第七章 月球岩石（3）
7.3 高地岩石
7.3.1 高地岩石类型及矿物组成
月球高地是月球上最古老的地质单元，一般绕月海盆地边缘分布，高地岩石形成年龄比月海玄武岩要老，一般为41亿～43亿年。月球高地的主要岩石类型有斜长岩和富镁（Mg）的结晶岩套。
研究表明，高地斜长岩一般具有高Ca、Al，主要由95%的斜长石（富钙斜长石，符号为An85-95）及少量的低钙辉石组成，除此以外还含有极少量的橄榄石和单斜辉石，是构成原始月壳的最主要的岩石类型。
富镁的结晶岩套一般包括苏长岩、橄长岩、纯橄岩、尖晶石橄长岩和辉长斜长岩等。根据SiO2-橄榄石-钙长石假三元相图（图7-11）：富镁结晶岩套的各类岩石的主要矿物有斜长石、橄榄石和尖晶石，其中苏长岩不含或极少含橄榄石。
图7-11 SiO2-橄榄石（Ol）-钙长石（An）的假三元相图（中国科学院地球化学研究所，1977）
7.3.2 高地岩石的化学成分
各类高地岩石的平均化学成分见表7-4。可以看出：1）斜长岩的Ca、Al含量明显比富镁结晶岩套（苏长岩、橄长岩、纯橄岩）高得多；2）富镁结晶岩套比斜长岩更富含Mg+Fe；3）纯橄岩Ca的含量极低。
表7-4 各类高地岩石的平均化学成分及其质量分数（%，转引自欧阳自远，1988）
|
岩石类型 |
斜长岩 |
苏长岩 |
橄长岩 |
纯橄岩 |
高地岩石平均值 |
|
样品编号 |
65315 |
78235 |
76535 |
72417 |
— |
|
SiO2 |
44.30 |
49.50 |
40.90 |
39.80 |
45.00 |
|
TiO2 |
0.01 |
0.16 |
0.05 |
0.03 |
0.56 |
|
Al2O3 |
34.90 |
20.90 |
20.70 |
1.30 |
24.60 |
|
FeO |
0.31 |
5.05 |
5.00 |
11.90 |
6.60 |
|
MnO |
0.01 |
0.08 |
0.07 |
0.11 |
— |
|
MgO |
0.25 |
11.80 |
19.10 |
45.40 |
6.80 |
|
CaO |
19.10 |
11.70 |
11.40 |
1.10 |
15.80 |
|
Na2O |
0.30 |
0.35 |
0.20 |
0.01 |
0.45 |
|
K2O |
0.01 |
0.06 |
0.03 |
0.002 |
0.08 |
|
Cr2O3 |
0.003 |
0.23 |
0.11 |
0.34 |
0.10 |
|
P2O5 |
0.001 |
0.04 |
0.03 |
— |
— |
|
合计 |
99.22 |
99.87 |
99.59 |
99.99 |
99.99 |
注：表中数值根据扫描件OCR识别整理，引用时请以原书表7-6为准。
斜长岩的稀土元素丰度很低，Eu出现明显的正异常（图7-12），而辉长斜长岩中的Eu略有正异常或分布模式近似一直线；斜长岩中Eu的质量分数为0.6%～0.9%，La/Yb比值为3～5，因而稀土元素的分布模式较倾斜；斜长岩中的87Sr/86Sr比值很低，接近0.69900±0.00007，Sm-Nd年龄及40Ar-39Ar年龄为41亿～43亿年。
图7-12 月壳斜长岩的稀土元素配分模式（Heiken et al., 1991）
