風(fēng)暴洋晚期玄武巖厚度及規(guī)模研究?

胡曉依陳 媛張迅與李少林夏學(xué)齊吳昀昭

(1中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)南京210008)

(2中國(guó)科學(xué)院行星科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室南京210008)

(3中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)北京100083)

(4中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)北京100012)

(5澳門科技大學(xué)太空科學(xué)研究所澳門999078)

1 引言

月球愛拉托遜紀(jì)(Eratothenian Period,3.2–1.1Gyr)[1]巖漿活動(dòng)在西部月海地區(qū)(主要是風(fēng)暴洋(Oceanus Procellarum)及雨海(Mare Imbrium))產(chǎn)生了大規(guī)模光譜獨(dú)特的月海玄武巖,通常稱之為年輕玄武巖或晚期玄武巖[2].最年輕的晚期玄武巖的年齡約1.1Gyr[3],遠(yuǎn)低于最年輕的月球樣品同位素年齡(2.93Gyr)[4].利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)最近甚至發(fā)現(xiàn)了局部出露的、可能小于1Gyr的火山痕跡[5].這些晚期玄武巖記錄了月球晚期熱演化的重要信息,是了解月球末期巖漿活動(dòng)的鑰匙,極具研究?jī)r(jià)值.了解它們的厚度、體積乃至噴發(fā)通量對(duì)于認(rèn)識(shí)風(fēng)暴洋乃至月球晚期的熱演化具有重要意義.

月球玄武巖厚度的估測(cè)方法主要有地球物理探測(cè)法[6?7]、撞擊坑-幾何學(xué)技術(shù)[3,8]、攝影測(cè)量法[9?10]、撞擊坑大小-頻率分布法[11?12]、撞擊坑挖掘法[13]等.地球物理測(cè)量法一般利用重力和雷達(dá)等數(shù)據(jù)估計(jì)玄武巖的總厚度[6].撞擊坑-幾何學(xué)技術(shù)以部分掩埋坑為研究對(duì)象,用最大挖掘深度減去暴露在外的坑壁高度獲得掩埋玄武巖的厚度.采用該方法的目標(biāo)玄武巖的噴發(fā)時(shí)間需要晚于撞擊坑形成時(shí)間,若其形成時(shí)間相對(duì)較早,可能導(dǎo)致目標(biāo)玄武巖厚度被嚴(yán)重低估.攝影測(cè)量法主要利用月表熔巖流鋒厚度計(jì)算玄武巖厚度,但風(fēng)暴洋地區(qū)很少分布熔巖流鋒明顯的晚期玄武巖(這類玄武巖主要出現(xiàn)在雨海西南部).撞擊坑大小-頻率分布法(CSFD)主要利用多期次玄武巖充填活動(dòng)在CSFD曲線上表現(xiàn)出的轉(zhuǎn)折來(lái)估計(jì)最表層玄武巖的厚度[8].撞擊坑挖掘法基于不同深度玄武巖地層的成分差異,利用上覆撞擊坑濺射物的成分來(lái)判斷該坑是否穿透了表層玄武巖層,繼而根據(jù)撞擊坑的挖掘深度來(lái)約束表層玄武巖的厚度[13?14].

