嫦娥4號(hào)著陸區(qū)馮·卡門撞擊坑濺射物的識(shí)別及年代分析*

李圣卉 劉建忠 劉敬穩(wěn) 王俊濤 張敬宜 傅澤華 張珂

撞擊坑是研究月球必不可少的一類地質(zhì)單元，其幾乎覆蓋了整個(gè)月球(Osinskietal., 2011)。撞擊成坑作為一個(gè)重要而獨(dú)特的地質(zhì)過程，對(duì)月球表面的地質(zhì)特征產(chǎn)生了很大的影響，其產(chǎn)生的濺射物的影響范圍更為廣泛(Alvarezetal., 1980；Collinsetal., 2012；?hman and Kring，2012)。根據(jù)其形態(tài)特征，撞擊坑的內(nèi)部從外向內(nèi)依次為坑壁、坑底、中央峰(撞擊坑類型不同而有所差別)，而撞擊坑外部則普遍分布著大量的撞擊濺射物，包括連續(xù)濺射物和不連續(xù)濺射物。其中，連續(xù)濺射物是撞擊坑形成過程中被挖掘的物質(zhì)向四周拋射形成，又被稱為坑緣，通常分布于撞擊坑的最高點(diǎn)至撞擊坑外圍平坦區(qū)域之間的地帶；不連續(xù)濺射物則是指濺射沉積及次生產(chǎn)物(Osinskietal., 2011；Collinsetal., 2012；Glass and Simonson, 2013；丁孝忠等, 2014；郭弟均等, 2016)。濺射物不僅能為認(rèn)識(shí)撞擊坑內(nèi)部物質(zhì)成分提供信息，還是研究地層序列、撞擊坑形成過程和區(qū)域地質(zhì)演化的重要對(duì)象。

馮·卡門撞擊坑位于月球背面南極-艾肯(South Pole-Aitken, SPA)盆地的西北部(圖1)，其中心坐標(biāo)為：44.45°S、176.25°E(Qiaoetal., 2019)，直徑約為186km(Huangetal., 2018；Lingetal., 2019)，內(nèi)部被玄武巖填充(Stuart-Alexander, 1978；Pasckertetal., 2018)，是嫦娥4號(hào)的著陸區(qū)域(吳偉仁等, 2017)，也是目前月球背面唯一具有就位探測數(shù)據(jù)的區(qū)域。在馮·卡門撞擊坑及其周邊區(qū)域，地形復(fù)雜，撞擊坑數(shù)量多且相互疊加、相切，沒有明確的界線，各個(gè)撞擊坑的濺射物相互混合，交錯(cuò)分布，難以區(qū)分(Qiaoetal., 2019)。

圖1 南極-艾肯盆地的數(shù)字高程模型(a)及嫦娥4號(hào)著陸區(qū)馮·卡門撞擊坑(b)

在以往的地質(zhì)圖編研中，對(duì)馮·卡門撞擊坑的濺射物進(jìn)行了提取，如1:500萬的月球背面中心地質(zhì)圖中，以Apollo數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取的馮·卡門撞擊坑的濺射物主要集中于西南部(Stuart-Alexander，1978)；在1:250萬的Planck區(qū)域地質(zhì)圖中，利用影像數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)識(shí)別出的馮·卡門撞擊坑的濺射物在四周都有分布(Yingstetal., 2017)。但是識(shí)別濺射物時(shí)利用的數(shù)據(jù)較為單一，且提取的濺射物以坑緣為主，還包括一部分坑壁物質(zhì)，并未將濺射物進(jìn)行連續(xù)與不連續(xù)的劃分。

