太湖冲击坑:沉积岩中冲击变质现象新证据

Taihu crater: New evidence of impact metamorphism in sedimentary rocks, Taihu Lake, Jiangsu, China

摘要

总结了15年环太湖及内部岛屿的研究的成果。太湖具有震裂锥、冲击变质角砾岩、石英岩的冲击变质现象(PDFs,PFs)和冲击熔融作用等冲击坑诊断性特征。构成冲击坑理想剖面的气化熔融带—冲击变质带—冲击变质角砾岩和裂隙带等要素完备,确证了太湖冲击坑的存在。依据冲击坑诊断性特征,编制了太湖冲击变质现象分布示意图。首次将太湖冲击坑从前人的卫星图像推测落实到了太湖湖区,为太湖冲击坑深入研究打下了坚实基础。根据太湖冲击变质现象的分布,可以将太湖湖区划分为两个冲击变质现象集中区和一个冲击溅射物分布带,称为两区一带。两区一带都在湖区的内部和边缘,集中分布于太湖的中部和南部,表明冲击坑应与太湖的形成、演化和发展有关。太湖冲击坑产于陆台边缘褶皱带,靶岩为沉积石灰岩和孔隙石英砂岩地区,为一冲击坑新类型,具有许多新的冲击变质现象和特征。文中提出了震裂锥的多样性、新特征和新类型;揭示了孔隙石英砂岩中冲击变质PDFs的新特征,粒间剪切摩擦—局部熔融形成的硅酸玻璃和固化熔融包裹体等新现象,丰富和发展了沉积岩中冲击变质现象的新特征及有关理论。

关键词

太湖 / 冲击坑 / 震裂锥 / 冲击变质作用 / 冲击熔融作用 / 靶岩

Key words

Taihu Lake / impact crater / shatter cones / impact metamorphism / impact melting / target rock

0 引言

“冲击坑”是由大型地外物体、宇宙抛射物以其原始宇宙速度(>11 km/s)冲击地面靶岩的瞬间开始形成的。冲击产生的强大动能转变为冲击波,冲击波以超过10 km/s的高速从冲击点辐射出去作用于靶岩,形成“瞬间冲击坑”。

冲击波是一种强而短暂的高压应力波。冲击压峰值可能达到几百GPa,远高于地表岩石发生的正常弹性和塑性变形的水平,并且冲击波会在它穿过的岩石中产生独特和永久的效应^[1]。

冲击坑的形成经历了3个阶段:接触/压缩阶段、挖掘抛射成坑阶段和调整成型阶段。

冲击构造的理想模式图由3个带构成:气化—熔融带、冲击变质带和震裂锥及角砾岩带。

冲击坑研究是一新兴科学领域^[2],1937年首次提出,1964年发现柯石英后才正式确定。在发现南非Vredfort坑、加拿大Sudbury坑、德国Rise坑等几个大型冲击坑之后,这项研究突飞猛进并取得重大进展。

早期主要研究地球冲击坑与诱发岩浆活动、金属矿床(Cu-Ni;Cu-U)和非金属矿床(金钢石、油气、建材)的关系,以及与某些地质时期生物绝灭等的关系^[3-4]。近来的研究已进步到大型陨石冲击与行星演化等宇宙成因和演化等重要方向。

我国对于冲击坑研究起始较晚,1988年公布的107个冲击坑中我国还是空白。此后,研究工作在多地展开,已经报道的有辽宁岫岩、江苏太湖、海南白沙等8地。

太湖冲击坑是国内外学者热切关注的问题,太湖冲击坑的研究经历了漫长的过程。早期美国月球和行星科学研究所Sharpton等^[5]根据卫星图像,识别出中国最有可能为冲击坑的5个地区,太湖就是其中之一。90年代开始,国内许多学者开始环绕太湖和湖内岛屿进行考察和研究。何永年等^[6]研究了太湖地区石英晶粒的冲击变形特征,杨主恩和徐道一^[7]用TEM研究了石英晶粒的超微构造。Sharpton和美国休斯敦大学地球科学系K.Burke受王尔康的邀请,环绕太湖和湖中岛屿进行了考察研究,发现一些重要证据,如震裂锥^[8]和石英中的PDFs^[9]等,并在《中国科学》和《科学通报》上发表。虽然有所发现,但太湖冲击坑研究难度较大,证据尚且不足,研究停滞了一段时间。2003年太湖清淤时,苏州陨石爱好者王家超和王来金先生在其中发现了棍状菱铁矿等奇石,怀疑为“天外来客”,请了多位专家鉴定。由于众说纷纭,如“湖相沉积注模化石”“古炼铁炉渣”等,最终未有定论。2008年,两位陨石爱好者来到南京大学地质系,这才开始了太湖冲击坑的新一轮研究,直至今日历时15年有余,对太湖冲击坑的研究也取得了丰硕的成果,其中还包含一些创新性成果。

