2013年2月15日，当地时间9点22分，俄罗斯车里雅宾斯克地区上空一道白光闪过，并伴随着巨大的爆炸声，一场后来被命名为“车里雅宾斯克陨石”的陨石雨随之而降。此次陨石雨被认为是自1908年俄罗斯西伯利亚的通古斯大爆炸以来能量最大的一次空中爆炸事件。美国国家航空航天局(NASA)近地天体研究办公室在消息中提到：该巨大火球是由一个直径大约是17到20m之间的小星体高速(18.6km/s)、低角度进入地球大气层的时候发生的，辐射能高达3.75×10¹⁴焦耳，相当于90千吨TNT爆炸所释放的能量，而在>20m的高空爆炸时释放的冲击能大约等同于440千吨TNT的爆炸能(http://neo.jpl.nasa.gov/fireballs)。

虽然车里雅宾斯克(Chelyabinsk)陨石为普通球粒陨石，但却是极其少见的“目击降落陨石”，曾在天空中产生强烈的爆炸，不仅对建筑物造成巨大损失，并伤及1500多人。普通球粒陨石很常见，一些石陨石雨的规模也很大，如著名的吉林陨石雨、Allende陨石雨等，但均未产生如此强烈的爆炸。因此，车里雅宾斯克陨石强烈爆炸的原因，包括该陨石的化学和矿物组成、岩石结构等性质，成为研究的焦点之一。

前人对车里雅宾斯克陨石的岩石类型划分、磁化率、密度、冲击作用以及年代学都做了很多的工作。认为车里雅宾斯克陨石为LL5型普通球粒陨石，冲击程度为S4(Galimov et al.，2013)。磁化率较其他LL群球粒陨石更强(Bezaeva et al.，2013)，较富集金属铁。由于冲击作用的影响，不同陨石块样在外观形貌上也有不同，最为明显的表现为硅酸盐的暗化致使一些陨石块样呈暗黑色，但浅色和暗色的块样在密度和孔隙度特征上一致(Kohout et al.，2014)。全岩密度(浅色：3.32±0.09g/cm³；暗色：3.27±0.08g/cm³)和颗粒密度(浅色：3.51±0.07g/cm³；暗色：3.42±0.10g/cm³)以及样品的孔隙度(浅色：6.0±3.2%；暗色：5.7±1.7%)(Kohout et al.，2014)都与其他LL群普通球粒陨石相类似(Consolmagno et al.，2008)。该陨石全岩Pb-Pb年龄为4538.3±2.1Ma(Bouvier，2013)，与磷灰石Pb-Pb(4457±35Ma)和U-Pb年龄上限(4454±67Ma)(Lapen et al.，2014)一致，代表其母体的形成年龄；U-Pb年龄下限为585±390Ma(Lapen et al.，2014)与¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd-Sm/Nd等时线年龄(Galimov，2013)一致，可能代表陨石在母体经历了某一热事件的时间。然而，Rb/Sr体系未能得到一致年龄，可能是由于冲击作用使该同位素体系受到明显的扰动(Galimov，2013; Galimov et al.，2013)。稀有气体结果显示，在28.6±3.3Ma(Ar-Ar体系)可能有热事件发生(Beard et al.，2014)，而其宇宙暴露年龄为1.2Ma(Haba et al.，2014)。上述不同同位素体系给出的各种年龄以及特殊的同位素组成，都反映着该陨石经历了多次复杂的冲击后热变质事件。同时，Taylor et al.(2014)认为陨石中磷酸盐具有较高的H和Cl同位素组成，可能也与热事件有关。此外，收集到的陨石的质量分布和陨石大小可以用来描述陨石母体在地球大气层中飞行情况，从而限定一个完整的小行星体物理模型，并估算陨石母体的质量上限可达上百吨甚至到一千吨(Badyukov and Dudorov，2013)。

冲击变质是陨石最重要的特征之一，是陨石研究的热点之一。强烈的冲击作用常使硅酸盐发生局部熔融，形成冲击熔脉和熔融囊，从而引起挥发性元素的迁移，以及放射性同位素体系的扰动。基于Chelyabinsk陨石中橄榄石马赛克消光、部分长石熔长石化以及高压相矿物的缺失( Stöffler et al.，1991)，前人将其冲击变质程度划分为S4级(Rout and Heck，2014; Galimov et al.，2013)。到目前为止，关于高压相矿物的报道只有两例，均发现于冲击熔脉中，一个是白磷钙矿的高压相矿物(Trigo-Rodríguez et al.，2014)，另一个是长石的高压相矿物硬玉(Ozawa et al.，2014)。基于车里雅宾斯克陨石的巨大影响，罕见的空中爆炸的原因不明，强烈而复杂的冲击作用和历史，以及冲击变质往往具有很强的不均一性，我们从收集到的14块陨石中，选取冲击变质程度从低到高的3块代表性样品，开展岩石学和矿物学分析，试图对该陨石的原始岩矿特征和冲击变质特征获得新认识。

