專利名稱：一種模擬月壤的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬月壤制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種模擬月壤的制備方法。
背景技術(shù)：
模擬月壤被廣泛應(yīng)用于月球科學(xué)研究和工程實驗，為此美國、日本分別研制了 JSC-I、MLS-I、MSL-2和MKS-I、FJS-I共五種模擬月壤，但是從現(xiàn)有公開文獻中我們并無法 獲知國外制備模擬月壤的具體技術(shù)細節(jié)。為了更好地對月球進行探測，我們開展了模擬月壤的研制工作。經(jīng)過多年的研究， 終于研制出三類模擬月壤樣品，分別是月海低鈦玄武質(zhì)模擬月壤、月海高鈦玄武質(zhì)模擬月 壤和高地斜長質(zhì)模擬月壤，并完成了這三類模擬月壤樣品相關(guān)的物理、化學(xué)特征(化學(xué)成 分、粒度分布、介電性質(zhì)、物理和機械性質(zhì)、光譜特征)的測試實驗工作。研制出的這三類模 擬月壤樣品為繞月探測工程有效載荷的地面驗證試驗提供了測試對象，為科學(xué)數(shù)據(jù)的解譯 提供了基礎(chǔ)。本發(fā)明正是在上述研究與實踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)出的一種科學(xué)而完整的模擬月壤的 制備技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種模擬月壤的制備方法，以實現(xiàn)利用地球 源巖樣品進行模擬月壤的制備。( 二 )技術(shù)方案為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種模擬月壤的制備方法，該方法包括選取與采集源巖樣品；粉碎采集的源巖樣品，并從粉碎的源巖樣品中挑選一定精度的源巖樣品；對挑選的源巖樣品進行全巖分析；根據(jù)全巖分析結(jié)果，配制模擬月壤的初始樣品；將配制的模擬月壤初始樣品燒結(jié)成玻璃；將燒結(jié)的玻璃粉碎后與配制的模擬月壤初始樣品按照一定比例混合，得到最終的 模擬月壤。上述方案中，所述選取與采集源巖樣品是在調(diào)研與月球巖石類型成因相似的地球 源巖樣品的基礎(chǔ)上進行的，其中，月球巖石類型包括月海玄武巖和月球高地斜長巖，與月海 玄武巖成因相似的地球源巖樣品包括龍海玄武巖和漢諾壩玄武巖，與月球高地斜長巖成因 相似的地球源巖樣品是日喀則輝長巖。上述方案中，該方法在選取與采集源巖樣品之后進一步包括對采集的源巖樣品進 行巖石學(xué)和礦物學(xué)分析，該分析過程具體包括將采集的源巖樣品切割成薄片，利用偏光 顯微鏡對該源巖薄片進行觀測，分析其結(jié)構(gòu)和組成，具體分析結(jié)果如下龍海玄武巖呈間粒-間隱結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石和輝石，次要礦物為橄欖石；漢諾壩玄武巖呈拉斑玄武巖 質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石和輝石，次要礦物為磁鐵礦；日喀則輝長巖呈輝長結(jié)構(gòu)，主要礦 物為斜長石、輝石和角閃石。上述方案中，所述粉碎采集的源巖樣品并從粉碎的源巖樣品中挑選一定精度的源 巖樣品，具體包括在對源巖樣品進行粉碎時，將龍海玄武巖樣品和漢諾壩玄武巖樣品粉碎 至中值粒徑45至100 μ m，將日喀則輝長巖樣品粉碎至中值粒徑0.9 1. 1mm，然后從粉碎 的源巖樣品中挑選精度為70 85% (體積比)的鈣長石樣品。上述方案中，所述對挑選的源巖樣品進行全巖分析，具體包括對每一類源巖樣 品，將挑選的源巖樣品分別均勻混合，然后采用四分法取樣，并對取樣進行全巖分析，其中 對于同一類源巖樣品至少要分析3個取樣。上述方案中，所述根據(jù)全巖分析結(jié)果配制模擬月壤的初始樣品，具體包括根據(jù)全 巖分析結(jié)果，比較該源巖樣品與相應(yīng)月球真實樣品的成分差別，在源巖樣品中加入所需的 礦物，均勻混合，配制成模擬月壤的初始樣品。上述方案中，對于月海玄武巖，月海低鈦玄武質(zhì)初始樣品采用龍海玄武巖直接粉 碎至45 100 μ m，月海高鈦玄武質(zhì)初始樣品由粉碎的漢諾壩玄武巖按每IOOg漢諾壩玄 武巖需要加入的鈦鐵礦、石英和單質(zhì)鐵分別為16 20g、5 6g和0. 