月球东海盆地撞击特征及其撞击过程数值模拟

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东海是月球上较年轻的多环撞击盆地,关于其形成机制的研究很多,但成果大都基于正撞击的机制提出的,虽然有部分学者提出东海是斜撞击的,但缺乏具体撞击参数。本文通过多源数据融合,综合分析LRO影像数据、LOLA地形数据、IIM高光谱数据等数据,对东海地区的地貌特征、物质成分进行了较为系统的解译,发现在东海中央熔融区存在一条与东海撞击方向垂直的中央隆起区域(中央隆起线),其也是中央熔融区粗糙部分与光滑部分的分界线,结合撞击成坑理论,认为其可能是撞击过程冲击波作用引起的堆叠作用形成的。同时利用GRAIL数据及对该地区的重力异常的成因进行了分析,认为异常是由于压强、温度及岩石粘度的改变引起局部莫霍面抬升和中央熔融物的形成而出现的,进而估算出熔融物占盆地内物质的25%,约为1.1×106 km3。同时,对GRAIL数据的剖面分析结果也支持了本文的斜撞击理论。最后,综合多方面的信息和撞击理论获取东海盆地构造分布图,并根据中央隆起线、溅射物及线性构造的分布特征等,提出东海盆地理论上是由一直径在50~100km的撞击体以10~30km/s的速度自东偏北约20~30°方向以20~30°的角度斜撞击月表而形成的。  另外,本文利用iSALE对东海盆地的形成过程进行了数值模拟,再现了东海盆地的撞击过程。主要对东海盆地形成时的两种温度进行分组数值模拟,其中在温度模型TP1模型中温度梯度为10 K/km,固液相线的月幔深度约为150-300km,月幔熔融温度为1660 K(深度约为800km);在温度模型TP2中温度梯度为10 K/km,固液相线的月幔深度约为300-500km,月幔熔融温度为1773 K。模拟结果表明在温度环境为模型TP1时:当速度为10 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为110km;当速度为12km/s时,撞击体的最佳拟合直径为100k m;当速度为15 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为80 km;当速度为20 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为75 km;当速度为25 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为70km。在温度环境为模型TP2时:当速度为10 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为115km;当速度为12 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为105 km;当速度为15 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为85km;当速度为20 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为80 km;当速度为25 km/s时,撞击体的最佳拟合直径为75 km。可见在挖掘阶段,达到相同的坑大小,在较热的温度模型TP2下所需的撞击体速度和直径较小,这可能是热环境的冲击波速较大以及物质相同位移所需能量较少引起的,并且表明在后期改造过程甚至在漫长的地质时期中,温度环境也将影响撞击坑的改造,同时会影响质量瘤的大小。针对已被公认和广泛应用的撞击坑标量公式ΠD=GDΠ2-β,对38亿年时月球盆地级撞击坑的标量公式的具体参数进行了估计计算,为ΠD=5.555Π2-0.913,可作为利用对38亿年左右盆地解译结果推测该盆地撞击体性质的一个大致范围的参考。
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