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Mare Ingenii月海陨石坑的玄武岩单位矿物组成与化学演化研究基于Chandrayaan-1和Chandrayaan-2的高分辨率光谱数据，通过BCII/BCI与BAR/BCI参数分析揭示其存在三个主要结晶趋势和900-1200℃的结晶温度范围，结合年龄数据证实岩浆源异质性和分异过程导致从3.8 Ga低钙高铁玄武岩到2.8 Ga高钙演化的多期火山活动，并受构造和撞击改造影响。
C.R. Neeraja | S. Arivazhagan
应用地质学中心，甘地格拉姆农村学院（被认定为大学），印度泰米尔纳德邦丁迪古尔市甘地格拉姆
摘要
“Mare Ingenii”是一个位于月球背面南极艾特肯（SPA）盆地内的撞击盆地。它经历了复杂的地质历史，特征是多次撞击改造和火山表面重塑事件。本研究利用最近月球任务的高分辨率遥感数据，分析了Mare Ingenii区域内玄武岩单元的矿物学和化学变化。具体来说，使用了Chandrayaan-1月球矿物学测绘仪（M3）和Chandrayaan-2成像红外光谱仪（IIRS）的数据。通过对各个单元中的辉石矿物进行光谱分析，并将其与模型年龄数据相关联，以解释该盆地的火山演化过程。Band Center II（BCII）与Band Center I（BCI）以及Band Area Ratio（BAR）与BCI的对比图显示，大多数单元与斜方辉石的成分趋势一致，钙和铁含量的变化表明存在多个岩浆演化阶段。进一步利用辉石四边形图和热释光图分析表明，存在三种主要的结晶趋势以及三个温度范围在900至1200°C之间的异常单元。这些结果表明存在成分不同的岩浆来源，并且随着时间的推移发生了渐进的分化过程。辉石的成分也与单元的年代学特征相符，显示出从最古老的富铁、低钙玄武岩单元（约38亿年）到较年轻的、富钙、更成熟的岩浆（约28亿年）的时间变化。这种演变反映了多次火山活动、地幔来源的异质性以及局部地质影响，包括与裂谷相关的活动和撞击驱动的改造。
引言
月球保留了原始的演化历史和行星过程，因为其表面未受到像地球那样的板块构造或风化循环的影响。因此，研究月球可以为我们提供了解太阳系早期历史和行星演化的窗口（Hiesinger和Head，2006年）。大约41亿至38亿年前的晚期重轰炸事件，以强烈的彗星和小行星撞击为特征，改变了月球的初始地形。这种广泛的撞击作用对月球地质学具有重要意义，例如形成了大型盆地，并为月球上的广泛玄武岩火山活动铺平了道路。月海火山地形覆盖了月球表面的17%，尤其是在近侧（Wilhelms等人，1897年）。由于拥有广阔的月海地形，“Mare Ingenii”是月球表面进行科学分析的最重要区域之一。它位于南纬33.7°、东经163.5°，属于月球背面的南极艾特肯（SPA）盆地的一部分。这是一个前涅克塔里亚时期形成的盆地，内环的直径为325公里（Wilhelms等人，1979年），外环的直径为600公里（Neeraja等人，2025a）。图1展示了月球背面的LROC-WAC拼接图像，其中灰度WAC图像显示了Mare Ingenii的位置。内环周围的沟壑地形被认为是由撞击产生的地震波汇聚形成的（Schultz和Gault，1975年；Stuart Alexander，1978年；Richmond等人，2005年），而月球漩涡区域由于局部磁异常而风化程度较低（Hood和Williams，1989年；Richmond等人，2005年；Garrick Bethell等人，2011年），这些都是该盆地的重要特征。该盆地还受到许多撞击形成的陨石坑的影响，如Thomson、Thomson M、Zelinskiy、Obruchev、Van De Graff、O-Day等，这些陨石坑对地形造成了显著改变。Kaur等人（2013年）在盆地边缘发现了尖晶石的存在，表明有多次岩浆侵入地表的现象。“Mare Ingenii”以广阔的月海流为特征，这些月海流局限于内环内，填充了Thomson和Thomson M陨石坑并流向西部（Kramer等人，2011年），并在北部区域发现了一个与蜿蜒裂谷和Zelinskiy陨石坑相关的孤立月海。Neeraja等人（2025a）绘制了该地区的地形特征，如地堑、皱脊、裂谷和V形结构。
Neeraja等人（2025a）详细研究了该地区的岩石类型、地形、成分和年代学，提出了盆地玄武岩单元的成分变化和划分。鉴于其位于SPA盆地的外环内，推测Mare Ingenii可能暴露了更深层地壳的岩石类型（Salari等人，2023年），使其成为进行详细辉石化学研究的理想对象，旨在解码月球的分化过程。本研究的目的是进一步深入分析盆地月海单元的成分趋势，重点关注Neeraja等人（2025a）之前定义的玄武岩单元的光谱特征。通过研究辉石的化学成分可以分析玄武岩单元的化学变化，因为不同类型的辉石可以提供关于结晶阶段、冷却历史和岩浆演化的信息。辉石成分的变化结果与这些单元的年龄相关联，有助于详细了解Mare Ingenii玄武岩单元的演化过程。
数据集
本研究使用了NASA提供的Chandrayaan-1任务上的月球矿物学测绘仪（M3）的高光谱数据来分析研究区域的矿物组成。M3的工作光谱范围为460至3000纳米，空间分辨率为每像素约140米，全局测绘模式下的光谱分辨率在20至40纳米之间（Boardman等人，2011年）。本研究使用了M3全球测绘模式下的经过光度校正的反射率数据集。
RCC观测与解释
Mare Ingenii的RCC图像（图2）显示了该区域显著的岩石类型异质性。在M3衍生的RCC图像（图2A）中，洋红色调主导了盆地底部和喷射物，反映了斜长岩的成分，表明存在长石质和镁铁质物质的混合。RCC图像中的深色区域对应于Ingenii盆地内的月海单元，表明这些区域富含镁铁质成分。这些区域与辉石的存在有关，特别是Cpx辉石。
结论
本研究探讨了月球背面Mare Ingenii区域内玄武岩单元的成分多样性和岩浆演化。反射光谱学、RCC测绘和辉石带参数分析揭示了一个由多次火山活动和构造影响塑造的复杂地质环境。RCC化合物和光谱剖面证实了存在多种岩石类型，包括低钙至高钙辉石、橄榄石和斜长岩成分。
未引用的参考文献
Denevi Brett等人，2016年；Garrick-Bethell等人，2011年；Karthi等人，2022年；Neukum，1983年；Neukum和Ivanov，1994年；Neukum等人，2001年；Pieters等人，2014年；Petro等人，2011年；Wilhelms等人，1987年。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢印度空间研究组织（ISRO）通过Chandrayaan-2 AO研究项目（DS_2B-13013(2)/19/2022-Sec.2）提供的资金支持。
作者还感谢匿名审稿人对手稿提出的宝贵意见和贡献，这些意见有助于提升手稿的质量。
