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月球形成演化是固体地球科学和行星科学领域的重大科学问题之一,月球岩浆洋通过结晶分异首先形成的斜长质月壳(月球高地)是认识月球及类地行星分异演化过程的“窗口”。然而月球高地返回样品的匮乏及遥感探测数据精度低等数据获取现状极大地制约了对月球高地物质组成和地质过程的全面认识。随机溅射到地球上的月球陨石是月球返回样品和遥感数据的重要补充,其中月球高地角砾岩陨石是高地岩石和矿物碎屑等相互胶结形成的复矿物碎屑岩,保存了月球高地的岩石矿物组成及月壳地质过程等信息。 本论文基于五块新发现且尚未被深入研究的月球高地角砾岩陨石,并结合已有的样品分析数据(包括:Apollo/Luna返回样品和月球陨石)以及遥感探测结果,采用多种原位分析技术(SEM、EMPA、FIB、TEM、Raman、FTIR、NanoSIMS...)和地球化学手段(ICP-MS、ICP-OES...),分析了五块角砾岩陨石的岩屑组成、矿物成分、地球化学组成、溅射源区等信息。同时,针对角砾岩陨石中发现的特殊岩石碎屑和结构,研究了月壳地质过程新记录(包括:岩浆演化、火山作用、冲击热变质、流体活动),本论文的研究内容及取得的新认识如下: (1)五块新发现月球高地角砾岩陨石研究。详细分析了NWA7948、NWA10049、NWA10203、NWA10756和NWA11273的岩石学特征、岩屑组成、矿物成分、地球化学组成和溅射源区等信息,丰富了月球样品的基础研究资料。甄别出了两块特殊的月球陨石:一块是由多种岩屑构成的角砾岩NWA7948,在该样品中发现了一颗具有异常Fe/Mn比值的富金属岩屑,NWA7948是一块岩屑组成特殊的月球样品。另一块则是微量元素组成特殊的高地月壤角砾岩NWA10049,相对于Apllo16返回的高地物质,NWA10049具有相对较低不相容元素(如:Sm、Sc和REE)含量,而相对大多数月球高地角砾岩陨石,NWA10049具有独特的地球化学组成(如:富Sm、富REE含量等)。 (2)月球4389Ma富硅质岩浆活动的锆石证据。在月球角砾岩NWA10049中发现了一颗粗粒(~100×200μm)且结构复杂的锆石碎屑,锆石中观察到了3个富SiO2(78-89wt%)的熔体包裹体,这反映了该锆石形成于月球的富硅质岩浆。通过NanoSIMS的Pb/Pb定年分析,获得了该锆石碎屑结晶年龄下限为4389±38Ma(2σ),这指示了月球早期(4389Ma)存在富质硅的岩浆活动,该结果比前人对Apollo花岗质岩石定年结果(~4.32Ga)要早~50Myr。 (3)月球VLT火山的喷发沉积作用。在NWA7948中观察到了大量的火山玻璃碎屑,这些火山碎屑具有相近的化学组成,可能是同一次月球VLT火山喷发的产物,成分与Apollo17返回的VLT火山碎屑相似。在VLT火山玻璃珠边缘观察到纳米级的FeNi、FeS金属颗粒,并发现了前人未报道的闪锌矿颗粒,该发现对认识月球火山喷发时挥发性金属元素的沉积规律具有重要意义。 (4)月表冲击特殊结构。在月球角砾岩NWA10756辉石中发现了定向橄榄石条带的特殊结构,该岩石结构的成因可能与月球表面冲击热变质过程有关:撞击作用使辉石沿着出溶条带方向发生机械破裂,局部熔融的橄榄石随后充填于机械破裂的裂隙之中,然后重结晶形成定向橄榄石条带结构。辉石中定向橄榄石条带可能是一种新的辉石冲击特殊结构,该结构的发现丰富了月表冲击热变质记录。 (5)月壳流体活动的新记录?辉石中的次生橄榄石脉相继在HED陨石中被普遍报道,该结构被认为与灶神星表面的流体(水)活动有关。同样,我们在月球高地角砾岩NWA11273的辉石中也观察到了次生橄榄石脉结构,详细的岩石矿物学分析表明:NWA11273中的细脉状次生橄榄石很可能是月表流体活动形成的物质(流体在较低的温度下渗透到辉石裂隙中形成次生橄榄石脉)。该发现是月球高地流体活动的新证据,推测流体活动是月壳重要的地质过程之一。 月球高地陨石分析表明:目前唯一的高地返回样品(Apollo16)并不能代表月球高地物质组成,相继发现的特殊高地岩屑和角砾岩陨石也反映了月球高地仍可能存在人类尚未发现的物质组成。另外,本论文研究也指示了月球高地具有复杂的地质过程,包括:岩浆演化、火山作用、冲击热变质、流体活动等。因此,将来深入分析斜长质高地陨石、开展月球高地就位探测、实现月球高地样品返回等研究探测活动是一项具有意义的工作,不仅能为全面认识月壳物质组成和地质过程提供信息,也能扩展人类对太阳系早期演化历史以及其它无大气行星地质演变历程等的知识疆界。