车里雅宾斯克陨石是目击降落型陨石，在坠落后就被采集，样品新鲜、无污染。绝大部分陨石块样都很小，形状不一。我们收集到的14块样品均具有熔壳。样品在金刚石慢速锯上切成~1mm厚切片，从中选出3块冲击熔融程度不同的代表性样品，用于本项研究。选出的3块切片最后磨制成光薄片，编号分别缩写为Chk-1、-2和-7。

样品的岩石学工作是在两台扫描电镜上进行的。一台是中国科学院地质与地球物理研究所的LEO 1450VP，配有牛津INCA X射线能谱仪；另一台是国家天文台的卡尔蔡司SUPRA55场发射扫描电镜，配有牛津产X-Max50型电制冷能谱仪，工作加速电压均为15kV。拉曼光谱分析是在中国科学院理化技术研究所的显微共焦激光拉曼光谱仪in-via reflex Renishaw上完成的。使用Ar⁺离子激光器，波长532nm，使用功率4mW，激光束斑~1μm，光谱收集时间为每次10s，累计3~5次，采用Si片标定峰位后进行分析。硅酸盐矿物的化学成分定量分析是在中国科学院地质与地球物理研究所的电子探针上完成的，仪器型号为JEOL JXA8100，加速电压15kV，橄榄石、辉石采用20nA的聚焦电子束；长石则采用束流10nA，束斑10μm的非聚焦电子束(以避免Na等元素的挥发丢失)。不同元素的分析标准分别是：角闪石(Si、Mg和Fe)、硬玉(Na和Al)、钾长石(K)、钙蔷薇辉石(Ca和Mn)、金红石(Ti)和Cr₂O₃(Cr)。元素的分析检出限为(1σ，wt%)：K₂O为0.01；SiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO和Na₂O为0.02；TiO₂和Cr₂O₃为0.03；FeO为0.05；MnO为0.06。硅酸盐矿物的分析结果采用的是Bence-Albee计算方法。

车里雅宾斯克陨石的岩性特征主要表现为两种：一种呈浅色，残余球粒结构仍可辨，基质重结晶，部分可见硅酸盐熔脉横穿；另一种呈暗色，球粒边缘已经模糊不清，数量较少，铁镍金属-硫化物充填于破碎颗粒的缝隙，并发育有熔脉与熔融囊。其中，Chk-2样品，浅色，未见熔脉，硅酸盐矿物破碎；Chk-1样品，浅色，存在宽为几十微米的硅酸盐熔脉；Chk-7样品，硅酸盐暗化，熔脉、熔融囊广泛发育。

反光光学显微镜与扫描电镜结果显示，选取的3块陨石样品中均存在残余球粒结构，主要为炉条状球粒，斑状球粒，放射状球粒等。球粒多为1mm左右，边缘模糊。样品为粗粒结构，矿物颗粒呈浑圆状，主要矿物为橄榄石、辉石、长石，少量的硫化物和铁镍金属不透明矿物，副矿物有铬铁矿、透辉石、磷灰石以及白磷钙矿等。在光学显微镜下观察，次生长石颗粒的粒度较大，2~50μm之间。

样品的手标本呈灰白色，金属含量较少，Fe-Ni金属约占样品薄片总面积的1.9%(图 1)。残余球粒模糊可辨，主要为炉条状球粒(图 2a，b)。长石颗粒结晶较好，2~50μm。

图 1

Fig. 1

图 1 Chelyabinsk-2 背散射全图 残余球粒可辨(箭头)，但边缘较模糊. 硅酸盐矿物颗粒强烈破碎. 不透明矿物主要为铁镍金属与陨硫铁，含量较少 Fig. 1 BSE mapping of Chelyabinsk-2 Chondrules (arrows) are blurred but can be recognized. Silicate minerals are strongly fractured. Opaque minerals are Fe-Ni metal and troilite, with low abundances

图 2

Fig. 2

图 2 Chelyabinsk-2 背散射电子图像 (a、b)炉条状球粒；(c)陨硫铁颗粒呈120°夹角生长；(d)碎裂而未熔融的铬铁矿 Fig. 2 BSE images of Chelyabinsk-2 (a, b) BO; (c) troilite growth with an angle of 120°; (d) unmelted, impact-fractured chromite grains

该样品内硅酸盐矿物颗粒破碎强烈，但未见明显的冲击熔融特征，是3块陨石中冲击变质程度最低的1块。部分陨硫铁颗粒之间呈120°夹角生长，说明其曾受热却未熔融(图 2c)。铬铁矿也只是发生了碎裂，并未发现与长石的共熔现象(图 2d)。

