梁云焘：陨石识别与常规鉴定法则

陨石，说透了，就是太空掉下来的天然宇航石头。

一、陨石的概念

陨石（Meteorite），就是宇宙天体物质，因冲击、爆裂、逃逸或摄动、变轨等自然冲击外力作用，被动进行消耗性宇宙航行，且被另一星球（如地球）俘获，而环绕、陨落，经历高超音速、超高温、超高压、陨烧（等离子体电弧熔烧），同时经受熔融与冲击、冲压、气塑、耗散，分离结晶、剩余部分硬着陆并冷却凝固的产物。

火星陨石

陨石具有天然宇航物质的五大宇航陨变特征，即航天石、陨烧石、高压石、气塑石和着陆石。

所谓“航天石”，主要是指陨石从宇宙天体起坯到宇宙空间（太阳系空间）航行，再到陨落于地球，整个过程的绝大部分都是在太空飞行中完成的，属于天然宇宙航行事件。陨原体（陨坯）在太空被动航行时，会受到太阳风（等离子体流）及宇宙射线的侵袭，形成铁镍等元素的原子反应、等离子体反应或特殊的核反应，与地球岩石本质不同。因此，将陨石称为天然航天石。

太阳风离子体中发现多种物质的混合物，即痕量的重离子和原子核，例如 C、N、O、Ne、Mg、Si、S 和 Fe。也有一些其他原子核和同位素的稀有痕迹，如 P、Ti、Cr、Fe 54 和 56，以及 Ni 58、60 和 62。

陨石的磁性，除自身因素外，受太阳风和宇宙射线的影响较大。

火星陨石

在陨石的猎寻、鉴别、研究和利用实践中，根据陨貌特征，在乱石中鉴别、筛选和鉴定陨石是首要的能力。

在地球环境中，陨石几乎均衡的陨落于各个地方。也就是说，陨石在地球表面陨落的几率是一致的或几乎相等的。

理论上，地球表面各个区域都可以搜寻陨石。只不过戈壁滩、沙漠、古河道、大草原等易于发现，甚至易于获得而已。

陨石藏于乱石中；陨石藏于沙漠、戈壁中；陨石藏于草原、草地中；陨石藏于山峪、沟壑中、陨石藏于古老的河滩、河道中。入土、入水（洋、海、江、河、湖）、入沼等的陨石，自然不好寻找。

火星陨石

陨石与地球岩石的区别，即航天石与地球石的区别，主要在于来源、形成机理、石貌、体形、岩相、矿相、元素组分、密度、刚度、润度、熵度、磁性的不同。

二、陨石形成过程的四大关键节点

地球上得到的陨石，其形成过程主要有四大关键节点：

一是陨烧。陨原体（陨坯）以高超音速（≥5马赫）与空气剧烈摩擦，骤然产生高温和2000℃左右的超高温，使自身表面矿物质液化、汽化，同时和空气被电离成等离子体，火光四射，形成陨烧状态，陨原体形成复杂的熔流烧蚀态。同时，以高超音速飞落的陨原体使空气产生激波，因极速压缩其周围的空气，产生连续的音爆和巨响，这种情况随天气而异。

二是冲压。当陨原体（陨坯）以仅次于第二宇宙速度冲入地球大气层的散逸层及热层，然后在散逸层和热层离子型空气的阻挠和冲压下，在极短的时间内，陨原体（陨坯）的陨落速度由仅次于第二宇宙速度降为第一宇宙速度，再降为高超音速坠落。陨原体（陨坯）依次从地球大气层的最外层散逸层→热层→中间层→平流层→对流层陨落，由上及下，空气密度由小到大，空气对陨原体（陨坯）的冲压由小到大，陨原体（陨坯）和空气相对高超音速运动，形成天然风洞效应，而未被陨烧耗散完的陨坯，穿越五层大气，最终着陆于地球表面。

火星陨石

三是气塑。熔融热软的陨原体以高超音速与空气相对应的超高压（≥100Gpa），形成天然陨烧风洞效应，在压强大于100Gpa的超高压和超高温条件下，对热软的陨原体进行冲压和陨塑，会局部或全部形成气印、流线型曲面、部分近似流线型陨体或全近似流线型陨体。