撞擊坑年齡的判定方法，從早期的撞擊坑疊置法，到后期的撞擊坑大小-頻率統(tǒng)計(jì)以及如今的絕對(duì)模型年齡，經(jīng)歷了不斷的演化和提升。但對(duì)馮·卡門撞擊坑的年齡一直存在爭議，主要存在兩種觀點(diǎn)：一是馮·卡門撞擊坑的年齡為酒海紀(jì)。在早期的地質(zhì)圖繪制中，人們利用撞擊坑相互之間的疊置關(guān)系，初步判定其為雨海紀(jì)和酒海紀(jì)年齡之間(Stuart-Alexander, 1978)，之后的學(xué)者根據(jù)判定的月海的年齡支持馮·卡門撞擊坑是酒海紀(jì)撞擊坑(Pasckertetal., 2018；Lingetal., 2019)。另一種則認(rèn)為馮·卡門撞擊坑是前酒海紀(jì)撞擊坑，在《月球的地質(zhì)歷史》一書中基于早期數(shù)據(jù)，利用大小-頻率統(tǒng)計(jì)將年齡定為前酒海紀(jì)(Wilhelmsetal., 1987)；在之后的Planck區(qū)域地質(zhì)圖中，利用高清影像數(shù)據(jù)并結(jié)合撞擊坑大小-頻率分布統(tǒng)計(jì)定年法對(duì)馮·卡門撞擊坑進(jìn)行定年，獲得年齡為3.97Ga，即前酒海紀(jì)(Yingstetal., 2017)；目前，此觀點(diǎn)被大多數(shù)人所支持(Huangetal., 2018)。雖然前人對(duì)馮·卡門撞擊坑已開展了一定的分析研究，但由于對(duì)該區(qū)域進(jìn)行撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年所使用的數(shù)據(jù)分辨率有限，并且選擇的撞擊坑的大小及分布區(qū)域也存在一定的影響，因此對(duì)該區(qū)域進(jìn)行定年的精確度有待進(jìn)一步提高。

本文將以馮·卡門撞擊坑為研究對(duì)象，結(jié)合影像數(shù)據(jù)、地形數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)對(duì)馮·卡門撞擊坑的濺射物進(jìn)行識(shí)別，充分發(fā)揮各類數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，進(jìn)行綜合解析，提取連續(xù)濺射物以及不連續(xù)濺射物；然后根據(jù)其周邊撞擊坑的濺射物的影響程度對(duì)馮·卡門撞擊坑連續(xù)濺射物進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，以WAC和TC數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)提取撞擊坑進(jìn)行定年分析，獲得更加準(zhǔn)確的馮·卡門撞擊坑的年齡?？蔀闉R射物的模擬提供參考數(shù)據(jù)，為深入認(rèn)識(shí)月球撞擊過程和地層劃分等提供約束條件，為此區(qū)域的地質(zhì)演化過程乃至整個(gè)SPA盆地的地質(zhì)演化過程提供參考。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

本文使用的數(shù)據(jù)包括：(1)日本月亮女神地形相機(jī)(TC)數(shù)據(jù)(Katoetal., 2010)，分辨率為～10m/pixel，數(shù)據(jù)來源于SELENE Data Archive；(2)美國月球勘測軌道飛行器(LRO)的寬角相機(jī)數(shù)據(jù)(WAC)，分辨率為100m/pixel(Robinsonetal., 2010)；(3)LRO的激光高度計(jì)獲得的月球DEM(Digital Elevation Model)數(shù)據(jù)，分辨率約為59m/pixel(Smithetal., 2010)；(4)Clementine的UVVIS多光譜數(shù)據(jù)的多個(gè)波段，分辨率為100m/pixel(Nozetteetal., 1994)。其中(2)、(3)、(4)數(shù)據(jù)均來源于美國PDS行星數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)。

1.2 方法

1.2.1 濺射物的識(shí)別方法

遙感探測數(shù)據(jù)是進(jìn)行月球地質(zhì)解譯的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)在遙感探測數(shù)據(jù)上呈現(xiàn)出不同的形態(tài)、紋理和反照率等信息特征，借助這些特征信息對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行解譯(郭弟均等, 2016)。濺射物是撞擊坑形成過程中挖掘出的物質(zhì)，相對(duì)于背景物質(zhì)，其出露時(shí)間較短，年齡較新，呈現(xiàn)出明顯不同于背景的遙感信息，但是由于后期的破壞較為嚴(yán)重，影響了它的識(shí)別。利用不同的遙感數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行識(shí)別，包括LRO影像數(shù)據(jù)、LOLA地形數(shù)據(jù)、Clementine多光譜數(shù)據(jù)和計(jì)算獲得的光學(xué)成熟度(optical maturity parameter, OMAT)(Pietersetal., 1994；Luceyetal., 2000)數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行多數(shù)據(jù)融合識(shí)別，最后選擇最優(yōu)的結(jié)果。

光學(xué)成熟度的計(jì)算方法為(Luceyetal., 2000)：

(1)

