月表构造与深部构造的关系

地球和月球很可能是通过大撞击形成的。在行星地质学中,研究月球的地质-构造现象,对了解月球、地球乃至太阳系的形成与演化历史都有很大帮助。月球的构造分为深部构造与月表构造,寻找它们在分布或成因上的关系,可以为月球甚至地月系的起源和演化历史提供重要参考。利用LROC的宽视角影像数据以及LOLA数据提取解译月表构造,结合深大断裂进行观察分析,并对月球的撞击盆地进行统计,最后以静海地区为例分析构造分布特征,发现月球的质量瘤盆地中具有环状分布的月岭,外侧具有近环状分布的深大断裂,自前酒海纪至酒海纪,具备上述特征的质量瘤盆地占总撞击盆地的比例突然有一个很大的提升,且静海地区西部具有该构造分布特征。推测该特征与撞击、月海沉降等有关,且在酒海纪与雨海纪期间月球有较多的月海玄武岩分布,由此判断静海西部存在质量瘤,发生过撞击与月海沉降。     

月海盆地线性构造展布及其成因分析

综合多源遥感数据识别提取月球正面南北纬50°之间的线性构造,重点分析月岭和月溪的影像特征、分布规律和时空关系,结合月海沉降模型分析两者的成因机制,结合地形和重力场数据预测影响月岭类型的因素。研究表明,在质量瘤盆地,月岭和月溪存在明显的时空关系和构造成因联系,两者主要由月海沉降产生的局部应力引起,前月海时期盆地的均衡状态和月海充填的几何形状可能影响了月岭的分布类型。     

雨海哥白尼纪月岭的构造样式与演化过程研究

月岭是月球表面月海中分布最广的一种线性构造。虽然月岭的形貌特点已被广泛认识,但它的演化机制与过程却一直存在争论。月球目前所处的地质历史时期哥白尼纪形成的另一种线性构造叶状陡坎已被发现,改变了之前人类普遍认为月球自31亿年以来再无构造活动的认识,但月岭发育的时代特征还未确定,因此,对月岭成因过程和形成时代的研究是认识月球表面构造形成机制和月球演化过程的关键。基于美国勘测轨道飞行器(LRO)数据,对雨海地区的月岭构造进行解译;利用小型撞击坑直径与形貌相对关系定年法结合月岭与小型撞击坑的交切关系,证明在哥白尼纪月球表面仍然有月岭发育,进一步证实月球表面仍然有构造运动发生。利用哥白尼纪叶状陡坎的成因机制,文中设计了基底收缩作用下的月岭砂箱构造物理模拟实验,并设置不同参数多次反复模拟,将模拟结果的顶面和剖面形态以及构造样式与实际月岭进行了对比分析。模拟结果与实际月岭各项特征基本吻合,得出基底收缩可以作为哥白尼纪月岭的形成机制;此外,通过实验发现在这一机制下月岭是由先形成的叶状陡坎构造发展而来,并在月岭发育后又有新的叶状陡坎形成。通过实验过程的监测以及对实验数据的测算,发现月岭的演化过程经历塑性变形期、叶状陡坎发育期、月岭形成期和月岭成形后的叶状陡坎再发育期4个时期;月岭与叶状陡坎并不是受物质与环境约束完全独立发育的两类线性构造,在哥白尼纪以收缩为动力来源的应力环境下可以互相转化。     

月岭形成机制及其与潮汐力的相关性分析

月岭作为月表常见的线性构造类型之一,具有一定的分布规律。利用LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter)的DEM数据提取月岭剖面并进行了构造分析,认为月岭主体为逆冲断层叠加牵引褶皱的挤压构造形成机制。前人多用月海盆地沉降叠加月球热能收缩解释月岭的成因,但它无法解释盆地中央月岭呈近南北向的优选方位,这种现象可能是受到近东西向区域性挤压应力的影响,与潮汐力对月球中低纬度区域的应力作用状态相符,推测潮汐力可能是盆地中央月岭形成的主因。综合利用嫦娥一号CCD影像数据、Lunar Orbiter和LRO全色波段影像数据,解译识别出月球正面中低纬度1 464条月岭。对其进行方向统计,结果表明,月岭整体走向也与Melosh预测的在潮汐力作用下形成的构造样式相似。由此推测,月岭的展布与潮汐力具有很强的相关性,进一步论证了月岭的形成与潮汐力有关。     