過(guò)去的研究主要針對(duì)區(qū)域內(nèi)玄武巖總厚度.de Hon[8]利用撞擊坑形貌學(xué)(Crater Morphology),發(fā)現(xiàn)月球正面東部月海玄武巖的平均厚度為200–400m,西部月海玄武巖的平均厚度為～400m,局部地區(qū)可能超過(guò)了1000–2000m.Heather等[15]利用撞擊坑大小-頻率分布法得到風(fēng)暴洋南部地區(qū)玄武巖總厚度估算值為160–625m.獲得玄武巖單元的厚度是獲取其體積的前提.不同玄武巖單元體積的對(duì)比,有助于了解月幔部分熔融程度隨時(shí)間的變化.Apollo時(shí)代基于玄武巖流鋒面陰影方法獲得的晚期玄武巖厚度范圍是10–65m,平均厚度為30–35m[9].Chen等[16]分別采用攝影測(cè)量法與撞擊坑挖掘深度法估算了雨海地區(qū)兩種晚期玄武巖的厚度,其中鋒面可見的晚期玄武巖層厚度為13–33m,鋒面不可見的晚期玄武巖層厚度為14.49–43.61m.Weider等[17]利用撞擊坑挖掘深度法研究了風(fēng)暴洋和澄海(Mare Serenitatis)的玄武巖地質(zhì)單元,測(cè)得風(fēng)暴洋P52地區(qū)晚期玄武巖的平均厚度為100–300m.通過(guò)撞擊坑挖掘法估算出的嫦娥三號(hào)著陸點(diǎn)玄武巖厚度為41–46m[18]和38m[16],與基于嫦娥三號(hào)雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)的估計(jì)值(35m)[19]近似.

風(fēng)暴洋分布了月球最大面積的晚期玄武巖,是研究月球晚期巖漿活動(dòng)的良好場(chǎng)所.本文目的是估算風(fēng)暴洋晚期玄武巖的厚度及其體積.對(duì)風(fēng)暴洋地區(qū)晚期玄武巖活動(dòng)規(guī)模的研究,有助于認(rèn)識(shí)風(fēng)暴洋晚期玄武巖的巖漿過(guò)程,并為研究月球晚期巖漿活動(dòng)和月球熱演化模型研究提供基礎(chǔ)資料.

2 區(qū)域地質(zhì)背景

風(fēng)暴洋位于月球正面西半球克里普地體(Procellarum KREEP Terrane,PKT)內(nèi),是月球最大的月海,其南北徑約2500km,面積約4.0×105km2[20?22].區(qū)域內(nèi)出露大面積月海玄武巖,可大致分為兩大類:相對(duì)古老的雨海紀(jì)玄武巖(反射率高)和相對(duì)年輕的愛拉托遜紀(jì)玄武巖(反射率低)[16](圖1(a)).嫦娥五號(hào)的預(yù)著陸區(qū)(呂姆克山,Mons Rümker)位于雨海紀(jì)與愛拉托遜紀(jì)玄武巖層交界處.在月球礦物制圖儀(Moon Mineralogy Mapper,M3)積分吸收深度圖(Integrated Band Depth,IBD)中,愛拉托遜紀(jì)玄武巖因富橄欖石而呈紅色,而周圍的雨海紀(jì)玄武巖富輝石呈黃綠色,高地呈藍(lán)色(圖1(b)).在基于克萊門汀(Clementine)數(shù)據(jù)的比值假彩色圖上,晚期愛拉托遜紀(jì)玄武巖因其較高的鐵鈦含量呈現(xiàn)藍(lán)色色調(diào),顯著區(qū)別于周圍的高地和雨海紀(jì)玄武巖(圖1(c)).月球勘測(cè)軌道飛行器(Lunar Reconnaissance Orbiter,LRO)搭載的廣角相機(jī)(Wide Angle Camera,WAC)數(shù)據(jù)顯示:晚期愛拉托遜紀(jì)玄武巖與周圍早期玄武巖的鈦含量差異在3波段合成的假彩色影像上的色調(diào)具有明顯區(qū)別,便于不同地層邊界的識(shí)別(圖1(d)).

圖1 風(fēng)暴洋愛拉托遜紀(jì)玄武巖分布及地質(zhì)單元?jiǎng)澐謭D(紅色三角形為嫦娥五號(hào)預(yù)計(jì)著陸區(qū)).(a)M31000nm反射率圖;(b)M3IBD假彩色合成圖(R:1000nm IBD,G:2000nm IBD,B:1500nm IBD);(c)克萊門汀比值彩色合成圖(R:750/415nm,G:750/950nm,B:415/750nm);(d)WAC彩色合成圖(R:689nm,G:360nm,B:604nm).Fig.1 The distribution of Eratosthenian basalts in the Oceanus Procellarum(the red mark is the Chang’E-5 potential landing site).(a)M31000nm re fl ectance;(b)the color composite image of the M3 integrated band(R:1000nm IBD,G:2000nm IBD,B:1500nm IBD);(c)the Clementine color ratio image(R:750/415nm,G:750/950nm,B:415/750nm);(d)the WAC false color composite image(R:689nm,G:360nm,B:604nm).