样品中发育有宽约几十微米的硅酸盐熔脉(图 3)。基体矿物颗粒(橄榄石、辉石、铬铁矿等)破碎强烈，一些硅酸盐矿物裂隙中充填铁镍金属-陨硫铁，长石均已熔长石化。

图 3

Fig. 3

图 3 Chelyabinsk-1 背散射全图 残余球粒可辨，边缘较模糊(箭头). 硅酸盐矿物颗粒强烈破碎，一条硅酸盐熔脉贯穿薄片(黄色虚线框内) Fig. 3 BSE mapping of Chelyabinsk-1 Chondrules (arrows) are blurred but can be recognized. Silicate minerals are strongly fractured. A silicate melt vein across the section (within yellow dashed line box)

硅酸盐冲击熔脉是由细粒的硅酸盐晶体和大小不等的小圆球组成，含有较多浑圆状硅酸盐角砾(图 4)，与基体呈不规则接触，大量的不透明细脉呈线状垂直于熔脉分布。细粒的硅酸盐晶体，呈自形等粒状，约1~3μm，可见粒度明显不同的分层现象，靠近熔脉边部晶体颗粒粒度变小(图 4b)。激光拉曼分析尚未在细粒的铁镁硅酸盐中发现高压相矿物。小圆球为铁镍金属与陨硫铁的共熔体，粒度为亚微米级，主要分布在硅酸盐晶体颗粒较大的区域。

图 4

Fig. 4

图 4 Chelyabinsk-1 冲击熔脉特征 (a)硅酸盐熔脉的背散射电子图像，由细粒硅酸盐矿物和大小不等的不透明小圆球组成，含较多圆化的硅酸盐角砾；(b)细粒硅酸盐矿物(在a中以黄色虚线框表示)，可见粒度明显不同的分层现象(虚线)，粒度由熔脉边部往核部呈递增趋势；(c)熔脉中长石角砾已熔长石化，圆圈1为拉曼谱1(f图)的分析位置；(d、e)分别在(a)中用黄色框标出，分别位于熔脉中央和边缘。可见橄榄石颗粒发现了明显的非均一化，由细粒的明暗二部分组成. 圆圈为拉曼谱(f图)的分析位置；(f)长石与橄榄石颗粒的拉曼谱线；(g) Chelyabinsk-1中受冲击橄榄石Mg#差异. Grain1为图(d)颗粒，Grain2为图(e)颗粒.空心三角形代表颗粒中灰色区域的Mg#值，实心三角形代表颗粒中暗色区域的Mg#值，图中直线为平均值 Fig. 4 Characteristic of shock vein in Chelyabinsk-1 (a) BSE image of silicate vein, composed of fine silicate grains, opaque phases and rounded silicates; (b) fine silicate matrix (dashed yellow box in a), grain sizes gradually increase from the outer rims of the melt vein towards the inner cores (dashed line); (c) plagioclase changes to maskelynite, circle 1 is the analysis location of Raman 1 (f); (d, e) marked with yellow box in (a), showing chemical heterogeneity, circles are the analysis locations (f), respectively; (f) Raman spectrums of maskelynite and olivines; (g) Mg# in shocked olivines. Grain 1 and 2 represent the grains in (d, e), respectively. The averages of the analyses are indicated by solid lines

硅酸盐熔脉中残余的硅酸盐矿物角砾主要为橄榄石和辉石，还有少量的长石。长石颗粒具有光滑的表面，在480cm^-1附近表现为熔长石的谱峰，且在1000cm^-1处谱峰很宽，为冲击变质的产物(图 4c，f)。熔脉中与熔脉边上的橄榄石颗粒都表现出了成分的不均一化，在背散射电子图像中呈明暗不同的细粒集合体。电子背散射图像的灰度与矿物组成的原子量相关，富铁橄榄石亮于富镁橄榄石，因此，选取了熔脉内及相邻围岩的两个灰度不均的橄榄石颗粒进行了能谱的半定量分析。颗粒1是冲击熔脉中的橄榄石颗粒(图 4d)，灰色区域的Mg^#变化从0.32到0.54，平均值为0.45，明显低于暗色区域的平均值0.54(范围0.50~0.58)(图 4g)；颗粒2是熔脉边上的橄榄石颗粒(图 4e)，能谱分析结果显示，灰色区域Mg^#值平均值为0.69略小于暗色区域的0.74(图 4g)，均指示冲击变质作用促使熔脉及熔脉边上的橄榄石发生了Mg-Fe的扩散。但是，拉曼光谱分析结果显示不同点位的主峰均在820cm^-1和850cm^-1附近，为典型的橄榄石拉曼谱，并未发现高压相矿物(图 4d-f)。同时，熔脉中辉石区域的激光拉曼光谱分析也未发现其高压相。

样品的光薄片表现为明显的硅酸盐暗化现象，是由于冲击作用使硅酸盐颗粒包含大量的微细铁镍金属-陨硫铁包裹体所致。陨石发生了强烈的冲击熔融，熔融囊及相互连接的不规则熔脉形成一个复杂的枝网状，环绕在残余球粒的周围，大量的铁镍金属-陨硫铁充填于碎裂颗粒内部的裂缝中，长石全部熔长石化(图 5)。

