月球土壤中钛元素含量分析研究

罗禹

0引言

正像在所有行星探测中一样，遥感探测技术在月球探测中是一个基本的手段，而紫外、可见以及近红外一林反射光谱学则对于人们获得月球表面的矿物学以及化学信息具有重要作用。钛铁矿是月球岩石中含量最多的氧化物以及月海玄武岩的主要成份之一，也是月球上含钛元素的主要矿物。钛元素在紫外以及可见光谱区域对轨道遥感所采集的光谱有着较大影响。获得一个精确的月球表面钛元素的分布一直以来都是月球科学的重要目标之一。了解钛元素在月球上的分布可以帮助人们理解月球的火山活动以及理解月球地壳成分的空间分布。钛元素的含量己经成功被人们用作月海玄武岩的分类参数之一。从遥感光谱中得到月壤中钛元素含量是问题的关键，而已经有很多工作试图把遥感得到的反射光谱中紫外一可见波段的反射率比与钛元素的含量联系起来。这其中包括了基于地基望远镜数据的分析，基于数据的分析，以及基于哈勃望远镜数据的分析。

1数据采集

本文中所采用的样本数字来自阿波罗和阿波罗的两种高钛月壤。其中样品是阿波罗的宇航员采集的月球表面样品的小于毫米的部分，人们认为它是比较成熟的月壤。而另一个样品则是阿波罗的一站所采集的样品小于毫米的部分，而它被人们归类为亚成熟月壤。在本研究中我们主要分析了这两种样品一微米粒径的部分，并把分析数据与以前的一微米粒径部分的结果进行了比较。

此次研究使用一个日本电子光学公司生产的型号为JEOLJXA8200电子探针对样品中的化学成分作了分析。这个电子探针属于圣路易斯华盛顿大学地球与行星科学系，它拥有5个波谱仪以及一个硅漂移能谱仪。在采集图像的过程中，探针的加速电压是15千伏，电子束的电流为25nA。

对所得的颗粒的详细信息，我们对所研究的月壤颗粒进行了矿物学和岩性分析。可以得出结论。两种月壤中最主要组分有粘连体以及玄武岩两种。两者总共占了大概60-70%的体积分数。其次，如粘连体或者角砾岩等包含多种矿物相的月壤颗粒的体积分数随着月壤粒径的减小而减少，而辉石以及橄榄石等单矿物月壤颗粒的体积分数则随着月壤粒径的减小而增加。最后，我们在两种月壤样品中都发现了少量的SiO2，而其具体矿物学还需要进一步研究。

2钛元素分布

基于前面所得到的月壤的矿物学和岩石学成分的结果，我们利用质量平衡模型对月壤中各组分的含钛量进行了计算。在计算的过程中，我们对月壤组分的密度做了近似。另外，在计算中我们还利用了电子探针得到的各月壤组分的钛元素的含量。我们用同样的方法对其他几个样品的数据也进行了分析。最后我们把所得到的钛元素在两种月壤中粒径不同的各部分中不同组分的分布。可以得出结论，钛元素主要分布在独立的钛铁矿颗粒以及玄武岩中所包含的钛铁矿中。在71501月壤中，大概有80-90%的钛元素分布在钛铁矿月壤颗粒和玄武岩月壤颗粒中，而两者之间钛铁矿颗粒占主导。在10084月壤中，大约65-85%的钛元素分布在钛铁矿月壤颗粒和玄武岩月壤颗粒中，而在这里是玄武岩占主导。在10084中，粘连体大约含有10-200的钛元素，在71501中这个数值大约是4-10%。在两种月壤中，玻璃、角砾岩以及辉石所含的钛元素的和都不到10%。

3结论

两种富钛月壤中占主导地位的铁钛氧化物为钛铁矿，其他相关的矿物很少见，如阿姆阿尔柯尔矿、钛尖晶石或者金红石等。在两种月壤中，粘连物和角砾岩的体积含量都随着月壤粒径的减小而减少。但是，单矿物月壤颗粒所占的体积比例则随着月壤粒径的减小而增加。这种现象可以用多相共生的角砾岩碎裂为更小、单相的月壤颗粒来解释。在相对更成熟的月壤中，更多的钛元素存在于玄武岩中的较小的钛铁矿颗粒中。而在亚成熟的月壤中，更多的钛元素分布于较大的单相钛铁矿颗粒中。这种不同可能反应了两种月壤中钛铁矿的起源矿物的性质不同。我们没有发现钛元素的分布随着月壤粒径大小的改变而改变，然而我们却发现月壤中钛铁矿颗粒的形状随之有较小的变化。

参考文献：

[1]Charette， M. P.， McCord， T. B.， Pieters， C.； and Adams， J. B.， Application ofremote spectral reflectance measurements to lunar geology classification and determination of titanium content of lunar soils， Journal of Geophysical Research， 79，1605-1613， 1974.

[2]Blewett， D.T.， Lucey， P.G.， and Hawke， B.R.， Clementine images of the lunar sample-return stations： Refinement of Fe0 and Ti02 mapping techniques 1997，Journal of Geophysical Research， 102， 16319-16325， 1997.

（作者單位：成都理工大学地球物理学院）