R750表示波長為750nm的光在一個(gè)象元或區(qū)域中的反射率，R950表示波長為950nm的光在一個(gè)象元或區(qū)域中的反射率，x0和y0在Clementine 多光譜數(shù)據(jù)中的值分別為0.08和1.19。OMAT值越大表示該象元或區(qū)域越不成熟，形成時(shí)間越晚。

1.2.2 定年方法

常用的定年方法包括相對(duì)定年和絕對(duì)定年兩種方法。其中，相對(duì)定年主要有地層疊置法、撞擊坑形態(tài)法、撞擊坑大小-頻率法、月壤成熟度法(郭弟均等, 2014)；絕對(duì)定年則分為樣品同位素測年法和絕對(duì)模型年齡法。本文主要使用地層疊置法、撞擊坑大小-頻率法和絕對(duì)模型年齡法，具體介紹如下：

地層疊置法：應(yīng)用Nicolaus Steno(1669)提出的地層三定律，即疊加定律(Harris，1975)、原始水平律和原始連續(xù)律(Harris，1979)進(jìn)行相對(duì)定年分析，獲得撞擊坑的相對(duì)年齡。

撞擊坑大小-頻率分布統(tǒng)計(jì)法(crater size-frequency distributions, CSFDs)：此方法基于兩個(gè)假設(shè)，一是在地理位置上，撞擊坑的形成是隨機(jī)分布的，具有隨機(jī)性；二是在時(shí)間尺度上，撞擊坑被破壞的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其形成的速度。在此基礎(chǔ)上，同一個(gè)天體表面，原始撞擊坑密度越大的區(qū)域，年齡越老。此種方法具有累積分布和相對(duì)分布兩種表達(dá)形式(Crater Analysis Techniques Working Group, 1979; Neukumetal., 2001)。

絕對(duì)模型年齡法(absolute model ages, AMAs)：結(jié)合樣品年齡和采樣區(qū)撞擊坑分布獲得產(chǎn)率函數(shù)，再利用年代學(xué)函數(shù)，獲得絕對(duì)模型年齡。利用CSFDs確定絕對(duì)模型年齡包括兩個(gè)基本步驟：(1)識(shí)別均一地質(zhì)單元，并測量其面積；(2)精確識(shí)別并量測該區(qū)域內(nèi)主撞擊坑的數(shù)目與直徑(Hartmann, 1970; Neukumetal., 1975, 2001; Neukum, 1983; Hiesingeretal., 2012)。

利用撞擊坑提取工具CraterTools(Kneissletal., 2011)對(duì)均一地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行CSFDs測量。將獲得的撞擊坑的數(shù)量和直徑輸出到Craterstats II(Michael and Neukum, 2010; Michaeletal., 2012, 2016; Michael, 2013)，再利用(Neukumetal., 2001)月球產(chǎn)率和年代學(xué)函數(shù)推導(dǎo)出AMAs，結(jié)果以累積分布圖的形式呈現(xiàn)。

2 結(jié)果

2.1 馮·卡門撞擊坑的濺射物

圖2分別呈現(xiàn)了馮·卡門撞擊坑的濺射物在WAC影像、DEM影像、Clementine UVVIS 750nm反射率影像和光學(xué)成熟度影像的界線特征。從WAC影像(圖2a)可以清楚地觀察到撞擊濺射物的紋理，尤其是馮·卡門撞擊坑的東部區(qū)域，但由于馮·卡門撞擊坑周圍地形復(fù)雜，撞擊坑之間相互疊加，嚴(yán)重影響了撞擊濺射物界線的判別。在DEM數(shù)據(jù)中(圖2b)，馮·卡門撞擊坑的濺射物的界線在南部可以辨認(rèn)，其他區(qū)域無明顯邊界，無法詳細(xì)區(qū)分。在Clementine UVVIS 750nm反射率影像(圖2c)中，濺射物具有較高的反射率，比背景更加明亮，形成了一定的差別，但是濺射物的界線仍舊較為模糊。在OMAT影像(圖2d)中濺射物與背景形成強(qiáng)烈對(duì)比，在撞擊坑周邊的光學(xué)成熟度具有向外延展的趨勢，可根據(jù)這種趨勢識(shí)別濺射物。

圖2 馮·卡門撞擊坑的濺射物在不同數(shù)據(jù)中的展現(xiàn)

