基于輻射傳輸模型的月球撞擊坑中央峰礦物反演.pdf

1、Apollo樣品返回以后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)高地樣品中的斜長石含量非常高（可高達(dá)90％以上），因而提出了巖漿洋模型來解釋月殼的形成。模型指出在巖漿洋結(jié)晶晚期，斜長石開始結(jié)晶并且由于其密度較小而上升到月表，形成了古老的斜長巖質(zhì)月殼。然而已有的月球樣品采集點(diǎn)主要集中在月球正面，而且分布區(qū)域有限。月球遙感研究則可以從全球化的視角來研究月殼的成分和礦物分布，特別是月球中央峰由撞擊形成，代表了月殼深部的物質(zhì)。研究不同大小的撞擊坑中央峰，通過撞擊坑直徑-

2、挖掘深度的關(guān)系，就可以得到月殼不同深度下的成分和礦物分布，進(jìn)而對月殼起源的巖漿洋模型進(jìn)行驗(yàn)證或者改進(jìn)。本研究通過建立輻射傳輸模型對月表撞擊坑中央峰的礦物組分進(jìn)行反演。首先反演得到橄欖石的光學(xué)常數(shù)虛部k隨著Fo(橄欖石中Mg/(Mg+Fe)摩爾比）的變化規(guī)律，考慮空間風(fēng)化效應(yīng)、月壤孔隙度和背向散射效應(yīng)對月球光譜的影響，加入SMFe（亞微米Fe），采用橄欖石、單斜輝石、斜方輝石和斜長石四種端元礦物，礦物含量從0％變化到100％，精度為5％，

3、建立礦物混合光譜庫，利用查找表和光譜匹配算法對中央峰的礦物模式進(jìn)行反演。我們利用月球礦物繪圖儀(M3)數(shù)據(jù)提取了全月101個直徑為～30-200km的撞擊坑中央峰光譜，并利用輻射傳輸模型對其中86個存在可識別礦物特征的中央峰進(jìn)行光譜匹配，獲得其礦物組成模式。整體來看，全月中央峰礦物反演結(jié)果顯示，月殼中的主要礦物為斜長石，主要鎂鐵質(zhì)礦物為斜方輝石，其次為橄欖石和單斜輝石，與高地樣品的成分研究結(jié)果一致。我們將全月中央峰礦物在長石質(zhì)高地地體(

4、FHT)、風(fēng)暴洋克里普地體(PKT)和南極艾肯盆地地體（SPAT）的分布進(jìn)行針對性分析，發(fā)現(xiàn):1）FHT的斜長石含量要高于PKT和SPAT，而且FHT所在的月殼厚度明顯大于PKT和SPAT，暗示月殼越薄，鎂鐵質(zhì)礦物含量越高。2）FHT的中央峰巖石類型主要為純斜長巖、蘇長斜長巖、斜長蘇長巖，和少量的斜長橄長巖，蘇長巖到橄欖石蘇長巖組成;PKT的中央峰主要包含純斜長巖，蘇長/輝長斜長巖，斜長橄長巖和蘇長巖;SPAT的中央峰主要包含輝長蘇長巖

5、，蘇長巖，斜長蘇長巖和純斜長巖。另外，我們在FHT，PKT和SPAT共選擇了6個典型中央峰，利用修正高斯模型(MGM)進(jìn)一步分析其主要礦物成分信息，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FHT中央峰鎂指數(shù)較高(Mg'＞90)，PKT中央峰鎂指數(shù)相對較低(Mg'～25-57)，而且變化范圍較大。PKT地區(qū)中央峰的鎂鐵質(zhì)礦物的鎂指數(shù)遠(yuǎn)低于鎂質(zhì)巖套(Mg'＞80)。SPA撞擊坑的中央峰斜方輝石一般含量較高(＞30％)，主要以蘇長巖為主。我們分別將全月、FHT、PKT和SP

6、AT的斜長石含量（或鎂鐵質(zhì)礦物含量）與中央峰代表的巖層到月幔距離作關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)無論是從全球角度還是分三個月球地體來看，斜長石的含量（或鎂鐵質(zhì)礦物含量）變化與其到月幔距離都沒有顯著地相關(guān)性。我們對存在PAN出露的中央峰的月幔距離進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其變化范圍較大，約為25-60km。因此月殼中可能并不存在一個純斜長巖地層，或者這個地層已經(jīng)被后期的月幔巖漿侵入作用或一些大型盆地撞擊作用所改造，導(dǎo)致月殼成分在縱向和橫向上都變得不均勻。三大地體的成分