基于嫦娥数据的月球克里普岩出露区域和出露原因研究

Lunar surface exposure of KREEPy rocks is a key and core problem to understand lunar evolution and the distribution inhomogeneity of lunar chemical composition, and has always been a controversial issue from the 70s of the last century to now. In this application, we employ the research idea: "Extraction of lunar chemical composition-Determining the lunar surface distribution of KREEPy rocks-Exposure mechanism analysis of KREEPy rocks". The research content primarily includes 4 aspects: first, employing Chang'E-2 GRS (Gamma Ray Spectrometer) data to extract the Th (thorium) distribution on the lunar surface; second, using Chang'E-1 IIM (Interference Imaging Spectrometer) imagery to determine the FeO distribution on the lunar surface; third, according to the Th and FeO abundances on the lunar surface, establishing a semi-supervised learning algorithm, which focuses on the small labeled sample available and is based on a mutual learning strategy, to recognize the KREEPy rock distribution on the lunar surface; and our research can well improve the performance of the present research which only considers the Th abundance and is difficult to well determine the exposure area of KREEPy rocks under the circumstance of small lunar rock sample available; finally, analyzing the spatial relationship of the KREEPy exposure region with the geomorphic character caused by mare volcanism and further discussing whether mare volcanism was one of the reasons that led to the exposure of KREEPy rocks. The project is hopeful to improve the recognizing precision of the KREEPy rock exposure area and provide the scientific evidence for the exposure mechanism of KREEPy rocks.

克里普岩的月面出露区域及出露原因是理解月壳形成时期和形成后月球演化的关键科学问题，是揭示月球化学分布不均一性的核心科学问题，也是自上世纪70年代至今一直存在争议的问题。本项目以"月表成分含量提取-克里普岩月面出露区域确定-克里普岩出露原因分析"为研究主线；研究内容包括：采用嫦娥二号伽玛射线谱仪数据提取月表钍元素含量分布，采用嫦娥一号干涉成像光谱仪数据提取月表FeO含量分布；综合采用月表钍元素和FeO含量，建立针对小标记样本的基于互学习策略的半监督学习算法，确定克里普岩的月面分布区域，改进了现有研究仅考虑钍元素含量，且在少量月岩样本情况下，难以较准确确定克里普岩月面出露区域的不足；分析克里普岩月面出露区域与月海玄武岩火山喷发形成的典型地貌特征的空间位置关系，进而探讨克里普岩月面出露与月海玄武岩火山喷发是否有关。本项目有望提高克里普岩月面出露区域的识别精度，为克里普岩月面出露原因提供科学依据。

克里普岩的月表出露区域及出露原因是理解月球演化的关键科学问题。本项目研究采用嫦娥数据提取月表FeO和Th含量，进而确定克里普岩的月表出露区域，分析克里普岩出露原因。项目实施成功，主要完成了以下7部分研究工作。（1）基于CE-1 IIM数据揭示了月表各主要氧化物FeO、Al2O3、TiO2、CaO、MgO、SiO2含量的分布特征；（2）基于CE-2 GRS数据，结合月岩样本的Th含量特征，揭示了Th含量在月表和壳幔内的分布特征，分析了克里普岩出露于月表的原因；（3）基于CE-3 APXS数据提取嫦娥三号着陆地区的MgO、Al2O3、SiO2、K2O、CaO、TiO2、FeO含量，揭示该地区富Fe，岩性为中等钛含量的月海玄武岩；（4）基于LP GRS数据分析近月表岩性分布特征，生成国际上第一幅全球近月表五大岩套岩性分布图，并对与月球演化相关的4个重要且长期存在争议的问题，给出了结论，包括：克里普岩和镁质岩套是否存在岩石学成因关系？镁质岩套和碱性岩套是否存在岩石学成因关系？克里普岩的月表出露区域在哪，月表出露原因是什么？南极艾特肯盆地的开掘程度如何？（5）基于CE-1 IIM和LP GRS数据，生成月表五大岩套岩性分布图，分析了克里普岩及其他4类岩套的出露区域，其中揭示的富镁岩套和碱性岩套的出露区域，为硅质火山活动和早期富镁岩浆活动提供了重要线索；（6）基于LROC WAC、LROC NAC、LOLA DEM、GLD 100、CE-1 IIM、M3、Clementine和LP GRNS等多源数据，分析了Balmer-Kapteyn地区隐月海的分布、地形、埋藏深度、风化程度、化学组分、岩性和矿物特征；（7）机器学习、深度学习和计算智能算法研究。本项目的成功实施为回答月球演化进程的一些关键问题提供了新的思路和突破点。