南极陨石击变熔融脉中矿物动力学研究：界定冲击持续时间

We propose to use FIB-TEM technique to investigate the microstructure and mineralogy of shock-induced melt veins in several Antarctic meteorites. This Research focuses on the phase transformation and geochemical characterization of the host-rock fragments in melt veins, vein matrix, especially the vein edge and transition boundary between different phases. Based on obtained data of mineralogy of the melt veins, combining with knowledge of shock physics and static high-pressure experiment, using related mineral kinetics, crystal growth kinetics and melt vein thermal conduction modeling, we can calculate the duration of element diffusion, crystal growth, and crystallization of the melt vein, then estimate the shock duration, and discuss the shock conditions of parent bodies of the planet embryo in early solar system. This research is useful to reveal the crystallization kinetics of melt vein under shock condition, and the shock kinetics of the meteorite. It is important for understanding the evolution history of asteroids in the early solar system. In addition, the application of the high technique of FIB-TEM in meteorite mineralogy provides a good reference for China deep space exploration research, especially for the future micro-mineralogy research of the lunar soil after lunar sample return mission in the third phase of China lunar exploration.

本项目拟应用聚焦离子束-透射电镜（FIB-TEM）微区分析技术，针对个别南极陨石击变熔融脉中高压矿物的微结构微矿物开展深入研究。研究重点是熔融脉中主岩碎块包裹体，熔融脉基质，特别是脉边界及过渡边界的矿物相之间的相变及成分变化特征；以所得的矿物学数据为基础，结合动态冲击物理学及静态高压实验学研究认识，利用相关的矿物动力学、晶体生长学、热传导学等知识，计算元素扩散时间、晶体生长时间及熔融脉结晶时间，进而估算冲击持续时间，并探讨早期太阳系中小行星母体的冲击条件。此项研究有助于揭示冲击变质过程中陨石熔融脉结晶动力学过程，乃至陨石冲击动力学过程，并对认识早期太阳系小行星体演化历史具有重要的理论意义。另外陨石矿物学的FIB-TEM高新技术研究也可为我国深空探测科学研究，尤其是探月三期月壤回收后的微矿物学分析研究提供借鉴。

“南极陨石击变熔融脉中矿物动力学研究:界定冲击持续时间”基金项目工作进展顺利，在多块我国科考队收集的南极陨石中发现以前并不常见的独特固态相变现象。固态相变主要发生在被包裹在击变熔融脉中的主岩碎块，其中包括橄榄石，辉石，长石及其多相球粒碎块。我们利用电子探针、拉曼光谱仪、聚焦离子扫描电镜（FIB）、透射电镜等，针对GRV022115，GRV022121, GRV022454, GRV052425, 等球粒陨石中熔融脉中高压矿物的微矿物与微结构进行了深入研究。随着工作的深入和聚焦，从最初的冲击熔融脉中发生的局部（或部分）高压固态相变，如环带橄榄石相变和大量长石类的相变，逐渐发现，辉石类矿物也有不少独特的固态相变，橄榄石及辉石也发生完全分解的相变。这些高温高压固态相变非常独特，即包含物质成分的扩散，也涉及极度压力温度变化下的物相转变，是难得的大自然实验室的结果。研究目的是理解橄榄石、辉石、长石的高压相变机制，根据矿物动力学及矿物相数据，获得或估算冲击极端条件下的温度，压力，及持续时间等参数，为了解太阳早期演化历史提供新的认识。另外为研究地幔岩矿物提供天然实验室的数据。在本项目的资助下，已取得大量数据，完成一篇SCI论文，一篇本科论文，9篇国际会议摘要，多篇国内会议文章。后续工作仍在进行，尚有2篇文章在整理、送审和撰写中。