火山活动是月球最主要的内动力地质作用之一,对月球火山活动的研究是理解月球深部物质成分、热状态及其演化的关键。位于月球风暴洋克里普地体的Marius Hills、Rümker Hills以及位于静海北部的Gardner火山复合体具有丰富的火山穹窿地貌及正的重力异常特征,是研究月海地区火山活动的重要窗口。对这些区域进行综合对比研究,有助于加深对不同火山复合体区火山活动相关性和差异性的理解。
本研究利用高分辨率多源遥感数据,对月球正面的三个火山复合体区发育的火山穹窿进行形貌和铁钛元素特征提取,利用这些特征参数进行层次聚类分析,并将所有穹窿划分为7个聚类。结合流变学、年代学和区域地质背景对三个火山复合体区的火山活动特征进行综合分析。结果显示Marius Hills发育的火山穹窿数量较多,高度和坡度较高,以中高钛为主,穹窿代表类型为DC7,岩浆活动时间跨度大(约2.6 Ga)、周期长,显示该区域存在多期次不同特征的火山活动。Rümker Hills发育的火山穹窿数量较少,高度和坡度居中,以低钛为主,穹窿代表类型为DC1和DC4,活动时间相对集中(约0.8 Ga)。Gardner及其周边区域发育的穹窿呈环状和带状分布,高度和坡度较低,以中低钛为主,岩浆活动时间持续约1.0 Ga,穹窿代表类型为DC6,该区域发生了多期次且复杂多样的火山活动。
为了进一步分析火山复合体穹窿等火山地貌的形成和内部岩浆供给机制,本研究利用GRAIL布格重力异常数据,基于重力正演方法,在火山复合体的次表层构建了月幔隆起、玄武岩填充埋藏撞击坑、以及岩床/岩墙群侵入三种典型的深部结构模型,以此模拟火山复合体的次表层结构。结果显示三个火山复合体的次表层结构均可以通过岩床/岩墙群侵入模型进行较好的解释,同时这个模型中还可能伴随月幔隆起和(或)玄武岩的填充。在此基础上,计算了火山复合体岩浆的最大侵入体积和最大喷出体积,得到Marius Hills、Rümker Hills、Gardner区域火山活动期间总的(侵入和喷出)最大岩浆体积分别是4.10×104~7.95×104、1.13×104~2.46×104、3.17×104~4.62×104 km3。因此,三个火山复合体岩浆活动的规模大小依次为:Marius Hills > Gardner > Rümker Hills。火山复合体岩浆侵入体积与喷出体积的比值分别为1.59~4.01(Marius Hills)、2.71~7.07(Rümker Hills)、5.89~9.05(Gardner)。显示位于风暴洋克里普PKT地区的Marius Hills和Rümker Hills火山复合体的岩浆喷出率相对较高,位于PKT外的Gardner火山复合体的岩浆喷出率相对较低,这可能与PKT地区富集的放热性元素作用相关。
综上所述,本研究综合利用遥感和地球物理的分析方法,揭示了月球正面不同火山复合体区岩浆活动的复杂性,这种复杂性可能与生热元素的不均匀分布情况有关。
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