我國(guó)嫦娥六號(hào)探測(cè)任務(wù)于6月25日順利將1935.3克來(lái)自月球阿波羅盆地的樣品返回地球。這也是世界上首次從月球背面返回的樣品，對(duì)于研究月球的二分性和整體演化歷史具有重要科學(xué)價(jià)值。與嫦娥五號(hào)相比，嫦娥六號(hào)采樣區(qū)具有更加復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史，對(duì)采樣區(qū)地質(zhì)背景的深入認(rèn)識(shí)是科學(xué)解譯樣品分析結(jié)果的關(guān)鍵。

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)、夏威夷大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所等國(guó)內(nèi)外單位，在月球阿波羅盆地的地質(zhì)演化方面取得進(jìn)展，研究成果發(fā)表于地球與行星科學(xué)領(lǐng)域自然指數(shù)期刊Earth and Planetary Science Letters，第一作者和通訊作者分別是中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心的郭弟均副研究員和劉洋研究員。

阿波羅盆地位于月球上最大、最古老的南極-艾肯（SPA）盆地內(nèi)部（圖1），是其中最大的撞擊盆地，跨越SPA盆地推測(cè)的瞬時(shí)坑到盆緣區(qū)域，覆蓋了SPA盆地不同類(lèi)型的成分區(qū)，具有非常薄的月殼厚度，經(jīng)歷了大規(guī)模、多期次的火山作用。因此，阿波羅盆地區(qū)域經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)改造歷史，給研究該區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)和表面物質(zhì)成分來(lái)源帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

圖1. （a）以SPA盆地為投影中心的月球數(shù)字高程模型。（b）、（c）、（d）分別表示阿波羅盆地區(qū)域影像、月殼厚度、巖石類(lèi)型分布。

利用高分辨率光譜數(shù)據(jù)，該研究在阿波羅盆地區(qū)域識(shí)別了代表原始月殼成分的亞鐵斜長(zhǎng)巖露頭（圖1b藍(lán)色點(diǎn)）。綜合利用月球影像、地形和成分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合前人劃分的地質(zhì)單元和定年結(jié)果，科研人員對(duì)阿波羅盆地區(qū)域重新進(jìn)行了地質(zhì)填圖（圖2）。根據(jù)成分分布特征，在地質(zhì)圖中對(duì)古老的SPA盆地相關(guān)地質(zhì)單元進(jìn)行了簡(jiǎn)化，沒(méi)有表達(dá)其中未顯著改變本地成分的小型撞擊坑物質(zhì)，以便于分析。通過(guò)對(duì)SPA盆地、阿波羅盆地、月海平原和亮平原等各個(gè)地質(zhì)單元的深入分析，科研人員梳理了各個(gè)地質(zhì)單元的成分與結(jié)構(gòu)特征，系統(tǒng)分析了地質(zhì)單元物質(zhì)組成和來(lái)源。

圖2. 月球阿波羅盆地區(qū)域地質(zhì)圖，其中AB表示圖3中地質(zhì)剖面圖的位置。

在地質(zhì)綜合分析的基礎(chǔ)上，科研人員繪制了區(qū)域地質(zhì)剖面圖（圖3），揭示了阿波羅盆地區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)及其演化歷史。（a）SPA撞擊過(guò)程使盆底月殼減薄，剩余月殼隨著月幔一起抬升，盆緣物質(zhì)坍塌形成環(huán)形構(gòu)造和正斷層，表層被撞擊濺射物覆蓋。撞擊發(fā)生后，盆地中心形成了一個(gè)巨大的熔融池，其分異結(jié)晶的表層產(chǎn)物可能富高鈣輝石。撞擊挖掘的深部物質(zhì)在熔融池外形成覆蓋盆底的蘇長(zhǎng)質(zhì)撞擊熔融和撞擊角礫，其中包括來(lái)自上月幔的超鎂鐵質(zhì)低鈣輝石/斜方輝石。（b）阿波羅盆地撞擊過(guò)程中挖掘了本地的SPA盆底濺射物和部分月殼，這些包含SPA挖掘的深部成分的物質(zhì)被混合在阿波羅盆地的撞擊熔融和角礫中。利用遙感光譜數(shù)據(jù)，前人已經(jīng)檢測(cè)出部分深部來(lái)源的低鈣輝石（圖1b紅色點(diǎn)）。阿波羅撞擊事件導(dǎo)致月幔和剩余月殼進(jìn)一步抬升并在部分位置逆沖到淺層區(qū)域。其中，部分月殼物質(zhì)在峰環(huán)處出露，并混合了蘇長(zhǎng)質(zhì)成分。阿波羅盆地濺射物覆蓋在SPA中心撞擊熔融池區(qū)域和原來(lái)的SPA濺射物之上，其成分偏蘇長(zhǎng)質(zhì)且遠(yuǎn)小于SPA濺射物的量。（c）阿波羅盆地形成之后，該區(qū)域發(fā)生了多期次火山噴發(fā)活動(dòng)，持續(xù)時(shí)間可能超過(guò)15億年，其中早期形成的火山地質(zhì)單元被后期撞擊濺射物掩埋，成為“隱月?！?。一些晚期撞擊坑能夠挖掘出阿波羅盆地內(nèi)埋深比較淺的原始月殼，以及盆地外被濺射物覆蓋的原始月殼，形成純斜長(zhǎng)巖露頭（圖1b藍(lán)色點(diǎn)）。

該研究揭示了阿波羅盆地區(qū)域深部結(jié)構(gòu)及其演化過(guò)程，得到了阿波羅盆地區(qū)域撞擊事件導(dǎo)致的殼幔物質(zhì)遷移，獲得了盆地不同地質(zhì)單元的物質(zhì)來(lái)源和形成過(guò)程，為理解該區(qū)域地質(zhì)演化歷史以及嫦娥六號(hào)數(shù)據(jù)和樣品分析提供了重要支撐。

研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFF0503100，2022YFF0711400）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）（XDB41000000）、國(guó)家自然科學(xué)基金（42472304）、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心攀登計(jì)劃等的支持。

圖3. 阿波羅盆地區(qū)域在SPA盆地形成后（a）、阿波羅盆地形成后（b）以及當(dāng)前（c）的地質(zhì)剖面圖。

論文鏈接：

Guo, D., Bao, Y., Liu, Y., Wu, X., Xu, Y., Yang, Y., Zhang, F., Jolliff, B., Li, S., Zhao, Z., Huang, L., Liu, J., Zou, Y., 2024. Geological investigation of the lunar Apollo basin: From surface composition to interior structure. Earth and Planetary Science Letters. 646, 118986.

https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118986

（供稿：天氣室）