专利名称：一种模拟月壤的制备方法
技术领域：
本发明涉及模拟月壤制备技术领域，尤其涉及一种模拟月壤的制备方法。
背景技术：
模拟月壤被广泛应用于月球科学研究和工程实验，为此美国、日本分别研制了 JSC-I、MLS-I、MSL-2和MKS-I、FJS-I共五种模拟月壤，但是从现有公开文献中我们并无法 获知国外制备模拟月壤的具体技术细节。为了更好地对月球进行探测，我们开展了模拟月壤的研制工作。经过多年的研究， 终于研制出三类模拟月壤样品，分别是月海低钛玄武质模拟月壤、月海高钛玄武质模拟月 壤和高地斜长质模拟月壤，并完成了这三类模拟月壤样品相关的物理、化学特征(化学成 分、粒度分布、介电性质、物理和机械性质、光谱特征)的测试实验工作。研制出的这三类模 拟月壤样品为绕月探测工程有效载荷的地面验证试验提供了测试对象，为科学数据的解译 提供了基础。本发明正是在上述研究与实践的基础上，总结出的一种科学而完整的模拟月壤的 制备技术。
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种模拟月壤的制备方法，以实现利用地球 源岩样品进行模拟月壤的制备。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种模拟月壤的制备方法，该方法包括选取与采集源岩样品；粉碎采集的源岩样品，并从粉碎的源岩样品中挑选一定精度的源岩样品；对挑选的源岩样品进行全岩分析；根据全岩分析结果，配制模拟月壤的初始样品；将配制的模拟月壤初始样品烧结成玻璃；将烧结的玻璃粉碎后与配制的模拟月壤初始样品按照一定比例混合，得到最终的 模拟月壤。上述方案中，所述选取与采集源岩样品是在调研与月球岩石类型成因相似的地球 源岩样品的基础上进行的，其中，月球岩石类型包括月海玄武岩和月球高地斜长岩，与月海 玄武岩成因相似的地球源岩样品包括龙海玄武岩和汉诺坝玄武岩，与月球高地斜长岩成因 相似的地球源岩样品是日喀则辉长岩。上述方案中，该方法在选取与采集源岩样品之后进一步包括对采集的源岩样品进 行岩石学和矿物学分析，该分析过程具体包括将采集的源岩样品切割成薄片，利用偏光 显微镜对该源岩薄片进行观测，分析其结构和组成，具体分析结果如下龙海玄武岩呈间粒-间隐结构，主要矿物为斜长石和辉石，次要矿物为橄榄石；汉诺坝玄武岩呈拉斑玄武岩 质结构，主要矿物为斜长石和辉石，次要矿物为磁铁矿；日喀则辉长岩呈辉长结构，主要矿 物为斜长石、辉石和角闪石。上述方案中，所述粉碎采集的源岩样品并从粉碎的源岩样品中挑选一定精度的源 岩样品，具体包括在对源岩样品进行粉碎时，将龙海玄武岩样品和汉诺坝玄武岩样品粉碎 至中值粒径45至100 μ m，将日喀则辉长岩样品粉碎至中值粒径0.9 1. 1mm，然后从粉碎 的源岩样品中挑选精度为70 85% (体积比)的钙长石样品。上述方案中，所述对挑选的源岩样品进行全岩分析，具体包括对每一类源岩样 品，将挑选的源岩样品分别均勻混合，然后采用四分法取样，并对取样进行全岩分析，其中 对于同一类源岩样品至少要分析3个取样。上述方案中，所述根据全岩分析结果配制模拟月壤的初始样品，具体包括根据全 岩分析结果，比较该源岩样品与相应月球真实样品的成分差别，在源岩样品中加入所需的 矿物，均勻混合，配制成模拟月壤的初始样品。上述方案中，对于月海玄武岩，月海低钛玄武质初始样品采用龙海玄武岩直接粉 碎至45 100 μ m，月海高钛玄武质初始样品由粉碎的汉诺坝玄武岩按每IOOg汉诺坝玄 武岩需要加入的钛铁矿、石英和单质铁分别为16 20g、5 6g和0. 