1 0. 3g的比例配制 模擬月壤的初始樣品；對于月球高地斜長巖，其月壤的初始樣品由經(jīng)過挑選得到的精度為 70 85% (體積比)的鈣長石樣品組成。上述方案中，所述將配制的模擬月壤初始樣品燒結(jié)成玻璃，具體包括在溫度為 1250°C的箱式燒結(jié)爐中，將月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品恒溫?zé)Y(jié)6小時，然后在水 中淬火，形成月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品的玻璃；或者在高純氮保護下利用溫度為 1550°C的石墨碳管爐燒結(jié)月球高地斜長質(zhì)初始樣品，然后在水中淬火，形成月球高地斜長 質(zhì)初始樣品的玻璃。上述方案中，所述將燒結(jié)的玻璃粉碎后與配制的模擬月壤初始樣品按照一定比 例混合得到最終的模擬月壤，具體包括將月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品的燒結(jié)玻璃粉 碎至中值粒徑45至100 μ m,并與配制的月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始模擬月壤按照10 30 90 70的體積比混合，得到最終的月海低鈦或高鈦玄武巖模擬月壤；或者將月球高 地斜長質(zhì)初始樣品的燒結(jié)玻璃粉碎至中值粒徑0. 9 1. Imm,并與配制的月球高地斜長質(zhì) 初始模擬月壤按照10 30 90 70的體積比混合，再將混合后的樣品粉碎至中值粒徑 45至100 μ m，得到最終的月球高地斜長質(zhì)模擬月壤。上述方案中，所述粉碎后的玻璃與配制的模擬月壤初始樣品按照20 80的體積 比混合。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、利用本發(fā)明，實現(xiàn)了利用地球源巖樣品進行模擬月壤的制備，可以研制出與月 球真實樣品性能相近的模擬月壤樣品，供月球科學(xué)和工程等方面的研究。2、利用本發(fā)明配制的月海低鈦玄武質(zhì)、月海高鈦玄武質(zhì)、月球高地斜長質(zhì)模擬月 壤樣品，與相應(yīng)真實月壤樣品成分特性、粒度特性、復(fù)介電特性、物理和機械性質(zhì)和光譜特 性較為相似，可用于月球科學(xué)與工程研究。


圖1是本發(fā)明提供的制備模擬月壤的方法流程圖；圖2是依照本發(fā)明實施例輝長巖野外采集的照片；圖3是依照本發(fā)明實施例巨晶角閃輝長巖的照片；圖4是依照本發(fā)明實施例在實驗室粉碎源巖的照片；圖5是依照本發(fā)明實施例采用磁力儀挑選斜長石的照片；圖6是依照本發(fā)明實施例石墨碳管爐的照片；圖7是依照本發(fā)明實施例斜長質(zhì)玻璃的照片；圖8是依照本發(fā)明實施例月球高地斜長質(zhì)模擬月壤樣品的照片；圖9是月海低鈦玄武質(zhì)模擬月壤樣品粒度分布圖；圖10是月海高鈦玄武質(zhì)模擬月壤樣品粒度分布圖；圖11是月球高地斜長質(zhì)模擬月壤樣品粒度分布圖；圖12是月海低鈦玄武質(zhì)模擬月壤樣品多角度反射光譜曲線圖；圖13是月海高鈦玄武質(zhì)模擬月壤樣品多角度反射光譜曲線圖；圖14是月球高地斜長質(zhì)模擬月壤樣品多角度反射光譜曲線圖；圖15是月壤及模擬月壤光譜曲線圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明是在大量科學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合地球源巖樣品的實際情況，經(jīng)過不斷摸 索和改進實現(xiàn)的。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制備模擬月壤的方法流程圖，該方法具 體包括以下步驟步驟1 選取與采集源巖樣品；在本步驟中，所述選取與采集源巖樣品是在調(diào)研與月球巖石類型成因相似的地球 源巖樣品的基礎(chǔ)上進行的。