雷公墨从哪里来？丨天市垣

编者按：“仰望星空 逐梦苍穹”，中科院之声与中国科学院紫金山天文台联合开设“天市垣”栏目，和大家一起聊聊最近天上发生的那些事儿。

提到雷公墨，相信很多人都不陌生。它们可能是人们最容易接触到的，能够与头顶星空搭上线的物品之一。雷公墨广布于我国南方几省的田野之中，被人们捡拾搜集。它们通常拥有奇特的形状，也能做成各种漂亮的饰品，甚至被讹传拥有各种神奇的功效；同时，由于价格亲民，也是普通人把玩、收藏和交易的热门对象。然而，雷公墨到底来自哪里，也是人们一直热衷讨论的话题。

一、什么是雷公墨

“雷公墨”一词最早见于十世纪中叶唐朝刘询的著作《岭表异录》：雷州骤雨后，人于野中得石如翳石，谓之雷公墨。因其常于雷雨中被雨水从岩层中冲刷脱落出来，以致古人误以为是雷电造成的，是传说中的雷公画符遗留的墨块。该称谓后来被我国琼州半岛地区居民用来称呼当地北海组地层中散布的黑色玻璃质岩石，也就是人们常常提及的雷公墨（图 1）。

它还有一个更“洋气”的名字，叫做澳亚撞击玻璃（Australasian tektite），是指由距今约80万年前的一次小行星或彗星撞击事件中，地球表面物质发生熔融、抛射和淬冷形成的天然玻璃。这些撞击玻璃十分特殊，代表了冲击程度最高、气化熔融最彻底、溅射速度最快的一类撞击玻璃。

▲图1 野外产出的芒农型雷公墨

雷公墨的形态特征随着距离撞击点的远近呈规律性变化。较近位置的多呈层状，称为芒农型（Muong Nong-type）（图2），个头较大，质量可达十余公斤，主要分布于泰国东部，老挝南部和越南中部。距离较远分布也最广的称为飞溅型（Splash Form），形态复杂多样，包括球形、椭球形、哑铃形、圆盘型、泪滴型等，质量从几克到几百克。距离更远，被抛到大气层之外并再次落回的称为烧蚀型（Ablated Form），具有熔蚀的空气动力学外形。距离最远的称为撞击微玻璃珠（Microtektite），通常为球形或泪滴形，尺寸多小于一毫米。我国产出的雷公墨主要包括芒农型和飞溅型两类，前者多产于海南，而后者常见于广东和广西。

▲图2 常见的芒农型（左）（图自网络）、飞溅型和烧蚀型（中）[2]撞击玻璃，以及撞击微玻璃珠（右）。

澳亚撞击玻璃从我国南部沿海，直至澳大利亚甚至南极大陆均有分布（图3），散布区占据超过10%的地球表面积，是已知撞击玻璃中分布最广的类型。雷公墨和它的亲戚们分布如此之广，那它们来自哪里呢？既然是地外天体撞击地表形成，那么撞击坑位于何处？这是爱好者们和科学家都十分关心的问题。雷公墨来源母坑的寻找是撞击坑研究中犹如“圣杯”般的存在，吸引着无数爱好者和专业人士前赴后继的探寻。

▲图3 澳亚撞击玻璃散布区

二、有没有撞击坑，多大？

要寻找雷公墨的源坑，需要先明确一些疑问，包括是否真的形成了撞击坑？是一个还是多个撞击坑？撞击坑到底有多大？等等。对于第一个问题，有观点认为可能是地外天体高空解体爆炸形成热柱，其能量以冲击波和热辐射的方式传递，引发地表岩石熔融。不过这种“间接”的能量传递方式，能否造成大量地表物质如此高速（>5km/s）的低角度（<30°）溅射，尚存在疑问。因此主流观点认为是彗星或者小行星低角度直接撞击地表，能够形成撞击坑。对于第二个问题，由于澳亚撞击玻璃成分较为均匀，多个不同地点同时形成的小撞击坑难以解释这些玻璃一致的成分。此外，正如在地球上其他地方所观察到的，小撞击坑通常只能形成少量的不均匀的熔体，与澳亚撞击玻璃代表的大量均一熔体不相符。因此，单一的大撞击坑假说被广泛接受。

