶神星陨石里面石英的存在，则是重要的发现。在以往，学者们一看见陨石里面有石英，就立刻否定了其陨石的身份。最近，地球科学与工程学院张爱铖教授和王汝成教授团队在灶神星陨石高压矿物研究方面取得新进展，对一系列灶神星陨石开展了大量的扫描电镜观察，拉曼探针和背散射电子衍射结构研究。在含有冲击熔融特征的灶神星陨石中，他们不仅观察到柯石英和斯石英可以在灶神星陨石中普遍存在，证实了前人的发现，还观察到其他三种高压矿物相（富含阳离子缺位的单斜辉石，镁铁榴石，钙长石成分单斜辉石结构高压相）的存在。其中钙长石成分单斜辉石结构的高压相只在火星陨石中有报道。该观察结果表明灶神星陨石中的高压矿物并不是前人认为的那么罕见。此外，日本学者于2014年在一块灶神星陨石发现了二氧化硅的高压相（柯石英和斯石英）。

 

南京HED 族陨石陨落区的发现与未来的研究，将是一个繁浩的庞大工程。其发现不仅仅是填补了许许多多过去的研究空白及陈旧观念，必将改写世界范围内对灶神星陨石的分类以及以往的研究史，并让世人重新认识灶神星陨石的构造，陨石的种类及其相关的研究。这些研究工作，已经不是我们这些业余级陨石收藏家及爱好者们所能够做到的，需要全国专业的陨石方面的科学家去面对的了。这些问题，已经不仅仅是中国学者们的，而且是全世界的科学家应该面对的重大课题。

 

 

7 南京HED 陨石的陨落年代考证

 

关于南京市郊区陨石陨落的问题，南京天文台已故王思潮先生曾经根据地方志和地名考证过，认为是在清代。遗憾的是，王思潮先生只是停留在历史文献上的考证，而没有对近在咫尺的陨落区考察。今天，我们使用电脑搜索南京市与陨石有关的地名，就可以搜到落星山、落星村、落星寺、落星楼、落星路、落星大道等等地名与村名。“三国吴曾建三层高楼于此，左思《吴都赋》：“飨戎旅平落星之楼。”前蜀 韦庄 《春日》诗：“ 落星楼 上吹残角，偃月营中挂夕晖。”又南京市西南有落星冈，亦称落星墩、落星矶、落星山，名同地异。”落星山在江苏南京市东北，西接摄山，北临长江。相传有大星落于此得名。（百度）说明这些地名与陨石的陨落有关。

 

　中国江苏网2014年1月10日讯 ： 昨天，热心网友“RAIMBOW007”在网上发帖称，“惊见星岗正被毁，这事应该谁负责？说好保护不算数？”网友口中的星岗，就是位于南京板桥落星村，传说曾有陨石坠落于此的“星岗落石” ，它也曾是古“金陵四十八景”之一，如今却因开发而被夷为平地。

 

根据上面的历史传说或者记载，三国时期就出现了落星的地名。古金陵四十八景的说法起自明朝万历年间，经过几代人的完善，逐渐遴选出的南京市有名的景致，清初高岑曾绘《金陵四十八景图》 。鉴于金陵四十八景形成的过程没有明确的年代表述，很难确定其陨落的年代上限，推测南京在历史上可能多次发生陨石的陨落。我们依据石陨石熔壳的风化程度、结合以往专家学者的考证，认为大致上属于清代陨落（仅指无球粒石陨石类）。距今约有100-200年左右。尤其是历史传说中的“相传有大星落于此”，表明确实是有大陨石陨落。同时，可以肯定的说，南京郊区历史上应该有多次陨石陨落的可能，这是基于目前已经发现的许多不同年代的陨石而言的。

 

8  小结

 

通过上述对陨石的有关情况介绍，对陨石矿物的定性、定量与半定量检测与分析，可以确定本文主要观察的材料是属于灶神星 HED 族钙长辉长无球粒陨石为主的陨石。结合南京市现在的地名及前人对历史文献的考证，确认南京市郊区存在重要的陨石陨落区。这些发现的重要性是不言而喻的，是21世纪全球陨石学界破天荒的重大发现。由于我们的学识与水平所限，本文主要是起到抛砖引玉的作用。感谢中国冶金总局山东局测试中心、山东省鲁南地质工程勘察院实验室、山东省第七地质矿产勘察院实验室等有关部门给予的帮助与支持。感谢南京陨石的发现者蒋先生对我们的信任与合作以及赠送部分陨石标本。