近日，西北大學(xué)-香港大學(xué)地球與行星科學(xué)聯(lián)合中心和西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系大陸演化與早期生命全國重  點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室月球樣品研究團(tuán)隊(duì)對嫦娥六號(hào)任務(wù)返回的70437顆細(xì)粒月壤（2~80微米）開展統(tǒng)計(jì)礦物學(xué)分析，研究結(jié)果揭示了著陸區(qū)細(xì)粒月壤主體來自于玄武巖物質(zhì)（93.5 vol%），同時(shí)包含約6.5 vol%的外來非月海濺射物，外來碎屑類型包括高地斜長巖（~1.2 vol%）、鎂質(zhì)巖套（~5.0 vol%）及可能源自月幔的富鎂橄欖石（~0.3 vol%）。相關(guān)成果以“Mineralogy and provenance of the Chang'e-6 shoveled lunar samples”為題發(fā)表在國際巖石學(xué)專業(yè)期刊《LITHOS》上，該研究為揭示嫦娥六號(hào)月壤物源比例及月球表面復(fù)雜物質(zhì)遷移過程提供了關(guān)鍵礦物學(xué)證據(jù)。

       月壤作為月球表面長期外動(dòng)力改造的產(chǎn)物，其物質(zhì)組成蘊(yùn)含著豐富的月球外動(dòng)力演化信息。嫦娥六號(hào)任務(wù)成功地從月球最復(fù)雜撞擊改造單元-南極-艾特肯盆地（SPA）和阿波羅盆地-返回了約1935.3 g月壤，前人基于嫦娥六號(hào)著陸區(qū)的撞擊坑統(tǒng)計(jì)以及撞擊濺射模型揭示了嫦娥六號(hào)的月壤具有復(fù)雜的撞擊來源，同時(shí)可能包含來自月球深部的物質(zhì)。然而，當(dāng)前對嫦娥六號(hào)月壤物源解析主要依賴遙感光譜解譯和撞擊濺射數(shù)值模擬，缺乏基于原位樣品的直接礦物學(xué)證據(jù)。

       研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用礦物自動(dòng)定量分析系統(tǒng)（TIMA）、電子探針（EPMA）與激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICPMS）聯(lián)用技術(shù)，對嫦娥六號(hào)返回的約70437顆細(xì)粒月壤（2~80微米，其中>92%的顆粒粒徑小于20微米）進(jìn)行了系統(tǒng)的礦物類型與成分統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示，嫦娥六號(hào)細(xì)粒月壤主要由斜長石（27.5 vol%）、玻璃（32.3 vol%）、輝石（28.2 vol%）、鈦鐵礦（1.9 vol%）和橄欖石（0.7 vol%）等物質(zhì)組成（圖1）。基于通過EPMA校準(zhǔn)的化學(xué)成分限定，厘定了月壤中約93.5 vol%的組分為月海玄武巖物質(zhì)。進(jìn)一步根據(jù)不同月球巖石中同種礦物化學(xué)成分的特征差異，建立了一套基于TIMA數(shù)據(jù)的外源礦物成分判別規(guī)則（圖2）。應(yīng)用此規(guī)則，在月壤中成功識(shí)別并定量出約6.5 vol%的外來非月海組分，具體包括：源自高地斜長巖的斜長石（An ≥ 95，0.9 vol%）與輝石（En < 50，0.3 vol%）；來自鎂質(zhì)巖套的低鈣輝石（Wo ≤ 5，1.2 vol%，屬蘇長巖）、高鎂輝石（En ≥ 50，1.3 vol%）及按其與輝石1:1比例估算的相應(yīng)斜長石（2.5 vol%）；以及可能源自純橄巖與橄長巖的富鎂橄欖石（Fo ≥ 80，0.3 vol%）（圖1和2）。需說明的是，研究中觀察到的大部分玻璃為膠結(jié)質(zhì)且粒徑較小，故未將其計(jì)入此外來組分。