1 太湖简介

1.1 太湖地质背景

太湖位于中国东部,苏浙沪交界地区,湖面面积约2 400 km²,是中国第三大淡水湖。太湖流域是中国经济与文化最发达的区域之一。

我国学者最先从太湖卫星遥感图像注意到太湖为一环形地貌^[5](图1),其西南缘为一圆滑的弧形。从中国41个环形构造中,识别出5个最有可能为冲击坑的地区,太湖就是其中之一(图1)。黄钟瑾等^[10]在宁镇地区找油气靶区时,发现太湖为一低角度低缓的穹窿构造,由中心向外伸出6个花瓣状花边—鼻状构造,并伴有6个放射状断裂,交汇于穹窿中心。穹窿核心部分地层为志留纪、泥盆纪沉积石英砂岩和石英岩,向上、向外为石炭纪—二叠纪石灰岩(图2)。

这些特征虽然是非确诊性冲击构造的特征,却是进一步深入研究的重要线索。

1.2 太湖冲击坑研究楷况

我们对于太湖冲击坑的研究15年来经历了3个阶段。

(1)2008—2009年开启了新一轮的太湖冲击坑研究。太湖菱铁矿奇石发现后,经众多专家鉴定,众说纷纭,未得结果。我们对溅射物进行了主要化学元素、微量及稀土元素测定、X-衍射矿物鉴定、C-O同位素测定和¹⁴C同位素定年等详细研究,确定了是冲击溅射物,并首次提出这是太湖冲击坑存在的证据。2009年在《高校地质学报》^[11]发表后,当地群众又在太湖湖中岛屿,平台山、西山禹王庙、衙甪里、元山、东太湖等地发现了溅射物。溅射物大致沿西北—东南向呈带状分布在太湖中部。

(2)第二阶段主要研究了太湖西缘宜兴丁蜀镇一带冲击变质现象集中区。该区是卫星图像中太湖西缘光滑圆弧地带。考察发现了石英砂岩的冲击变质角砾岩及角砾熔岩、石英岩中锥状构造、宜兴石灰岩中震裂锥、小焦山的震裂锥及冲击锥状角砾岩筒等^[12-13]。2014年5月出版了内部阶段性研究报告《太湖冲击坑研究》第一辑。

(3)第三阶段是本项目研究取得重大突破的阶段。发现了太湖东部岛屿密集区的西山—三山岛一带冲击变质现象集中区。2017年在西山岛的林屋山发现震裂锥,这是一重大突破。震裂锥是露头级别冲击坑的重要标志,也是进一步发现冲击坑的重要线索。震裂锥的发现在《高校地质学报》^[14]和LPSC(Lunar and Planetary Science Conference)国际会议上发表^[15]。接着笔者开始追索东山—西山—三山岛—阙山一带石英砂岩中的冲击变质现象。发现了独立石英晶体中PDFs的新特征和粒间剪切—局部熔融—硅酸玻璃—固化矿物包裹体,以及全岩熔融等新现象,取得了丰富的成果。

2 太湖冲击变质现象的分布规律

2.1 确定冲击坑的诊断性特征

冲击坑的确定是基于地质学家能够明确地识别陨石冲击特征,并将其与常规的内生地质过程形成的类似特征区别开来。陨石冲击的大多数诊断指标,是靶岩在受到冲击产生强烈冲击波的极端压力和温度环境下的独特产物。他们将常见的、易混淆的特征区别为陨石冲击变质诊断性指标(Diagnostic indicators)和由陨石冲击及其 地质作用也能产生的非诊断性特征^[16]。根据以上指标,世界上已确定的冲击坑约175个。

