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我國嫦娥六號探測任務于6月25日順利將1935.3克來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，對于研究月球的二分性和整體演化歷史具有重要科學價值。與嫦娥五號相比，嫦娥六號采樣區(qū)具有更加復雜的地質(zhì)演化歷史，對采樣區(qū)地質(zhì)背景的深入認識是科學解譯樣品分析結(jié)果的關(guān)鍵。

近日，中國科學院國家空間科學中心研究團隊聯(lián)合美國圣路易斯華盛頓大學、夏威夷大學和中國科學院地球化學研究所等國內(nèi)外單位，在月球阿波羅盆地的地質(zhì)演化方面取得進展，研究成果發(fā)表于地球與行星科學領(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科學院國家空間科學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盆地推測的瞬時坑到盆緣區(qū)域，覆蓋了SPA盆地不同類型的成分區(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)成分來源帶來了巨大挑戰(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)域識別了代表原始月殼成分的亞鐵斜長巖露頭（圖1b藍色點）。綜合利用月球影像、地形和成分數(shù)據(jù)，結(jié)合前人劃分的地質(zhì)單元和定年結(jié)果，科研人員對阿波羅盆地區(qū)域重新進行了地質(zhì)填圖（圖2）。根據(jù)成分分布特征，在地質(zhì)圖中對古老的SPA盆地相關(guān)地質(zhì)單元進行了簡化，沒有表達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。通過對SPA盆地、阿波羅盆地、月海平原和亮平原等各個地質(zhì)單元的深入分析，科研人員梳理了各個地質(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質(zhì)撞擊熔融和撞擊角礫，其中包括來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)檢測出部分深部來源的低鈣輝石（圖1b紅色點）。阿波羅撞擊事件導致月幔和剩余月殼進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)域和原來的SPA濺射物之上，其成分偏蘇長質(zhì)且遠小于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，持續(xù)時間可能超過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“隱月海”。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，形成純斜長巖露頭（圖1b藍色點）。

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

研究得到了國家重點研發(fā)計劃（2022YFF0503100，2022YFF0711400）、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）（XDB41000000）、國家自然科學基金（42472304）、中國科學院國家空間科學中心攀登計劃等的支持。

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.

來源：天氣室

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