為了更加準(zhǔn)確地識(shí)別出馮·卡門撞擊坑的連續(xù)濺射物和不連續(xù)濺射物，本文將結(jié)合不同類型的數(shù)據(jù)來識(shí)別其濺射物。針對(duì)連續(xù)濺射物，本文利用由DEM影像提取的坡度圖(圖3a)和OMAT影像圖(圖2d)初步識(shí)別馮·卡門撞擊坑的連續(xù)濺射物，并與周邊撞擊坑濺射物進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)而通過WAC影像的紋理、結(jié)構(gòu)特征提取邊界部分(圖3b)，最終結(jié)合兩種影像的優(yōu)勢更好地識(shí)別連續(xù)濺射物。而針對(duì)不連續(xù)濺射物，首先將750nm 反射率影像和光學(xué)成熟度影像進(jìn)行疊加(圖3c)，使不連續(xù)濺射物的分布特征更加明顯，從而識(shí)別不連續(xù)濺射物的整體輪廓；再分類顯示OMAT影像(圖3d)，使不連續(xù)濺射物的邊界信息更加清晰易分辨，進(jìn)而識(shí)別不連續(xù)濺射物的細(xì)節(jié)部分。

圖3 濺射物在處理后數(shù)據(jù)中的展現(xiàn)

利用上述方法對(duì)馮·卡門撞擊坑的解譯結(jié)果如圖4a所示，從外向內(nèi)依次為不連續(xù)濺射物、連續(xù)濺射物和坑內(nèi)物質(zhì)(坑壁、坑底、中央峰)，其中坑內(nèi)物質(zhì)主要用來判定連續(xù)濺射物的內(nèi)部界線，為將馮·卡門撞擊坑的濺射物進(jìn)行完整表達(dá)，提取的濺射物存在部分推測。馮·卡門撞擊坑的連續(xù)濺射物以東北-西南方向線為界，其西北側(cè)連續(xù)濺射物保留的較窄，而東南側(cè)則較寬；不連續(xù)濺射物集中在南部區(qū)域，即馮·卡門M撞擊坑內(nèi)的玄武巖上。

為了能夠更加準(zhǔn)確地分析馮·卡門撞擊坑濺射物的分布并獲得其連續(xù)濺射物的均一地質(zhì)單元，本文將馮·卡門撞擊坑周邊的撞擊坑的濺射物也進(jìn)行了識(shí)別(圖4b)，其中Leibnitz、Alder和Finsen撞擊坑的不連續(xù)濺射物可識(shí)別，其它撞擊坑的均未保留。從東南到西部的一系列小型撞擊坑規(guī)模雖小，但是由于其分布在馮·卡門撞擊坑的連續(xù)濺射物上，也對(duì)馮·卡門撞擊坑濺射物產(chǎn)生了一定的影響，這些撞擊坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，連續(xù)濺射物保存也都相對(duì)完整，只有東南方向的兩個(gè)撞擊坑馮·卡門L和馮·卡門L’(Huangetal., 2018)存在部分疊加，濺射物混合嚴(yán)重，難以區(qū)分；位于西部的Cajori和Oresme撞擊坑破壞嚴(yán)重，濺射物保留非常有限，其中Oresme撞擊坑距離馮·卡門撞擊坑比較近，其連續(xù)濺射物部分覆蓋在馮·卡門撞擊坑濺射物上，Cajori撞擊坑距離馮·卡門撞擊坑較遠(yuǎn)，其連續(xù)濺射物對(duì)馮·卡門撞擊坑的影響不顯著；位于北部的Leibnitz撞擊坑明顯覆蓋了部分馮·卡門撞擊坑區(qū)域，其濺射物甚至覆蓋了部分馮·卡門撞擊坑的內(nèi)部，對(duì)馮·卡門撞擊坑影響較大；東北部的Finsen撞擊坑保留完整，其濺射物具有明顯的地形隆起和放射性紋理，次級(jí)坑長鏈分布廣泛，這些濺射物不同程度的覆蓋了周圍的撞擊坑；位于東南部的Alder撞擊坑保留較為完整，其濺射物在四周都有分布，較易識(shí)別，其西北部受小型撞擊坑影響較大。

