巖漿火山活動是塑造月球內部圈層結構的最重要內動力地質作用，直接反映了月球內部物質組成、熱狀態(tài)及演化歷程，是研究月球地質和熱演化的重要窗口。小型盾狀火山（如月海穹窿，Mare dome）和環(huán)形凹陷穹丘（Ring-moat Dome Structure, RMDS）作為月球大型撞擊盆地內部最常見的火山地貌，是了解月球上火山噴發(fā)機理(類型、機制、過程)、內部巖漿源區(qū)性質及其上升、侵位和噴發(fā)等熱動力學過程的重要研究對象。

靜海作為月球上最古老（形成于40億年前）的大型撞擊盆地之一，是小型盾狀火山和RMDSs最集中的地區(qū)之一。其內部充填的火山物質是月球上平均二氧化鈦含量最高的玄武巖，靜海是一個邊界輪廓不規(guī)則且地理中心不存在布格重力異常的非質量瘤盆地（圖1），富鈦玄武巖可能源自高鈦鐵礦地幔源區(qū)，受控于月球巖漿洋（月球形成后的全球熔融事件）冷卻、結晶分異和后期重力翻轉等內部熱動力學過程，因此，這使得靜海地區(qū)成為研究和理解盆地玄武巖充填過程和月球早期熱演化的最佳場所之一。

近日，中國科學院國家空間科學中心行星環(huán)境與演化團隊領導的國際研究小組，通過識別靜海地區(qū)200個小型盾狀火山和>6400個RMDSs，并對它們的空間分布及相關性、形態(tài)學參數(shù)測量及統(tǒng)計規(guī)律，成因和火山噴發(fā)機制等方面開展了詳細研究（圖1），提出了該盆地火山地貌多樣性的成因模型：即月球早期較薄月殼地質背景下，殼-幔邊界巖漿房生長和膨脹機制（圖2）。

圖1. 靜海地區(qū)RMDS（黑點）和月海穹窿（一類小型盾狀火山）的空間分布關系，其中80個月海穹窿（綠圓）頂部和側翼分布有RMDS，其它120個月海穹窿（綠五角星）上面沒有RMDS。底圖為假彩色高程圖，可以看出大多數(shù)月海穹窿位于東部高地。

研究團隊通過對靜海地區(qū)80個表面覆蓋RMDSs的月海穹窿和120個無RMDSs覆蓋的月海穹窿進行了多角度的定量化統(tǒng)計分析，提出靜海地區(qū)原始較薄月殼和淺層巖漿房模型（圖2），對靜海地區(qū)包括月海穹窿和RMDSs在內的火山地貌多樣性及其空間相關性給出了合理解釋。在位于殼幔邊界處的巖漿房生長和膨脹過程中，較薄的月殼有利于巖漿以巖墻群的方式慢速上升到月表，形成較低噴發(fā)速率和通量的火山噴發(fā)事件，由于冷卻速率較快，從火山口溢流出的熔巖流在火山口周圍堆積，并最終形成小型盾狀火山，即月海穹窿。同時，在高/徑比值相對較小的月海穹窿表面易于形成RMDSs，這是由于平緩的地勢有利于流動巖漿在排氣和壓強控制下的熱膨脹作用，可以合理解釋靜海盆地月海穹窿、RMDSs和其它火山地貌的“伴生關系”。

圖2. 本研究提出的靜海盆地地區(qū)月幔源區(qū)部分熔融的上升（a），在密度和浮力控制下，巖漿在殼-幔邊界駐留、增生、擴展并形成巖漿房（b），由于月殼較薄，巖漿上升到月表并噴發(fā)形成系列火山地貌的成因機制模型（c）。

該研究成果發(fā)表在Journal of Geophysical Research-Planets期刊上，研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金和中國科學院重點部署項目的資助。

論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JE007969

Citation: Zhang, F., Head, J. W., Wilson, L., Meng, Y., W?hler, C., Guo, D., et al. (2024). Insights into lunar basaltic volcanism from mare domes superposed by ring-moat dome structures (RMDSs) in Mare Tranquillitatis. Journal of Geophysical Research: Planets, 129, e2023JE007969. https://doi.org/10.1029/2023JE007969

（供稿：天氣室）