3 數(shù)據(jù)與方法

3.1 數(shù)據(jù)介紹

本文主要使用M3數(shù)據(jù).M3探測(cè)器由美國(guó)NASA(National Aeronautics and Space Administration)研制,搭載于印度的月船一號(hào)飛船(Chandrayaan-1).通過(guò)推掃式成像,它獲取了月表95%以上的圖像和光譜數(shù)據(jù)[23].M3數(shù)據(jù)主要可分為兩種模式[24]:全球模式和目標(biāo)模式.在全球模式(G數(shù)據(jù))下,M3探測(cè)器在100km高度的月球軌道上運(yùn)行并獲取85個(gè)波段的影像數(shù)據(jù).該數(shù)據(jù)覆蓋了430–3000nm的波長(zhǎng)范圍,具有很高的光譜分辨率(20–40nm),能夠有效展示礦物的特征光譜.M3全球模式可分為OP1和OP2兩個(gè)光學(xué)周期[25](又分為OP1A、OP1B、OP2A、OP2B、OP2C 5個(gè)子周期),兩組數(shù)據(jù)獲取時(shí)的溫度條件與空間分辨率不同,有140×140m/pixel或140×280m/pixel兩種圖像數(shù)據(jù).為了達(dá)到空間全覆蓋,本文選用了分辨率為140×140m/pixel的OP1B、OP2A以及分辨率為140×280m/pixel的OP2C數(shù)據(jù)開展研究.

除M3數(shù)據(jù)外,本文還結(jié)合了Clementine紫外/可見光(UV/VIS)光譜相機(jī)全月圖像數(shù)據(jù)(415nm、750nm、900nm、950nm和1000nm)[26?27]及LRO搭載的廣角相機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行地層劃分.基于Clementine數(shù)據(jù)的波段比值假彩色圖為地層劃分提供豐富的細(xì)節(jié)信息.LRO廣角相機(jī)提供了全月從紫外到可見光波段(321–689nm)高空間分辨率(100–400m/pixel)的多光譜數(shù)據(jù)[28],能識(shí)別微弱的地形變化.此外,LRO網(wǎng)站(http://target.lroc.asu.edu/q3/)提供的各種圖像數(shù)據(jù)也可有效應(yīng)用于撞擊坑直徑的測(cè)量和撞擊坑新鮮程度的分析.

3.2 方法

我們參照Z(yǔ)hang等[29]在該區(qū)域的劃分情況,結(jié)合IBD影像、Clementine比值假彩色合成影像和IIM(Interference Imaging Spectrometer)影像,對(duì)多源遙感影像進(jìn)行圖像拉伸和增強(qiáng),將研究區(qū)各地質(zhì)單元進(jìn)行了劃分.

愛拉托遜紀(jì)玄武巖和下伏雨海紀(jì)玄武巖的光譜特征差異明顯,極易通過(guò)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行地層識(shí)別.圖2(a)展示兩期玄武巖邊界地區(qū)的M3假彩色合成圖,其中深色的為晚期玄武巖,淺色的為雨海紀(jì)玄武巖.愛拉托遜紀(jì)玄武巖富含橄欖石,其光譜在1000nm處有較強(qiáng)的吸收峰,1300nm處有次級(jí)吸收峰,在2000nm的吸收峰較弱[30].雨海紀(jì)玄武巖富含輝石,在1000nm和2000nm附近都有明顯的吸收峰[30](圖2(b)).因此我們采用月坑挖掘深度法估算晚期玄武巖厚度.