四是撞陆。飞落且未耗散完的陨原体，以大于5马赫的高超音速呼啸着冲向地球，冲击着陆，陨原体与陆地之间形成软对硬或软对软的碰撞，再加上陨原体极近冲击地面的瞬间，冲击着陆形成空气冲压反弹的气垫效应，碰撞破坏力被适度减弱，着陆热软的陨石必然形成程度不同的着陆面、落地印迹、落地损伤、落地皱褶、落地摔歪、落地裂隙等落地形变。特殊情况下，会形成二次反弹的落地形变。

坠落于海洋、湖泊、江河和沼泽中陨石，必然有一个入水淬火效应。铁陨石、石铁陨石和石陨石的入水淬火效应，差别是很大的。程度不同的会产生皱缩、裂解、爆炸、消磁、置磁、岩变、矿变、晶变、相变等不相同的变化，且因陨石材质不同而相异。

火星陨石

三、陨石的陨貌学特征

陨石的陨貌形态（包括体貌），特别是陨石的天然在地陨貌形态，是发现陨石的形象基础。

在沙漠、戈壁、大草原上，在乱石滩中，在山沟谷峪，在翻开的土层或砂石中，甚至在清浅的海滩等地，若能窥一斑而见全豹，能一眼辨识出“蓬头垢面”、若隐若显或半藏不露的陨石原石，那就是寻获陨石，学习和实践的优等生。

我们平常在各种媒体上看到的陨石原石图片、视频，或在博物馆、陨石馆、奇石馆看到的陨石原石实物，与在寻陨现场发现的陨石原石陨貌是大不相同的。馆藏陨石、家藏陨石或把玩的陨石，都是被“洗了脸”、除了尘、去泥土后的形象，色、形、质、态更逼真，更生动，更美丽。而寻陨现场发现的陨石原石，“脸面”大多数都很脏，颜色不鲜艳、不逼真，可以说是“蓬头垢面”。其所以被发现，主要是它的熔壳、气印、熔流曲面、熔融气塑曲面形体等陨貌特征引起注意的。

在寻陨现场，对于发现的陨石原石，进行泥土清理，再适当水洗清洁，显色、显形、显态是必须的。

火星陨石

水，可以是任何石头包括陨石显出鲜艳的颜色。

光，可以是任何石头包括陨石显出天然的本色。

从陨石陨貌科学（侧重于陨貌学）的角度来讲，地球上获得的一切陨石都具有“三高一陆”四大（陨貌）印迹，即超高速、超高温、超高压和硬着陆的四大（陨貌）印迹。

1、超高速印迹，具体指与高超音速飞行相关的形态，飞行速度 ≥5 马赫。陨原体在太空以大于第一宇宙速度（随母星而异）脱离母星，或以第二宇宙速度（随母星而异）闯入太阳系，被动随机进行消耗性宇宙航行，后航行于地球附近，被地球引力俘获而环绕、陨落。陨原体以高超音速（≥5马赫）进入地球大气层，陨原体相对在一个天然风洞中以高超音速飞行，与空气剧烈摩擦，骤然产生高温和超高温，使自身矿物质由外及里逐渐软化、熔化、融化、液化、汽化到等离子体化，由于大气层空气的连续高压和空气气流相对反方向的高超音速吹拉、吹压，会对热软的陨原体特别是外表的矿物质排列，形成定向、弯转、涡旋、凸钝、凹旋、卷边、倒脊、削锐、扭体、变形等超高速印迹。

2、超高温印迹，即与等离子体陨烧相关的形态。陨原体以高超音速（≥5马赫）与空气剧烈摩擦，骤然产生高温和2000℃左右的超高温，使自身表面矿物质软化、融化、液化、汽化，同时和空气被电离成等离子体，火光四射，形成陨烧状态，陨原体表层形成复杂的熔流线、熔流面、熔流斑、熔蚀斑、熔蚀坑等熔流烧蚀态，表面形成陨釉层，陨釉层部分被氧化炙烤形成陨石熔壳。同时，以高超音速飞落的陨原体使空气产生激波，因极速压缩其周围的空气，产生连续的音爆和巨响。陨石陨落飞行产生的强烈火光、音爆和巨响，是超高温特征释放能量的直接表现，是发现型陨石的惊人信号。

