火星陨石的岩石矿物学及源区特征

摘要

目前火星岩石样品的唯一来源是火星陨石,是研究火星物质组成和成分演化、物理化学性质、壳幔分异过程、岩浆过程等的重要窗口.火星角砾岩的成分与探测器和火星车获得的火星表面平均成分及部分表面岩石成分相似,代表了来源于火星壳的富集型样品.其他大部分火星陨石通常为基性岩浆岩,形成于幔源岩浆上涌后喷发至表面或侵入为岩墙或岩床,携带了火星幔的物质组成信息,不同的微量元素和同位素组成特征指示其来源于火星幔不同的源区.部分岩浆在上涌过程中经历了火星壳的混染作用,形成的陨石记录了火星壳的部分物质组成.火星陨石的研究已经获得了大量火星表面和深部的物质组成和演化信息,主要认识包括:① 火星壳氧化程度较高,富集稀土元素,238 U/204 Pb比值较高,ε142 Nd和ε182 W较低;② 火星幔部的氧逸度和轻稀土元素富集程度高度不均一,同位素组成特征指示至少存在六个不同的源区(低147 Sm/144 Nd 和176 Lu/177 Hf、高147 Sm/144 Nd 和176 Lu/177 Hf、高147 Sm/144 Nd低176 Lu/177 Hf的三类辉玻无球粒陨石源区;较低147 Sm/144 Nd 和176 Lu/177 Hf、较高ε182 W的辉橄与纯橄无球粒陨石源区;NWA 8159 的源区;NWA 7034 中部分组分的源区);③幔部不均一的特征可能形成于火星分异早期.目前发现的火星样品数量约300 余块,大部分样品的结晶年龄小于 650 Ma,但是火星表面的地质单元主要为诺亚纪或西方纪产物.另外火星探测数据获得的表面岩石成分比火星陨石更富硅和碱性元素,且岩石种类更丰富,除玄武质岩石之外还有大量中性和酸性岩石.因此对火星物质组成和演化更全面、深入的研究还需新的探测任务(包括样品返回)的数据补充.