1:250万月球地质图符号库的设计与实现

为解决1:250万月球数字地质图在多单位协同编图过程中缺乏统一、规范的地质图符号、制图模板造成不同图件之间信息不统一的问题，通过ArcGIS平台，和其他矢量图形软件，参照我国第一幅1:250万月球地质图（虹湾幅）的符号，设计编制了一套月球地质图符号，其包含月球撞击坑物质、盆地建造、构造和岩石特性等地质信息.并建立了分类存储、可移植的符号库和统一的编图模板.该套标准化符号、符号库、编图模板有利于多单位共同规范的开展1:250万数字化月球地质图编图项目，提高编图效率，同时也为我国开展其他类地行星地质编图的国际合作，编制统一、规范化的地质图奠定基础.      

A Systematic Spectroscopic Study of Four Apollo Lunar Soils

A systematic spectroscopic study including Raman,Mid-IR,NIR,and VIS-NIR,is used to investigate four endmember lunar soils.Apollo soils(<45 μm) 14163,15271,67511,and 71501 were selected as endmembers to study,based on their soil chemistry,maturity against space weathering,and the sampling locations.These endmembers include an anorthositic highlands soil(67511),a low-Ti basaltic soil(15271) ,a high-Ti basaltic soil(71501),and a mafic,KREEPy,impact-melt-rich soil(14163) .We used a laser Raman point-counting pr...     

美国阿波罗月球样品的处理与保存

中国嫦娥工程三期将进行月球样品的采集与返回,这是继美国Apollo和前苏联Luna之后,国际上最新的月球样品返回计划。月球样品的存储与管理方法将成为中国探月工程中亟待解决的重要问题之一。特别是如何最大程度地保持月球样品的科学研究价值,避免或减少可能的样品污染等问题,不仅为工程部门所关心,也是月球科学家所极为关注的问题。文中主要回顾和总结了美国Apollo月球样品的处理与保存方法,包括月球样品实验室简况、月球样品初步处理方法、月球样品初步测试分析及相关实验简介和月球样品的保存方法等内容,以期为中国月球样品的返回和地面存储提供有益的借鉴。     

火星陨石和火星表面泥岩中蚀变过程对比研究

火星次生含水蚀变矿物是火星地质历史时期水环境和气候演变历史的真实记录,一直以来都是火星探测、火星陨石研究的重点,是认识火星环境特征和气候演化的重要研究对象。文中对比研究了表土角砾岩NWA7034、火成堆晶岩MIL03346等两块最富蚀变矿物火星陨石,以及Gale撞击坑出露的Sheepbed泥岩3种岩石类型的蚀变程度及其蚀变矿物类型和组合,分析了层状硅酸盐、铁氧化物/氢氧化物、钙硫酸盐等蚀变矿物的成因及环境指示意义。发现这3类岩石的蚀变作用各不相同。火星陨石NWA7034的蚀变作用以氧化和加热作用为主,无蒸发盐类矿物。火星陨石MIL03346的蚀变程度最低,为后期水溶液进入缝隙而引发的,蚀变作用以橄榄石的伊利石化、裂隙和缝隙中填充次生矿物细脉为主。而火星Sheepbed泥岩经历了后期的等化学风化过程(isochemical weathering),次生过程包括成岩蚀变和成岩后蚀变两个阶段。其中,成岩过程中的蚀变以橄榄石蚀变为铁氧化物和蒙皂石矿物为主,成岩后以形成蒸发盐类矿物硫酸钙为主。以上3种岩石蚀变矿物组成差异反映了火星上不同地质背景中、不同气候条件下蚀变过程的复杂性。文中对火星含水矿物及部分典型矿物的形成条件和过程进行系统总结,这对于理解未来火星探测任务、识别含水矿物的形成、揭示火星水环境和地质历史具有重要指导意义。     

面向中国深空探测任务的行星数据系统的设计与实现

行星数据系统是归档和发布深空探测任务获得数据的在线平台,也是开展行星学科研究的基础。不同的深空探测任务,包括中国的"嫦娥计划"和"天问系列",都存在数据格式转换复杂、数据处理不便、专业性强等缺点,使其难以面向公众。为了有效管理、存档和分析这些数据并发挥其应用潜力,本文基于WebGIS三层分布结构,采用面向对象的时空数据模型,设计并开发了山东大学威海行星数据系统(SDU-PDS)。该系统分为网页版和移动版两个版本。网页版是一个能有效存储、管理、分析和发布中国深空探测数据的在线系统;移动版则是一个集行星数据浏览、叠加和探测任务三维可视化于一体的行星可视化系统。SDU-PDS不仅能为科研工作人员提供数据服务和分析功能,还具有为大众普及行星科学知识和提高公众基本科学素养的科普功能。通过对SDU-PDS基本功能进行组合和优化,该系统实现了行星数据融合和挖掘等关键技术,开展了月球地质图绘制和"嫦娥四号"安全着陆区预选等科学任务和研究,从而服务于中国后续的深空探测任务。     