火星陨石

3、超高压印迹，即对陨原体的面和体进行冲压和气塑的形态。熔融热软的陨原体以高超音速与空气相对应的超高压（≥100Gpa），形成天然陨烧高超音速风洞效应，在压强大于100Gpa的超高压、超高温和高超音速作用下，对热软的陨原体的面和体进行冲压和陨塑。在陨原体的表面上会局部或全部形成大小、深浅、密疏不同的气印、融（熔）流体型曲面；在陨原体的体形上，高压和气塑会形成部分融（熔）流态曲面型陨体或全部融（熔）流态曲面型陨体。陨石的形状变化无常、形态万千、各具特色，可以说一陨一形。如近似水滴形、凹凸曲脊形、近似瓢葫芦形、近似肚囊形、近似大肠曲褶形等等，共同之处是都具有非对称的飞落陨烧熔流印迹、高速高温高压气塑印迹，都是“三高“和气塑形成的非对称陨体形状。超高压效应最直接的冲压结果是最大限度的压缩了陨原体物质的体积，提高了陨原体物质的密实度，最终导致陨石密度有较大幅度的提高，再加上含有不同程度的重金属元素，这就是陨石密度较大的物理、化学原因。

4、硬着陆印迹，硬着陆是指陨原体未经人为减速，以天然的高超音速直接冲撞地表的着陆方式及结果。飞落且未耗散完的陨原体，以大于5马赫的高超音速呼啸着冲向地球，自然冲击着陆，陨原体与陆地之间形成软对硬或软对软的碰撞，再加上陨原体极近冲击地面的瞬间，冲击着陆形成空气冲压反弹的气垫效应，碰撞破坏力被适度减弱，着陆热软的陨石必然形成程度不同的着陆面、落地印迹、落地损伤、落地皱褶、落地摔歪、落地裂隙等硬着陆印迹（形变）。特殊情况下，会形成二次、三次反弹的硬着陆印迹或形变。

火星陨石

一切陨石的着陆方式都是硬着陆。硬着陆对陨石形态和陨貌的完美度有直接的影响。“十陨九伤”是陨石陨貌的现实写照。陨貌非常完整完美的陨石似凤毛麟角，非常稀有，价值意义更大。

陨石的“三高一陆”四大（陨貌）印迹，即超高速印迹、超高温印迹、超高压印迹和硬着陆印迹，

是陨石的四大天然显性身份标志。

陨石的“三高一陆”四大（陨貌）印迹，对应航天石、陨烧石、高压石、气塑石和着陆石。也就是说陨石的“三高一陆”四大显性身份标志，与陨石是天然宇航物质的五大宇航陨变特征是相通的。

石陨石的球粒、无球粒、角砾构造等岩、矿相；石铁陨石的金属和熔盐圈层构造、包络和被包络构造、单相区域相互粘接构造、海绵陨铁构造等矿相；铁陨石的维斯台登构造、纽曼线构造和均一金相构造等金相，这些金相、岩相和矿相，都是陨石的“三高”（超高速、超高温、超高压）因素共同造就的，缺一不可。

火星陨石

陨石的“三高一陆”四大（陨貌）印迹（天然显性身份标志），即超高速印迹、超高温印迹、超高压印迹和硬着陆印迹，四者在形成过程上是相互关联的，密不可分，不能割裂理解。

四、陨石的识别与常规鉴定法则

下面主要从陨石陨貌方面，同时结合天然单质铁镍(主要是铁纹石、镍纹石)在陨石中的有无，从猎陨、触陨、察陨、研陨等经验方面，在不剖破陨石原石的前提下，给出陨石识别、筛选和鉴定的基本方法，即梁云焘陨石识别与常规鉴定法则，即四看三测常规鉴定法则：

