近日，西北大学-香港大学地球与行星科学联合中心、西北大学地质学系大陆演化与早期生命全国重点实验室联合中国科学院地球化学研究所，在嫦娥六号月壤样品研究中取得进展。研究团队利用自动矿物分析仪（TIMA）对数万颗嫦娥六号月壤样品开展系统筛查，识别出具有显著富铜特征的颗粒。结合透射电镜（TEM）与电子能量损失谱（EELS）分析，揭示了月表撞击高温环境下，Fe–Cu–S 体系形成了金属铜、金属铁及斑铜矿（Cu₅FeS₄）的共生矿物组合，并获得了铁、铜元素价态协同演化的相关证据。相关成果以 “Impact-induced high-temperature formation of metallic copper and bornite in Chang’e-6 lunar soils” 为题，发表于国际学术期刊《npj Space Exploration》。本研究为深入认识无大气天体表面撞击驱动的铜元素迁移富集过程，以及铜-铁元素价态耦合机制提供了重要依据。

认识无大气天体表面金属元素的迁移富集机制，对地外资源的高效开发利用具有重要意义。小行星被普遍视作未来地外资源利用的重点目标，但目前可供研究的小行星样品数量极为有限。月球与小行星同属无大气天体，均具有高真空、低重力及频繁撞击的相似环境。因此，研究月球物质中由撞击驱动的金属元素化学行为，可为理解太阳系无大气天体表面金属元素的迁移富集机制提供基础认知。

铜作为中等挥发性元素，同时也是重要工业金属，在小行星样品中广泛存在。约66%的普通球粒陨石中被观察到含有铜金属相，Itokawa小行星返回样品中也有含铜矿物的相关报道。与之相比，月球样品中仅有少量的铜矿物被发现。嫦娥六号任务首次从具有复杂撞击地质背景的月球背面南极艾肯盆地内返回样本，是研究月表撞击驱动铜元素化学行为的理想对象。

嫦娥六号月壤中的富铜颗粒

研究团队利用自动矿物分析仪（TIMA）对数万颗嫦娥六号细粒月壤粉末进行系统筛查，成功识别出一颗直径约 15 微米的富铜颗粒。该富铜颗粒附着于胶结物表面，化学组成以铁、硫、铜为主，且不含镍元素（图 1）。聚焦离子束（FIB）切片的透射电镜（TEM）分析结果表明，颗粒内部的富铜硫化物相与纯金属铁颗粒（Fe⁰）及磷灰石共生，指示其月球内生来源。此外，伴生的金属铁颗粒呈现出局部熔蚀的港湾状边界，且观察到铁硫化物细脉贯穿于磷灰石内部（图 2）。这些微观结构特征共同指示，该富铜颗粒经历了显著的撞击熔融改造。

图1. 嫦娥六号月壤中的富铜颗粒

富铜颗粒的内部微观矿物特征

TEM分析结果进一步显示，富铜硫化物内部可划分为三个微观矿物特征存在明显差异的区域，分别为富金属铜（Cu⁰-rich zone）区域、不含金属铜（Cu⁰-free zone）区域以及表面铁-铜硫化物盖层（Coating）（图 2b）。其中，富金属铜区域与不含金属铜区域的基质均以铁硫化物为主，但二者内部微观矿物组成存在差别：富金属铜区域内部含有大量亚微米级金属铜及金属铁颗粒；不含金属铜区域则主要包含金属铁颗粒，且呈现出明显的气孔构造。表面铁-铜硫化物盖层厚度均匀，约为200纳米，其化学组成以铜、铁、硫元素为主（与嫦娥五号月壤中发现的蓝辉铜矿具有不同成分）。此外，铁-铜硫化物盖层表现为多晶形态，结构及元素价态测定结果表明，其主要由斑铜矿（Cu₅FeS₄）组成，铁元素的价态以Fe³⁺为主（图 3）。

图2. 富铜颗粒内部的微观结构特征

撞击高温成因机制

富金属铜（Cu⁰-rich zone）区域中的亚微米级金属铜位于颗粒内部（深度可达4微米），且与金属铁共生，整体表现为熔融特征。这些观察结果表明，嵌入嫦娥六号富铜颗粒中的金属铁和金属铜，起源于熔体结晶过程，而非通过蒸汽沉积形成。依据热力学模型及铁-铜-硫相图，在高温条件下，金属铜和金属铁在铁-铜-硫体系中具有广泛的平衡稳定范围（图 3），因此样品中观察到的富金属铜区域为高温富铜熔体冷却结晶的产物。

次表层的不含金属铜区域，其矿物组成与下层的富金属铜区域存在明显区别，以含有金属铁及气孔构造为主要特征。前人研究结果表明，在真空高温条件下，月表铁硫化物极易发生脱硫反应，因此不含金属铜区域中的金属铁及气孔归因于高温条件下月壤铁硫化物表面的热脱硫反应。此外，铁-铜硫化物盖层的均匀分布特征，并且其与下伏不含金属铜区域的显著成分差异，指示含斑铜矿的铁-铜硫化物盖层主要起源于蒸发沉积过程，这与铜、硫元素的易挥发性相吻合。

图3. 斑铜矿的鉴定及铁-铜-硫相图

综上，本研究发现嫦娥六号月壤中存在金属铜以及含Fe³⁺斑铜矿，指示了月表撞击诱导的高温熔融和气化过程可以促进铜元素在月表发生还原、迁移和富集。结合以往的陨石观察结果，金属和硫化物相是行星物质中铜的主要载体。值得注意的是，月表高温气化过程通常营造的是还原环境，月壤含Fe³⁺斑铜矿沉积层的存在表明，在月表撞击诱导的高温条件下，Fe–Cu–S体系存在复杂的铁、铜元素价态耦合效应。

作者简介：西北大学地质学系郭壮副教授为论文第一作者兼通讯作者，中国科学院地球化学研究所李阳研究员为论文共同通讯作者。西北大学地质学系大陆演化与早期生命全国重点实验室与西北大学-香港大学地球与行星科学联合中心为论文第一单位。其他合作作者包括安徽大学宋东升教授、西北大学宋文磊教授、黄康俊教授以及西北大学/香港大学赵国春院士等。此项研究获得国家自然科学基金、香港研究资助局基金等多个项目的支持。

文章信息：

Guo, Z., Song, D., Song, W. et al. Impact-induced high-temperature formation of metallic copper and bornite in Chang’e-6 lunar soils. npj Space Exploration. 2, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s44453-026-00027-y