1 0. 3g的比例配制 模拟月壤的初始样品；对于月球高地斜长岩，其月壤的初始样品由经过挑选得到的精度为 70 85% (体积比)的钙长石样品组成。上述方案中，所述将配制的模拟月壤初始样品烧结成玻璃，具体包括在温度为 1250°C的箱式烧结炉中，将月海低钛或高钛玄武质初始样品恒温烧结6小时，然后在水 中淬火，形成月海低钛或高钛玄武质初始样品的玻璃；或者在高纯氮保护下利用温度为 1550°C的石墨碳管炉烧结月球高地斜长质初始样品，然后在水中淬火，形成月球高地斜长 质初始样品的玻璃。上述方案中，所述将烧结的玻璃粉碎后与配制的模拟月壤初始样品按照一定比 例混合得到最终的模拟月壤，具体包括将月海低钛或高钛玄武质初始样品的烧结玻璃粉 碎至中值粒径45至100 μ m,并与配制的月海低钛或高钛玄武质初始模拟月壤按照10 30 90 70的体积比混合，得到最终的月海低钛或高钛玄武岩模拟月壤；或者将月球高 地斜长质初始样品的烧结玻璃粉碎至中值粒径0. 9 1. Imm,并与配制的月球高地斜长质 初始模拟月壤按照10 30 90 70的体积比混合，再将混合后的样品粉碎至中值粒径 45至100 μ m，得到最终的月球高地斜长质模拟月壤。上述方案中，所述粉碎后的玻璃与配制的模拟月壤初始样品按照20 80的体积 比混合。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、利用本发明，实现了利用地球源岩样品进行模拟月壤的制备，可以研制出与月 球真实样品性能相近的模拟月壤样品，供月球科学和工程等方面的研究。2、利用本发明配制的月海低钛玄武质、月海高钛玄武质、月球高地斜长质模拟月 壤样品，与相应真实月壤样品成分特性、粒度特性、复介电特性、物理和机械性质和光谱特 性较为相似，可用于月球科学与工程研究。
图1是本发明提供的制备模拟月壤的方法流程图；图2是依照本发明实施例辉长岩野外采集的照片；图3是依照本发明实施例巨晶角闪辉长岩的照片；图4是依照本发明实施例在实验室粉碎源岩的照片；图5是依照本发明实施例采用磁力仪挑选斜长石的照片；图6是依照本发明实施例石墨碳管炉的照片；图7是依照本发明实施例斜长质玻璃的照片；图8是依照本发明实施例月球高地斜长质模拟月壤样品的照片；图9是月海低钛玄武质模拟月壤样品粒度分布图；图10是月海高钛玄武质模拟月壤样品粒度分布图；图11是月球高地斜长质模拟月壤样品粒度分布图；图12是月海低钛玄武质模拟月壤样品多角度反射光谱曲线图；图13是月海高钛玄武质模拟月壤样品多角度反射光谱曲线图；图14是月球高地斜长质模拟月壤样品多角度反射光谱曲线图；图15是月壤及模拟月壤光谱曲线图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。本发明是在大量科学实验的基础上，结合地球源岩样品的实际情况，经过不断摸 索和改进实现的。如图1所示，图1是本发明提供的制备模拟月壤的方法流程图，该方法具 体包括以下步骤步骤1 选取与采集源岩样品；在本步骤中，所述选取与采集源岩样品是在调研与月球岩石类型成因相似的地球 源岩样品的基础上进行的。其中，月球岩石主要分为月海玄武岩和月球高地斜长岩，与月海 玄武岩成因相似的地球源岩样品包括龙海玄武岩和汉诺坝玄武岩，与月球高地斜长岩成因 相似的地球源岩样品是日喀则辉长岩。龙海玄武岩位于福建龙海牛头山，其玄武岩钛含量 低，可以作为低钛玄武岩质模拟样品的源岩；汉诺坝玄武岩分布于张家口以北的尚义、张北 等县，其钛含量相对较高，可以作为高钛玄武岩质模拟样品的源岩。