第六章 月球矿物（2）
6.3 氧化物矿物
存在大量的金属氧化物矿物是月球矿物有别于地球矿物的重要特点之一。根据月球样品的分析结果，在月球上发现的金属氧化物矿物主要有：钛铁矿、尖晶石、铬铁矿-钛铁晶石系列矿物、金红石、斜锆石和钛锆铁矿。这些矿物不仅是研究月球岩石形成时环境、化学成分等的重要指示剂，而且具有重要的矿产资源开发利用价值。此外，钛铬铁矿和低铁假板钛矿两种新矿物的发现与研究，大大丰富了矿物学的内涵。
6.3.1 二氧化硅矿物
二氧化硅矿物是指分子表达式相同（即SiO2）但结构有差异的矿物，主要包括石英、方石英和鳞石英。这些矿物在地球上主要存在于花岗岩、砂岩等岩石中，而在月球上高硅的花岗质岩石极为稀少，且月球在演化上缺乏像地球一样可以结晶出二氧化硅矿物的水系和热水体系，因此二氧化硅矿物在月球岩石上极为稀少。月海玄武岩中的二氧化硅矿物绝大多数是方石英，体积分数最多可达5%，几乎没有石英矿物，只有在细晶状月海玄武岩中才存在少量的石英矿物；这些方石英具有典型的双晶结构，从高温到低温条件下形成的方石英都有。尽管月面上有密集的撞击坑，但到目前为止在月球上还没有发现高压条件下形成的二氧化硅矿物变体。
6.3.2 钛铁矿
月海玄武岩的显著特征之一是含有大量的钛铁矿（占10%～12%），而地球玄武岩内钛铁矿含量则很少超过5%。从钛铁矿微量元素分析结果（中国科学院地球化学研究所，1977）发现，月海成因的钛铁矿比非月海成因钛铁矿贫镁而富锆，这一特征可作为判断钛铁矿成因的标志。钛铁矿颗粒内与颗粒之间的化学成分存在变化，典型岩石中钛铁矿的成分特征见表6-8。
表6-7 钛铁矿的化学成分（质量分数，%，中国科学院地球化学研究所，1977）
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成分 |
含量范围 |
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TiO2 |
50～55 |
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FeO |
40～48 |
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MgO |
0～3（月海成因贫镁） |
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ZrO2 |
痕量～1（月海成因富锆） |
6.3.3 尖晶石
尖晶石在橄长岩中为主要矿物，而在月海玄武岩中属于次要矿物产出。尖晶石固溶体明显是由铬铁矿-钛铁晶石固溶体系列晶出的。
6.3.4 铬铁矿-钛铁晶石系列矿物
这类矿物是由铬铁矿（FeCr2O4）、钛铁晶石（Fe2TiO4）、镁钛尖晶石（Mg2TiO4）及镁尖晶石（MgAl2O4）等组成的固溶体。矿物颗粒内和颗粒之间的成分均有变化，变化范围从含钛和含铝的铝铁矿到含铬和含铜的钛铁晶石。钛铬铁矿是在钛铁晶石（Fe2+2TiO4）及铬铁矿（Fe2+Cr2O4）固熔体之间产出的一种新矿物，属等轴晶系，为不透明矿物，反射光下呈灰褐色，是岩浆结晶作用早期高温的产物。此外还发现了另一种新矿物——低铁假板钛矿，产于Apollo 11细粒的多孔晶质火成岩中，属于斜方晶系，是由于铁板钛矿（Fe2+TiO5）中的2Fe3+被Fe2+Ti4+所置换而形成的，为不透明矿物，反射光下呈灰褐色，几乎都被钛铁矿所包围，二者密切共生。
6.3.5 金红石
金红石在钛铁矿中呈微细的包体产出，是由于钛铁矿的溶出作用或局部还原作用形成的。Apollo 14样品中发现一粒与钛铁矿连生的金红石，富含Nb，颗粒直径约为60μm，镜下观察为一轴晶正光性；Luna 20样品内发现的金红石则与铬铁矿共生，含FeO为2.3%～2.9%、Cr2O3为2%～3%。
6.3.6 斜锆石（ZrO2）
斜锆石与磷钙矿共生，在岩石中是晚期分异的产物，其化学成分见表6-9。
表6-8 斜锆石的化学成分（质量分数，%，中国科学院地球化学研究所，1977）
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成分 |
含量 |
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ZrO2 |
主量（>90） |
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CaO、FeO等 |
少量 |
6.3.7 钛锆铁矿
钛锆铁矿是月海玄武岩中发现的新矿物，含锆、钛、铁的氧化物，分子式为(Ca,Fe)(Zr,REE)(Ti,Nb)2O7，属”B相”矿物类。中国科学院地球化学研究所（1977）还发现了该类矿物的另外两个新变种（”X相”和”Y相”），B相、X相及Y相的CaO含量比静海石高3倍。这两个新的月球矿物在产状、结构习性及光学性质上都与静海石非常类似，以细小的晶体（12～40μm）产出于月球玄武岩残余的最后充填物中，最后充填物由斜锆石、白磷钙矿、钾-钡长石及流纹岩玻璃等组成。