隕石在撞擊月球表面時(shí),撞掘出來(lái)的深部物質(zhì)會(huì)暴露于撞擊坑內(nèi)和濺射毯上,小型撞擊只能挖掘表層物質(zhì),而較大撞擊會(huì)穿透表層挖掘出更深層的物質(zhì).本文利用M3數(shù)據(jù)提取愛拉托遜紀(jì)玄武巖地層撞擊坑表面的光譜,判斷撞擊發(fā)生時(shí)是否撞穿晚期玄武巖:較強(qiáng)的輝石吸收特征指示撞穿坑,較強(qiáng)的橄欖石吸收特征指示未撞穿坑(圖2(b)).研究顯示,簡(jiǎn)單撞擊坑的最大挖掘深度和其直徑存在線性關(guān)系[31].利用該線性關(guān)系,可以通過(guò)撞擊坑直徑簡(jiǎn)單估算撞擊坑的最大挖掘深度.再將最小撞穿坑的挖掘深度和最大未撞穿坑的挖掘深度分別作為愛拉托遜紀(jì)玄武巖厚度的上限與下限[9],進(jìn)而得到愛拉托遜紀(jì)玄武巖的厚度范圍.

圖2 愛拉托遜紀(jì)與雨海紀(jì)玄武巖不同光譜特征示意圖.(a)愛拉托遜紀(jì)與雨海紀(jì)玄武巖邊界地區(qū)的M3假彩色合成圖(R:2896nm,G:1508nm,B:750nm),綠色箭頭所指撞擊坑(直徑～570m;～32?71′N,62?86′W)的光譜曲線為(b)中綠色曲線,紅色箭頭所指撞擊坑(直徑～520m;～30?99′N,62?64′W)的光譜曲線為(b)中紅色曲線;(b)愛拉托遜紀(jì)玄武巖和雨海紀(jì)玄武巖的光譜曲線,分別提取自圖(a)的兩個(gè)撞擊坑,綠色曲線為雨海紀(jì)玄武巖的光譜,紅色曲線是愛拉托遜紀(jì)玄武巖的光譜,藍(lán)色箭頭標(biāo)注為1000nm與2000nm吸收峰位置.Fig.2 Different spectral absorptions of the Imbrian and Eratosthenian basalts.(a)M3color mosaic of the boundary area of Imbrian and Eratosthenian basalts(R:2896 nm,G:1508 nm,B:750 nm).The green arrow refers to the spectral curve of the crater(～570 m; ～32?71′N,62?86′W)appears as the green curve in(b).The red arrow refers to the spectral curve of the crater(～520 m; ～30?99′N,62?64′W)appears as the red curve in(b).(b)Spectra of the Imbrian and Eratosthenian basalts,which are from the two freshcraters in(a).The green curve displays the spectra of Imbrian basalts;and the red curve displays the spectra of Eratosthenian basalts;the blue arrows show the absorption peaks of 1000 nm and 2000 nm.

首先,選取小型撞擊坑,判斷其是否撞穿了晚期玄武巖.本文撞擊坑的選取遵循以下原則:(1)盡量選取新鮮撞擊坑,避免后期撞擊坑濺射物對(duì)目標(biāo)撞擊坑光譜特征的影響,同時(shí)也降低空間風(fēng)化對(duì)光譜特征的影響.成熟度較高的撞擊坑受空間風(fēng)化影響更強(qiáng),其光譜曲線的形態(tài)特征發(fā)生改變,將影響玄武巖巖性的判別.(2)一般兩類撞擊坑挖掘深度限定的范圍越窄,玄武巖的厚度估算得越精確,因此在同一地質(zhì)單元內(nèi)應(yīng)盡可能選擇最小的撞穿坑和最大的未撞穿坑.(3)檢查撞擊坑附近所有的像素點(diǎn).撞擊坑表面物質(zhì)分布不均,如撞穿坑表面也會(huì)殘存上層富橄欖石玄武巖的光譜特征,撞穿坑撞掘出的雨海紀(jì)玄武巖極有可能在M3遙感影像上只占很小部分.因此在篩選光譜信息時(shí),應(yīng)當(dāng)盡可能全面地檢查撞擊坑覆蓋的所有像素點(diǎn),以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性.