其中，月球巖石主要分為月海玄武巖和月球高地斜長巖，與月海 玄武巖成因相似的地球源巖樣品包括龍海玄武巖和漢諾壩玄武巖，與月球高地斜長巖成因 相似的地球源巖樣品是日喀則輝長巖。龍海玄武巖位于福建龍海牛頭山，其玄武巖鈦含量 低，可以作為低鈦玄武巖質(zhì)模擬樣品的源巖；漢諾壩玄武巖分布于張家口以北的尚義、張北 等縣，其鈦含量相對較高，可以作為高鈦玄武巖質(zhì)模擬樣品的源巖。日喀則輝長巖分布于西 藏雅魯藏布江北岸。根據(jù)配制模擬月壤的需要去野外采集相應(yīng)的源巖樣品，野外采樣需要 采集新鮮的源巖樣品。在該步驟1之后本發(fā)明還進一步包括對采集的源巖樣品進行巖石學(xué)和礦物學(xué)分 析，該分析過程具體包括將采集的源巖樣品切割成薄片，利用偏光顯微鏡對該源巖薄片進 行觀測，分析其結(jié)構(gòu)和組成，具體分析結(jié)果如下龍海玄武巖呈間粒_間隱結(jié)構(gòu)，主要礦物 為斜長石和輝石，次要礦物為橄欖石；漢諾壩玄武巖呈拉斑玄武巖質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長 石和輝石，次要礦物為磁鐵礦；日喀則輝長巖呈輝長結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、輝石和角閃 石。
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步驟2 粉碎采集的源巖樣品，并從粉碎的源巖樣品中挑選一定精度的源巖樣品；在本步驟中，所述粉碎采集的源巖樣品并從粉碎的源巖樣品中挑選一定精度的源 巖樣品，具體包括在對源巖樣品進行粉碎時，將龍海玄武巖樣品和漢諾壩玄武巖樣品粉碎 至中值粒徑約45至100 μ m，將日喀則輝長巖樣品粉碎至中值粒徑0. 9 1. Imm左右，然后 從粉碎的源巖樣品中挑選精度為70 85% (體積比)的鈣長巖樣品，此時源巖樣品的化學(xué) 成分與真實樣品相類似。其中斜長巖樣品的源巖為西藏的角閃輝長巖，需要利用磁力儀將 粉碎的樣品中的鈣長巖挑選出來。步驟3 對挑選的源巖樣品進行全巖分析；在本步驟中，所述對挑選的源巖樣品進行全巖分析，具體包括對每一類源巖樣 品，將挑選的源巖樣品分別均勻混合，然后采用四分法取樣，并對取樣進行全巖分析，其中 對于同一類源巖樣品至少要分析3個取樣。步驟4 根據(jù)全巖分析結(jié)果，配制模擬月壤的初始樣品；在本步驟中，所述根據(jù)全巖分析結(jié)果配制模擬月壤的初始樣品，具體包括根據(jù)全 巖分析結(jié)果，比較該源巖樣品與相應(yīng)月球真實樣品的成分差別，在源巖樣品中加入所需的 礦物，均勻混合，配制成模擬月壤的初始樣品。對于月海玄武巖，月海低鈦玄武質(zhì)初始樣品 采用龍海玄武巖直接粉碎至45 100 μ m，月海高鈦玄武質(zhì)初始樣品由粉碎的漢諾壩玄武 巖按每IOOg漢諾壩玄武巖需要加入的鈦鐵礦、石英和單質(zhì)鐵分別為16 20g、5 6g和 0. 1 0. 3g的比例配制模擬月壤的初始樣品；對于月球高地斜長巖，其月壤的初始樣品由 經(jīng)過挑選得到的精度為70 85% (體積比)的鈣長石樣品組成。步驟5 將配制的模擬月壤初始樣品燒結(jié)成玻璃；在本步驟中，所述將配制的模擬月壤初始樣品燒結(jié)成玻璃，具體包括在溫度為 1250°C的箱式燒結(jié)爐中，將月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品恒溫?zé)Y(jié)6小時，然后在水 中淬火，形成月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品的玻璃；或者在高純氮保護下利用溫度為 1550°C的石墨碳管爐燒結(jié)月球高地斜長質(zhì)初始樣品，然后在水中淬火，形成月球高地斜長 質(zhì)初始樣品的玻璃。步驟6 將燒結(jié)的玻璃粉碎后與配制的模擬月壤初始樣品按照一定比例混合，得 到最終的模擬月壤；在本步驟中，所述將燒結(jié)的玻璃粉碎后與配制的模擬月壤初始樣品按照一定比 例混合得到最終的模擬月壤，具體包括將月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品的燒結(jié)玻璃粉 碎至中值粒徑45至100 μ m,并與配制的月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始模擬月壤按照10 30 90 70的體積比混合，得到最終的月海低鈦或高鈦玄武巖模擬月壤；或者將月球高 地斜長質(zhì)初始樣品的燒結(jié)玻璃粉碎至中值粒徑0. 