日喀则辉长岩分布于西 藏雅鲁藏布江北岸。根据配制模拟月壤的需要去野外采集相应的源岩样品，野外采样需要 采集新鲜的源岩样品。在该步骤1之后本发明还进一步包括对采集的源岩样品进行岩石学和矿物学分 析，该分析过程具体包括将采集的源岩样品切割成薄片，利用偏光显微镜对该源岩薄片进 行观测，分析其结构和组成，具体分析结果如下龙海玄武岩呈间粒_间隐结构，主要矿物 为斜长石和辉石，次要矿物为橄榄石；汉诺坝玄武岩呈拉斑玄武岩质结构，主要矿物为斜长 石和辉石，次要矿物为磁铁矿；日喀则辉长岩呈辉长结构，主要矿物为斜长石、辉石和角闪 石。
6
步骤2 粉碎采集的源岩样品，并从粉碎的源岩样品中挑选一定精度的源岩样品；在本步骤中，所述粉碎采集的源岩样品并从粉碎的源岩样品中挑选一定精度的源 岩样品，具体包括在对源岩样品进行粉碎时，将龙海玄武岩样品和汉诺坝玄武岩样品粉碎 至中值粒径约45至100 μ m，将日喀则辉长岩样品粉碎至中值粒径0. 9 1. Imm左右，然后 从粉碎的源岩样品中挑选精度为70 85% (体积比)的钙长岩样品，此时源岩样品的化学 成分与真实样品相类似。其中斜长岩样品的源岩为西藏的角闪辉长岩，需要利用磁力仪将 粉碎的样品中的钙长岩挑选出来。步骤3 对挑选的源岩样品进行全岩分析；在本步骤中，所述对挑选的源岩样品进行全岩分析，具体包括对每一类源岩样 品，将挑选的源岩样品分别均勻混合，然后采用四分法取样，并对取样进行全岩分析，其中 对于同一类源岩样品至少要分析3个取样。步骤4 根据全岩分析结果，配制模拟月壤的初始样品；在本步骤中，所述根据全岩分析结果配制模拟月壤的初始样品，具体包括根据全 岩分析结果，比较该源岩样品与相应月球真实样品的成分差别，在源岩样品中加入所需的 矿物，均勻混合，配制成模拟月壤的初始样品。对于月海玄武岩，月海低钛玄武质初始样品 采用龙海玄武岩直接粉碎至45 100 μ m，月海高钛玄武质初始样品由粉碎的汉诺坝玄武 岩按每IOOg汉诺坝玄武岩需要加入的钛铁矿、石英和单质铁分别为16 20g、5 6g和 0. 1 0. 3g的比例配制模拟月壤的初始样品；对于月球高地斜长岩，其月壤的初始样品由 经过挑选得到的精度为70 85% (体积比)的钙长石样品组成。步骤5 将配制的模拟月壤初始样品烧结成玻璃；在本步骤中，所述将配制的模拟月壤初始样品烧结成玻璃，具体包括在温度为 1250°C的箱式烧结炉中，将月海低钛或高钛玄武质初始样品恒温烧结6小时，然后在水 中淬火，形成月海低钛或高钛玄武质初始样品的玻璃；或者在高纯氮保护下利用温度为 1550°C的石墨碳管炉烧结月球高地斜长质初始样品，然后在水中淬火，形成月球高地斜长 质初始样品的玻璃。步骤6 将烧结的玻璃粉碎后与配制的模拟月壤初始样品按照一定比例混合，得 到最终的模拟月壤；在本步骤中，所述将烧结的玻璃粉碎后与配制的模拟月壤初始样品按照一定比 例混合得到最终的模拟月壤，具体包括将月海低钛或高钛玄武质初始样品的烧结玻璃粉 碎至中值粒径45至100 μ m,并与配制的月海低钛或高钛玄武质初始模拟月壤按照10 30 90 70的体积比混合，得到最终的月海低钛或高钛玄武岩模拟月壤；或者将月球高 地斜长质初始样品的烧结玻璃粉碎至中值粒径0. 9 1. Imm,并与配制的月球高地斜长质 初始模拟月壤按照10 30 90 70的体积比混合，再将混合后的样品粉碎至中值粒径 45至100 μ m，得到最终的月球高地斜长质模拟月壤。下面以月球高地斜长质模拟月壤的制备为例，详细说明本发明制备模拟月壤的方法。1)、源岩样品的选取与采集；与月球高地斜长岩成因相似的地球源岩样品有日喀则辉长岩，其分布于西藏雅鲁 藏布江北岸。图2是辉长石野外采集的照片。