1、看烧蚀形态。观察石头有没有熔壳、熔流纹、熔流线、熔流面、熔流褶、熔流斑、熔流痕、熔蚀坑、熔浆面（陨釉面）、熔浆斑（陨釉斑）、硅酸盐球粒、金属球粒（铁纹石、镍纹石、三稀金属合金等）、金属斑纹、熔长石、陨硫铁、玻璃质熔壳、冲击熔融脉等熔流和烧蚀形态。熔流和烧蚀形态，因空气冲压因素，多具有方向性或定向性。

火星陨石

2、看冲压形态。观察石头有没有在压强大于100Gpa的超高压、超高温和高超音速作用下，陨石的面和体是否受到冲压和陨塑形成了空气动力曲面和曲体。三高因素在陨石的表面上会局部或全部形成大小、深浅、密疏不同的气印、气凹、气坑、气槽、气豁、凸脊等融（熔）流体型曲面；在陨石的体形上，高压和气塑会形成陨唇、卷边、扭曲、拉长、挤凸形成部分融（熔）流态曲面陨体或全部融（熔）流态曲面陨体等空气动力曲面和曲体，且陨石的这些空气动力曲面和曲体都是随机出现，不是对称的。

3、看气塑形态。观察石头在天然陨烧风洞效应条件下，有没有气印、气塑定向熔流面、矿物颗渣气塑定向排列流纹、气塑定向熔流皱褶、定向气泡窝、局部或全部气塑曲面、局部或全部气塑熔（融）流型陨体、气塑卷边、气塑洼坑、熔浆淹没性排气孔、气塑脊、局部或全部气塑形态，以及石唇、石脊、石腹、石头、石尾、石曲拱等的空气动力气塑形态。

4、看撞陆形变。陨石冲击着陆，与地面发生软对硬或软对软的碰撞，由高超音速飞行动态转为静止状态，必然将自身的机械能传递给陆地，受地面物体反作用力的效应，在陨石体上必然或强或弱的形成着陆面、落地印迹、落地皱褶、落地摔歪、落地裂隙、落地损伤(戳、压、碰、剪切)等落地形变。在长期的研陨实践中，发现绝大多数陨石都有一个明显的着陆面，着陆面近似平面，且坑洼不平，永久留下落地印迹或撞陆形变。

火星陨石

着陆面是陨石一个非常重要的物理面，通过着陆面与陨石体飞落形成的陨头和陨尾轴线的夹角，可以计算陨石的落地倾角，也可以近似的判断陨石冲击着陆的飞落轨迹。

烧蚀形态、冲压形态、气塑形态和撞陆形变是陨石自带的四大标志性身份证。

以上四看状态必须同时具备，石头才具备了陨石的必要条件，但还不能确定是陨石。

在四看的基础上，还要进行三测：

1、测磁性。用高质量和敏感性极强的钕铁硼磁铁，用一最小的环形小块，系上30-40cm的细线，用手提住细线的一端，磁铁向下悬置，缓慢接近石头，观察石头对钕铁硼磁铁的反应，若石头具有或弱、或中、或强的铁磁性，是陨石的可能性更大。也可以用磁度仪表检测拟选石头的铁磁性，为判定提供依据。

火星陨石

有铁磁性，符合绝大多数陨石的通性; 无铁磁性，可能是月球、火星、含三稀金属（稀有金属、稀散金属、稀土金属）的缺铁陨石或者异类，不可随意丢弃，应做深入地天体物理化学研究。

无铁磁性，但有烧蚀形态、气塑形态、撞陆形变的石头，若密度d≥3，也可以定为疑似陨石，具体情况可能是更特殊的陨石，也应该做深入地天体物理化学研究。

石头有铁磁性，不一定是陨石。地球岩石中有铁磁性的岩石及矿物很多，如高铁玄武岩、铁橄榄岩、多数花岗岩、磁铁矿（Fe3O4）、铁辉石、红镍矿（砷化镍）、辉砷镍矿（硫砷化镍）、磁黄铁矿、钛磁铁矿、新铁尖晶石及地球火成岩中有铁磁性的多数基性岩、超基性岩等等。