月表澄海—静海区遥感地质分析

月海盆地作为月球表面重要的地貌单元,分析其玄武岩喷发历史和构造作用,对于了解月球演化有着重要的意义。文中以澄海和静海两个相连通盆地为研究区,通过对LRO的DEM数据进行处理,获得两个月海的地形特征。基于Clementine多光谱数据处理,提取TiO2、FeO含量和成熟度分布图。经过对嫦娥一号CCD影像数据并结合LRO和LO全色波段影像的解译,提取了研究区126条月岭和114条月溪,并对比Cle-mentine提取的重力分布图,对其展布形式进行研究。综合分析结果表明,两个盆地虽然相邻连通,但岩性和构造分布有着明显的差别,玄武岩喷发不同期次界限明显,且澄海玄武岩年龄普遍晚于静海,相通处玄武岩与静海北部玄武岩同源。澄海中的线状构造展布形式与静海中的明显不同,呈现出一定规律,与质量瘤的有无及重力展布形式有关。     

雨海地区月岭分布特征及控制因素分析

月岭是月球表面上最常见的线性构造之一,大多分布于被玄武岩充填的月海之中。虽对于月岭成因的观点不一,但多数月岭具有明显的挤压变形特征,其展布形式有单列、组或群(常见)、网状或雁列状等。月岭的形成和展布既受到月海盆地构造的控制,又受到区域应力状态的影响。文中以雨海为研究区域,利用美国环月球巡逻者(LRO)的宽视角影像(WAC)数据和激光高度计(LOLA)数据对雨海地区的月岭构造进行解译和提取,对月岭进行分类和统计分析,结合雨海盆地构造特征以及月岭构造的样式解析,并运用沙箱构造物理模拟方法对月岭的形成和分布进行模拟实验,讨论了雨海地区影响月岭形成和分布的主控因素。结果表明,月岭是挤压体制下形成的;盆地构造是控制月岭类型Ⅰ分布的主要因素;月岭类型Ⅱ的分布主要受区域构造应力控制,其走向主要反映区域构造的最大主应力方向。综上推断,雨海地区月岭形成于近东西向最大主应力并受到雨海盆地构造的控制,表现为月岭类型Ⅰ和月岭类型Ⅱ的综合样式。     

月表线性构造自动提取新方法研究:以澄海地区月岭为例

月岭作为月球表面上最常见的线性构造之一,可以反映月球区域性的构造特征和应力状态,对研究月球地质演化有着重要意义。前人对线性构造的解译方式通常是以人工目视解译为主,应用遥感影像数据和激光高度计数据等对月表线性构造进行解译和提取。随着数据精度的提高,以及对研究效率的要求,形成一种行之有效的线性构造自动提取方法具有必要性。文中以地形曲率为原理,借鉴前人应用地形曲率提取地表特征线的方法,以“嫦娥一号”CCD2C影像数据和LOLA激光高度计数据和LRO的宽视角影像数据为基础,以澄海为研究区域,进行线性构造的自动提取。研究区试验结果表明,文中提出的基于地形曲率的方法是可行的,并与人工解译的月岭结果进行对比,发现精确度更高,反映地形变化更为明显,为进一步研究构造演化提供基础,提高解译效率和精度。     

