近期，桂林理工大学陨石与行星物质研究中心课题组对月球陨石NWA 12279中的镁尖晶石进行了研究，获得了斜长岩质月壳与月幔反应产生镁尖晶石的证据。论文发表在期刊Journal of Geophysical Research: Planets。

NWA 12279月球陨石总质量为1830 g，未发现成对陨石。手标本呈近圆形，表面具有典型的空气烧蚀和冲击熔融特征。陨石的正面被棕色的熔壳覆盖，放射状熔流线清晰可见，从熔流线的方向可以判断陨石在地球大气层中的飞行方向；陨石的背面（飞行过程中背离地球的方向）可见清晰的收缩裂隙、熔壳和冲击熔体，新鲜的破裂面暴露了内部灰白色的质地（图1）。NWA 12279典型的陨石特征、显微结构、橄榄石和辉石的Fe/Mn值、斜长石的An值、全岩Mg^#等参数说明其起源于月球高地，属于月球镁质岩套岩石的一种。类似NWA 12279完整性和新鲜程度的西北非荒漠月球陨石非常罕见，这些被保留的空气烧蚀特征说明其降落地球时间不长（居地年龄很小），地球风化程度极低。NWA 12279月球陨石的新鲜切面由大约95%未角砾岩化的岩浆岩和5%的冲击熔融角砾岩组成。按照Warren (1993)对月球高地岩石原始性判断标准，该陨石的未角砾岩化部分属于原始性最高的9级，说明其受后期冲击和太空风化的扰动极低，为探讨岩石成因奠定了扎实基础。原始的岩浆岩矿物组合为斜长石（含少量熔长石81.8%）、橄榄石（12.2%）、辉石（3.46%）、尖晶石（1.18%）、二氧化硅相（vol.%）和其他非晶质（含岩浆熔融包裹体和岩浆成因玻璃）、铁镍金属（图2）。根据斜长石、橄榄石、辉石的相对含量，NWA 12279被划分为橄长岩质斜长岩。基于NWA 12279中大颗粒尖晶石的均匀分布，将其划分为含尖晶石橄长岩质斜长岩（Pink Spinel Troctolitic Anorthosite，PSTA）。

图1 NWA 12279月球陨石的外观特征

图2 NWA 12279月球陨石新鲜切面宏观特征和光薄片下的微观特征

（a）新鲜切面，粉红色尖晶石斑晶均匀分布在浅灰色橄长岩基质中；（b）光学显微镜正交偏光图，毫米级斜长石捕掳体和亚毫米级尖晶石斑晶清晰可见；（c）元素X射线假彩色合成图，可见粉红色尖晶石均匀分布；（d）单偏光图，红色尖晶石颗粒布满裂隙，斜长石具有不规则斑块状和细长板条状2种状态，棕褐色物质为填存在斜长石晶体之间的镁铁质矿物和二氧化硅相。C-Pl—粗粒斜长石；F-Pl—细粒斜长石；IMV—冲击熔脉；Mas—熔长石；Ol—橄榄石；Pyr—辉石；Spi—尖晶石；Si—二氧化硅相。

含尖晶石橄长岩质斜长岩中的尖晶石最大颗粒为750×550 μm，平均粒度100~200 μm，切面多为四边形，呈斑晶状均匀分布，化学式为(Mg_0.8Fe_0.2)(Al_1.9Cr_0.1)₂O₄，尖晶石Mg^#和Al^#均介于PST和PSA之间。在统计的560颗尖晶石中，38颗含有岩浆熔融包裹体，包裹体成分为揭开尖晶石成因之谜提供了关键线索。尖晶石中的岩浆熔融包裹体均发生了显著的液相不混溶分离，成分上分为富镁熔体和富硅熔体两部分，富镁熔体成分类似于可能起源于月幔的返回样品纯橄榄岩Apollo 72415。斜长石是NWA 12279中含量最高的矿物，具有不规则斑块状和细长板条状两种形态：不规则斑块状斜长石中含有细粒橄榄石包裹体，矿物成分和全岩主微量元素成分类似于月壳中广泛分布的亚铁斜长岩；而细长板条状斜长石组成了三角形或菱形的骨架，骨架中填充了“橄榄石±辉石±二氧化硅相”的填隙物（图3）。橄榄石具有全晶质结构，辉石的结晶程度不好，大多数二氧化硅相为非晶质，说明作为填隙物的橄榄石最早结晶，其次是辉石，二氧化硅非晶质在低压下直接淬火形成玻璃。

图3 NWA 12279月球陨石显微结构特征

（a）含镁尖晶石典型区域的X射线假彩色合成图，显示尖晶石分布与冲击熔脉无关；（b）“橄榄石、辉石+二氧化硅相”组合充填在板条状斜长石的“骨架”内，构成了填隙结构，橄榄石可单独存在，也可与辉石和二氧化硅相组合；（c）作为填隙物的辉石，核部为低钙易变辉石，边部为高钙普通辉石+二氧化硅相；（d）橄长岩中不均匀分布的团块状粗粒斜长岩，他形橄榄石被包裹在斜长石中形成嵌晶结构，月球亚铁斜长岩中具有类似的结构和矿物组合；（e）NWA 12279, 2薄片中最大的一个尖晶石在背散射图片中呈现出十分均匀的灰度，说明其成分的均匀性；（f）尖晶石中的岩浆熔融包裹体呈现出十分清晰的液相不混溶分离结构；（g）尖晶石中的一个岩浆熔融包裹体由“富镁相+富硅相+镍纹石珠子”组成；（h）尖晶石中的“蠕虫状的富硅相+镁质熔体相”岩浆熔融包裹体；（i）橄榄石中的岩浆熔融包裹体由“富硅熔体+石英和辉石+富硅熔体”组成，其中蜂窝状的黑点为石英。b—i为背散射图。Aug—普通辉石；Mg-M—富镁熔体；Pig—易变辉石；Q—石英；Si-M—富硅熔体；Tae—镍纹石。