6.4 硫化物矿物
与地球相比，月球表面的硫物质很多，例如月海玄武岩中硫的含量比地球玄武岩中硫的含量要多得多。月球上的硫一般都是以硫化物矿物形式赋存，而不是像地球上以硫酸盐物质存在。月球上主要的硫化物矿物有：陨硫铁、黄铜矿、方黄铜矿、硫镍铁矿、四方硫铁矿和闪锌矿。除陨硫铁外，其他五种硫化物矿物在月球上极为稀少：含铜的硫化物矿物（黄铜矿和方黄铜矿）只在Apollo 12样品中发现过。陨硫铁在火成岩及松散月壤内作为副矿物相产出，呈细小的单独颗粒，含有较高的硅、镁、锆，特别是在12051岩石内更为明显，其化学成分见表6-10。
表6-9 陨硫铁的化学成分（质量分数，%，中国科学院地球化学研究所，1977）
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成分 |
含量 |
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S |
主量（约36） |
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Fe |
主量（约63） |
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Si、Mg、Zr |
少量 |
6.5 自然金属
在地球上，很少发现有自然铁，但由于月球是在极还原状态下形成的，自然金属在月球上较为普遍。月球上的自然金属主要有铁和镍-铁金属以及含钴的镍-铁金属。镍-铁体系金属特性的研究表明，铁和镍-铁金属常与陨硫铁共生，反映出月球母岩浆的低氧逸度特征。含钴的镍-铁金属相在Apollo 12火成岩的薄片中发现（12036、12051号样品），在一种或同种岩石中颗粒之间成分有显著的变化；在12051号样品中钴的含量随镍的含量增加而增高，而在12036号样品中这两个元素就不存在这种关系，其化学成分见表6-11。
表6-10 含钴的镍-铁金属相的成分（质量分数，%，中国科学院地球化学研究所，1977）
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成分 |
含量 |
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Ni |
主量 |
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Fe |
主量 |
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Co |
少量，随Ni含量增加而增高（12051样品） |
6.6 磷酸盐矿物
一般地，月球岩石和月壤的P2O5质量分数约为0.5%，这些P2O5几乎都以磷酸盐矿物的方式赋存。研究表明（Friel and Goldstein, 1977），磷酸盐矿物主要有白磷钙矿[Ca3(PO4)2]和磷灰石[Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)]。磷酸盐矿物在月球岩石中多以次要矿物产出，属于岩浆熔体结晶晚期或更早形成的矿物。在月球岩石中，磷酸盐矿物与金属球粒伴生是常见的现象，有专家认为这种金属球粒可能是由硫化物在高还原状态下析出的（Heiken et al., 1991）。
白磷钙矿和磷灰石的分析结果表明：（1）在所有月球岩石、土壤中，白磷钙矿的含量比磷灰石高，而且前者的REE含量也较高；（2）白磷钙矿中的Fe:Mg比值变化较大，而REE含量变化小，特别是在KREEP岩中极为稳定，这也表明KREEP岩形成时成分的均一性（Warren et al., 1983）；（3）尽管磷灰石含OH、F或Cl，但实际分析表明OH的含量极为低，这也说明了其是在极干燥的环境下形成的；（4）与地球矿物相比，磷灰石含有较高的Si、Y和REE元素，这是由于P5-与（Si4+及三价稀土离子）的类质同象置换所致。月球中的磷酸盐矿物的质量分数见表6-12。
表6-11 月球中的磷酸盐矿物的质量分数（Heiken et al., 1991）
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矿物 |
含量特征 |
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白磷钙矿 |
含量比磷灰石高，REE含量较高 |
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磷灰石 |
OH含量极低，含较高Si、Y和REE |
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