我國嫦娥六號攜帶1935.3克月球阿波羅盆地樣品返回地球。這是世界上首次從月球背面返回的樣品，對于探索月球的二分性和整體演化歷史具有重要的科學(xué)價值。與嫦娥五號相比，嫦娥六號采樣區(qū)具有更復(fù)雜的地質(zhì)演化歷史。關(guān)于采樣區(qū)地質(zhì)背景的研究是科學(xué)解譯樣品分析結(jié)果的關(guān)鍵。

近日，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心聯(lián)合美國圣路易斯華盛頓大學(xué)、美國夏威夷大學(xué)、中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所等，在月球阿波羅盆地地質(zhì)演化方面取得進展。相關(guān)研究成果發(fā)表在《地球與行星科學(xué)快報》（Earth and Planetary Science Letters）上。

阿波羅盆地位于月球上最大且最古老的南極-艾肯（SPA）盆地內(nèi)部，是最大的撞擊盆地。阿波羅盆地跨越推測的SPA盆地瞬時坑到盆緣區(qū)域，覆蓋SPA盆地不同類型的成分區(qū)。阿波羅盆地區(qū)域經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)改造歷史，這對研究該區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)和表面物質(zhì)成分來源帶來了挑戰(zhàn)。

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。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，研究對阿波羅盆地區(qū)域重新進行了地質(zhì)填圖。研究根據(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)單元進行簡化，不表達未顯著改變本地成分的小型撞擊坑物質(zhì)?？蒲腥藛T分析了SPA盆地、阿波羅盆地、月海平原和亮平原等地質(zhì)單元，梳理了各個地質(zhì)單元的成分與結(jié)構(gòu)特征，剖析了地質(zhì)單元的物質(zhì)組成和來源。

進一步，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，揭示了阿波羅盆地區(qū)域的深部結(jié)構(gòu)與演化歷史。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，盆地中心形成熔融池，且其分異結(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，包括來自上月幔的超鎂鐵質(zhì)低鈣輝石/斜方輝石。阿波羅盆地撞擊過程挖掘了本地的SPA盆底濺射物和部分月殼，而這些包含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)，前人已檢測出部分深部來源的低鈣輝石。阿波羅撞擊事件導(dǎo)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)且小于SPA濺射物的量。阿波羅盆地形成后，該區(qū)域發(fā)生了多期次火山噴發(fā)活動，且持續(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，從而成為“隱月海”。一些晚期撞擊坑能夠挖掘出阿波羅盆地內(nèi)埋深較淺的原始月殼以及盆地外被濺射物覆蓋的原始月殼，進而形成純斜長巖露頭。

上述研究揭示了阿波羅盆地區(qū)域深部結(jié)構(gòu)與演化過程，發(fā)現(xiàn)了該區(qū)域原始月殼和月幔成分在撞擊事件中的改造遷移效應(yīng)以及不同地質(zhì)單元的物質(zhì)來源和形成過程，為該區(qū)域地質(zhì)演化歷史研究以及嫦娥六號數(shù)據(jù)和樣品分析提供了支撐。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等的支持。

（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。