其次,測(cè)量撞擊坑直徑,并依據(jù)直徑深度比關(guān)系計(jì)算撞擊坑的最大挖掘深度.簡(jiǎn)單撞擊坑(一般將直徑<15–20km的月球撞擊坑歸為簡(jiǎn)單撞擊坑[31])的最大挖掘深度及其直徑之間存在線性關(guān)系[31]:

其中,Dt代表瞬態(tài)撞擊坑的直徑,Dexc代表撞擊坑的最大挖掘深度,D代表撞擊坑的直徑.在同一地區(qū),以最小撞穿坑的Dexc作為愛拉托遜紀(jì)玄武巖厚度的上限,以最大未撞穿坑的Dexc作為下限,便可獲得愛拉托遜紀(jì)玄武巖的厚度范圍[16].對(duì)各個(gè)地質(zhì)單元的撞穿與未撞穿坑厚度分別利用反距離加權(quán)(Inverse Distance Weighted,IDW)內(nèi)插法進(jìn)行插值計(jì)算,得到最大厚度變化圖和最小厚度變化圖.再將兩者求均值,獲取風(fēng)暴洋愛拉托遜紀(jì)玄武巖的平均厚度分布.應(yīng)用ArcMap中的面積及體積統(tǒng)計(jì)工具(Area and Volume Statistics)可進(jìn)一步計(jì)算出其規(guī)模大小.

4 結(jié)果與討論

4.1 結(jié)果

本文將研究區(qū)劃分為U1–U7 7個(gè)地質(zhì)單元(部分引用Zhang等[29]的結(jié)果)(圖2(d)),其中U5–U7與Weider等[17]命名的P52區(qū)域大致相同;U4單元所在位置為風(fēng)暴洋最年輕的區(qū)域(～1.2Gyr)[3];U1–U3單元在IBD圖像上為深紅色,為風(fēng)暴洋地區(qū)內(nèi)最富橄欖石的區(qū)域[29](圖1(b)).在這7個(gè)地質(zhì)單元內(nèi)選取了愛拉托遜紀(jì)玄武巖地層覆蓋區(qū)域上的171個(gè)小型撞擊坑(均為簡(jiǎn)單撞擊坑,D<1.5km)用于估算晚期玄武巖地層厚度,其中79個(gè)具明顯的輝石光譜特征,為撞穿坑,另外90個(gè)為未撞穿坑.它們的位置分布見圖3.

圖3 撞擊坑選點(diǎn)大小和分布圖Fig.3 The location and size of craters

圖4 標(biāo)示出研究區(qū)內(nèi)各地質(zhì)單元的撞穿坑和未撞穿坑厚度的平均值、最大值及最小值.本文撞擊坑位置、直徑及標(biāo)準(zhǔn)差詳見附表2.圖4中可以看出同一地層內(nèi)撞穿坑的平均厚度均大于未撞穿坑,其中U2、U3和U4單元內(nèi)選取的撞穿坑與未撞穿坑的最大挖掘深度變化范圍較大,表明同一地質(zhì)單元內(nèi)部厚度存在差異.

