氧逸度是描述体系氧化还原状态的强度变量，通过影响变价元素的价态，调控地球与行星的熔融行为及挥发分的循环机制，是理解行星形成与演化的关键参数。嫦娥五号玄武岩形成于20亿年前，是揭示月球年轻岩浆活动成因的关键样品，但其月幔源区特征仍存在较大争议。月球玄武岩是月幔部分熔融的产物，其氧逸度可用于指示月幔源区特征。为此，本研究以氧逸度为切入点，通过估算嫦娥五号玄武岩的氧逸度约束其月幔源区特征。

 钒(V)和铕(Eu)为常见的变价元素，橄榄石(Ol)，尖晶石(Sp)和斜长石(Pl)为常见的造岩矿物。橄榄石/熔体、尖晶石/熔体的钒分配系数，以及斜长石/熔体的铕分配系数均随氧逸度系统变化，是估算岩石氧逸度的常用工具。然而，前人标定上述氧逸度计的实验温度和成分变化范围宽，导致氧逸度计变化范围大(图1)。采用不匹配的氧逸度计可能导致估算结果出现显著偏差甚至错误。由于已有氧逸度计的实验条件与成分体系与嫦娥五号玄武岩不一致，无法直接用于准确估算嫦娥五号玄武岩的氧逸度。

图1. 橄榄石/熔体(a)和尖晶石/熔体(b)钒氧逸度计，以及斜长石/熔体铕氧逸度计。

    为此，本研究以人工合成的嫦娥五号玄武岩成分作为初始物，利用气体混合炉开展实验，实验温度为1120-1140 °C，氧逸度介于IW-1.2至IW+3.3（IW，铁-方铁矿缓冲对）。通过对实验产物进行分析，我们建立了适用于嫦娥五号玄武岩成分的氧逸度计(图2)。基于新的氧逸度计，估算得到嫦娥五号玄武岩的氧逸度为IW+0.12^+0.99_-0.60(95%置信区间)，位于前人估算的月球氧逸度范围(IW-2至IW)的高端，表现出高氧逸度特征。

图2. 本研究标定的橄榄石/熔体(a)、尖晶石/熔体(b)，以及斜长石/熔体(c)氧逸度计。 

 嫦娥五号玄武岩高氧逸度指示了怎样的月幔特征？月幔由月球岩浆洋固结形成，其氧逸度主要受岩浆洋结晶过程控制。月幔矿物呈分层结构（图3），深部以橄榄石和斜方辉石为主，浅部主要由单斜辉石、斜长石、钛铁矿、石英等组成。基于月幔矿物的分层特征，我们构建热力学模型，模拟了月球岩浆洋分离结晶过程，揭示月幔的Fe³⁺/Fe_T及氧逸度自下而上逐渐升高：以橄榄石和斜方辉石为主的深部月幔具有较低的Fe³⁺/Fe_T比值和氧逸度，而以单斜辉石为主的浅部月幔具有更高的Fe³⁺/Fe_T比值和氧逸度。我们将这一“深部还原，浅部氧化”的特征称为月幔的氧化还原分层模型。模拟结果还显示，月壳具有最高的Fe³⁺/Fe_T比值，主要由于Fe³⁺相较于Fe²⁺更易富集在斜长石中。根据月幔氧化还原分层模型，嫦娥五号玄武岩的高氧逸度特征指示其极可能起源于浅部富辉石月幔。

图3. 月幔氧化还原分层模型示意图。

 该模型不仅为嫦娥五号玄武岩的高氧逸度特征提供了合理解释，还在以下三方面具有重要启示。首先，高钛玄武岩的形成与月幔源区含钛铁矿堆晶层的加入密切相关。依据月幔氧化还原分层模型，含钛铁矿堆晶层形成于浅部月幔，具有较高的Fe³⁺/Fe_T比值和氧逸度，因此我们推测高钛玄武岩应比低钛玄武岩具有更高的氧逸度，该推断有待进一步验证。其次，前人利用X射线吸收谱测定月球苦橄质玻璃珠的Fe³⁺/Fe_T比值，最高可达0.40，并将其归因于岩浆去气过程。考虑到月球玄武岩挥发分含量低，去气过程对Fe³⁺/Fe_T比值的影响有限，我们认为浅部月幔高Fe³⁺/Fe_T比值物质的加入可能是导致苦橄质玻璃珠高Fe³⁺/Fe_T比值的原因之一。最后，前人在长石质月球角砾岩中发现了磁铁矿，并推测月球表面存在高度氧化的环境。根据月幔氧化还原分层模型，月壳具有高的Fe³⁺/Fe_T比值，这可能促进了月壳中磁铁矿的形成。

 本研究通过高温高压实验，建立了适用于嫦娥五号玄武岩的氧逸度计，估算并确认嫦娥五号玄武岩高氧逸度特征，支持其起源于浅部月幔的认识；进一步通过热力学模型模拟了月球岩浆洋结晶过程中的氧逸度变化规律，建立了月幔氧化还原分层模型，为理解月球氧化还原状态和过程构建了统一框架。 

 本研究由中国科学院广州地球化学研究所和中国地质大学（北京）合作完成，相关成果近期发表于国际知名学术期刊Geochimica et Cosmochimica Acta，该项研究成果受国家自然科学基金(42241140, 42473045, 42273037, 41873067, 42250710679)、中国科学院广州地球化学研究所所长基金(2022SZJJZD-03)和广州市青年博士“启航”项目(2024A04J5020)资助。

论文信息：Jintuan Wang (王锦团), Hongluo L. Zhang (张宏罗), Le Zhang (张乐), Yonghua Cao (曹永华), Zhendun Qi (戚珍镦), Pengli He (贺鹏丽), Mang Lin (林莽), Yi-Gang Xu (徐义刚). 2026. The high oxygen fugacity of the Chang’e-5 lunar basalt: Implications for redox stratification of the lunar mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta 417, 230-240. doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.046.