2.2 太湖冲击变质现象分布示意图

根据冲击坑诊断性特征国际公认的标准^[16]和冲击坑理想剖面构成要素^[1],我们对太湖进行了全面、系统的研究。15年对环太湖及湖区内部岛屿现场考察与研究取得的成果,表明太湖具有确定冲击坑存在的诊断性特征。表现在:(1)震裂锥发育;(2)石英中平面裂隙(PFs)和平面变形特征(PDFs)存在;(3)有高压(透光)矿物玻璃;(4)有高温石英玻璃和熔体存在。除诊断性特征外,还有一些非诊断性特征,如环形卫星图像、环形基底地质的穹窿构造、冲击变质角砾岩、云母的折膝结构和溅射物中微球粒的存在等。我们依据上述确定冲击坑的诊断性特征,编制了太湖冲击变质现象分布示意图(图3)。将太湖冲击坑从前人根据卫星图像推测落实到地面太湖湖区。

2.3 太湖冲击变质现象的分布规律

由太湖冲击变质现象分布示意图可见太湖冲击变质现象的分布规律。(1)太湖冲击变质现象集中分布在太湖中部和南部,可以划分为两区一带,即东部冲击变质现象集中区(西山岛—东山岛—三山岛—泽山岛—蕨山岛)和西部冲击变质现象集中区(宜兴丁蜀镇—宜兴市—小焦山岛),以及一个中部NW-SE向的冲击溅射物分布带(平台山岛—西山岛的衙甪里—元山—苏州湾到湖区外围的石湖)。

(2)两个冲击变质现象集中区与一个冲击溅射物分布带都分布于太湖湖区内部及其边缘。冲击变质集中区与溅射物分布带相伴,都分布于湖区中部和南部。表明太湖冲击事件与太湖的形成、演化和发展有着密切的关系。

(3)冲击变质现象集中分布于靶岩为古生代志留纪—泥盆纪(S—D)石英砂岩和石炭纪—二叠纪(C—P)石灰岩之中,见于陆台边缘褶皱带沉积岩中的冲击坑。这类冲击坑国外很少,国内还是首次发现。国际上著名的大—中型冲击坑多出现在地盾和克拉通地区,以往有关的冲击变质现象资料,多来自古老的变质岩和火成岩等结晶质岩石。研究非结晶质岩石沉积岩中的冲击变质现象,可以补充这方面的不足,具有重要的理论和实际意义。

(4)图中分别标明靶岩沉积岩石灰岩和石英砂岩中冲击变质现象,即震裂锥、冲击变质角砾岩、冲击变质微页理和微裂隙(PDFs,PFs)、冲击变质熔融岩、冲击溅射物等的分布。两种靶岩沉积岩的冲击变质现象可以相互印证,更能证明太湖冲击变质现象的存在。研究不同靶岩沉积岩石灰岩和石英砂岩中的冲击变质现象,由于两种岩石物理、化学性质不同,冲击变质现象除了共有的特征外,还发现了一些新的冲击变质现象和新的特征。为研究太湖冲击坑提供了新的证据。

3 太湖冲击坑震裂锥的特征

震裂锥是冲击坑宏观的露头级别的诊断性特征,多见于大—中型冲击坑,是冲击坑最重要的证据^[17]。

太湖湖区已发现的震裂锥集群分布,数量众多,具多样性。除具公认的标准特征型震裂锥外,还有一些值得进一步确认的新类型、新特征。

太湖震裂锥最先由王尔康等^[8]在蕨山岛湖滨砾石滩中发现,大小约10 cm。他指出砂岩中还有一种弧形破裂,在宜兴兰山一带出现,可以作为寻找震裂锥的线索。2010年笔者在兰山考察时,黄钟瑾在石英砂岩的露头剖面中发现了“锥状构造”。Qian等^[13]又在附近砾石堆中,找到小型震裂锥体(图4),大小也在10 cm左右。小型震裂锥锥纹较少、粗糙,没有马尾丝,与王尔康发现的震裂锥大小及形态相似。黄钟瑾发现的破裂锥类似锥体的外壳,并与王尔康发现的弧形破裂相似。锥状构造可能即是王尔康发现的震裂锥原始露头。太湖发现的锥状构造极似南非Vredefort Dome Maraisburg石英岩中的震裂锥^[17]。

