鲕粒和球粒的建造原理
本文荣获了中国科学技术协会颁发的自然科学技术学术成果一等奖等多项大奖。本文作者已经被中国地质科学院聘为副研究员。
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地质学家们认为，鲕粒的同心层是水成环(在水中沉淀而形成的)，天文学家们认 为球粒的同心层是火成环(是岩熔体冷凝形成的)。关于鲕粒或球粒的成因问题，各自形成 了许多学派，至今争论不休。
1 鲕粒和球粒的概念
1.1 鲕粒的概念
成都地质学院岩石学教授曾允孚与夏文杰合编的高等学校教材《沉积岩石学》(以下简称为 《沉积》)一书，对“鲕粒”一词进行了描述：“鲕粒是呈球状或椭球状的颗粒，由一圈或 多圈规则的同心纹围绕着一个核心组成。核心通常是一个碳酸盐颗粒或者是陆源碎屑。鲕粒 的直径限定在2mm以内，直径＞2mm的类似颗粒称为豆粒。由鲕粒组成的岩石称为鲕粒岩。” ［1］
中国矿床学专家薛春纪和祁思敬等合编的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《基础矿 床学》(以下简称为《矿床》)一书，也对“鲕粒”进行了描述：“矿石常具鲕状、块状构 造，鲕粒分鲕核和鲕体两部分，前者大部分为石英碎屑，后者是围绕着鲕核由赤铁矿、菱铁 矿、甚至鲕绿泥石、胶磷矿和玉髓等矿物呈球形薄互层组成，最多可达80层。” ［2］
1.2 球粒的概念
中国天文学家侯渭和谢鸿森合著的《陨石成因与地球起源》(以下简称为《陨石》)一书， 对“球粒”一词进行了描述：“球粒陨石中产出的，球状、似球状或不规则状，经历过液态 熔融阶段的硅酸盐复矿颗粒” ［3］。并指出：“球粒的大小一般在1mm左右” ［ 3］ 。在阐述球粒成因时说：“一些球粒具有火成环，或者多层同心状结构。” ［３ ］
2 鲕粒和球粒的成因研究
2.1 地质学家们关于鲕粒成因的研究
《沉积》一书指出：“鲕粒与豆粒均属包粒(具有包壳的颗粒)，系形成于动荡的水中。在 潮汐或风暴所引起的水流及波浪作用下，它们经常呈沙浪、沙丘及沙纹状态而被搬运” ［1］ 。“鲕粒灰岩形成于温暖的浅水内，处于中等搅动的环境中。常产于水下浅滩及潮 汐砂坝或潮汐三角洲地域”［1］ 。
岩石专家们在镜下发现，一些鲕粒具有文石针晶沿切线方向排列组成同心纹包壳。许多鲕粒 同时还具有放射状的纤维结构。认为鲕粒是在水中由化学沉淀形成的岩石学专家们，对这些 现象无法给出合理的解释，大家争论不休。［1］ 特别是有一种被称为复合鲕粒的鲕 粒，其特征是在一个大鲕粒的体内又包裹着几个小鲕粒。这对鲕粒成因的研究，又带来了无 法克服的困难。
中国地质学家在川南乐山范店震旦纪灯影组发现了一种称为偏心鲕的鲕粒，其特点是，被暴 露出来的核心部分朝下，包壳部分朝上。地质学家们觉得它具有向光性。于是便认为是藻类 生物成因。在苏北下第三系阜宁组二段发现的放射状鲕粒，具有明暗相间的放射柱及残余同 心纹构造，很像围绕核心的放射柱叠层构造。也被认为是藻类生物成因。但其形成机理，尚 需进一步加深研究。［1］ 但是，关于鲕粒藻类成因的观点，在国外已经普遍被放弃 了。［1］ 也有人提出，一些鲕粒是在细菌作用下形成的。这只是作为一种观点的提 出，并不被大家赞同。《沉积》一书说：“有关鲕粒的成因已有大量文献，一般认为是无机 沉淀作用生成的，但其确切的机理还没有被证实。”［1］
2.2 天文学家们关于球粒成因的研究
《陨石》一书指出：“球粒成因是解决整个球粒陨石成因问题的关键。已公认球粒是小的硅 酸盐熔体——熔滴固化而来的。”［3］
