近日，地球物理著名期刊《Geophysical Research Letters》刊发了我校地空学院袁悦锋博士后、朱培民教授和肖龙教授，联合长江大学、宁波财经大学合作者的研究成果——New constraints on the young lava flow profile in the northern Mare Imbrium。该研究通过重新分析嫦娥三号低频雷达浅层数据，推测出月球雨海北部年轻的爱拉托逊纪熔岩流具有多期性，并对一些构造演化提供了新的约束。
先前研究认为，雨海北部年轻的爱拉托逊纪月海物质（Em）仅仅由一期厚熔岩流形成。近些年，通过摄影测量、陨石坑大小频率分布以及陨石坑穿透深度等方法发现，雨海北部Em厚度变化较大，推测在某些区域可能存在不可见的熔岩流。此外，Robinson等人也发现月海喷发物通常产生一系列10米厚的熔岩流，而不是数十米到数百米厚。前期测月雷达研究中，由于受到通道一数据质量和通道二探测深度的限制，月壤所覆盖的浅层Em结构没有得到很好的约束。
该研究对LPR通道一的浅层数据进行了重新处理，在10-40米的深度范围内发现了水平向的连续性强能量反射（图1a），与50多米深的雨海纪顶层反射较为类似。将雷达数据沿测线重新投影，再根据强弱反射可以识别出层状界面（图1b），表明在嫦娥三号着陆区下面应该存在多层爱拉托逊纪火山岩。
图1 （a）处理后的测月雷达通道一数据；（b）沿测线投影的雷达数据以及界面划分
为了进一步探究Em熔岩流的叠覆过程，该研究根据探测路径上的深度分布，对各分界面的空间位置进行插值扩展（图2a），然后估算出探测区域内所有Em层的厚度分布图（图2b）。结果表明，它们的厚度平均值约为8~12米，与雨海南部年轻Em单元的熔岩流剖面厚度接近。这些厚度值也与某些天坑壁上保留的沉积物厚度相一致。由此推测位于雨海北部的第一期爱拉托逊纪熔岩流可以进一步细分为三期薄熔岩流。
图2 （a）界面深度三维分布图；（b）层厚分布图
从层厚分布图（图2b）可以看出，各层的厚度变化具有一定的方向性，主要呈北东-南西向。根据曲剖面的空间变化趋势，建立了带有充填方向的年轻月海玄武岩三维演化模型（图3a）。根据模型可知，这三期的Em熔岩流均来自西南方向，由此推断Em的发源地，Eular撞击坑中应该存在多次火山作用，并间歇性地产生熔岩流。目前还需要更多的地质证据来约束这些年轻熔岩流的来源。
图3 （a）嫦娥三号探测区三维地层模型；（b）Em流动方向示意图。蓝虚线为皱脊；白色和黄色长剪头指示熔岩流方向，参考自Yuan等（2017）
此外月海玄武岩填充方向也可能影响皱脊的发育，例如位于嫦娥三号着陆区的皱脊发育不明显，但是在其南部和北部地区，由于是顺着熔岩流的方向（图3b中白色和黄色长箭头），从而有助于形成相同走向的皱脊。
该研究获得了国家自然科学基金(41904119，41830214)，中国博士后基金（1231837），国家航天局民用航天预先研究项目（D020101），浙江省自然科学基金(LQ18A030001)以及宁波市自然科学基金(2019A610090)等经费支持。
论文信息：
Title：New Constraints on the Young Lava Flow Profile in the Northern Mare Imbrium
Authors：Yuefeng Yuan Fenghua Wang Peimin Zhu Long Xiao Na Zhao
Source: Geophysical Research Letters，Volume 47，Issue 16，e2020GL088938
First published: 17 August 2020
DOI: 10.1029/2020GL088938
论文链接：https://doi.org/10.1029/2020GL088938
