月岩和月壤矿物组合的原地原样分析激光拉曼光谱仪的应用.pdf

月岩和月壤矿物组合的原地原样分析：激光拉曼光谱仪的应用 月岩和月壤矿物组合的原地原样分析：激光拉曼光谱仪的应用 徐伟彪1，倪培2 ‘中国科学院紫金山天文台．南京市北京西路2号210008 2南京大学地球科学系内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室 E--mil：wbxuOp呻．aC．cn 文摘：月岩和月壤中的主要矿物为长石，辉石和橄榄石．这些矿物的拉曼光谱波峰狭窄且不重 叠，适合于月岩和月壤的矿物组合分析．辉石和橄榄石的波峰漂移程度反映了其中Mg／Fe阳离子 要岩石学参数，反映了月球内部岩浆熔融分异和演化的历史．拉曼光谱仪可以探测岩石样品中的 长石矿物，结合其所占的比例，进而估算长石的组成含量，这是其他谱仪所不能做到的．该仪器 还可以测试岩石和土壤中水的含量和各种含水矿物，这对寻找月球水资源起到了关键的作用．激 光拉曼光谱仪的特点是对样品处理要求很低、不破坏样品、不影响其他探测技术的测试结果．现 代激光技术的发展，完全可以制造一个小形、轻量、低能耗的激光拉曼光谱仪，安装在月球车上 开展月球表面岩石和土壤的勘探工作． 关键词：月球探测：激光拉曼光谱仪 印度加尔格达大学的物理学家昌德拉塞卡·温卡塔·拉曼在1928年发现了光的特殊散射效应(拉曼效应) 而获得1930年的诺贝尔物理学奖。当一束一定波长的激光照射到某种材料上时，一部分的光发生散射， 其中大部分以原波长散射，--,b部分的光与材料中的分子发生了非弹性碰撞而改变了波长。波长的改变值 是由材料的化学成分和结构决定的，它反映了化合物分子的振动和旋转能量、组成分子的特定原子和离子 以及它们之间的化学键能、分子结构的对称性、和化合物分子所处的物理化学环境。 对于地质样品来说，每一种矿物都有特定的拉曼光谱，它们的波峰很窄且不重叠，这样就有利于土壤 或岩石样品中的矿物鉴定，各种硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氧化物、硫化物、水、含水矿物、和 有机物都能快速有效地确定出来。自上世纪六、七十年代以来，激光拉曼光谱仪在地质学界得到了广泛的 J利用拉曼光谱 应用，特别是对“阿波罗登月计划”所采集的月岩、月壤和玻璃物质的分析工作。Fabel等Il 仪分析了月岩中橄榄石、辉石和长石的矿物组分，这些矿物的拉曼光谱特征各不相同。且波峰互不重叠， 的重要岩石学参数，反映了月球内岩浆熔融分异的历史。通过测试岩石和土壤的拉曼光谱，可以准确地鉴 定其中的主要矿物、次要矿物和微量矿物，确定它们的相对组分比例，确定矿物的化学成分，区分结晶质 和非晶质矿物。该仪器还可以测试岩石和土壤中水的含量和各种含水矿物，这对寻找月球水资源起到了关 键的作用。激光拉曼光谱仪的特点是对样品处理要求很低(原地原岩样品或研磨样品均可)、不破坏样品、 可作定性分析也可作定量分析。 岩石的矿物组合分析方法有很多，如：红外光谱、穆斯堡尔谱、和拉曼光谱分析法。红外光谱被广泛 Mars 了美国宇航局的批准，被列 行星表面原地岩石矿物组合的分析工作，它们各具特点。近红外光谱仪探测矿物中Fep的d层电子跃迁时 释放出的谱线。辉石和橄榄石能产生特征的谱线，但是它们的波峰宽且互相重叠，不利于岩石矿物组合分 析(图2和3)。另外，由于长石中基本不含Fe，产生的波峰很微弱，很难探测。穆斯堡尔谱仪可以分析 尔谱线互相重叠，岩石的矿物组合分析需要通过复杂的谱线拟合才能完成。对于固熔体矿物来说，难度则 石还是含有少量的富Fe橄榄石。同样，穆斯堡尔谱仪也不能探测月岩和月壤中的长石矿物。长石是月球 表面最主要的矿物，月陆地区的高地斜长岩含有70一99％的钙长石，而月海地区玄武岩的主要矿物也是斜 中国宇航学会深空探测技术专业委员会第一届学术会议 2005年1月哈尔滨 长石。相比之下，拉曼光谱仪更适合于月球表面的岩石矿物组合分析。表l列出了激光拉曼光谱仪的主要 功能和优势以及与其他谱仪的对比【31。 表l激光拉曼光谱仪的主要功能以及与其他谱仪的对比131