基于對(duì)周圍撞擊坑濺射物的提取結(jié)果，發(fā)現(xiàn)馮·卡門撞擊坑的連續(xù)濺射物以南部保存最為完整，幾乎沒有受到后期大型撞擊的影響；東部保存雖相對(duì)完整，但是受到Finsen和Alder撞擊坑的影響，尤其是Finsen撞擊坑濺射物的影響，混合較為嚴(yán)重；而在東北部和北部區(qū)域，連續(xù)濺射物基本沒有保留，都被后期形成的Leibnitz和Finsen撞擊坑所覆蓋；在西部連續(xù)濺射物有部分殘留，但它不僅受到大型撞擊坑Cajori和Oresme撞擊坑的影響，還被后期許多小型撞擊坑覆蓋，濺射物較為復(fù)雜。

2.2 馮·卡門撞擊坑區(qū)域的年齡

根據(jù)馮·卡門撞擊坑及周邊撞擊坑的連續(xù)濺射物和不連續(xù)濺射物的分布和影響特征并結(jié)合地形粗糙度圖(圖4c)，可將馮·卡門撞擊坑的濺射物分成6個(gè)單元(圖4d)。V1：馮·卡門撞擊坑南部幾乎沒有受到周圍大型撞擊坑濺射物影響的粗糙度較低的平坦區(qū)域；V2：西南部主要被后期小型撞擊坑影響的粗糙度較高的區(qū)域；V3：Oresme撞擊坑濺射物影響的區(qū)域；V4：Leibnitz撞擊坑濺射物影響的區(qū)域；V5：以Finsen撞擊坑濺射物影響為主的區(qū)域；V6：以Alder撞擊坑濺射物影響為主的區(qū)域。

利用CraterTools工具提取撞擊坑時(shí)，將WAC影像和TC影像相結(jié)合，以保證提取的撞擊坑的準(zhǔn)確性。將6個(gè)單元的撞擊坑均進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并排除次級(jí)坑，基于大小-頻率分布統(tǒng)計(jì)定年法進(jìn)行相對(duì)定年分析，最后利用CraterstatsⅡ獲得各個(gè)地質(zhì)單元的絕對(duì)模型年齡(圖5)。

圖5 馮·卡門撞擊坑單元1-單元6年齡圖

通過定年獲得了單元V1到V6的年齡，最大年齡差為2.65Gyr。整體上，在單元V5 Finsen撞擊坑處出現(xiàn)強(qiáng)烈變化，年齡非常小，只有1.50Ga；而單元V1年齡最大，4.15Ga，是本區(qū)域最古老的單元。其它單元年齡位于3.78Ga和3.96Ga之間，年齡差僅有0.18Gyr。雖然單元V1到V6都位于馮·卡門撞擊坑連續(xù)濺射物區(qū)域，但它們的年齡卻不盡相同，這可能是受到了周邊撞擊坑濺射物的影響，導(dǎo)致年齡存在差異，尤其是單元V5。

單元V1是所有單元中受到其他撞擊坑的影響最小的，保留最完整的區(qū)域，幾乎沒有被周圍的大型撞擊坑濺射物覆蓋，只有內(nèi)部存在一個(gè)較小的后期撞擊坑，但其濺射物并沒有明顯改變馮·卡門撞擊坑濺射物的形態(tài)，因此選擇V1的定年結(jié)果作為馮·卡門撞擊坑的形成年齡(圖4d)。

3 討論

3.1 對(duì)利用多源數(shù)據(jù)識(shí)別撞擊坑濺射物的啟示

對(duì)于大型撞擊盆地和撞擊坑，撞擊形成的濺射物分布廣泛，加速其周圍撞擊坑物質(zhì)的改造，影響其周圍濺射物的識(shí)別，使撞擊坑濺射物識(shí)別相對(duì)困難(Kring and Durda, 2012)。在以往的濺射物識(shí)別過程中，大都采用影像數(shù)據(jù)，通過紋理來識(shí)別其濺射物分布范圍(Yingstetal., 2017)。本文利用多源數(shù)據(jù)融合進(jìn)行了濺射物的識(shí)別，不僅利用影像數(shù)據(jù)的紋理特征，也結(jié)合了光譜數(shù)據(jù)的光譜特征，使濺射物分布更加清晰、明顯，有利于濺射物的識(shí)別與判斷。同時(shí)，將濺射物劃分為連續(xù)濺射物和不連續(xù)濺射物(郭弟均等, 2016)，使識(shí)別的濺射物更加準(zhǔn)確。