20世纪60～70年代，关于球粒成因的观点大致可分为两大类。一类是星云凝聚说，认为球粒 是由星云气体直接凝聚形成液态熔体后结晶形成的。另一类是固体重熔说，认为形成球粒的 原始物质是尘粒的体。尘粒相互撞击引起重熔［3］。
在1982年召开的题为“球粒及其成因”国际天文学大会上，陨石学家们公认球粒是先于基质 形成的，是固化了的硅酸盐熔滴。并提出太空中尘粒间的相互冲击熔融能形成较大的熔体 ［3］。
在1994年召开的题为“球粒和原星盘”国际天文学大会上，固体重熔说仍占了优势。但是， 在引起重熔的原因方面意见还不一致。大多数天体物理学家们认为是星云冲击波加热机制。 而天体化学家们则比较一致地认为，形成球粒的过程需要快速加热和快速冷却，但这种形成 机制是否来源于闪电，还没有统一的意见 ［3］ 。
中国的天文学家候渭和谢鸿森在《陨石》一书指出：“笔者认为球粒的形成应该是星云凝聚 过程中的一个普遍发生的现象，而不是一种偶然发生的事件所能够进行解释的。因此笔者认 为星云凝聚说仍有较大的合理性。” ［３］
2.3 简评
天文学家和地质学家在球粒和鲕粒有关成因方面的认识上都存在着一个严重的误区，认为球 粒和鲕粒都是独立于球粒陨石和鲕粒岩石之前形成的。例如，在1982年召开的国际天文学大 会上，陨石学家们公认球粒是先于基质形成的。又如，“靠近球粒的基质颗粒往往沿着球粒 表面呈平行延长排列，这表明大部分基质是在球粒形成之后形成的并被吸积在球粒的表面” ［3］。再如，《矿床》一书指出：“有研究指出，矿石中鲕粒和豆粒只能在海底淤 泥中由海解作用或成岩作用的早期形成”［2］。这种认识误区是影响对球粒和鲕粒 成因研究的重大障碍。
笔者经过对实物的仔细观察和研究发现，球粒和鲕粒的形成分别是球粒陨石和鲕粒岩石建造 过程中的一个建造环节。
3 重要发现
3.1在普通球粒陨石中常能见到球粒外的粗粒硅酸盐环，Krot和Wasson称这种环为火成环 。因为在火成环和内部球粒之间没有清楚的界线，所以Krot和Wasson认为火成环表示了又一 次熔融事件［3］ 。
3.2“少量(基质)围绕在球粒周围形成球粒外细粒的环。”［3］
3.3“吉林陨石的矿物和球粒，有遭到冲击破裂的残迹，说明吉林陨石母体在太阳系空间 运行过程中，曾经受到其他小天体的碰撞，母体可能经历过多次破碎。”［4］
3.4Berkley等完成了8个橄辉无球粒陨石的矿物学和岩石学研究，提出了火成堆积成因模 式，认为它们是从硅酸盐液相中结晶形成的。硅酸盐液相中悬浮的碳物质(主要成分是石墨 )、铁、镍、硫化物等，在硅酸盐矿物结晶过程中作为颗粒间填隙物堆积下来了。在这些陨 石中还观察到橄榄石的嵌晶状结构，表明此类陨石形成后普遍受到了冲击作用。Berkley等 认为，冲击作用能够使粒状硅酸盐矿物产生定向延长，能使石墨发生向金刚石和六方金刚石 的相变，以及冲击产生的高温能使碳与硅酸盐边缘发生还原反应，使硅酸盐边部的FeO还原 为金属铁。形成内环富铁外环富镁的还原环［3］ 。
3.5笔者经过长期研究发现，在球粒陨石和鲕粒岩石的建造时期,太空中运行着大量的岩 石和岩熔体,它们的个体尺度之间相差得很悬殊。其中较小者的尺度远不足1mm，而较大者的 尺度则可达到数十米、数百米。尺度在3mm以下的岩石颗粒数量最多，分布范围最广，分布 密度最大，它们远比地球上的沙尘暴更加疯狂，长期地肆虐在太空，为球粒(鲕粒)的建造 提供了丰富的物质资源和充足的动力资源。尺度在几厘米、几十厘米和上百厘米的岩熔体广 泛的分布于其间。在这样尺工的岩熔体内，最容易建造出来球粒(鲕粒)。
3.6笔者在透明的玉髓和玛瑙内发现了大量的鲕粒，它们是小岩石颗粒撞入到未凝固的玉 髓和玛瑙内建造出来的，大部分小岩石颗粒都在玉髓和玛瑙的表层留下了进入孔。
4 球粒和鲕粒的建造原理