9 1. Imm,并與配制的月球高地斜長質(zhì) 初始模擬月壤按照10 30 90 70的體積比混合，再將混合后的樣品粉碎至中值粒徑 45至100 μ m，得到最終的月球高地斜長質(zhì)模擬月壤。下面以月球高地斜長質(zhì)模擬月壤的制備為例，詳細說明本發(fā)明制備模擬月壤的方法。1)、源巖樣品的選取與采集；與月球高地斜長巖成因相似的地球源巖樣品有日喀則輝長巖，其分布于西藏雅魯 藏布江北岸。圖2是輝長石野外采集的照片。
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2)、源巖樣品巖石學(xué)和礦物學(xué)分析；利用偏光顯微鏡對日喀則輝長巖源巖薄片進行觀測，進行巖石礦物組成的統(tǒng)計結(jié) 果是日喀則輝長巖成輝長結(jié)構(gòu)，主要由斜長石、輝石、角閃石組成。斜長石，板狀，一般為 0. 5Xlcm，最大可達lX2cm，可見明顯的聚片雙晶，Np，Λ (010)為40°，牌號大于70，含量 約為40% ；輝石，粒狀，粒度為1 2cm，含量為35% ；角閃石，片狀，約IX2cm，褐黃色至淺 綠色，多色性明顯，I級紅-II級藍干涉色，含量為20%。其它暗色礦物的含量小于5%。如 圖3所示，圖3是依照本發(fā)明實施例巨晶角閃輝長巖的照片，該巨晶角閃輝長巖包括具輝長 和輝綠結(jié)構(gòu)的輝長巖，含有一定量的角閃石，正交偏光d = 2mm。3)、粉碎源巖以及挑選樣品；將源巖樣品進行粉碎，輝長巖樣品粉碎至Imm左右。斜長巖樣品的源巖為西藏的 角閃輝長巖，需要利用磁力儀將粉碎的樣品中的鈣長石挑選出來，挑選精度在70 85% (體積比)的鈣長巖樣品化學(xué)成分與真實樣品相類似。如圖4和圖5所示。4)、全巖分析；將粉碎好的樣品均勻混合，選取不同部位的樣品放置一起，用四分法取樣，送到實 驗室做全巖分析(一般同一類源巖樣品至少送3個)。表1示出了地球鈣斜長石以及月球 高地樣品的化學(xué)成分(wt%)。
權(quán)利要求
一種模擬月壤的制備方法，其特征在于，該方法包括選取與采集源巖樣品；粉碎采集的源巖樣品，并從粉碎的源巖樣品中挑選一定精度的源巖樣品；對挑選的源巖樣品進行全巖分析；根據(jù)全巖分析結(jié)果，配制模擬月壤的初始樣品；將配制的模擬月壤初始樣品燒結(jié)成玻璃；將燒結(jié)的玻璃粉碎后與配制的模擬月壤初始樣品按照一定比例混合，得到最終的模擬月壤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，所述選取與采集源巖樣 品是在調(diào)研與月球巖石類型成因相似的地球源巖樣品的基礎(chǔ)上進行的，其中，月球巖石類 型包括月海玄武巖和月球高地斜長巖，與月海玄武巖成因相似的地球源巖樣品包括龍海玄 武巖和漢諾壩玄武巖，與月球高地斜長巖成因相似的地球源巖樣品是日喀則輝長巖。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，該方法在選取與采集源 巖樣品之后進一步包括對采集的源巖樣品進行巖石學(xué)和礦物學(xué)分析，該分析過程具體包 括將采集的源巖樣品切割成薄片，利用偏光顯微鏡對該源巖薄片進行觀測，分析其結(jié)構(gòu) 和組成，具體分析結(jié)果如下龍海玄武巖呈間粒_間隱結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石和輝石，次 要礦物為橄欖石；漢諾壩玄武巖呈拉斑玄武巖質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石和輝石，次要礦物 為磁鐵礦；日喀則輝長巖呈輝長結(jié)構(gòu)，主要礦物為斜長石、輝石和角閃石。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，所述粉碎采集的源巖樣 品并從粉碎的源巖樣品中挑選一定精度的源巖樣品，具體包括在對源巖樣品進行粉碎時，將龍海玄武巖樣品和漢諾壩玄武巖樣品粉碎至中值粒徑45 至100 μ m，將日喀則輝長巖樣品粉碎至中值粒徑0.9 1. 