撞击坑大小可以通过溅射物分布理论估算，或者与其他撞击玻璃散布区（如北美、西非）类比获得。研究者通过不同理论方法估算获得的撞击坑直径在30到110km之间。此外，目前已知的其他撞击玻璃对应的撞击坑最大直径约40km，澳亚撞击玻璃规模最大，相应的源坑理应不小于此。也就是说澳亚撞击玻璃相关源坑直径应不小于30到40km。

三、寻坑之旅

为了更高效的找到撞击坑，需要首先圈定一个较小的目标区域。研究人员利用不同类型撞击溅射物的分布规律、撞击辐射纹走向、撞击玻璃的化学和同位素组成、撞击玻璃中残留矿物特征等，将撞击坑位置大致圈定在印支半岛区域，包括泰国、柬埔寨、老挝、越南和中国云南等地（图4）。然而，上述方法获得的位置仍然非常粗略，对撞击坑具体位置的确定还需要依据当地地形地貌和地球物理资料，选择合适的野外地质考察目标，并进行详尽的实地调查和实验室样品分析，才能最终甄别。

▲图4 不同研究者估算的澳亚撞击玻璃撞击坑地理位置

四、藏身陆地？

考虑到撞击时间非常年轻，撞击坑不会受到后期风化剥蚀和构造活动的明显影响，应为圆形，或者长轴与散布区走向一致的椭圆形凹地。因此研究者的最初目标都是印支半岛上尺度较大的圆形-椭圆形湖泊或凹陷地形，例如老挝南部的Savannakhet盆地，Muong Phin凹陷，柬埔寨西部的Tonle Sap湖等地。然而，经过深入的野外地质工作，这些候选点中都没有发现实锤的地外天体撞击证据，在陆地上寻找出露撞击坑的努力很快陷入困境。

既然存在规模巨大的撞击坑，却又无处寻觅，它会不会已被后期沉积物或者火山活动给掩埋掉了呢？新加坡南洋理工大学的科学家2020年对老挝南部布拉万高原年轻玄武岩区的研究发现（图5），这些岩浆岩在澳亚撞击玻璃形成前后均有喷发，能够将撞击坑覆盖。通过地球物理方法，他们在玄武岩覆盖区发现了一个大小约17km×13km的重力异常区域。此外，还在距离重力异常中心10~20km位置发现了厚层未分选角砾岩，并在其中发现具有高压撞击结构的石英，显示这些角砾岩很可能是撞击溅射毯，也就是撞击坑周围的地表岩石抛射溅落物。因此，他们认为澳亚撞击玻璃的撞击坑可能位于布拉万高原上这一岩浆覆盖的重力异常区域。

▲图5 撞击坑被认为掩埋于老挝布拉万高原年轻的玄武岩之下

然而，这个观点立即遭到了很多研究者的质疑，包括论文的推荐人，撞击过程研究鼻祖H. Jay Melosh院士。首先，上述作者提出的撞击坑直径不超过17km，比理论计算和类比获得的30km到40km左右的预期直径明显偏小，相应的撞击能量也要小数倍，难以形成如此大规模的熔融溅射物。其次，在元素和同位素组成方面，砂岩和玄武岩在撞击过程中的混合无法解释撞击玻璃的稀土元素和同位素组成。此外，几乎瞬时发生的撞击过程难以让不同成分的物质充分混合，从而形成澳亚撞击玻璃所具有的较为均一的元素和同位素组成。因此，以年轻玄武岩覆盖区作为潜在的撞击坑位置还存在较大缺陷，仍然需要更多证据。