图 5

Fig. 5

图 5 Chelyabinsk-7 背散射全图 残余基体可辨(relic). 样品大部分熔融，以熔融囊(melt pocket)和不规则熔脉(melt vein)构成复杂网状 Fig. 5 BSE mapping of Chelyabinsk-7 Remained host clasts (relic) are ready recognizable. Most of the rock is melted, consisting of shock-induced melt pockets and irregular nets of melt veins

熔融囊由细粒的硅酸盐晶体与铁镍金属-陨硫铁组成，含有浑圆的残余硅酸盐矿物晶屑—橄榄石、辉石与少量长石(图 6a)。硅酸盐晶体自形粒状，成分不均一，呈环带，晶体颗粒粒度在靠近边部位置变小(图 6b)，铁镍金属-陨硫铁圆球状集合体不均匀分布。Chk-7块样中，铬铁矿的产状有二种：一是单颗粒铬铁矿发生破裂，被铁镍金属-陨硫铁细脉充填(图 6c)；二是铬铁矿-长石共熔，铬铁矿呈粒状，包裹于长石中(图 6d)。

图 6

Fig. 6

图 6 Chelyabinsk-7 背散射电子图像 (a、b)熔融囊边部从内到外，基质从大到小，铁镍金属-陨硫铁共熔体；(c)铁镍金属-陨硫铁充填破碎的铬铁矿缝隙；(d)细粒铬铁矿(亮灰)-长石(暗灰)共熔 Fig. 6 BSE images of Chelyabinsk-7 (a, b) size of matrix from core to edge becomes smaller, eutectic of troilite and metal; (c) network of thin sulfide veins; (d) fine chromite (bright grey)-plagioclase (dark grey)

表 1和表 2汇总了橄榄石和低钙辉石的电子探针分析结果，表 3给出了不同产状长石颗粒的代表性成分分析。

表 1 (Table 1)

表 1 车里雅宾斯克陨石(1、2、7)的橄榄石化学成分分析结果(wt%) Table 1 Chemical compositions of olivine from the Chelyabinsk meteorite (Chelyabinsk-1, -2, -7) (wt%) 样品号 Chelyabinsk-2 Chelyabinsk-1 Chelyabinsk-7 点位 基体 基体 熔脉 基体 熔融囊 氧化物 范围 平均 范围 平均 范围 平均 范围 平均 范围 平均 SiO2 37.2~39.9 38.1 37.7~38.7 38.2 37.5~38.2 37.9 37.6~38.2 37.9 37.4~38.1 37.8 TiO2 ≤ 0.04 ≤ 0.11 n.d. n.d. ≤ 0.06 ≤ 0.06 Al2O3 ≤ 0.04 ≤ 0.11 ≤ 0.11 ≤ 0.28 ≤ 0.11 Cr2O3 ≤ 0.04 ≤ 1.12 0.16 ≤ 0.06 0.03~0.06 0.04 ≤ 0.06 FeO 23.8~25.6 24.9 25.0~26.1 25.5 25.1~25.7 25.4 24.5~26.2 25.3 25.2~25.6 25.4 MnO 0.44~0.49 0.46 0.44~0.48 0.46 0.42~0.48 0.46 0.41~0.48 0.45 0.40~0.50 0.45 MgO 35.1~36.6 36.0 35.2~37.0 36.6 34.9~36.4 35.8 35.5~36.9 36.0 35.4~36.9 36.0 CaO 0.02~0.11 0.08 ≤ 0.10 0.06~0.18 0.13 ≤ 0.39 0.13 ≤ 0.12 Na2O ≤ 0.04 ≤ 0.07 ≤ 0.11 ≤ 0.10 ≤ 0.08 K2O ≤ 0.02 ≤ 0.06 ≤ 0.03 ≤ 0.04 ≤ 0.04 合计 98.6~100.4 99.5 99.6~102.5 101.0 99.0~100.4 99.8 99.2~101.7 99.9 98.7~100.7 99.8 Fa 27.5~28.3 27.9±0.3 27.4~29.2 28.1±0.5 27.9~29.1 28.4±0.4 27.7~28.7 28.2±0.4 27.8~28.6 28.3±0.3 注：n.d. 为未检测

表 1 车里雅宾斯克陨石(1、2、7)的橄榄石化学成分分析结果(wt%) Table 1 Chemical compositions of olivine from the Chelyabinsk meteorite (Chelyabinsk-1, -2, -7) (wt%)

表 2 (Table 2)