坡度圖顯示出明顯的坡度對(duì)比，突出了濺射物與背景的差異性，相鄰撞擊坑間則可通過坡度的趨勢進(jìn)行初步的劃分，這簡化了濺射物的提取工作，再結(jié)合WAC影像圖進(jìn)行細(xì)節(jié)提取，提高了工作效率。OMAT圖像充分利用了月壤成熟度，增強(qiáng)了影像中元素的對(duì)比度，以彩色顯示，使不同物質(zhì)間差別增大，與750nm反射率影像融合使不連續(xù)濺射物紋理清晰，形態(tài)可見，兩個(gè)數(shù)據(jù)間相互補(bǔ)充，表達(dá)效果明顯提高。OMAT影像分類圖利用月壤成熟度值將影像進(jìn)行了分類，使數(shù)據(jù)簡單化，濺射物的邊界結(jié)構(gòu)化，有明確的分界線，識(shí)別起來更加簡單可操作。

馮·卡門撞擊坑雖然受后期撞擊坑濺射物影響較大，但仍有部分保留，且其明顯疊加在馮·卡門M撞擊坑上，它可能挖掘出了相對(duì)較老的前酒海紀(jì)馮·卡門M的物質(zhì)(Pasckertetal., 2018)，它與周邊撞擊坑影響都小的區(qū)域可能是SPA盆地物質(zhì)，對(duì)于SPA盆地的研究具有重要的意義。根據(jù)疊覆關(guān)系和定年結(jié)果發(fā)現(xiàn)，撞擊坑年齡越老，其濺射物保留的越少，尤其是不連續(xù)濺射物，撞擊坑年齡越小，其濺射物保留的越完好，尤其是愛拉托遜紀(jì)的撞擊坑，其濺射物紋理清晰易識(shí)別。

3.2 馮·卡門撞擊坑的形成年齡

盡管前人已對(duì)馮·卡門撞擊坑年齡分析開展了多項(xiàng)工作，但目前關(guān)于其形成年代尚未獲得統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，有酒海紀(jì)(Stuart-Alexander, 1978；Pasckertetal., 2018；Lingetal., 2019)與前酒海紀(jì)之爭(Wilhelmsetal., 1987；Losiaketal., 2009；Yingstetal., 2017；Huangetal., 2018)。之所以產(chǎn)生這樣不一致的結(jié)果，主要是受到后期周圍撞擊坑濺射物的影響，未能準(zhǔn)確提取定年撞擊坑。

以往都是利用WAC影像進(jìn)行撞擊坑的提取(Yingstetal., 2017；Pasckertetal., 2018)，它覆蓋的范圍廣，各個(gè)區(qū)域都能夠顯示。但WAC影像分辨率有限，其部分撞擊坑邊界顯示不清晰，會(huì)影響撞擊坑的精確識(shí)別(圖6b)。而TC影像具有一定的傾角，導(dǎo)致撞擊坑內(nèi)部及坡度較大的區(qū)域出現(xiàn)盲區(qū)，給撞擊坑的識(shí)別帶來了困難；但是正因?yàn)槠浯嬖趦A角，其顯示的撞擊坑邊界更加明顯，易于識(shí)別，且其分辨率較高，提取的邊界更加準(zhǔn)確(圖6c)。因此本文結(jié)合WAC和TC影像對(duì)撞擊坑進(jìn)行提取，既保證了撞擊坑數(shù)量的全面，又提高了其識(shí)別的精度，為精確定年奠定了基礎(chǔ)。

圖6 WAC和TC影像的比較

獲得的年齡結(jié)果中，從單元V1到V6年齡起伏較大，其累積頻率與年代曲線部分重合，存在較大偏移，撞擊坑直徑越小，其曲線坡度越緩；而相對(duì)頻率分布都較分散，沒有明顯的聚集(圖7)。利用年代曲線將撞擊坑大小-頻率分布劃分為幾部分，使獲得的年齡結(jié)果更加可信。可以發(fā)現(xiàn)，在撞擊坑直徑為300～500m時(shí)(綠色)，獲得的絕對(duì)模型年齡都較小，其與年代曲線的重合度太低，出現(xiàn)了“翻轉(zhuǎn)”(Kneissletal., 2016)；當(dāng)撞擊坑直徑較大時(shí)(紅色，每個(gè)單元依據(jù)匹配度而選擇不同的直徑)，獲得的絕對(duì)模型年齡都較大，但是許多單元都只有幾個(gè)撞擊坑，雖然獲得了年齡，但其可信度太低，偶然性太強(qiáng)；位于曲線中間的部分(黃色和藍(lán)色)，獲得的絕對(duì)模型年齡多數(shù)在3.6～4.0Ga之間，只有單元V5較小，且此區(qū)域的撞擊坑大小-頻率分布要優(yōu)于前兩者。