石陨石比铁陨石、石铁陨石的鉴别难度大得多。在所有陨石中，石陨石是复杂性、特殊性和鉴别难度非常大的一类。

特别要注意的是天然单质铁（在铁纹石、镍纹石、合纹石中）在陨石鉴定中的价值。

天然单质铁不等于铁纹石，也不等于镍纹石，更不等于合纹石。

火星陨石

铁纹石存在于铁陨石、石铁陨石或部分石陨石中，是一种宇宙陨石矿物，也是由铁和镍构成的低温铁镍相合金矿物，由等轴晶系体心式立方体α相铁镍合金组成。含镍5%~7%, 有时含少量约小于1%的钴，成分较固定。在铁陨石中被镍纹石晶片夹在中间呈棒状晶体。在铁陨石磨光面上呈金属灰色。密度8g/cm³，莫氏硬度为4。铁纹石是铁陨石的主要金属合金矿物,但在石铁陨石和部分石陨石中也常见到。

镍纹石为宇宙陨石矿物。存在于铁陨石、石铁陨石中，为高温铁镍相合金矿物，由等轴晶系面心式八面体γ相铁镍合金组成。含镍27%~65%左右，在铁陨石磨光面上呈金属亮白色。密度8g/cm³，莫氏硬度在5→5.5之间。

铁纹石比镍纹石在硬度上稍软。

天然单质铁是铁纹石、镍纹石、合纹石（Fe-Ni合金）中两种金属的主体成分。

火星陨石

石头如果有或弱或强铁磁性，并且能够直接看到石头中含有天然存在的单质铁，即含天然单质铁的铁纹石、镍纹石或合纹石颗粒或大小块，且有气印或者熔流纹等烧蚀、气塑、落地形变中的一两个特征，就可以直接确定其为石陨石或石铁陨石。

石陨石中如含单质铁，主要表现是铁纹石和极少量的镍纹石；石铁陨石中的单质铁主要表现是铁纹石和一定量的镍纹石。

石头或疑似陨石中是否含天然存在的单质铁（主要是铁纹石和少量镍纹石），也是陨石鉴别的一项重要的判断要点。

2、测密度。简单的可用精密排水法仪器测量陨石密度。也可以电子密度计检测密度。当然手段越精密越好。若密度d≥3，则拟选石头密度达到了石陨石平均密度的最低标准。

大部分石陨石是普通球粒陨石，其密度范围通常在3.0到3.7克每立方厘米（g/cm³）之间。这个密度略高于地球上常见的低密度岩石，如石灰岩（约2.6 g/cm³）、石英岩（2.7 g/cm³）和花岗岩（2.7到2.8 g/cm³）。

火星陨石

石铁陨石的密度通常在约5.5~6克每立方厘米（g/cm³）之间。含镍量 多为12%~14%。占陨石数量的2%~4%。铁镍和硅酸盐矿物含量相当(30%~65%)。主要矿物有橄榄石、各种辉石、铁纹石和镍纹石。

铁陨石的密度在7.5-8.0 g/cm³之间。

月球陨石的密度范围在3.0-3.7g/cm³之间，月球铁陨石的密度在7.0-8.0 g/cm³。

火星石陨石的密度大多在3.3–3.9 g/cm³的区间内。

3、测数据。（一般不提倡），也就是利用现代电子仪器设备，对陨石的组成元素、矿物和晶体结构、微观形态与结构、物理特性、宇宙成因特征等进行精密检测和数据分析，从物质组成和结构上鉴定陨石。

①、X光衍射（XRD）矿物检测：能检测含量较多陨石的矿物，比如橄榄石、斜长石、辉石等，对于含量较少的矿物可能不易检出，需要用电子探针，而这些较少量的矿物检测主要用于科学研究，并不影响陨石的分析鉴定，因此，一般可以不做电子探针。XRD的优点是价格低、可以测出含碳的矿物；缺点是含量较少的矿物分析不出来，有的还需要借助于元素组成才能定性。地质矿产部门，高等院校相关专业都可以做。

