月海环形穹隆构造特征与成因机制研究

Lunar mare surface volcanic structures/features are significant keys to understanding of the nature of basaltic lava flow emplacement, which carries important information on the deep interior mantle. Recently, we discovered a new type of mare surface feature, named ring-moat dome structures (RMDSs), characterized by a nearly circular mound surrounded by a ring depression. Our primary results described their basic distribution and morphological characteristics, and gave their formation mechanism theoretically. However, RMDS-formation related dynamic processes are still poorly understood. Previous study is limited by the limited study area, relatively lower spatial resolution of DEMs, and lack of quantitative information used to characterize RMDSs. Base on the study results obtained currently, this research, using multi-source remote data sets, aims to investigate RMDSs in a quantitative manner and carry out in-depth analysis of their origin and associated dynamic processes. The key technologies of obtaining high-resolution DMEs and spectrally compositional mapping are expected to be realized. This project will offer an option for the formulation of the scientific objectives and program design for the China’s manned or unmanned mission in the future.

月海表面火山地貌特征分析是了解月球上火山喷发及熔岩流动机制和月球内部信息的关键。基于目前已获得高分辨率月球影像数据，申请者识别出一种新型火山地貌-被环形负地形所环绕的穹隆构造（Ring-Moat Dome Structures, RMDSs, 简称为环形穹隆构造），初步掌握了RMDSs的分布和基本特征，并对其进行了比较行星学研究，提出了它们的可能成因机制，引起了学界的关注。但是，还缺乏与其形成有关地质学过程的了解。基于目前已取得初步结果，本研究以获取高分辨率高程数据和光谱成分制图为关键性技术，采用多源遥感数据综合分析和数学统计分析方法，深入研究RMDSs的形貌特征及其成因机制，建立与RMDSs形成有关的动力学过程，了解晚期月海玄武岩喷发机制和历史。本项目的实施可以为我国无人及载人登月计划科学目标的制定和方案设计提供可选方案和参考。

围绕申请人于2017年发现的一种尚缺乏认知的月球火山地貌类型（首次将其命名为环形凹陷穹丘，RMDS），开展了该类地貌的形貌特征分析、测量统计分析和成因机制研究。主要研究内容包括RMDSs物理参数测量和提取、统计学分析、光谱成分分析、形貌分析、分布与年龄、成因分析等。结果显示RMDS主要分布于月海玄武岩表面且数量巨大（目前已识别出超过15000个），是一类低矮的小型穹窿构造（平均直径和高度分别为约200米和3-4米）并被负地形环绕。已建立的RMDS数据库可为后续深入研究提供重要的数据支撑。该类构造多发生于高钛玄武岩表面，其与多种火山机构存在空间相关性。由于RMDS与周围玄武岩在成份上无明显变化，基于比较行星学，我们将其成因解释为岩浆流动过程中内部冷却结晶排气、压强驱使下溢出到表面的富含挥发分岩浆，周围凹陷地形形成于熔岩溢出后的质量加载。同时，申请人观察到部分环形凹陷穹丘叠置在哥白尼纪（10亿年以来）撞击坑之上，指示环形凹陷穹丘比该撞击坑更年轻，是数亿年来月球火山活动的产物。但基于目前已有月球热演化模型，与嫦娥5号样品分析得出的20亿年前火山活动同样面临的科学问题是：如此年轻的火山作用是如何发生的？发生晚期内部熔融事件的热源来自哪里？还没有证据显示月球晚期内部曾发生过大规模熔融事件。因此，针对目前存在的科学问题，团组还将继续展开深入研究。该研究不仅为月球上存在10亿年内火山作用提供了一种佐证，同时也列出了发生如此年轻火山作用应该满足的地球物理条件，以及为未来载人或无人探月任务选择科考点提供了参考，特别是以一种新视角为进一步完善或改进已有月球热演化模型提供了约束和参考。