圖7 各單元CSFDs和模型年齡的累積圖

選擇的300～500m撞擊坑曲線明顯偏離，這是因?yàn)榇搜芯繀^(qū)域的小型撞擊坑受到微隕石轟擊、太陽風(fēng)、宇宙射線和風(fēng)化作用的影響并被后期濺射物覆蓋，僅有部分仍然保留。單元V5中比較匹配沒有明顯偏離，是因?yàn)檫@里地層較新，小型撞擊坑保留的相對(duì)較多。每個(gè)單元曲線劃分的幾個(gè)不同區(qū)域，年齡有差別，這是由于每一次濺射物的重新覆蓋都會(huì)對(duì)表面年齡產(chǎn)生影響，故代表了此區(qū)域經(jīng)歷了幾次地質(zhì)演化。受到后期撞擊坑濺射物影響越大，年齡則越偏小，大型撞擊坑濺射物對(duì)撞擊坑年齡判定的影響大于小型撞擊坑，因此選擇V1作為馮·卡門撞擊坑的年齡，可信度較高。

單元V1選擇了直徑大于2km的撞擊坑(匹配度高)，共22個(gè)，獲得的絕對(duì)模型年齡為4.15Ga，在前酒海紀(jì)范圍內(nèi)，即馮·卡門撞擊坑的年齡為前酒海紀(jì)，在其后期可能受到來自其正北面的Leibnitz撞擊坑和西南方向的Cajori等撞擊坑濺射物的影響，曲線坡度變緩，獲得另一絕對(duì)模型年齡3.96Ga。

為了進(jìn)一步對(duì)比，本文對(duì)整個(gè)研究區(qū)域進(jìn)行定年，獲得馮·卡門撞擊坑的年齡曲線(圖8)，其位于中間的部分(藍(lán))匹配度要優(yōu)于大型撞擊坑區(qū)域(紅)，傾向于其年齡為3.89Ga，即酒海紀(jì)。其大型撞擊坑區(qū)域與單元V1相比，其年齡較小，撞擊坑數(shù)量少，匹配度低，因此可信度較低，但是它的存在證明了馮·卡門撞擊坑應(yīng)有更古老的年齡。

圖8 整個(gè)研究區(qū)域的年齡

經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)單元V1的年齡更加真實(shí)可信，且通過濺射物進(jìn)行單元?jiǎng)澐挚梢杂行懦笃谧矒艨訛R射物的影響，使獲得的撞擊坑年齡更接近其真實(shí)年齡值，其可信度明顯提高，這將為后期進(jìn)一步的工作提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本文利用多源數(shù)據(jù)對(duì)撞擊坑濺射物進(jìn)行了識(shí)別和定年分析，主要獲得以下結(jié)論：

(1)利用影像數(shù)據(jù)的紋理特征，并結(jié)合光譜數(shù)據(jù)的成分差異性，可以提高撞擊濺射物識(shí)別的準(zhǔn)確性；

(2)馮·卡門撞擊坑的連續(xù)濺射物和不連續(xù)濺射物都受到后期撞擊影響，破壞較為嚴(yán)重，基于對(duì)周邊撞擊坑濺射物的提取結(jié)果，發(fā)現(xiàn)馮·卡門撞擊坑的連續(xù)濺射物以南部保存最為完整；

(3)本文在精確識(shí)別撞擊坑邊界的基礎(chǔ)上，選擇濺射物保留相對(duì)完整的區(qū)域作為定年對(duì)象，獲得了馮·卡門撞擊坑的年齡為4.15Ga，即前酒海紀(jì)。

致謝本文所使用的TC數(shù)據(jù)來源于SELENE Data Archive；LRO的WAC數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和Clementine的UVVIS多光譜數(shù)據(jù)均來源于美國PDS行星數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，在此致以真誠的感謝。感謝中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所岳宗玉老師及另外一位審稿人的寶貴意見。另外，還要感謝中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所各位老師和同學(xué)們的幫助。