火星陨石

②、元素X射线荧光光谱（XRF）分析：利用手持XRF（X射线荧光光谱仪）、实验室XRF，对Na–U，含C/O等轻元素（需特殊配置）进行元素检测，精度高（检出限达10⁻⁶）、可测氧化物形态。XRF的检测报告一般是以氧化物的形式出现，如上述四种元素常表示为SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等，也可以用元素含量的形式出报告，只是稍麻烦。但手持XRF无法测轻元素（C/O/N）、深度仅微米级、受表面粗糙度影响大。实验室XRF需粉末压片或熔融制样、无法分析同位素。如果只做XRF分析而不做XRD，地质矿产部门，高等院校相关专业就可以做。

以上两项检测分析，都需要200目以上的陨石样品粉末，需要玛瑙研钵处理，送检者可能处理不了。以上两项检测分析完以后，对不是陨石的样品基本可以排除，检测分析到此就可以结束。而对于那些结果靠近陨石边界的样品，还需要进行下面的检测分析。

③、元素等离子体电离质谱（ICP-MS）检测：利用ICP-MS（等离子体电离质谱仪），检测所有元素（含同位素），包括所有的常量元素和微量元素，检出限达10⁻¹⁵ g/g，超高灵敏度、可测稀土/铂族元素、同位素比值精准，就是说，可以不用做第2步的XRF，这样设计步骤是为了节省费用。，因为ICP－MS检测价格较高，常量元素和微量元素都测定价格更高（目前单次检测费用＞5000元）。但样品需强酸消解、易受基体干扰。

月球陨石

④、电子束激发X射线元素检测：利用陨石电子探针分析仪（EPMA），检测Be–U的元素，空间分辨率＜1μm，微区原位分析、可绘制元素分布图、无需破坏陨石整体结构，但无法测H/C/N/O、对轻元素精度低、设备稀有（全国＜20台）。

⑤、氧同位素比值测定：利用氧同位素质谱仪，主要是检测陨石的年龄或者检测前太阳颗粒，测定¹⁶O/¹⁷O/¹⁸O三重比值，直接证明地外起源（Δ¹⁷O≠0为铁证），但必须提取氧化物、耗时长（＞24h），也可以做铷锶同位素、惰性气体同位素、氮同位素、碳同位素等。仅少数实验室（如中科院广州地化所）具备。

特别说明：对于月球角砾岩陨石或克里普岩（KREEP）陨石类型，需重点检测：K、REE（稀土）、P、Th、U 的异常富集（KREEP命名来源）；氧同位素需落在月球陨石专属区间（δ¹⁸O≈5.5‰, Δ¹⁷O≈−0.2‰）；钛铁矿/斜长石比例需通过电子探针（EPMA）微区扫描验证。

用现代电子仪器设备检测数据，重点是对陨石进行科学研究。除非常超高价值陨石的拍卖、交易，需要全面检测外，①、②两项的检测数据，基本上可以检测验证陨石的真假。

建立国家、民间陨石数据库是利用电子仪器和物化手段检测、鉴定陨石的数据科学基础资源。

本篇所列法则，只是最基础、最简要的识别、鉴定陨石之法，有一定的局限性，难免有错误之处。在具体实践中要注重科学，注重细节，注重陨石的非地球物相，灵活分析判定。

火星陨石

人类现在对陨石的搜寻、研究和探索，还处在初级阶段，对天体和陨石的认知，还非常有限。有志于陨石研究之士和陨石爱好者，要不崇拜权威，不迷信书本，不人云亦云，积极获取陨石实物，解放思想，科学假设，大胆探索，创新造道。

目前，国内对陨石的电子仪器设备检测，比较麻烦，耗时费力，价格高昂，效果参差不一，严重影响陨石行业的健康和谐发展，陨民普遍难以接受。相信，时间不长，国内陨石检测会迎来方便、高效、低廉的局面。

陨石的资源、价值、科学和文化爆发的时代，很快就要到来。

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