笔者通过对实物的观察和研究，并结合天文学家和地质学家们的一些研究成果，发现球粒和 鲕粒是同一事物，都是在太空中建造出来的。
运行在太空中的岩熔体，在其温度下降到临近或进入以其液相线与固相线所构成的结晶区间 时，当它遭到岩石颗粒撞击以后，就会产生以岩石颗粒为振源的往复振动和呈高低压相间分 布自内向外运动的球面波带。这时，岩石颗粒周围的岩熔体及岩石颗粒的边缘物质就会发生 重熔、熔融、分解、化合、置换、分异、迁移、重组、凝聚和堆积等一系列物理变化和化学 变化。同种矿物或相互间结合力强的矿物会在高压波带内向一起凝聚、结晶和堆积，并将其 他矿物向其相邻的低压波带内排斥。经过这个过程就建造出来了具有火成环构造的球粒(或 称为鲕粒)。
岩石颗粒在岩熔体内的振动力，也可分解出拉伸力与压缩力。在拉伸力作用下，会在球核的 周围建造出呈放射状的纤维结构，在压缩力作用下，则可建造出同心层状纹理构造和沿着球 体同心层的切线方向排列的文石针晶。
5 球粒建造中的几个重要因素
5.1 矿物组合因素
运行在太空中的岩熔体，在受到呈高低压相间分布运动的波带作用时，能够迅速分异出两种 或两种以上矿物，是球粒建造的基本因素。
5.2 熔体弹性因素
熔体弹性越大，建造出来火成环的直径也就越大；反之就越小。例如，后建造出来的球粒，往往可以包裹与其距离很靠近的先建造出来的球粒。其原因就是 随着熔体温度的降低，其弹性就会增大，建造出来球粒的火成环直径也就会越大。
5.3 撞击压强因素
岩石颗粒撞击运行在太空中岩熔体所产生的压强越大，建造出来球粒的火成环就会越紧密。例如：天文学家们发现不同种结构类型的球粒相互包裹和粘连时说：“几种不同结构的球粒 (大部分已经发生了变形)存在于一个大球粒中；两个或多个球粒粘连在一起，细粒基质围 绕它们形成的总体轮廓公布，表明单个球粒之间的接触是在未完全固化时就连在一起了，而 不是固化后经吸积作用结合的”［3］。天文学家称这样的球粒为复合球粒。复合球 粒的建造原理是：“几个相互靠得很近同时撞入到运行在太空中的岩熔体内的小岩石颗粒， 每一个小岩石颗粒在振动中都建造出来了一个小球粒。在它们振动的合力作用下，同时又建 造出来一个大的球粒将大家包裹到了一起而形成了一颗复合球粒。在复合球粒的建造过程中 ，有时，几个小岩石颗粒振动的合力产生的压强会小于各个小岩石颗粒振动的分力所产生的 压强，在这种情况下，复合球粒的大火成环就不如其体内的小火成环的构造紧密。
5.4 球核反冲因素
撞入到岩熔体的岩石颗粒，在压力波带作用下，通常会在它的前方先建造出来呈半球状的带 形构造，而形成了暴露球核的偏心状球粒。当它前方的压强充分大时，球核就会被迫反冲回 来，而建造出来另外半球的带形构造。当球核在熔体内前后往复振动以后，就会建造出来具 有完整火成环的球粒。
鲕粒岩中的偏心鲕，主要就是由于在其建造过程中，鲕核反冲力量不足的原因所造成的。
5.5 重熔建造因素
运行在太空中的岩熔体，当它遭到砾石雨或砂尘暴等物体撞击以后，就会产生重熔建造。在 这种建造过程中，岩熔体内的球粒可能就会被改造成为炉条状球粒或斑状球粒等，甚至还会 被解体而成为非球粒。
6 建议
鲕粒和球粒分别是鲕粒岩石和球粒陨石的重要组成部分，对鲕粒和球粒的研究是揭 开鲕粒岩石和球粒陨石成因的关键。鲕粒和球粒具有相同的结构和构造，却被地质学家和天 文学分别说成是水成因和火成因。因此，建议地质学家们与天文学家们携起手来，大家共同 来讨论鲕粒岩石和球粒陨石的形成原因，一定会取得很好的效果，来促进自然科学大踏步地 向前发展！
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