7
2)、源岩样品岩石学和矿物学分析；利用偏光显微镜对日喀则辉长岩源岩薄片进行观测，进行岩石矿物组成的统计结 果是日喀则辉长岩成辉长结构，主要由斜长石、辉石、角闪石组成。斜长石，板状，一般为 0. 5Xlcm，最大可达lX2cm，可见明显的聚片双晶，Np，Λ (010)为40°，牌号大于70，含量 约为40% ；辉石，粒状，粒度为1 2cm，含量为35% ；角闪石，片状，约IX2cm，褐黄色至浅 绿色，多色性明显，I级红-II级蓝干涉色，含量为20%。其它暗色矿物的含量小于5%。如 图3所示，图3是依照本发明实施例巨晶角闪辉长岩的照片，该巨晶角闪辉长岩包括具辉长 和辉绿结构的辉长岩，含有一定量的角闪石，正交偏光d = 2mm。3)、粉碎源岩以及挑选样品；将源岩样品进行粉碎，辉长岩样品粉碎至Imm左右。斜长岩样品的源岩为西藏的 角闪辉长岩，需要利用磁力仪将粉碎的样品中的钙长石挑选出来，挑选精度在70 85% (体积比)的钙长岩样品化学成分与真实样品相类似。如图4和图5所示。4)、全岩分析；将粉碎好的样品均勻混合，选取不同部位的样品放置一起，用四分法取样，送到实 验室做全岩分析(一般同一类源岩样品至少送3个)。表1示出了地球钙斜长石以及月球 高地样品的化学成分(wt%)。
权利要求
一种模拟月壤的制备方法，其特征在于，该方法包括选取与采集源岩样品；粉碎采集的源岩样品，并从粉碎的源岩样品中挑选一定精度的源岩样品；对挑选的源岩样品进行全岩分析；根据全岩分析结果，配制模拟月壤的初始样品；将配制的模拟月壤初始样品烧结成玻璃；将烧结的玻璃粉碎后与配制的模拟月壤初始样品按照一定比例混合，得到最终的模拟月壤。
2.根据权利要求1所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，所述选取与采集源岩样 品是在调研与月球岩石类型成因相似的地球源岩样品的基础上进行的，其中，月球岩石类 型包括月海玄武岩和月球高地斜长岩，与月海玄武岩成因相似的地球源岩样品包括龙海玄 武岩和汉诺坝玄武岩，与月球高地斜长岩成因相似的地球源岩样品是日喀则辉长岩。
3.根据权利要求2所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，该方法在选取与采集源 岩样品之后进一步包括对采集的源岩样品进行岩石学和矿物学分析，该分析过程具体包 括将采集的源岩样品切割成薄片，利用偏光显微镜对该源岩薄片进行观测，分析其结构 和组成，具体分析结果如下龙海玄武岩呈间粒_间隐结构，主要矿物为斜长石和辉石，次 要矿物为橄榄石；汉诺坝玄武岩呈拉斑玄武岩质结构，主要矿物为斜长石和辉石，次要矿物 为磁铁矿；日喀则辉长岩呈辉长结构，主要矿物为斜长石、辉石和角闪石。
4.根据权利要求2所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，所述粉碎采集的源岩样 品并从粉碎的源岩样品中挑选一定精度的源岩样品，具体包括在对源岩样品进行粉碎时，将龙海玄武岩样品和汉诺坝玄武岩样品粉碎至中值粒径45 至100 μ m，将日喀则辉长岩样品粉碎至中值粒径0.9 1. 1mm，然后从粉碎的源岩样品中挑 选精度为70 85% (体积比)的钙长岩样品。