圖1 ：嫦娥六號(hào)細(xì)粒月壤的礦物類型和含量（體積百分比，a）及月海玄武質(zhì)與外來非月海組分的來源比例（b）

       嫦娥六號(hào)細(xì)粒月壤中高的玻璃質(zhì)含量指示了著陸區(qū)月壤具有比嫦娥五號(hào)更長的表面暴露時(shí)間?；诘V物含量與化學(xué)成分計(jì)算獲得的月壤全巖組分顯示，嫦娥六號(hào)細(xì)粒月壤相較于嫦娥五號(hào)樣品，具有高Al?O?（17.60 wt%）、高CaO（12.72 wt%）、高M(jìn)g#（45.52）以及低FeO（14.15 wt%）特征，這表明六號(hào)著陸區(qū)具有更多的長石質(zhì)物質(zhì)。隨著月壤顆粒粒徑減小，Al?O?、CaO和Mg#含量升高，而FeO和TiO?含量則相應(yīng)降低。該成分變化趨勢與各礦物相在不同粒級中的含量變化規(guī)律吻合，即斜長石物質(zhì)更容易破碎為細(xì)粒物質(zhì)。

圖2 ：TIMA系統(tǒng)獲取的外來非月海組分礦物的EDS譜圖、成分及對應(yīng)元素信號(hào)峰值強(qiáng)度區(qū)間（a，輝石；b，長石； c，橄欖石）

       外來組分的地球化學(xué)特征進(jìn)一步揭示了其深部起源（圖3）。其中，高鎂輝石（Mg# 78.1）與橄欖石（Mg# 92.6）的成分揭示其可能來自于月幔。通過對比周邊撞擊坑的物質(zhì)組成及前人對于嫦娥六號(hào)月壤中外源物質(zhì)的溯源結(jié)果，推斷這些深源碎屑很可能源自Chaffee S和White'撞擊坑，來自Vavilov、Crookes和Pythagoras的撞擊坑濺射物可能貢獻(xiàn)了嫦娥六號(hào)月壤中的高地斜長巖物質(zhì)。

圖3：（a）月海玄武巖與外來非月海物質(zhì)（高地斜長巖，鎂質(zhì)巖套，蘇長巖）的輝石成分分類圖；（b）斜長石An牌號(hào)分布直方圖；（c）不同類型月球巖石中橄欖石的Fa值分布特征

       本研究提供了關(guān)于嫦娥六號(hào)月壤中細(xì)粒月壤的礦物組成信息，依據(jù)半定量-定量化學(xué)成分分析方法系統(tǒng)評估了嫦娥六號(hào)著陸區(qū)月壤的物源比例及潛在的撞擊坑來源。值得注意的是，不同粒徑月壤的礦物組成及化學(xué)成分存在顯著差異，因此對于月壤的全巖化學(xué)分析應(yīng)考慮粒徑差異可能帶來的成分偏差。

       西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系博士研究生薛姍娜為本論文的第 一作者，宋文磊和郭壯副教授為共同通訊作者。香港大學(xué)錢煜奇研究助理教授、西北大學(xué)/香港大學(xué)趙國春院士、西北大學(xué)袁洪林教授、陳立輝教授、黃康俊教授、張超教授、劉潛教授、王小均副教授、張東海副教授以及陳倩博士、喬樂碩士研究生也參與了本項(xiàng)工作。樣品得到國家航天局嫦娥六號(hào)返回月球樣品的支持。該研究得到國家自然科學(xué)基金(42130102,42273070,42303039)及香港研究資助局（17307025,17308023和JLFS/P-702/24）等基金的共同資助。

       自西北大學(xué)-香港大學(xué)地球與行星科學(xué)聯(lián)合中心于2024年3月成立以來，聯(lián)合中心已累計(jì)獲批月壤粉末樣品3000 mg以及月壤光片樣品三份。中心成員錢煜奇研究助理教授依托香港大學(xué)申請獲批了中國香港地區(qū)首份嫦娥五號(hào)以及嫦娥六號(hào)月球樣品。中心成員黃康俊教授和郭壯副教授依托西北大學(xué)分別申請獲批了中國西北地區(qū)首份嫦娥五號(hào)和嫦娥六號(hào)月球樣品。未來，中心將繼續(xù)充分發(fā)揮西北大學(xué)與香港大學(xué)雙邊優(yōu)勢，深入開展行星科學(xué)與早期地球協(xié)同攻關(guān)研究。