NWA 12279月球陨石中大颗粒自形程度高的尖晶石均匀分布在橄长岩中，化学成分均匀，不具有成分环带，含有的包裹体全岩成分类似于月幔和钙长石质月壳的混合成分，说明尖晶石起源于月幔熔浆和钙长石月壳的混溶，在温度缓慢下降条件下平衡结晶。橄榄石或“橄榄石±辉石±二氧化硅相”组合均展现出一种填隙结构，多数橄榄石颗粒具有成分环带；部分辉石为雏晶状或非晶质，大多数二氧化硅相是非晶质，30个拉曼测点中只有1个石英相。这些现象说明填隙于斜长石骨架中的“橄榄石±辉石±二氧化硅相”组合是浅表至近月表低压环境下不平衡结晶的产物。斑块状斜长石比板条状斜长石具有更高的An值，与亚铁斜长岩具有一致的成分（图4）。通过月球样品和月球陨石中大颗粒镁尖晶石成分平衡结晶的实验和计算表明，在月壳之下大于25 km的范围内才可能实现平衡结晶，因此NWA 12279中的尖晶石形成深度大于25 km，而“橄榄石±辉石±二氧化硅相”组合结晶深度小于25 km。两种不同产状的斜长石可能形成于不同时代：斑块状斜长石是月球岩浆洋早期结晶上浮的亚铁斜长岩，在NWA 12279中作为捕掳体存在；而板条状斜长石骨架是月球晚期岩浆侵入月壳重结晶的产物。

图4 NWA12279月球陨石中不同矿物和熔融包裹体的成分

（a）尖晶石、橄榄石、辉石、岩浆熔融包裹体的Mg^#与共生的斜长石An值关系，尖晶石中的富镁相包裹体、尖晶石与Apollo镁质岩套具有一致的Mg^#，按照Mg^#从高到低依次为尖晶石中的富镁相包裹体、尖晶石、橄榄石、辉石，反应了岩浆从早到晚的结晶顺序；（b）辉石成分四角图，温度等值线为＜2 kbar的压力范围内模拟实验结果，该压力范围等同于月球尖晶石橄长岩在＜40 km的深度结晶，该深度采用月球岩石重力梯度0.05 kbar/km进行计算，即1 kbar约等于月壳20 km深度；月球含橄榄石镁质岩套（蓝色阴影部分）和NWA 2996苏长岩质和橄长岩质斜长岩角砾（绿色阴影部分）作为背景进行对比；（c）斜长石成分，粗粒斜长石的钙系数（An）总体高于细粒斜长石。

NWA 12279含尖晶石橄长岩质斜长岩的岩石学、矿物学和地球化学特征等提供了月幔熔体侵入钙长石质月壳发生同化混染作用的证据。通过这些证据建立了含斑晶状尖晶石橄长岩质斜长岩的4阶段成因模式（图5）：

第1阶段，部分熔融的月幔物质从底部上升，侵入斜长岩质月壳，月幔物质和月壳物质发生同化混染，局部完全熔融。

第2阶段，在距离月表25 km至壳幔结合部位，随着温度缓慢下降，具有最高液相线的尖晶石开始结晶，原始的混染熔体被正在结晶的尖晶石包裹，之后完全封闭，熔体在封闭体系中发生了液相不混溶分离；同时，围岩中的亚铁斜长岩捕掳体被捕获。

第3阶段，携带尖晶石和围岩捕掳体的混合熔体继续向上侵位，继续熔化周边的围岩，围岩碎块（亚铁斜长岩捕掳体）垮塌掉落在入侵熔体中，板条状斜长石开始结晶，并漂浮在熔浆中，形成三角形或者菱形的架构。

第4阶段，携带尖晶石、亚铁斜长岩捕掳体和凌乱分布的板条状新结晶斜长石的熔体在小于25 km至月表处，降温速率逐渐加快，橄榄石、高钙普通辉石先后结晶，最后未结晶的残余熔体发生液相不混溶分离，形成类似辉石成分玻璃和二氧化硅相，晚期结晶的橄榄石、普通辉石、似辉石成分玻璃和二氧化硅相充填在早期结晶的板条状斜长石空隙中，形成填隙结构。

图5 NWA 12279含尖晶石橄长岩质斜长岩的成因模式示意图

论文受国家自然科学基金（41866008）、广西科技计划项目（AD23026084，AD23026339；AD1850007）等资助；研究样品来自广西地球记忆自然博物馆；分析测试在桂林理工大学隐伏金属矿产勘查重点实验室、中国科学院地球化学研究所、西北大学等实验室完成。

论文信息：

1. Hongyi Chen^*, Lanfang Xie, Qiao Shu, Bingkui Miao. Northwest Africa 12279: Evidence for the interaction between early lunar mantle melt and anorthositic crust. Journal of Geophysical Research: Planets, 2023, 128，e2023JE007844. https://doi.org/10. 1029/2023JE007844.