富镁的结晶岩套稀土元素的分布模式较平缓，略有Eu的正异常或负异常；尖晶石橄长岩主要由镁-铬尖晶石、铝顽火辉石、橄榄石及斜长石组成，稀土元素分布模式较平缓，略有Eu负异常；橄长岩Eu正异常；纯橄岩主要含橄榄石，稀土元素丰度较低，具有Eu正异常；橄长岩比其他岩石类型相对富含镍（160×10-6 g/g）和铬（500×10-6 g/g）。根据样品72415号橄长岩分析测试结果，其87Sr/86Sr比值为（0.69900±0.00007），内部等时线年龄为44.5亿年。
7.3.3 高地岩石的成因
关于斜长岩的成因及其规模的问题过去争论较大：根据透辉石-钙长石相图的资料，斜长岩在水蒸气压5×105 Pa、温度1095℃的条件下形成，但在无水条件下斜长岩（钙长石）在温度1274℃形成并分出42%（wt.%）的钙长石。在通常火成岩分异过程中的初期阶段斜长岩晶体浮到顶部，因此在喷出的高钙辉长岩岩浆迅速冷却过程中分出少量的斜长岩；在月球高真空条件下，这种作用过程伴随挥发物质的迅速丢失，尖晶石及低铁橄榄石的出现也显示了低压和迅速冷却的结晶作用。
由于高地斜长岩是构成月球高地区域月壳的主要物质，了解高地斜长岩的形成演化过程必须从月壳的形成演化过程分析入手。月球高地区域月壳的平均厚度约73 km，含Al2O3约25%，而整个月球本身含Al2O3还不到6%，因此高地月壳中的Al2O3约占全月球Al2O3的40%；月表中的生热元素铀（U）、钍（Th）、钾（K）比月球内部的含量高出两个数量级；元素铕（Eu）在高地月壳中极为丰富，而在月海玄武岩区却极为匮乏。上述事实说明，形成高地的岩浆源区是很大的，甚至达到整个月球体积的熔融。同位素的研究结果也证明，月球早期曾产生过广泛的大规模的熔融、分异和结晶过程。要使占月球50%的铕和钾以及40%的Al2O3都集中在占月球体积10%的高地月壳之中，而且这种熔融和分异发生的时间必须在月球形成后的200百万年之内完成，因此月球在早期必定存在巨大的”岩浆洋”。对于”岩浆洋”的厚度，目前说法不一致，有学者认为200 km，有的认为800 km，甚至有的认为整个月球为熔融的”岩浆洋”。
月壳的形成若随岩浆分异结晶而堆积将会形成100～200 km厚的斜长岩月壳，但在月球聚集形成后的100百万年之内，各种天体物质的撞击将使尚未完全固结的月壳破碎而返回”岩浆洋”；而在38.2亿～39.2亿年之前，月壳已经固结，大规模月海盆地的开凿及后期月海泛滥（即玄武岩大面积喷发）才得以发生。
在月球内部的”岩浆洋”中，橄榄石首先晶出，相继低钙辉石、斜长石晶出。富钙的斜长石浮在熔融的”岩浆洋”顶部，逐渐冷凝形成高地月壳。随着”岩浆洋”中橄榄石、低钙辉石和钙长石的晶出，熔浆的Mg/(Fe+Mg)逐渐变低，进而长石、单斜辉石晶出并堆积。大约在42亿年前，月壳的厚度达到了1～10 km。虽然斜长石和富镁岩套在”岩浆洋”的结晶过程中都是从岩浆中直接晶出，但所结晶形成的橄榄石和辉石被迁移，因而导致斜长石和富镁岩套的形成过程是彼此分立的。
总的说来，高地月壳的形成过程可由图7-15的模式表达。图中A带在“岩浆洋”顶部，由斜长石晶体堆积形成的固态斜长岩，形成高地月壳，A带的稀土元素（REE）模式如图中右下角所示，Eu具有明显的正异常；B、C、D带为冷的斜长岩与冷的岩浆在斜长石饱和条件下达到平衡状态，沿着斜长岩岩块的表面产生部分熔融，B、C、D、E的成分演化如左下图所示。
图7-15 由月球“岩浆洋”结晶形成月壳的过程（欧阳自远，1988）
注：文章为作者原创，如有侵权请留言，本人将会立刻删除，喜欢的可以点赞打赏，请文明回复，谢谢！！！
扫描或长按上方二维码关注此公众号