太湖湖区产于石灰岩中,震裂锥较为复杂。有具马尾丝结构标准特征的震裂锥,也有一些没有报道过的、具有新特征的震裂锥新类型。震裂锥碎粒岩化显著,气化—熔融发育。锥体表面具蜂窝状气印,十分明显。还有具网格状锥纹的震裂锥^[15]。震裂锥的碎粒岩化、气化熔融等特征,在巴西也有发现与报道^[18],但还是较少。加拿大Sudebury冲击坑震裂锥锥面熔融形成微球粒、丝状、片状等微构造也有报道^[19],但没有太湖西山震裂锥那样明显、强烈。

沉积岩中震裂锥的这些特征与石灰岩、石英砂岩的物理—化学性质有关。石灰岩性碎,熔点低,气化—熔融易发生。

3.1 太湖东区西山的震裂锥

太湖西山的震裂锥呈簇群分布,大小不一,发育完整程度不同,其中有发育完整、较为典型的震裂锥,也有国内外没有报道过的、具太湖特点的震裂锥。太湖西山有多种形态的震裂锥(图5)。(1)微型震裂锥:成簇产出的众多微型震裂锥围绕一中心分布,微型震裂锥分布范围直径为1~1.5 m。单个微型锥直径10~15 cm(图5a)。

(2)中小型震裂锥:该震裂锥呈圆锥形,由锥体的顶部向下辐射的锥纹有分叉特征,锥体下部可见石灰岩熔蚀的现象(图5b)。(3)在众多震裂锥中有一较为完整的天然震裂锥剖面,该锥高约70 cm,底宽约50 cm,可见震裂锥的内部结构构造和组成。锥体内部有次级小的锥体和锥纹出现,锥纹从顶部向下具有分叉特征。剖面显示震裂锥的锥体表面是由冲击碎粒岩化的靶岩石灰岩,中—细粒方解石碎粒熔融焊接而成,锥体熔接得十分坚硬。较大的方解石碎粒突出在外,锥体表面显得较为粗糙(图5c)。(4)震裂锥新类型^[15]:锥体表面具有网格状结构及气印的震裂锥,发现于西山(图5d)。

西山震裂锥的特征如下。

(1)西山震裂锥具有马尾丝擦痕诊断性特征^[17](图6)。

(2)西山震裂锥锥体碎粒岩化显著,气化—熔融现象发育。锥体表面粗糙,锥体由石灰岩碎粒熔接而成。网状构造和气印极为发育。气印浅的似波纹状或鱼鳞状,深的似蜂窝状^[18⇓-20]。

(3)震裂锥中矿物的冲击变质双晶、微裂隙发育,熔融现象显著(图7)。排除了震裂锥是地表水溶蚀石灰岩形成的喀斯特或风蚀成因凤稜石的可能^[1]。

(4)震裂锥与冲击变质角砾岩和角砾熔岩伴生^[21]。

3.2 太湖西缘的震裂锥

3.2.1 太湖西缘石灰岩中的震裂锥

宜兴市黄龙山边近公路处,厚层石炭纪黄龙石灰岩中有中—大型震裂锥成群出露于山边草丛中。近路边震裂锥较小(图8a),单锥高1 m左右。在后边的锥较大(图8b),高2 m左右。锥面上锥纹十分明显,从锥顶由上而下辐射分叉。

太湖西缘的震裂锥与太湖东区震裂锥相比较,震裂锥较大。锥面上自顶向下辐射分叉的锥纹十分明显。不同之处是碎粒岩化不显,气化熔融不发育,无蜂窝状、波痕状气印。

3.2.2 太湖西缘石英砂岩中的锥状构造

锥状构造发育于宜兴市丁蜀镇太湖西缘湖岸之滨。临湖浅滩上广泛发育大片原地角砾岩的砾石和砾块,并伴有松散的锥状角砾岩堆、击变角砾岩和击变角砾熔岩。锥状构造(图9)包含圆锥形破裂面、锥状岩块和扇形裂隙锥等3种形式。其中锥状岩块与震裂锥形态相似。在锥状构造露头附近砾石堆中,发现震裂锥状砾石一个。极似锥状构造的核心锥状岩块。锥面有辐射状锥纹。锥纹较为粗糙(图4)。其中黄钟瑾文章中锥状岩块的外壳—圆锥形破裂锥类似于王尔康文章中提出的弧形破裂。由于在太湖地区广泛分布的锥状岩块与国外标准震裂锥存在差别,推测它们或许是一种非典型的震裂锥,或许是震裂锥新类型。