5.根据权利要求1所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，所述对挑选的源岩样品 进行全岩分析，具体包括对每一类源岩样品，将挑选的源岩样品分别均勻混合，然后采用四分法取样，并对取样 进行全岩分析，其中对于同一类源岩样品至少要分析3个取样。
6.根据权利要求1所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，所述根据全岩分析结果 配制模拟月壤的初始样品，具体包括根据全岩分析结果，比较该源岩样品与相应月球真实样品的成分差别，在源岩样品中 加入所需的矿物，均勻混合，配制成模拟月壤的初始样品。
7.根据权利要求6所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，对于月海玄武岩，月海低钛玄武质初始样品采用龙海玄武岩直接粉碎至45 100 μ m， 月海高钛玄武质初始样品由粉碎的汉诺坝玄武岩按每IOOg汉诺坝玄武岩需要加入的钛 铁矿、石英和单质铁分别为16 20g、5 6g和0. 1 0. 3g的比例配制模拟月壤的初始样Pm ；对于月球高地斜长岩，其月壤的初始样品由经过挑选得到的精度为70 85% (体积 比)的钙长石样品组成。
8.根据权利要求2所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，所述将配制的模拟月壤 初始样品烧结成玻璃，具体包括在温度为1250°C的箱式烧结炉中，将月海低钛或高钛玄武质初始样品恒温烧结6小 时，然后在水中淬火，形成月海低钛或高钛玄武质初始样品的玻璃；或者在高纯氮保护下利用温度为1550°C的石墨碳管炉烧结月球高地斜长质初始样品，然后 在水中淬火，形成月球高地斜长质初始样品的玻璃。
9.根据权利要求1所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，所述将烧结的玻璃粉碎 后与配制的模拟月壤初始样品按照一定比例混合得到最终的模拟月壤，具体包括将月海低钛或高钛玄武质初始样品的烧结玻璃粉碎至中值粒径45至100 μ m,并与配 制的月海低钛或高钛玄武质初始模拟月壤按照10 30 90 70的体积比混合，得到最 终的月海低钛或高钛玄武岩模拟月壤；或者将月球高地斜长质初始样品的烧结玻璃粉碎至中值粒径0. 9 1. Imm,并与配制的月 球高地斜长质初始模拟月壤按照10 30 90 70的体积比混合，再将混合后的样品粉 碎至中值粒径45至100 μ m，得到最终的月球高地斜长质模拟月壤。
10.根据权利要求9所述的模拟月壤的制备方法，其特征在于，所述粉碎后的玻璃与配 制的模拟月壤初始样品按照20 80的体积比混合。
全文摘要
本发明公开了一种模拟月壤的制备方法，包括选取与采集源岩样品；粉碎采集的源岩样品，并从粉碎的源岩样品中挑选一定精度的源岩样品；对挑选的源岩样品进行全岩分析；根据全岩分析结果，配制模拟月壤的初始样品；将配制的模拟月壤初始样品烧结成玻璃；将烧结的玻璃粉碎后与配制的模拟月壤初始样品按照一定比例混合，得到最终的模拟月壤。利用本发明，实现了利用地球源岩样品进行模拟月壤的制备，可以研制出与月球真实样品性能相近的模拟月壤样品，供月球科学和工程等方面的研究。
文档编号G01N1/28GK101957280SQ201010296718
公开日2011年1月26日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘建忠, 郑永春 申请人:中国科学院国家天文台