基于多尺度数字地形定量分析的月球线性构造自动提取研究

月球表面构造对于理解和重建月球地质构造演化具有重要意义,月岭、月溪等线性构造的形态及分布特征与月球内动力构造运动密切相关。极为有限的样品和难度极高的野外勘察使得遥感成为行星科学研究的最主要手段。中国、美国、日本、印度等国先后发射的多颗新型探月卫星获取了大量高质量数据,尤其是高分辨率的数字地形数据(DTM,Digital Terrain Model)。高分辨率的DTM为月球表面构造特征的自动提取带来了新的机遇与挑战。文中利用多种分辨率的DTM数据,基于多尺度数字地形定量分析方法,识别和提取月球表面的线性构造。使用的地形数据包括500 m分辨率“嫦娥一号”激光高度计数据,100 m分辨率LRO-WAC广角相机数据,60 m分辨率的LRO-LOLA激光测距仪数据以及分辨率高达5 m的LRO-NAC窄视角相机数据。文中使用地形曲率来识别月溪月岭等线性构造,并利用不同滑动窗口大小和阈值进行线性构造的自动提取。对研究区试验结果的定量分析表明,文中提出的基于地形曲率的月表线性构造自动提取方法是有效且可行的,其结果可为月球表面线性构造解译提供重要参考,提高构造解译时效性和精度。     

虹湾东缘雁列式月岭构造带形貌特征与成因模式研究

月岭作为月海中一种广泛分布的线性构造,多表现为褶皱逆冲推覆为主的构造样式,且具雁列式展布。因此,月岭对月表区域乃至全月的构造应力分析有着非常重要的指示作用,但其成因机制不清。虹湾是中国嫦娥绕月探测工程研究的重点区域,区域内最明显的线性构造是虹湾东缘呈雁列式展布的月岭构造带,对这一月岭构造带的研究将有助于了解虹湾地区的区域应力特征和构造演化过程。文中通过对虹湾东缘雁列式月岭构造带的高分辨率影像进行解译并与其他区域对比分析,结合虹湾地区已有地质资料和前人提出的相关构造演化模式及目前最新的研究成果,认为虹湾东缘雁列式月岭构造带受虹湾撞击坑坑缘基底和表面玄武岩性影响,虹湾撞击盆地沉降引起的径向挤压应力和表面熔岩流导致的挤压应力由于方向与大小的差异,共同导致该月岭构造带呈类似走滑剪切中右阶左行的形貌特点。在此基础上讨论了此月岭构造带的演化过程,并根据月岭与撞击坑的交切关系,发现虹湾东缘月岭构造带在哥白尼纪仍在继续活动。     

相干算法提取嫦娥数据月表地质特征

经典的边缘提取算法可从月球影像数据中提取出月表的构造特征, 但难以提取出与月貌有关的特征信息.本文提出的相干法月球影像地质特征提取技术, 其基本思想是基于相干运算来考察图像上像素或像素组之间的相似性, 以获取月表的构造特征和月貌特征.该方法已经应用在嫦娥一号月球探测器获取的部分影像数据上, 相比于几种常规的边缘提取方法, 本方法优势明显, 不仅能有效地提取环形构造和线性构造等地质特征, 还可以很好地提取月貌特征, 对具有一定规模的小直径撞击坑的识别也有不错的效果.该方法可以用于计算机自动识别或辅助手工解译月表构造, 划分月貌单元等研究.      

月球线性构造分类体系研究

月球线性构造是月球科学研究中的重要组成部分,建立月球线性构造分类体系是月球地质图编研的关键。前人对月球线性构造的分类研究主要基于月表的形貌特征,划分的线性构造类型参差不齐,尚未形成一个公认的、规范的、具有普适性的线性构造分类体系,以至于分类结果的可对比性差、参考性和易操作性较低,不利于月球线性构造纲要图的编制。并且月球线性构造的概念混乱、术语不统一,存在"同物异名、同词异义、异词同义、涵义不明"的现象,不利于全球性的统一制图和成果的展示及使用。鉴于此,本文采用多指标组合的分类方法,以成因机制和形貌特征作为主要指标,兼顾物质组成,再结合线性构造形成的动力学机制,建立了符合月球动力学演化背景的、统一规范的线性构造类型划分的新方案,避免了单以形貌特征为依据来分类出现的混乱状态,具有较好的科学性和可操作性。将月球的线性构造类型划分为:内动力地质作用形成的线性构造,包括皱脊、月溪、地堑、断裂;外动力地质作用形成的线性构造,包括坑缘断裂和坑底断裂,以及多成因机制、多动力来源作用形成的特殊类型如坑链等。在此基础上,并利用多源遥感数据建立了易于判别且具有代表性的线性构造识别标志,可为全月球线性构造的统一制图提供识别依据。     