3.3 不同沉积岩中震裂锥的新特征及新类型

由以上太湖东区与西缘震裂锥的论述,可以得出以下规律。

(1)沉积石灰岩和石英砂岩中震裂锥具有新的特征和新类型。不同靶岩,石灰岩与石英砂岩因其物理—化学性质不同,冲击变质现象往往具有不同的特征。例如石灰岩性碎,熔点低,碎裂岩化、气化—熔融和气印容易产生。

(2)石灰岩中有符合公认标准特征的震裂锥,也有锥体表面展现碎粒岩化、气化—熔融和气印发育的震裂锥,还有锥面具网状结构的震裂锥新类型。

(3)石英砂岩中发现的“锥状构造”,具破裂锥—锥状岩块—扇形裂隙锥三者成套组合。在锥状构造的周围,伴生有原地石英砂岩角砾构成的、松散胶结的“锥状角砾岩堆”和松散胶结的“锥状冲击角砾岩筒”等新特征和新类型。

(4)在王尔康等^[8-9]太湖南部阙山岛滨湖湖滩的砾石堆中首次发现震裂锥的启示下,黄钟瑾等在宜兴丁蜀镇石英砂岩露头中发现锥状构造和伴生石英岩角砾熔岩。Qian等^[13]又在附近砾石堆中找到石英砂岩的小型震裂锥。这小型震裂锥的锥体和破裂锥与王尔康发现的小震裂锥和“弧形破裂”大致相当,可以对比。

4 沉积孔隙石英砂岩中的冲击变质特征

陨石冲击地表岩石时,冲击波的冲击作用使靶岩的岩石、矿物产生多种裂隙。经过长期研究,学者们将一系列平面变形微裂隙(PFs—Planar Fractures)和微页理(PDFs—Planar Deformation Features)两种微裂隙作为陨石冲击变质诊断性特征。并且这两种特征已被确定为冲击构造最广泛的应用标准。

在地质上老的或变质的样品,PDFs相对清楚但不连续。在PDFs平面中原始非晶物质可能重结晶形成微细的嵌晶石英(亚颗粒),或沿着PDFs方向发育细小的流体包裹体。具有这样特征的PDFs被称为“被装饰的PDFs(Decorated PDFs)”^[1]。

沉积石英砂岩中的PDFs等冲击变质特征是一个值得进一步探讨的问题。在冲击坑研究手册专著中French^[1]指出,许多资料来自结晶岩类。非结晶质沉积石英砂岩中PDFs能否形成,或者由于后冲击熔融作用是否被立即破坏,French^[1]还推测:冲击波经过孔隙沉积岩时,更多的热量被沉积岩中无数的粒间表面和孔隙空间吸收,结果在较低的冲击压产生强烈的熔融。

由于沉积孔隙石英砂岩的物理化学性质不同于结晶质岩石,冲击变质现象可以表现出不同的特征。石英颗粒间可以滑动,粒间有胶结物铁质、方解石、水等缓冲剂存在,可以促进化学反应和熔融作用。

2017年在西山石灰岩地区发现震裂锥后,我们立即对推覆于石灰岩之上的老地层志留纪—泥盆纪沉积石英砂岩进行追踪,研究其中的冲击变质现象,取得了重要进展,发现了石英砂岩中冲击变质现象的新证据。

研究的沉积石英砂岩分布于太湖湖区内的东南部,小岛密集区的西山和东山。在野外露头所见受冲击的志留纪和泥盆纪紫红色含铁石英砂岩和黄色石英砂岩一般较为破碎,垂直层面裂隙发育。经过岩石薄片岩相学研究,冲击变质现象主要表现为两类:(1)独立石英晶体内PDFs和PFs;(2)石英晶体间接触表面和多颗粒石英晶体聚会孔隙间,发育剪切交叉微裂隙、局部熔融形成的亮黄色玻璃(硅酸玻璃)和固化熔融—气固矿物包裹体等一系列变化。