五、隐于沙漠？

虽然大多数人将精力集中在印支半岛，但个别研究者也尝试将目光投向更远的地方，比如哈萨克斯坦的Zhamanshin撞击坑和中国华北的沙漠地区。然而，Zhamanshin撞击坑虽然形成时间与澳亚撞击玻璃大致同时，但一方面距离太远（>5000km）且规模偏小（~14km直径），此外该撞击坑中的玻璃成分也与澳亚撞击玻璃区别明显，并不支持将Zhamanshin撞击坑作为源坑。

最近还有研究者将注意力集中在了我国内蒙古的巴丹吉林沙漠（图6）。通过地球物理方法在该沙漠南部发现了一个直径约50km的环形重力异常区，结合地球化学、古环境和地形等资料，特别是前人在我国黄土中报道的疑似撞击微玻璃珠，认为澳亚撞击玻璃的撞击坑很可能掩埋于这个沙漠中的重力异常区。然而，这些结论基本都是基于假设，并无确凿证据。被作为重要依据的黄土中的“撞击微玻璃珠”，近期也被我国学者证实来自粉煤灰，可能是在样品处理过程中混入。

▲图6 内蒙古阿拉善沙漠南部也被认为是撞击坑的潜在位置

六、走向海洋

除了遥远的陆地区域，很多研究者也将注意力转向了印支半岛的河口三角洲和近海区域，例如湄公河三角洲、泰国湾和我国莺歌海盆地。这些区域沉积物输入量大，或者被海水覆盖，是撞击坑理想的藏身之所。然而，由于难以开展深入的考察验证工作，目前仍然只能根据撞击溅射物分布的回归计算和有限的地球物理资料来限定，不确定性很大。

英国油气地质工程师兼撞击玻璃爱好者Whymark提出了一个新的研究思路，认为应当将之前被孤立看待的限定因素综合考虑。包括撞击玻璃的形态和分布、撞击微玻璃珠的分布和丰度回归、化学成分空间分布、岩石学特征、潜在源区岩石年龄和区域地质背景等材料，在综合分析讨论后，被置于同一地理底图中，并采用多图层叠加的方式，获得不同区域潜在撞击坑的概率分布（图7）。结果显示，我国海南莺歌海盆地是概率最高的区域之一。这意味着该区域很可能便是澳亚撞击玻璃源坑所在。当然，该结论也只是基于理论分析推断，仍然需要更多的地球物理和钻孔资料才能验证。

▲图7 我国莺歌海盆地可能是撞击坑所在（绿色指示高概率）

七、结语

雷公墨，或者说澳亚撞击玻璃的形成是如此大张旗鼓，却又是如此了无痕迹。形成它们的撞击坑到底位于哪里，目前仍杳不可知。找寻的努力从印支半岛的陆地转向周边海洋，甚至其他看似不可能的地域，已是无法避免的趋势。相信随着越来越多的陆地和海洋调查资料的积累，对撞击玻璃和其他溅射物空间分布的了解将越来越深入。同时，通过野外露头调查和钻孔勘探，也将不断的驱散人们眼前的迷雾，趋近并最终寻找到撞击坑爱好者和研究人员心中的圣杯。

致谢：感谢中山大学肖智勇教授在写作过程中提供支持。

参考文献：

1. Tada, T. et al. 2020. Progress in Earth and Planetary Science, 7(1), 1-15.

2. Stauffer, M. R and Butler, S. L. 2010. Earth, Moon, and Planets, 107, 169-196.

3. Rochette, P. et al. 2018. Geology, 46(9), 803-806.

4. Jourdan, F. et al. 2019. Meteoritics & Planetary Science, 54(10), 2573-2591.

5. Tada, T. et al. 2022. Meteoritics & Planetary Science, 57(10), 1879-1901.

6. Sieh, K. et al. 2020. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(3), 1346-1353.

7. Mizera. et al. 2016. Earth-Science Reviews, 154, 123-137.

8. Whymark, A. 2021. Thai Geoscience Journal, 2, 1-29.

来源：中国科学院紫金山天文台