空间中心科研人员等在月球嫦娥六号着陆区的深部结构与地质演化方面取得新进展

我国嫦娥六号探测任务于6月25日顺利将1935.3克来自月球阿波罗盆地的样品返回地球。这也是世界上首次从月球背面返回的样品，对于研究月球的二分性和整体演化历史具有重要科学价值。与嫦娥五号相比，嫦娥六号采样区具有更加复杂的地质演化历史，对采样区地质背景的深入认识是科学解译样品分析结果的关键。

近日，中国科学院国家空间科学中心研究团队联合美国圣路易斯华盛顿大学、夏威夷大学和中国科学院地球化学研究所等国内外单位，在月球阿波罗盆地的地质演化方面取得进展，研究成果发表于地球与行星科学领域自然指数期刊Earth and Planetary Science Letters，第一作者和通讯作者分别是中国科学院国家空间科学中心的郭弟均副研究员和刘洋研究员。

阿波罗盆地位于月球上最大、最古老的南极-艾肯（SPA）盆地内部（图1），是其中最大的撞击盆地，跨越SPA盆地推测的瞬时坑到盆缘区域，覆盖了SPA盆地不同类型的成分区，具有非常薄的月壳厚度，经历了大规模、多期次的火山作用。因此，阿波罗盆地区域经历了复杂的地质改造历史，给研究该区域的深部结构和表面物质成分来源带来了巨大挑战。

图1. （a）以SPA盆地为投影中心的月球数字高程模型。（b）、（c）、（d）分别表示阿波罗盆地区域影像、月壳厚度、岩石类型分布。

利用高分辨率光谱数据，该研究在阿波罗盆地区域识别了代表原始月壳成分的亚铁斜长岩露头（图1b蓝色点）。综合利用月球影像、地形和成分数据，结合前人划分的地质单元和定年结果，科研人员对阿波罗盆地区域重新进行了地质填图（图2）。根据成分分布特征，在地质图中对古老的SPA盆地相关地质单元进行了简化，没有表达其中未显著改变本地成分的小型撞击坑物质，以便于分析。通过对SPA盆地、阿波罗盆地、月海平原和亮平原等各个地质单元的深入分析，科研人员梳理了各个地质单元的成分与结构特征，系统分析了地质单元物质组成和来源。

图2. 月球阿波罗盆地区域地质图，其中AB表示图3中地质剖面图的位置。

在地质综合分析的基础上，科研人员绘制了区域地质剖面图（图3），揭示了阿波罗盆地区域的深部结构及其演化历史。（a）SPA撞击过程使盆底月壳减薄，剩余月壳随着月幔一起抬升，盆缘物质坍塌形成环形构造和正断层，表层被撞击溅射物覆盖。撞击发生后，盆地中心形成了一个巨大的熔融池，其分异结晶的表层产物可能富高钙辉石。撞击挖掘的深部物质在熔融池外形成覆盖盆底的苏长质撞击熔融和撞击角砾，其中包括来自上月幔的超镁铁质低钙辉石/斜方辉石。（b）阿波罗盆地撞击过程中挖掘了本地的SPA盆底溅射物和部分月壳，这些包含SPA挖掘的深部成分的物质被混合在阿波罗盆地的撞击熔融和角砾中。利用遥感光谱数据，前人已经检测出部分深部来源的低钙辉石（图1b红色点）。阿波罗撞击事件导致月幔和剩余月壳进一步抬升并在部分位置逆冲到浅层区域。其中，部分月壳物质在峰环处出露，并混合了苏长质成分。阿波罗盆地溅射物覆盖在SPA中心撞击熔融池区域和原来的SPA溅射物之上，其成分偏苏长质且远小于SPA溅射物的量。（c）阿波罗盆地形成之后，该区域发生了多期次火山喷发活动，持续时间可能超过15亿年，其中早期形成的火山地质单元被后期撞击溅射物掩埋，成为“隐月海”。一些晚期撞击坑能够挖掘出阿波罗盆地内埋深比较浅的原始月壳，以及盆地外被溅射物覆盖的原始月壳，形成纯斜长岩露头（图1b蓝色点）。

该研究揭示了阿波罗盆地区域深部结构及其演化过程，得到了阿波罗盆地区域撞击事件导致的壳幔物质迁移，获得了盆地不同地质单元的物质来源和形成过程，为理解该区域地质演化历史以及嫦娥六号数据和样品分析提供了重要支撑。

研究得到了国家重点研发计划（2022YFF0503100，2022YFF0711400）、中国科学院战略性先导科技专项（B类）（XDB41000000）、国家自然科学基金（42472304）、中国科学院国家空间科学中心攀登计划等的支持。

图3. 阿波罗盆地区域在SPA盆地形成后（a）、阿波罗盆地形成后（b）以及当前（c）的地质剖面图。

论文链接：

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：天气室）