4.1 独立石英晶体内的PDFs及PFs

(1)PDFs和PFs可以产生、但保存不易。

在独立石英晶体中PDFs出现相对较少。在东山石英岩样品(QD2-10)薄片的图像中央可见一独立石英晶体内发育细而密集的3组PDFs(图10)。在其左下一颗石英独立晶体内可见两组PDFs。值得注意的是,石英晶体两端出现熔融再生边,再生边中PDFs消失或略显痕迹。在其右上方另一石英晶体也有一再生边,有PDFs残影。

(2)独立石英晶体内PDFs的特征——“被装饰的PDFs(Decorated PDFs)”^[1]。

石英独立晶体内一般都有一组、二组甚至3组明显程度各异的PDFs。在东山石英砂岩的薄片中(样品QD2-3)的独立石英晶体内,可见一组(图11中上,左中)和二组(右中,左下)PDFs。细而密集的PDFs有的成组出现。与结晶质岩石中独立石英晶体内的PDFs不同,其特点是沿PDFs带有密集的小黑点(微小黑球)分布。杨主恩和徐道一^[7]进行过TEM透射电镜研究,确定有“亚晶颗粒”,出熔现象,以及微细气液包裹体等出现,即French^[1]所称的“被装饰的PDFs”。

4.2 石英晶体粒间冲击变质特征

太湖西山一带沉积孔隙石英砂岩,经研究,冲击变质现象普遍表现为粒间剪切摩擦—局部熔融亮黄色玻璃(硅酸玻璃)形成、熔体固化气—固矿物包裹体形成等一系列过程,丰富了靶岩沉积石英砂岩中冲击变质新的现象和特征。

(1)剪切交叉微裂隙一般分布于多颗石英聚集、应力汇聚中心和颗粒边缘。石英晶体间剪切交叉微裂隙不同于PDFs(平面变形微裂隙),它极为细密,极短,呈交叉状,将石英晶体交叉剪切成微小的石英碎粒(图12)。

(2)粒间剪切局部熔融:形成亮黄色玻璃(lechatelierite)^[22-23]。石英晶体经冲击剪切摩擦、局部熔融和快速冷却固化而成。亮黄色玻璃折射率低,正交偏光下全黑无干涉色,亮黄色玻璃中常见裂纹,多与SiO₂熔融固化包裹体伴生(图13)。

(3)石英颗粒间局部熔融:形成SiO₂熔体,并经冷凝固化形成气—固矿物包裹体。石英颗粒间经冲击变质剪切摩擦局部熔融而成的SiO₂熔体,在冷却过程中固化包裹残留气体、液体形成气—固矿物包裹体。包裹体多由亮黄色外圈包围中央黑色圆形气泡(图13)。有时包裹体内可见少许微小固化微粒或残晶微粒。

4.3 沉积孔隙石英砂岩中冲击变质新特征

综合上述太湖西山、东山沉积孔隙石英砂岩中冲击变质特征可以得出以下规律。

(1)沉积孔隙石英砂岩经冲击变质,独立石英晶体内可以产生PDFs。在PDFs产生后,独立晶体边缘出现熔融再生边。熔融再生边中PDFs被破坏,消失或略显残影。

(2)冲击沉积孔隙石英砂岩中,独立石英晶体内的PDFs特征较为复杂。除与火成岩和变质岩等结晶质岩石中石英独立晶体内PDFs特征相似外。也有部分PDFs具有极微小的黑色球粒或气泡,即所谓的“被装饰的PDFs”^[1]。

(3)在冲击波冲击沉积石英砂岩时,另一主要特征是石英晶体边缘可以发生粒间滑动、剪切摩擦,以及晶体堆聚的孔隙发生挤压、垮塌等作用时,可以大量吸收冲击波的热能,使晶体间接触表面和孔隙中冲击变质及局部熔融现象十分发育。冲击变质现象表现为剪切摩擦、局部熔融形成亮黄色玻璃(Lechatelierite)、熔体固化形成矿物包裹体等,成为石英晶体粒间冲击变质作用的典型表现。本文提出了冲击变质过程中石英晶体粒间剪切、滑动、摩擦产生的各种效应和结构,丰富了沉积孔隙石英砂岩中冲击变质新特征。