表 2 车里雅宾斯克陨石(1、2、7)的易变辉石化学成分分析结果(wt%) Table 2 Chemical compositions of pyroxene from the Chelyabinsk meteorite (Chelyabinsk-1, -2, -7) (wt%) 样品号 Chelyabinsk-2 Chelyabinsk-1 Chelyabinsk-7 点位 基体 基体 熔脉 基体 熔融囊 氧化物 范围 平均 范围 平均 范围 平均 范围 平均 范围 平均 SiO2 54.5~55.3 54.8 54.5~55.4 55.0 54.1~55.0 54.4 54.3~54.9 54.7 54.3~55.2 54.8 TiO2 0.12~0.51 0.22 n.d. n.d. 0.14~0.36 0.24 0.17~0.22 0.19 0.13~0.26 0.19 Al2O3 0.12~0.49 0.27 0.12~0.25 0.18 0.18~0.36 0.28 0.13~0.30 0.21 0.17~0.38 0.25 Cr2O3 0.08~0.27 0.15 0.05~0.68 0.21 0.10~0.22 0.15 0.04~0.13 0.09 0.11~0.19 0.15 FeO 15.0~15.5 15.3 15.0~15.7 15.5 15.5~16.5 16.0 15.3~15.7 15.4 15.4~15.7 15.6 MnO 0.46~0.49 0.48 0.42~0.50 0.46 0.43~0.51 0.46 0.44~0.46 0.45 0.45~0.47 0.46 MgO 27.4~28.0 27.6 27.2~28.6 27.5 26.9~27.4 27.1 26.8~27.4 27.2 26.7~28.1 27.5 CaO 0.59~0.84 0.71 0.58~0.90 0.76 0.71~0.91 0.84 0.72~0.91 0.78 0.72~1.01 0.86 Na2O 0.03~0.04 0.04 ≤ 0.07 0.03 0.02~0.13 0.09 ≤ 0.03 0.02 ≤ 0.07 0.03 K2O ≤ 0.02 0.01 0.01~0.03 0.01 ≤ 0.04 0.03 ≤ 0.02 0.01 ≤ 0.04 0.01 合计 99.4~99.9 99.6 99.3~100.7 99.8 99.2~99.9 99.6 98.6~99.9 99.0 99.4~100.0 99.8 Fs 23.0~23.6 23.3±0.2 23.2~24.0 23.6±0.3 23.8~25.2 24.4±0.7 23.5~23.8 23.7±0.2 23.5~24.2 23.7±0.4 Wo 1.2~1.7 1.4±0.2 1.13~1.78 1.5±0.2 1.39~1.80 1.7±0.2 1.25~1.82 1.5±0.2 1.38~2.0 1.7±0.3 En 75.0~75.7 75.3±0.2 74.5~75.3 74.9±0.2 73.1~74.3 73.9±0.7 74.4~75.2 74.8±0.4 73.8~75.1 74.6±0.7 PMD(%) 0.9 1.3 2.9 0.8 1.7

表 2 车里雅宾斯克陨石(1、2、7)的易变辉石化学成分分析结果(wt%) Table 2 Chemical compositions of pyroxene from the Chelyabinsk meteorite (Chelyabinsk-1, -2, -7) (wt%)

表 3 (Table 3)

表 3 车里雅宾斯克陨石(1、2、7)中代表性长石的化学成分分析结果(wt%) Table 3 Representative analyses of plagioclase from the Chelyabinsk meteorite (Chelyabinsk-1, -2, -7) (wt%) 样品号 Chelyabinsk-2 Chelyabinsk-1 Chelyabinsk-7 点位 基体 基体 熔脉 基体 熔融囊 氧化物 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 SiO2 66.2 65.0 65.2 65.8 65.2 64.8 65.6 64.7 64.3 63.6 Al2O3 22.8 22.5 21.3 21.2 22.3 22.4 22.1 20.4 21.9 21.7 FeO 0.93 0.73 0.77 0.33 1.65 1.11 1.01 0.76 0.92 1.09 MgO 0.09 0.06 0.17 0.06 0.22 0.32 0.22 0.19 0.22 0.31 CaO 1.80 1.82 2.03 2.20 0.84 0.77 2.60 2.51 0.41 0.79 Na2O 8.86 8.65 9.71 9.43 9.07 8.93 9.65 9.79 8.67 9.27 K2O 1.17 1.17 1.01 1.14 2.20 2.43 0.26 0.19 2.36 1.70 Total 101.9 100.5 100.2 100.2 101.5 100.9 101.6 98.5 98.9 98.6 单位分子的原子比(O=8) Si 2.865 2.855 2.877 2.898 2.855 2.852 2.854 2.895 2.876 2.859 Al 1.160 1.163 1.109 1.100 1.149 1.161 1.134 1.077 1.153 1.150 Fe 0.034 0.027 0.028 0.012 0.061 0.041 0.037 0.029 0.035 0.041 Mg 0.006 0.004 0.011 0.004 0.014 0.021 0.014 0.013 0.014 0.021 Ca 0.083 0.086 0.096 0.104 0.039 0.036 0.121 0.120 0.020 0.038 Na 0.743 0.737 0.831 0.805 0.771 0.763 0.813 0.850 0.751 0.808 K 0.065 0.065 0.057 0.064 0.123 0.136 0.014 0.011 0.135 0.097 An 9.3 9.7 9.8 10.7 4.2 3.9 12.8 12.3 2.2 4.0 Ab 83.4 83 84.5 82.8 82.6 81.5 85.7 86.6 83 85.7 Or 7.3 7.4 5.8 6.6 13.2 14.6 1.5 1.1 14.9 10.3

