月球形成初期曾经历剧烈的小天体撞击事件，其表面广泛分布的巨型撞击盆地（直径超过300公里）是最直观的地质记录。这些巨型撞击盆地集中形成的时期被称为月球晚期重轰击（Late Heavy Bombardment，LHB），其本质反映了月球撞击通量的变化。关于LHB期间月球撞击通量的变化，学术界长期存在两种对立的观点：1、撞击通量自月球形成后呈现持续缓慢下降的趋势； 2、撞击通量在距今约38–40亿年内突然升高。导致这一争议的主要原因是月球的大多数撞击盆地缺乏精确的放射性同位素年龄的约束。嫦娥六号采样点所在的阿波罗（Apollo）盆地直径约540公里，作为月球南极-艾特肯（SPA）盆地内最大的次级撞击构造，其形成年龄可能标志着LHB的启动时间。因此，精确测定该盆地的形成年龄成为破解LHB之谜的关键。

图1 嫦娥六号月壤中识别出的三颗KREEP岩屑

撞击熔融岩石（impact melt rock）是月球岩石遭受撞击时产生的高温熔体冷却结晶而形成的一类特殊月球岩石，被视为记录月球撞击历史最理想的“地质时钟”。通过对这类岩石的精细年代学研究，有望获得Apollo盆地的形成时代。中国科学院广州地球化学研究所月球样品研究小组陈景有博士后、张乐高级工程师等在徐义刚院士指导下，联合大湾区研究团队（中山大学肖智勇教授和香港大学钱煜奇博士）以及国外合作者，从3.5 g嫦娥六号月壤样中识别出三颗撞击熔融岩屑（图1）。这些岩石碎屑 (150-350微米）具细粒嵌晶-斑状结构、高Co/Ni（11.2–14.6）铁镍金属以及矿物组合不一致的冷却速率等特征，且显著富集不相容元素（图2a-c），其Sr同位素符合KREEP（泛指富集钾元素、稀土元素，磷元素及其他不相容元素组分的月球岩石）岩石演化的特征（图2d）。因此本次发现的这三颗岩屑为富KREEP撞击熔融岩石。

图2 三颗撞击熔融岩屑的微量元素成分以及Sr同位素组成。 

研究团队利用离子探针技术分析了两颗岩屑中的含锆矿物、磷酸盐矿物以及其他硅酸盐矿物，得到了具有非常一致的Pb-Pb年龄，分别为4164±7 Ma和 4184±40 Ma，平均加权年龄为41.6 亿年，很可能对应于一次大规模撞击事件的发生时间。

图3  最左侧Pb-Pb等时线年龄。

考虑到嫦娥六号采样点位于南极-艾特肯（SPA）盆地中的阿波罗盆地内，上述获得的撞击年龄最有可能记录的是SPA或者阿波罗盆地的形成时代。然而现有的样品分析和撞击坑统计研究表明，SPA盆地的形成年龄早于42亿年前。因此，本研究分析的较年轻的撞击熔体碎屑（~4.16 Ga）最有可能记录的是阿波罗盆地的形成年龄。三颗岩屑的KREEP特征指示它们是阿波罗撞击盆地形成的产物。SPA撞击盆地内部的KREEP物质被认为有三种可能的来源：1、雨海盆地撞击对跖点溅射；2、SPA撞击事件本身挖掘出的深部月球岩浆洋残余物（urKREEP）；3、SPA撞击熔融池的分异产物。本研究获得的撞击年龄（4.16 Ga）显著老于雨海盆地的年龄（~3.9 Ga），并年轻于预计的SPA年龄，因而排除了第一和第二种来源。热化学模型的结果显示SPA撞击熔融池可能经历了类似月球岩浆洋的结晶过程，导致晚期分异残余物具有类似KREEP地球化学特征。地形地貌观测表明，在阿波罗盆地形成以前，部分SPA撞击熔融池分异的KREEP物质已分布在Apollo盆地区域（图4a）。因此，在阿波罗盆地形成时，该区域之前分布的KREEP物质将无可避免地被改造，形成新的具有KREEP属性的撞击熔体。最后，由Chaffee S撞击事件将阿波罗撞击产生的富KREEP岩石输送至嫦娥六号着陆区（图4b）。

图4 嫦娥六号月壤样品中富KREEP撞击熔融岩石成因模式图。

综合遥感数据、地球化学数据、岩石学特征和着陆区地质背景等多方面的信息，本项工作证实了阿波罗盆地形成于距今约41.6亿年前，这一发现对于理解太阳系晚期重轰击（LHB）事件具有两点新的指示意义。第一，基于撞击坑频率统计的结果表明，阿波罗盆地的形成年龄略晚于酒海（Nectaris）盆地的形成年龄（图5）。由于酒海盆地常被用作LHB事件的起始标志，这一结果将LHB的起始时间进一步约束至早于41.6亿年。第二，撞击通量的分析揭示LHB期间撞击通量呈缓慢衰减，不支持灾变式（38-40亿年间撞击通量激增）的LHB。

图5 晚期重轰击（LHB）期间月球撞击通量的变化模式图

项目资助：本工作得到了中国科学院（批准号：ZDBS-SSW-JSC007-11）、中国科学院广州地球化学研究所月球研究项目（批准号：2022SZJJZD-03）和中国科学院与香港地区“化学地球动力学联合实验室”（JLFS/P-702/24）等的资助。

论文信息：

中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士研究团队，联合粤港澳大湾区科研力量（中山大学、香港大学）及国际合作学者（英国曼彻斯特大学、美国布朗大学和圣母大学），通过对嫦娥六号返回样品中撞击熔融岩屑的系统分析，成功确定了嫦娥六号采样点所在的阿波罗盆地形成于距今约41.6亿年前，为揭示太阳系早期撞击历史提供了关键的时间锚点。

研究成果以“KREEP-like lithologies in the South Pole-Aitken basin reworked by the Apollo basin impact at 4.16 Ga”为题，于北京时间2025年8月20日星在线发表于Nature Astronomy。

论文共同第一作者为中国科学院广州地球化学研究所陈景有博士后和张乐高级工程师，通讯作者为徐义刚院士。