圖4 各地質(zhì)單元撞擊坑深度分布圖Fig.4 The thickness of craters of each unit

結(jié)合撞穿坑與未撞穿坑的最大挖掘深度,對(duì)每個(gè)地質(zhì)單元進(jìn)行插值,得到了風(fēng)暴洋愛拉托遜紀(jì)玄武巖的厚度分布圖(圖5).由圖5可見,風(fēng)暴洋愛拉托遜紀(jì)玄武巖的平均厚度約為24–88m,其中Aristarchus坑西部厚度最大,大多超過(guò)60m,研究區(qū)最南部出現(xiàn)最小值,厚度大致為28–31m.馬里厄斯坑(Marius)以東的區(qū)域厚度普遍較小,約為35–45m.嫦娥五號(hào)預(yù)計(jì)著陸點(diǎn)附近U1地層厚度約為31–38m.同一地質(zhì)單元內(nèi)愛拉托遜紀(jì)玄武巖厚度分布并不均勻,各個(gè)地質(zhì)單元之間也存在差別.表1列出了各地質(zhì)單元愛拉托遜紀(jì)玄武巖的平均厚度、出露面積及估算體積.風(fēng)暴洋地區(qū)晚期玄武巖的平均厚度僅約為(24±2)–(88±2)m,這與晚期玄武巖巖漿富鐵、貧硅從而粘度偏低的特性一致.U1–U7 7個(gè)地質(zhì)單元晚期玄武巖總出露面積～3.02×105km2,總體積為～1.39×104km3.與雨海紀(jì)大規(guī)模的溢流玄武巖相比,晚期玄武巖體積不足風(fēng)暴洋地區(qū)玄武巖總體積的2%[8,15].

表1 風(fēng)暴洋愛拉托遜紀(jì)玄武巖平均厚度及規(guī)模Table 1 Average thickness and scale of the Eratosthenian basalts in the Oceanus Procellarum

圖5 風(fēng)暴洋晚期玄武巖厚度分布圖(綠色標(biāo)記為嫦娥五號(hào)預(yù)計(jì)著陸區(qū))Fig.5 The thickness distribution of the late-stage basalts in the Oceanus Procellarum(the green mark is the Chang’E-5 potential landing site)

4.2 討論

4.2.1 誤差分析

因無(wú)法對(duì)月球晚期玄武巖厚度進(jìn)行直接測(cè)量,本文的估算方法必然存在一定誤差.誤差可能主要來(lái)源于撞擊坑的選取、地質(zhì)單元內(nèi)部地形起伏、計(jì)算公式及地層劃分等幾個(gè)方面.

為更準(zhǔn)確地限定玄武巖的厚度,需要在同一地質(zhì)單元內(nèi)盡量尋找鄰近的、具有最大直徑的未撞穿坑和最小直徑的撞穿坑.然而,兩類撞擊坑在空間分布上不均勻,且選取時(shí)受光學(xué)輻射紋及撞擊坑新鮮度要求的限制,使基于距離插值的IDW算法的精度及厚度估算準(zhǔn)確性受到影響.另外,撞擊坑形成以后,可能存在撞擊坑坑壁塌陷、坑緣后退的情況,導(dǎo)致其直徑很難被準(zhǔn)確測(cè)量,對(duì)于厚度的估算結(jié)果也將產(chǎn)生影響.為減少直徑測(cè)量誤差,對(duì)直徑進(jìn)行多次測(cè)量并取平均值,表1為利用公式求取的平均厚度及其標(biāo)準(zhǔn)差.

同一區(qū)域內(nèi)的大部分撞穿坑深度大于未撞穿坑,但從圖3可以看出,某些區(qū)域存在未撞穿坑深度大于撞穿坑的情況.這可能是因?yàn)橥砥谛鋷r溢流前的下伏地層表層存在地形起伏,其為同一地質(zhì)單元內(nèi)部厚度變化的主要原因.但研究區(qū)各地質(zhì)單元未出現(xiàn)大范圍的厚度驟變,表現(xiàn)出較為連續(xù)的變化趨勢(shì),也驗(yàn)證了本文分析結(jié)果的可靠性.

此外,撞擊坑直徑求取深度的計(jì)算公式誤差也會(huì)傳遞至玄武巖層厚度的計(jì)算結(jié)果.地層劃分的準(zhǔn)確度會(huì)對(duì)玄武巖單元面積的計(jì)算造成影響,從而影響晚期玄武巖體積估算.