表 3 车里雅宾斯克陨石(1、2、7)中代表性长石的化学成分分析结果(wt%) Table 3 Representative analyses of plagioclase from the Chelyabinsk meteorite (Chelyabinsk-1, -2, -7) (wt%)

橄榄石 同一陨石块样内基体与熔融区域的橄榄石成分非常均一，不同块样之间橄榄石的化学成分也很一致，Fa的PMD值均落在1.1%~1.8%的范围内。Chk-2中橄榄石Fa值的变化范围为27.5mol%~28.3mol%，平均27.9±0.3mol%；Chk-1中基体部分橄榄石Fa值的变化范围为27.4mol%~29.2mol%，平均28.1±0.5mol%，熔脉及熔脉附近的橄榄石颗粒Fa值为27.9mol%~29.1mol%，平均28.4±0.4mol%；Chk-7基体中的橄榄石Fa值为27.7mol%~28.7mol%，平均28.2±0.4mol%，熔融囊附近的颗粒Fa值为27.8mol%~28.6mol%，平均28.3±0.3mol%(表 1)。FeO与MnO含量也显示，产于熔脉中的颗粒与基体中的颗粒化学成分均一。

低钙辉石 基体中与熔脉、熔融囊内及附近的辉石的Fs值相当，不同块样之间的低Ca辉石在成分上也非常均一。除了Chk-1中熔脉附近低钙辉石Fs的PMD值相对略高(2.9%)，其他的都小于2%。Chk-2中低钙辉石的Fs值为23.3±0.2mol%，Wo值为1.4±0.2mol%；Chk-1中基质区域低钙辉石Fs值为23.6±0.3mol%，Wo值为1.5±0.2mol%，熔脉部分Fs值为24.4±0.7mol%，Wo值为1.7±0.2mol%；Chk-7中低Ca辉石Fs值23.7±0.2mol%，Wo值为1.5±0.2mol%，熔融区域Fs值23.7±0.4mol%，Wo值为1.7±0.3mol%(表 2)。MnO在含量上也未见明显差异(表 2)。

透辉石 透辉石呈圆球状产出，不同陨石块样中透辉石的Fs值有一些变化，7.3mol%~10.3mol%，Wo值为42.0mol%~46.0mol%。

长石 同一块样、同一产状的长石在成分上都较为均一。但同一块样、不同产状的长石在成分上有略微的差异，靠近熔脉与熔融囊的长石颗粒相对基体富K贫Ca、Na。而不同块样、同一产状的长石成分上也存在不同，暗色Chk-7样品基体中的长石较Chk-1和Chk-2的更富Ca、Na贫K(表 3、图 7)。

图 7

Fig. 7

图 7 Chelyabinsk陨石的长石主要成分三角图 产于冲击熔脉(vein)和熔融囊(pocket)中的颗粒相对基体(host)富K2O而贫Na2O和CaO. 实心标记代表基体中长石的组分，空心标记代表熔脉或是熔融囊的长石成分 Fig. 7 Chemical compositions of plagioclase from the Chelyabinsk meteorite Plagioclase in the veins and pockets are more enriched in K2O and depleted in Na2O and CaO compared with host grains. Solid symbols represent grains in the host, and open symbols are from veins or pockets

Chk-1、2和7基体中橄榄石和低钙辉石具有较高的FeO/(FeO+MgO)摩尔比。利用不同块样基体中Fa(27.9mol%、28.1mol%和28.2mol%)和Fs(23.3mol%、23.6mol%和23.7mol%)的平均值进行投图(图 8)，均落在普通球粒陨石LL群的范围内(Fa_27.0-33.0，Fs_23.2-25.8)(Brearley and Jones，1998)。该结果与前人对于主要硅酸盐矿物的成分分析结果(橄榄石：Fa 27.9±0.35；易变辉石：Fs 22.8±0.79，Wo 1.30±0.26)一致(Galimov et al.，2013; Yoshida et al.，2014)。Chk-2中金属含量约占金属与陨硫铁面积的18%，占总面积的1.9%，与L/LL群球粒陨石一致。

图 8

Fig. 8

图 8 Chelyabinsk陨石中橄榄石的Fa与辉石的Fs关系，该陨石落在LL群范围 前人数据来自于NASA美国南极陨石库(http://curator.jsc.nasa.gov/antmet/index.cfm) Fig. 8 Corresponding relation of Fa in olivine and Fs in pyroxene in Chelyabinsk meteorite, lies in the range of LL ordinary chondrite Other data come from NASA (http://curator.jsc.nasa.gov/antmet/index.cfm)

