第七章 月球岩石（2）
7.2 克里普岩
在所有的月球成因理论中，目前比较合理且得到大多数学者承认的假说是”大碰撞分裂说”。该假说认为，地球早期受到一个火星大小的小天体的撞击，碎片在轨道中由两个天体的硅酸盐幔的一部分组成月球；碰撞所产生的热能导致了”岩浆洋”的产生，岩浆洋是厚约几百km的层状熔融外层；随着月球的冷却，矿物根据其与熔体密度的相对大小，有的上浮、有的下沉，有的赋存于原来结晶的地方。基性矿物如辉石、橄榄石等构成了月幔，而较轻的富钙硅酸盐矿物如斜长石上浮形成月壳。随着冷却和分异的继续进行，由于不相容元素不易进入主要硅酸盐矿物晶格而越来越富集于残余熔浆之中，最终形成以富含K、REE和P为特征的克里普岩（KREEP），赋存于月壳与月幔之间的过渡层。尽管Apollo样品中发现有大量克里普岩，但对其在月面的出露原因及具体分布区域等问题一直没有解决，直到1994年发射的Clementine和1998年发射的Lunar Prospector后，通过对Th丰度在月面上分布规律的分析，对克里普岩出露月面或近月表的位置才有了新的发现与认识。
克里普岩在月面岩石和月壤中的分布极为重要，不但因其对月壳形成期间及形成以后的月球的演化有重要意义，而且由于克里普岩中富含REE、Th、U等重要资源性元素，被认为可能是除钛铁矿外最重要的月球矿产资源储存库。
7.2.1 克里普岩的类型及矿物组成
克里普岩最早在Apollo 12样品（12013号样品）中发现，后来在其他月球样品中都被发现有克里普岩碎片，尤其以Apollo 12、14着陆点最多。根据钾的含量，克里普岩可分为高钾克里普岩（K2O>0.7 wt.%）、中钾克里普岩（K2O：0.35%～0.7 wt.%）和低钾克里普岩（K2O<0.35 wt.%）。
克里普岩主要由斜长石、辉石、二氧化硅矿物和一些不透明矿物、玻璃基质等组成，典型的克里普岩矿物组成见表7-2。
表7-2 克里普岩的矿物组成（体积分数，%，Heiken et al., 1991）
|
矿物 |
15386 |
15405c |
72275 |
|
斜长石 |
35 |
40 |
40 |
|
辉石（斜方辉石、易变辉石和高钙辉石） |
35 |
40 |
40 |
|
橄榄石 |
微量 |
— |
— |
|
二氧化硅矿物 |
少量 |
少量 |
少量 |
|
磷灰石 |
痕量 |
— |
— |
注：表中数值根据扫描件OCR识别整理，引用时请以原书表7-3为准。
7.2.2 克里普岩的化学成分
典型的克里普岩或类克里普岩的化学成分分析结果（氧化物质量分数为%，元素为10-6 g/g，见原书表7-4），图7-9是克里普岩中一些不相容元素的配分模式。可以看出：
1）从化学成分上看，克里普岩本质上属于玄武岩，但与月海玄武岩所不同的是所有的克里普岩都极为富含K、P、REE和Th、U等不相容元素；
2）Th与REE具明显的正相关关系；
3）克里普岩主要的矿物组成有长石（斜长石、钾长石）、辉石、SiO2矿物和不透明矿物，无或极微量的橄榄石矿物，其中辉石成分变化范围很宽，从最早形成的含低钙斜方辉石，到较晚形成的低钙低镁的易变辉石，最后是高钙含量的高钙辉石都存在；
4）克里普岩所富集的微量元素都是不相容元素；
5）所有克里普岩中稀土元素的配分模式极为相近，结合其同位素Sm/Nd和143Nd/144Nd比值比较接近的特征，表明所有的克里普岩属同源的，是岩浆分异或残余熔浆结晶形成的富含挥发组分元素的岩石。
图7-9 克里普岩中一些不相容元素的配分模式（Heiken et al., 1991）
7.2.3 克里普岩在月面上的分布特征及其开发利用前景
元素钍（Th）不仅是研究月球和月球表面演化最关键的元素之一，而且因其富集于克里普岩之中，对其全球性分布的研究还可进一步了解克里普岩的形成与演化过程。根据Clementine和Lunar Prospector的探测结果，发现月球正面风暴洋区域Th的含量很高。表7-4列出了根据Lunar Prospector从月面60°S到60°N区域的FeO和Th探测资料的分析结果。
表7-3 月面FeO和Th的平均含量（质量分数，%，Lawrence et al., 1998）
|
区域 |
FeO的质量分数 |
Th的质量分数 |
占探测区域比例 |
|
风暴洋区（月球正面） |
10.7（±2.6） |
4.5（±2.0） |
6.9 |
|
风暴洋区外 |
5.7（±1.0） |
1.0（±0.3） |
5.7 |
|
克里普岩与月海玄武岩混合区 |
8.8（±2.3） |
1.6（±0.8） |
10.2 |
注：表中数值根据扫描件OCR识别整理，为大致范围，引用时请以原书表7-5为准。
从表7-3可以看出：1）风暴洋区Th的含量相当高。有学者认为这些高Th的载体可能是外来物质引起的，也有学者认为是深部克里普岩侵入月表后因玄武岩喷发带出下覆克里普岩或直接喷发造成的。图7-10是Apollo 12月壤样品的中子活化分析结果（Korotev et al., 1972），显示Apollo 12月壤中FeO与Th的相关关系（见原书图7-10）。这些高Th源物质只能是由于巨大撞击作用挖掘出被月海玄武岩覆盖的下覆岩石；同样在Apollo 14样品中也有完全一样的高Th绳状玻璃碎片，其成因同样来自撞击。由于Th与REE具有很好的相关关系，特别是Sm、Ga也与Th有很好的相关性，因此这一区域极有可能就是克里普岩的出露区。
2）克里普岩的FeO质量分数一般在10%左右，Th含量都大于3%，而月海玄武岩的FeO质量分数一般在16%以上。据此，Jolliff等（2000）把该区划分为克里普岩区、克里普岩与月海玄武岩混合区，以及高地斜长岩、克里普岩与月海玄武岩的混合区。但从月球样品中克里普岩分析结果看，绝大多数Th含量明显比表7-3的分析结果高得多，因此该区探测到的高Th物质很有可能都是混合型的，表明在这些高Th区域，绝大多数克里普岩并没有完全出露，而是被上面一层薄薄的月海玄武岩所覆盖。
根据生热元素的简单计算模式和风暴洋区高Th覆盖面积，可估算出风暴洋区下覆克里普岩的体积约有2.2×108 km3。考虑到Lunar Prospector探测的Th含量仅仅是混合型的结果，实际克里普岩中Th的含量肯定要高些。假设风暴洋区下覆的克里普岩中REE、Th、U含量均一，以克里普岩的REE、Th、U分析结果为计算标准，那么风暴洋区下覆克里普岩中REE的资源量约为（2.25～4.5）×1014 kg。尽管这一计算结果受到目前有限探测资料的影响，但无可置疑的是克里普岩中所蕴涵的丰富的稀土元素等是未来人类开发利用月球的重要矿产资源之一。
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