由于U2地質(zhì)單元內(nèi)的小型新鮮撞擊坑多為未撞穿坑而鮮見撞穿坑,該地質(zhì)單元愛拉托遜紀(jì)玄武巖厚度范圍僅由區(qū)域邊緣4個(gè)撞穿坑估算得出,可能存在較大誤差.U2地質(zhì)單元內(nèi)廣泛分布大直徑的未撞穿坑,據(jù)此推測(cè)該單元內(nèi)愛拉托遜紀(jì)玄武巖實(shí)際厚度可能大于本文估測(cè)值.

4.2.2 與前人研究對(duì)比

Hiesinger等[32]用撞擊坑大小-頻率分布法對(duì)風(fēng)暴洋地區(qū)26個(gè)單元的晚期玄武巖厚度進(jìn)行了測(cè)量,其結(jié)果約為32(+10/?6)–51(+10/?6)m;Morota等[12]用相同的方法獲得風(fēng)暴洋克里普地體晚期玄武巖的厚度約為20–60m.這些結(jié)果與本文估測(cè)的風(fēng)暴洋晚期玄武巖厚度(約為24–88m)一致.通過(guò)撞擊坑挖掘法測(cè)得雨海地區(qū)晚期玄武巖厚度約為14–43m[16],與嫦娥三號(hào)探月雷達(dá)獲取的結(jié)果(35m)[19]基本一致.本文獲得的嫦娥五號(hào)預(yù)計(jì)著陸地區(qū)附近的晚期玄武巖也具有近似的厚度(約為31–38m).

Weider等[17]對(duì)P52地區(qū)晚期玄武巖進(jìn)行了測(cè)量得出玄武巖厚度約為100–300m,遠(yuǎn)大于本文利用M3數(shù)據(jù)得到相應(yīng)區(qū)域(U5–U7)的厚度(35–45m).Weider等[17]也采用撞擊坑挖掘法,但其主要依據(jù)表層玄武巖與下覆玄武巖間鐵鈦含量差別來(lái)識(shí)別撞穿坑與未撞穿坑.元素含量的計(jì)算受月表物質(zhì)類型(如巖石與土壤)及反射率絕對(duì)值的影響,存在較大不確定性.相比而言基于兩期玄武巖光譜特征的明顯差異,利用高光譜數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地分辨其歸屬地層.

5 結(jié)論

基于多種遙感數(shù)據(jù),本文將風(fēng)暴洋晚期玄武巖劃分為U1–U7 7個(gè)地質(zhì)單元.依據(jù)雨海紀(jì)與愛拉托遜紀(jì)兩類玄武巖光譜特征的明顯差異,通過(guò)對(duì)比分析撞擊坑的光譜,區(qū)分出兩類撞擊坑,并用這兩類撞擊坑的深度限定愛拉托遜紀(jì)玄武巖的厚度,繪制了風(fēng)暴洋晚期玄武巖高分辨率厚度分布圖,估算了出露的晚期玄武巖的體積.本文主要結(jié)論如下:

(1)風(fēng)暴洋地區(qū)愛拉托遜紀(jì)玄武巖厚度約為24–88m.不同地質(zhì)單元之間存在差別,其中最富橄欖石的U2及U3地層厚度較大;南部的U5–U7地層厚度較小;U7地層厚度最小(約28–31m).嫦娥五號(hào)預(yù)定著陸區(qū)附近晚期玄武巖的厚度約為31–38m.上述研究均表明風(fēng)暴洋晚期玄武巖層厚度較薄,這與晚期玄武巖漿富鐵、貧硅從而巖漿粘度偏低的特性一致.

(2)風(fēng)暴洋7個(gè)地質(zhì)單元的總出露面積約為3.02×105km2,總體積約為1.39×104km3,僅占風(fēng)暴洋地區(qū)玄武巖總體積的1.6%,表明愛拉托遜紀(jì)玄武巖漿活動(dòng)較之雨海紀(jì)已極大減弱.

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