样品具有残余球粒结构，但轮廓较模糊。矿物明显重结晶，次生长石颗粒较大(2~50μm)，指示其岩石类型为5型。橄榄石与低钙辉石的化学组成很均一，Chk-2、1和7基体中橄榄石Fa值的PMD分别为1.1%、1.8%和1.4%，低Ca辉石Fs值的PMD分别为0.9%、1.3%和0.8%。不同块样之间，橄榄石与辉石的化学成分也相似，符合5型岩石类型的划分。因此，所分析的3块独立陨石块样，均为LL5型普通球粒陨石，并与前人报导的该陨石的其他样品相似，未发现不同岩性的岩屑。

本研究所有分析的样品外表熔壳基本完整，是高空爆炸后母体不同区域的样品采样。不同块样的冲击变质程度极不均一，其中Chk-2代表了基本未受冲击的母岩特征，Chk-1受到较强的冲击，形成冲击熔脉，而Chk-7代表了最强烈的冲击变质作用，样品大部分熔融，残留的硅酸盐角砾也发生了强的暗化现象。Chk-2陨石中硅酸盐矿物和铬铁矿均表现出强烈的破碎，部分陨硫铁颗粒呈120°夹角生长。Chk-1中硅酸盐矿物破碎；铁镍金属与陨硫铁形成共熔体；由细粒、多晶的硅酸盐基质组成的较粗的硅酸盐熔脉，与母岩不规则接触；冲击熔脉中及边部的橄榄石颗粒中存在明暗不同的细粒集合体；长石熔长石化。Chk-7中硅酸盐暗化、铁镍金属-陨硫铁微粒充填破碎的硅酸盐颗粒、铬铁矿与长石共熔、熔融囊发育。基于Stöffler et al.(1991)的球粒陨石冲击程度划分标准，网状冲击熔脉与熔融囊的发育以及长石熔长石化的岩石学特征，表明车里雅宾斯克陨石的冲击变质程度已达到了S4。

铁镍金属和陨硫铁因共熔点较低，为988℃(Rubin，1992，2002)，在冲击作用过程中极易发生熔融与移动，充填于破碎硅酸盐的裂缝、装饰颗粒的边界(包括橄榄石、辉石和长石)，反映了普通球粒陨石冲击变质程度的大小。大量的细粒铁镍金属-陨硫铁颗粒包裹体的形成会导致普通球粒陨石硅酸盐的暗化。而车里雅宾斯克陨石样品的铁镍金属-陨硫铁共熔、陨硫铁充填硅酸盐裂隙、以及硅酸盐的暗化等特征，表明其在小行星母体曾经历过较强的冲击作用。

Rubin(2003)提出不透明矿物铬铁矿的产状也能反映陨石样品的冲击变质强度，随着冲击变质程度的升高，依次表现为：(1)未熔融但碎裂的铬铁矿颗粒(图 2d)；(2)被不透明细脉横穿的铬铁矿(图 6c)；(3)铬铁矿-长石共熔体(图 6d)。不同的铬铁矿产状对陨石母体经历的冲击程度所产生的温度具有一定的指示作用。其中，(1)指示该陨石所经历的温度低于988℃；(2)所代表的温度在988℃到1635℃之间；而(3)的出现是在冲击作用下，熔融升温，导致相邻的硅酸盐和铬铁矿颗粒被熔融后，重新结晶而成，表明熔融温度已高于1635℃，指示该陨石在母体至少经历了S3程度的冲击变质作用(Rubin，2003)。车里雅宾斯克陨石不同冲击程度的块样中也发现了相应的冲击变质特征。Chk-2和Chk-1中的铬铁矿均表现为(1)，而(2)和(3)只出现在Chk-7样品中。因此，车里雅宾斯克陨石的冲击变质程度至少为S3。综上所述，车里雅宾斯克陨石的冲击变质程度被划分为S4，与Galimov et al.(2013)的冲击变质程度划分结果一致。

不透明熔融细脉在普通球粒陨石中常见，是冲击变质程度较低的产物。随着冲击变质程度的增强，靶岩发生部分熔融的程度增大，表现为更宽更多的熔脉，以及大量熔融囊的出现等。大量冲击熔体的出现，由于其良好的压力传递，使靶岩处在一个相对均一的高压条件下。相反，温度具有极大的不均一，表现为从熔体中的极高温到基体中的低温。

静高压实验研究表明，高温高压条件下，矿物会发生相变，或伴随着元素的扩散，如橄榄石相变为林伍德石或瓦茨利石、辉石相变为镁铁榴石等。这些高压矿物相在快速淬火的过程中能被保存下来。目前为止，在车里雅宾斯克陨石中仅有关于白磷钙矿的高压相(Trigo-Rodríguez et al.，2014)和长石的高压相——硬玉(Ozawa et al.，2014)的报导，但还未发现橄榄石和辉石的高压相矿物。

