苏斌等-NSR：42.5亿年！嫦娥六号月壤确定南极-艾特肯盆地年龄

自1959年前苏联“月球3号”探测器传回第一张月球背面的模糊影像以来，直径约2500公里的南极-艾特肯盆地（South Pole-Aitken, SPA盆地）便成为人类深空探测的焦点。这个面积上堪比半个中国陆地的撞击盆地，不仅是月球最大、最古老的撞击遗迹（被列为月球三大地体之一），更是太阳系早期小行星剧烈轰炸的见证者，可作为校准太阳系撞击史的黄金参照，为火星、水星等行星撞击坑建立统一年龄标尺，是太阳系留给人类珍贵的“宇宙时钟”（图1）。

图 1 CCTV-1大型科学纪录片《飞向月球》介绍SPA盆地规模

然而这个承载着太阳系童年记忆的巨型撞击盆地，它的形成时间却让行星科学家困惑了半个多世纪。目前主要通过两种途径推测其年龄：（1）撞击坑统计定年法给出从42.6至>43.3亿年不等年龄，但该方法对40亿年前事件的定年误差较大，且月表正背面撞击通量是否相同也直接影响结果的可靠性；（2）月球陨石及采自正面的阿波罗样品揭示 43.5-43.3亿年发生过一次全月球热事件，推测与SPA撞击相关。然而，月球早期重大地质事件密集发生，这种时间标定的不确定性，使我们难以判断SPA盆地究竟是月球岩浆洋凝固的见证者、月球二分性的缔造者、还是太阳系晚期重型轰击的揭幕者，直接阻碍了我们对月球早期演化关键节点的认知，也限制了对太阳系早期大型撞击历史的理解。

我国嫦娥六号任务首次实现月球背面SPA盆地采样返回，为直接测定该盆地形成时间提供了历史性机遇。当前样品研究面临三重挑战：首先，着陆点位于SPA盆地内部的阿波罗盆地月海区，该区域在SPA大撞击后又历经多次撞击及火山覆盖，如何从多源混杂的月壤中甄别撞击成因岩屑成为首要难题；其次，如何精准测定这些岩屑的形成年龄是建立撞击事件年代序列的关键环节；最后，遥感光谱显示SPA盆地与阿波罗盆地的非月海物质均为苏长质岩石，嫦娥六号月壤可能包含来自SPA盆地、阿波罗盆地及周边撞击坑的溅射物，如何在这些撞击成因岩屑中准确识别SPA盆地的撞击熔岩是破解该盆地形成时间的核心挑战。

中国科学院地质与地球物理研究所嫦娥六号攻关突击队陈意研究员团队，从5克月壤中分选出1600余颗大于200微米的岩屑，并从中挑选出20颗代表性苏长质岩屑（图2），开展岩石学、地球化学和年代学研究工作。研究发现，虽然这些苏长质岩屑在矿物组成和全岩成分上与阿波罗样品中岩浆侵入成因的苏长岩相同，但在矿物主微量元素特征方面存在显著差异。极低挥发性元素含量、高Ni/Co比值及熔融残留矿物等证据，均指示这些岩屑属于撞击熔融形成的一种新型月球苏长岩，将其命名为南极-艾特肯苏长岩（SPANs）。

图2 嫦娥六号月壤中不同粒度的撞击成因苏长岩

在这些苏长质岩屑中，共发现33颗粒径为1-5微米的含锆矿物，包括20颗钙钛锆石、7颗静海石、5颗斜锆石和1颗锆石。对这些含锆矿物进行SIMS铅同位素定年，识别出42.5亿年和38.7亿年两期撞击事件（图3）。值得注意的是，其中5颗42.5亿年的苏长质岩屑呈现不同的矿物粒度和结构，并且从粗粒到细粒矿物的主微量元素表现出系统的岩浆演化趋势，揭示其源于同一大型撞击岩浆池（impact melt sheet）不同层位的分离结晶过程（图4）。

图3 撞击成因苏长岩含锆矿物Pb-Pb同位素定年结果

图4 42.5亿年前SPA大型撞击岩浆池结构模型

为追溯这一古老撞击苏长岩的源区，团队基于遥感数据，对SPA盆地内部及周边区域进行了大范围岩性填图和溯源工作（图5）。结果显示，42.5亿年的苏长质岩屑最可能来自着陆区南缘、SPA盆地内环的成分异常区，代表SPA大型撞击岩浆池的产物。综合以上证据，团队最终确定SPA盆地形成于42.5亿年前。

图5 SPA盆地及周边大区域岩性分布图（a，b），溅射物潜在来源（c），以及SPA盆地（d）和阿波罗盆地（e）非月海物质岩石类型对比

该项工作表明，在太阳系形成3.2亿年后发生的巨型撞击事件，不仅塑造了月球背面标志性的SPA盆地，而且为月球撞击坑统计定年法提供了来自月背的初始锚点。该研究发现，基于月球正面样品校正的撞击曲线推算的SPA盆地模式年龄与同位素定年结果基本一致，这暗示着月球早期正面和背面的撞击通量大致相当。更为重要的是，该项工作确认此前基于月球正面样品认识的发生在43.5-43.3亿年的一次全月热事件与SPA大型撞击事件无关，这为精准重塑月球早期一级演化序列提供了关键时间约束和重要理论支撑。

研究成果发表于国内综合性学术期刊NSR（苏斌, 陈意*, 王则灵, 张迪, 陈浩杰, 芶盛, 岳宗玉, 刘艳红, 原江燕, 唐国强, 郭顺, 李秋立, 林杨挺, 李献华, 吴福元. South Pole–Aitken massive impact 4.25 billion years ago revealed by Chang'e-6 samples [J]. National Science Review, 2025.DOI:10.1093/nsr/nwaf103.）。该项研究由国家自然科学基金项目（42225301和42441802），中国科学院前沿科学与基础研究局项目（QYJ-2025-0104），先导专项B（XDB0710000）和研究所重点部署研究项目（IGGCAS-202401）共同资助。