1mm，然后從粉碎的源巖樣品中挑 選精度為70 85% (體積比)的鈣長巖樣品。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，所述對挑選的源巖樣品 進行全巖分析，具體包括對每一類源巖樣品，將挑選的源巖樣品分別均勻混合，然后采用四分法取樣，并對取樣 進行全巖分析，其中對于同一類源巖樣品至少要分析3個取樣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，所述根據(jù)全巖分析結(jié)果 配制模擬月壤的初始樣品，具體包括根據(jù)全巖分析結(jié)果，比較該源巖樣品與相應(yīng)月球真實樣品的成分差別，在源巖樣品中 加入所需的礦物，均勻混合，配制成模擬月壤的初始樣品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，對于月海玄武巖，月海低鈦玄武質(zhì)初始樣品采用龍海玄武巖直接粉碎至45 100 μ m， 月海高鈦玄武質(zhì)初始樣品由粉碎的漢諾壩玄武巖按每IOOg漢諾壩玄武巖需要加入的鈦 鐵礦、石英和單質(zhì)鐵分別為16 20g、5 6g和0. 1 0. 3g的比例配制模擬月壤的初始樣Pm ；對于月球高地斜長巖，其月壤的初始樣品由經(jīng)過挑選得到的精度為70 85% (體積 比)的鈣長石樣品組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，所述將配制的模擬月壤 初始樣品燒結(jié)成玻璃，具體包括在溫度為1250°C的箱式燒結(jié)爐中，將月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品恒溫?zé)Y(jié)6小 時，然后在水中淬火，形成月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品的玻璃；或者在高純氮保護下利用溫度為1550°C的石墨碳管爐燒結(jié)月球高地斜長質(zhì)初始樣品，然后 在水中淬火，形成月球高地斜長質(zhì)初始樣品的玻璃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，所述將燒結(jié)的玻璃粉碎 后與配制的模擬月壤初始樣品按照一定比例混合得到最終的模擬月壤，具體包括將月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始樣品的燒結(jié)玻璃粉碎至中值粒徑45至100 μ m,并與配 制的月海低鈦或高鈦玄武質(zhì)初始模擬月壤按照10 30 90 70的體積比混合，得到最 終的月海低鈦或高鈦玄武巖模擬月壤；或者將月球高地斜長質(zhì)初始樣品的燒結(jié)玻璃粉碎至中值粒徑0. 9 1. Imm,并與配制的月 球高地斜長質(zhì)初始模擬月壤按照10 30 90 70的體積比混合，再將混合后的樣品粉 碎至中值粒徑45至100 μ m，得到最終的月球高地斜長質(zhì)模擬月壤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的模擬月壤的制備方法，其特征在于，所述粉碎后的玻璃與配 制的模擬月壤初始樣品按照20 80的體積比混合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬月壤的制備方法，包括選取與采集源巖樣品；粉碎采集的源巖樣品，并從粉碎的源巖樣品中挑選一定精度的源巖樣品；對挑選的源巖樣品進行全巖分析；根據(jù)全巖分析結(jié)果，配制模擬月壤的初始樣品；將配制的模擬月壤初始樣品燒結(jié)成玻璃；將燒結(jié)的玻璃粉碎后與配制的模擬月壤初始樣品按照一定比例混合，得到最終的模擬月壤。利用本發(fā)明，實現(xiàn)了利用地球源巖樣品進行模擬月壤的制備，可以研制出與月球真實樣品性能相近的模擬月壤樣品，供月球科學(xué)和工程等方面的研究。
文檔編號G01N1/28GK101957280SQ201010296718
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者劉建忠, 鄭永春 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