当高温持续时间较长时，高压矿物相会发生退变质，但仍可表现出不均一的粒状集合体。Chk-1中熔脉及相邻围岩的橄榄石颗粒的背散射电子图像亮度明显不均一，表现为微米或次微米大小的微粒集合体。能谱半定量分析结果显示，颗粒中呈灰色的区域较暗色区域在Mg^#(Mg/(Mg+Fe))上普遍偏低。这种Mg^#上的差异与基体中橄榄石颗粒均一的化学组成不一致，很可能是冲击变质作用下，橄榄石发生相变，并产生了元素的迁移。原位激光拉曼光谱分析并未发现有高压相矿物的存在，可能是由于围岩温度较高，高压相不能快速淬火而导致的退变质。

高压卸载后，较高的温度条件下，细粒、自形的硅酸盐颗粒结晶，充填在冲击熔脉及熔融囊中(Hu et al.，2011)。Chk-1的冲击熔脉和Chk-7的熔融囊中，可见约1~3μm、自形等粒的硅酸盐颗粒从中部向两侧呈粒度递减趋势(图 4b、图 6b)。而Chk-7冲击熔融囊中自形的粒状硅酸盐微晶，可见明显的成分环带，从中央向边缘FeO含量升高的现象，指示着更高的围岩温度导致在高压卸载后，更加缓慢的结晶过程。但激光拉曼分析表明，基质中铁镁硅酸盐矿物为橄榄石和辉石，未见其高压相。

冲击作用引起的元素迁移可能会影响陨石块样的同位素年代学测定。冲击程度不同的块样中，橄榄石和低Ca辉石的化学成分基本不变，跟Sm-Nd体系未受扰动一致。而冲击熔脉(Chk-1)和熔融囊(Chk-7)中的钠长石较基体中的颗粒更富K、贫Na和Ca。K₂O在Chk-1和7的基体中分别约占1%和0.2%，而在熔脉和熔融囊中均达到了~2%，如此显著的成分差异表明钠长石颗粒在强烈的冲击作用下，由于温度升高，发生了挥发性K元素的迁移，与Rb-Sr体系受扰动无法准确测量(Galimov et al.，2013)相一致。

经过岩石学、矿物学以及拉曼光谱分析，我们可以得到以下结论：

(1)车里雅宾斯克陨石具有粗粒的岩石结构和均一的矿物化学组成，但仍保留一些残余球粒，表明受到了明显的热变质作用，其岩石类型可划分为5型；橄榄石高的Fa值(27.9mol%~28.2mol%)和辉石高的Fs值(23.3mol%~23.7mol%)、以及较低的Fe-Ni金属含量，表明其化学群属于低铁低金属的LL群。确证其为LL5型普通球粒陨石，与前人报导的结果一致。

(2)硅酸盐矿物强烈破碎、长石熔长石化、铁镍金属与陨硫铁共熔、铬铁矿与长石共熔、硅酸盐熔脉的形成以及熔融囊的发育等结构特征，均指示着车里雅宾斯克陨石在母体曾经历了强烈的冲击变质，其强度达到了S4级，与前人对其冲击变质程度划分相符。

(3)该陨石在空中强烈爆炸，形成大量小块体散布在很大的区域，可能与其母体小行星曾受到强烈冲击变质，造成的不均一性(熔融囊和脉的分布，基体的破裂等)有关。

(4)不同陨石块样之间冲击变质程度的显著差异，反映了冲击变质作用的强烈不均一性。除Chk-2样品基本未发生熔融外，Chk-1和Chk-7二块陨石的熔融十分明显，其中Chk-1以冲击熔脉的形式出现，而Chk-7主要为冲击熔融囊。

(5)Chk-1样品的冲击熔脉由细粒自形等粒状硅酸盐组成，可见分层现象，靠近边缘粒度明显较小。激光拉曼分析表明，铁镁硅酸盐均为橄榄石和辉石，未见其高压相。熔脉中分布有圆化的硅酸盐角砾，其中橄榄石颗粒的背散射电子图像亮度明显不均一，表现为微米或次微米大小的微粒集合体。熔脉边缘的橄榄石颗粒同样具有相似的不均一特征。这一现象与火星陨石Y984028中橄榄石和辉石的冲击变质特征相似，表明橄榄石在高压条件下发生了相变。激光拉曼分析未能证实高压相的存在，很可能是由于退变质的结果。

(6)Chk-7样品的熔融囊中，橄榄石自形微晶可见明显的成分环带，从中央向边缘FeO含量升高，反映了高压卸载后，高的围岩温度导致的更加缓慢的结晶过程。对基体和冲击熔脉或熔融囊中橄榄石和辉石的定量分析，未发现明显的成分差异。但是，熔脉和熔融囊中的长石相对基体中的颗粒表现出K₂O含量升高而Na₂O和CaO含量降低的趋势，反映了强烈冲击作用对碱金属元素的重新分配，这对于Rb-Sr同位素体系有重要影响。

致谢 样品由刘荣财提供，在此致以衷心的感谢。