热力学相平衡模拟是定量揭示地质演化过程的重要工具，在这套模拟体系中，热力学活度模型就像是一把丈量矿物和熔体性质的“尺子”。正如测量微观结构与宏观建筑需要不同规格的测量工具一样，面对不同成分的岩浆/岩石体系，也必须匹配专属的热力学活度模型。过去二十余年里，相平衡模拟从长英质、泥质岩体系逐步拓展到基性、超基性乃至碱性岩体系，每一次“尺子”的迭代升级，都推动了地球与行星科学的前沿突破。然而，现有熔体活度模型均以低钛岩石体系为开发基础，一旦应用于高钛熔体，与实际结果存在较大偏差，成为了制约岩浆起源与演化定量研究的长期技术瓶颈。

月海玄武岩覆盖月球~17%的表面积，其中高钛玄武岩的TiO₂含量高达6-16 wt%，远高于地球玄武质岩石（图1），是研究岩浆洋演化、月幔熔融和火山喷发等关键过程的重要对象。然而，现有热力学模型在处理高钛岩浆体系时，会系统性高估钛铁矿等富钛矿物的稳定性，导致计算出的熔体TiO₂含量比实际值偏低达50%，严重制约了对月球火山成因的定量解析。

图1 地球和月球玄武质岩石TiO₂含量范围对比

针对这一困境，中国科学院地质与地球物理研究所苏斌副研究员、陈意研究员，与浙江海洋大学李仪兵副教授、澳大利亚墨尔本大学Eleanor Green博士合作，成功构建了适用于高钛岩浆体系的热力学熔体模型，为高钛岩浆作用研究提供了定量模拟工具。研究团队在Tomlinson & Holland（2021）熔体模型的基础上完成了两项关键改进：其一，修正了原熔体模型中M位点组分分配的表达式错误；其二，在保留原有14个熔体端元结构的基础下，对钛、镁、铁、钙、铝相关端元的吉布斯自由能增量进行了再标定。这些校正显著提升了钛在熔体中的热力学稳定性，实现了对钛铁矿熔融消失线及熔体成分的准确约束（图2）。该模型基于THERMOCALC程序搭建，适用于9组分KNCFMASTCr体系，经检验同样适用于地球氧化环境。

图2 热力学熔体模型修正前后计算结果对比：以含钛铁矿堆晶体部分熔融模拟为例

为验证模型的可靠性，团队选取4套独立的岩石熔融实验数据进行验证，覆盖0-2.5 GPa（对应月球内部约600 km深度）及1000-2000 °C的温压区间。结果表明，新模型可精确复现实验测得的固/液相线温度、矿物消失序列及熔体主量成分。针对阿波罗10084月尘样品的模拟进一步表明，新模型成功再现其“钛铁矿→单斜辉石→斜长石”的低压熔融序列，克服了旧模型错误将钛铁矿预测为液相线矿物的缺陷（图3）。同时，新模型在低钛地幔体系下仍保持了良好的计算准确度。

图3 高钛体系相关系计算模型验证。（a）实验岩石学结果；（b）本研究新模型计算结果；（c）Tomlinson & Holland (2021)模型计算结果；（d）Green et al. (2025)模型计算结果

该研究填补了高钛镁铁质-超镁铁质体系相平衡模拟的空白，不仅为月球岩浆洋演化、月幔翻转及热演化等重大科学问题提供了可靠方法学支撑，也可直接推广应用至类地行星富钛岩石体系，具有广泛的地球与行星科学应用前景。