(4)太湖西山、东山沉积石英砂岩冲击变质现象的研究表明,在独立石英晶体中可以出现PDFs,但后期熔融再生作用可以使其消失。回答了French^[1]提出的“沉积岩中PDFs能否形成”和“由于后冲击熔融作用是否被立即破坏”等问题。

(5)太湖西山沉积孔隙石英砂岩中,冲击变质现象,包括石英颗粒间剪切摩擦、局部熔融—(硅酸玻璃)、固化熔融、矿物包裹体形成等,证明了French^[1]的推论“孔隙岩与非孔隙岩间一个更重要的不同是在冲击波经过孔隙沉积岩时,更多的热量被沉积岩中无数的粒间表面和孔隙空间吸收,结果在较低的冲击压时产生强烈的熔融”。

5 结论

(1)根据太湖冲击变质现象分布图展示的规律,靶岩沉积岩中震裂锥的新特征和新类型,石英砂岩中独立石英晶体内的冲击变质(PDFs,PFs)现象以及石英晶体粒间剪切摩擦—局部熔融—熔体固化、矿物包裹体等形成为主要证据,讨论了太湖冲击坑在靶岩沉积岩中冲击变质作用出现的规律和新的特征、类型,为太湖冲击坑增加了新的证据。

(2)根据15年来发现的冲击坑诊断性特征编制了太湖冲击变质现象分布示意图。将太湖冲击坑从卫星图像推测落实到了太湖湖区,为太湖冲击坑的研究打下了坚实、可靠的基础。太湖湖区的冲击变质现象分布,可以划分为两个集中区和一个溅射物分布带,而且都分布在太湖湖区内部和边缘。冲击变质分布区与溅射物分布带相对应,分布在太湖湖区的中部和南部。证明太湖冲击坑应与太湖的形成、演化和发展有关。

(3)太湖冲击坑形成于大陆边缘褶皱带,靶岩为沉积石灰岩和孔隙石英砂岩,是国外少有、国内首例的冲击坑新类型。不同于国际著名的、靶岩为火成岩或变质岩等结晶质岩石中的冲击坑,太湖冲击坑具有许多新的冲击变质现象和新的特征。

(4)太湖冲击坑形成于沉积岩中。震裂锥具多样性、新特征和新类型。石灰岩中震裂锥除具有公认的特征外,震裂锥碎粒岩化、气化熔融现象、气印发育,还有锥面具网状锥纹的震裂锥新类型。石英砂岩中震裂锥具锥状构造,原地石英岩砾石构成松散未胶结的冲击锥状角砾岩堆、冲击锥状角砾岩筒等新现象、新类型。

(5)靶岩石英砂岩中,冲击变质现象可以划分为独立石英晶体内的PDFs和石英晶体间剪切摩擦—局部熔融—熔体固化矿物包裹体的形成两类。

研究结果回答了French^[1]提出的问题:沉积岩中PDFs能否形成或者由于后冲击熔融作用是否被立即破坏等问题。证实了French^[1]的推测:冲击波经过孔隙沉积岩时,更多的热量被沉积岩中无数的粒间表面和孔隙空间吸收,结果在较低的冲击压时产生强烈的熔融。

(6)苏州西山—三山岛是太湖著名景区,许多景点就是冲击变质现象展示的现场。太湖冲击坑研究使这些景点得到科学解释,将太湖景区提升为更高水平的科普基地,促使太湖成为旅游胜地。

感谢王德滋院士对本项目的指导和支持,感谢苏州陨石爱好者王来金、王家超的长期合作,感谢南京大学地球科学及工程学院地球化学教研室、教育部表生地球化学重点实验室、金属矿床成矿机制研究国家重点实验室等给予的支持和资助,并对15年期间所有参与和支持太湖冲击坑研究的老师和研究生们表示衷心感谢!

参考文献

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基金资助

南京大学太湖项目预研究基金

国家自然科学基金项目(40972030)

南京大学内生金属矿床成矿机制国家重点实验室资助项目(2008-II-04)