月球雨海北部陆地区域构造及其含义

月球雨海北部陆地是雨海多环盆地的第二层,平均高程约-1 km。DEM图像显示,大量来自虹湾与柏拉图月坑的掘积物使本地区高程变得非常不均一。统计了研究区内的月坑,并根据其深度与宽度之比(深宽比)将它们划分为4组。深宽比较小而扁率较大的月坑被认为是较古老的月坑。这些古老月坑分布于比较接近月海的位置。对研究区内线性构造的制图研究揭示了3个优选方位,分别是E—W、NEE—SWW和NW—SE向。这种分布样式与月球格子构造系统大致匹配,因而它们很可能形成于雨海事件之前。这些线性构造,包括断裂与月溪,在月海玄武岩泛滥时期为玄武质岩浆的侵入提供了大量通道。在研究区内一些地形较低的地点,玄武岩上侵并出露在月表,它们的FeO平均含量接近但是略低于月海玄武岩。总结了本地区的地质构造演化历史,并且推论月球上的确存在类月海的陆地。     

月球形成演化与月球地质图编研

按照大碰撞假说,月球形成于一次大碰撞事件,抛射出的高能量物质留在绕地轨道上,最后吸积形成月球。月球核幔在早期迅速发生分离,并出现全球性的岩浆熔融,形成了岩浆圈层（岩浆洋）。岩浆洋的结晶分异和固化导致了月壳的形成。随着月壳与月幔发生持续分异,形成了固化的月壳。而在月球后期的演化历史中,撞击作用是最重要的地质作用,形成了多尺度、多期次的撞击盆地和撞击坑,而大型撞击盆地多形成于月球演化的早期。月球地质图是开展月球形成与演化研究的重要手段,从20世纪60年代起,到70年代末止,通过对阿波罗时代探月成果的系统总结,完成了第一轮月球地质图的研制。但尽管从20世纪90年代以来国际月球探测和月球科学的研究进入一个新的高潮,获得了大量有关月球形成和演化的新认识,但还没有正式的新的月球地质图发布,因此开展新一轮月球地质图的编研,系统总结后阿波罗时代的月球探测与研究成果,是非常必要和迫切的。在新一轮月球地质图的编制过程中,需重点关注图件比例尺的选择、月面历史的划分以及月球构造和岩石建造的表达。     

月球虹湾幅(LQ-4)地质图的编制

应用中国首次月球探测工程所获得的嫦娥一号(Change-I)CCD影像数据、干涉成像光谱数据、数字高程模型(DEM)数据和数据分析处理结果等资料,开展了虹湾—雨海地区区域地质综合研究。通过对月球撞击坑及溅射堆积物分析,以及地层单元划分、构造单元划分、岩石类型划分、年代学和月球演化历史的集成分析,依据月坑的形态特征、充填物的多少和保留的程度等,将月球撞击坑划分出7种类型11个亚类,并将月球撞击坑堆积物系统划分为6种类型9个堆积岩组。根据TiO2的含量、分布及影像特征,将月海、月陆玄武岩划分为高钛玄武岩、中钛玄武岩和低钛玄武岩。应用ArcGIS地理信息系统,试点编制了1∶250万月球典型地区——虹湾幅(LQ-4)地质图,并建立了空间数据库,探索制定了月球数字地质图编制技术规范、流程和方法,为中国下一步应用嫦娥二号数据开展"全月球地质图"编制,以及未来其他天体的区域地质综合研究与地质编图工作奠定了基础。