嫦娥三号着陆区月海玄武岩的年龄、成因及地质意义

月海玄武岩主要分布在月海中,由斜长石、辉石和橄榄石组成,与地球玄武岩相比,富铁而贫钠和钾。月海玄武岩的成因,年代和成分研究是理解月岩形成与演化的基础。月球返回的岩石样品数量和覆盖面积有限,并且CE-3号着陆区没有月球样品返回,所以地球上的实验室样品分析方法不能应用到CE-3号着陆区玄武岩研究。本文对CE-3号着陆区月表和下伏玄武岩的组分、来源、分布、年代和层序进行反演和分析。主要使用的研究方法主要包括:玄武岩单元的撞击坑频率-分布函数定年,基于撞击坑的月壤下伏玄武岩单元识别、划分及厚度反演,基于遥感数据的元素含量和矿物成分分析等。结果表明:(1)CE-3号着陆区至少出现了6次较大规模的岩浆充填事件,由新到老分别为EIm、EIm_1、EIm_2、Im、Im_1和Im_2,其中EIm单元年龄约为3.17Ga,Im单元年龄为3.48Ga;(2)研究区玄武岩单元铁元素成分变化不大,而钛元素含量有较大变化。并且玄武岩越年轻,铁和钛元素更加富集。对指示月表硅酸盐矿物的克里斯蒂安参数(CF)和弯曲指数(CI)进行计算,发现研究区没有高硅物质的分布;(3)研究区月海玄武岩充填活动具有多期次性,每期月海玄武岩的充填流动大体上保持由南向北方向,并且活动规模逐步减小;(4)下伏玄武岩单元EIm_1、EIm_2、Im、Im_1和Im_2的平均厚度分别为68.3m,68.6m,81.8m,59.1m和52.1m,其中EIm_1单元的厚度最大为150m,从西到东逐渐减小;Im_1最大深度为224m,位于研究区的北部,向东西两侧依次减小。     

嫦娥一号干涉成像光谱仪数据再校正与全月铁钛元素反演

月球表面的元素和物质成分分布是理解月球成岩与地质演化历史的重要线索。嫦娥一号干涉成像光谱仪(IIM)是我国首台月球探测成像光谱仪器,其获得的大量月球高光谱数据已成为我国未来探测月球成分与地质演化研究的宝贵基础数据。本文利用探月工程地面应用系统发布的IIM B版本2C级数据,开发出一套数据再定标流程,获得了较为可靠的月表相对反射率数据。我们在新校正数据的基础上开展月球表面FeO、TiO_2的反演建模,获得了全月FeO和TiO_2分布图,这些图件是进行月球地质填图的基础。校正数据反演的FeO和TiO_2分布与前人对Clementine UVVIS数据的反演结果相近,表明干涉成像光谱仪数据具有较大的应用潜力。高地的低铁岩石成分(一般小于8%)佐证了月球月壳形成的过程中的岩浆洋分异假说,而月海玄武岩的TiO_2成分变化范围较大(0~13%)则表明月海玄武岩来源于不同的月幔源区。根据嫦娥一号干涉成像光谱仪全月FeO分布图,可将月球表面物质类型总体划分为高地斜长岩和月海玄武岩,而根据TiO_2分布可以进一步将月海玄武岩划分为5种不同钛含量的玄武岩岩石类型。FeO和TiO_2在全月范围内的分布表明Apollo和Luna返回的月球样品不能够代表全月范围内的矿物成分多样性,月球岩浆演化历史比前人认为的要复杂。未来月球样品返回任务(如嫦娥五号)如能赴这些特殊地区进行取样,将很有可能返回重要的月球科学研究发现和成果。     

基于“嫦娥一号”干涉成像光谱仪数据的月球岩石类型填图:以月球雨海—冷海地区(LQ-4)为例

月球表面的岩石类型分布是理解月球岩浆演化的线索。随着出现越来越多的月球探测数据,利用我国的月球探测数据开展数据挖掘,以获得更深刻的科学认识,这是促进相关研究领域发展的当务之急。文中在进一步校正干涉成像光谱仪数据的基础上,获得了更为可靠的月表FeO和TiO2、镁指数填图等。在调研已有的月球岩石分类标准的基础上,根据我们的月表成分填图结果并结合Lunar Prospector Th元素数据,将月球岩石分为亚铁斜长岩、富镁结晶岩套、克里普岩和5种不同钛含量月海玄武岩等8类岩石。笔者以月球正面雨海—冷海(LQ-4)地区为例,做出该区域的岩石分类图,并讨论了该地区的岩石成因。该地区覆盖"嫦娥三号"着陆区,包含月球雨海撞击事件所形成的玄武岩岩浆泛滥区,对于理解月球的岩浆演化具有重要的研究价值。笔者利用岩石类型分布图,结合岩石同位素年龄数据,与对该地区岩石类型分布及其所代表的月球岩浆演化历史进行了讨论。此外,笔者也对"嫦娥三号"着陆区的FeO、TiO2和镁指数、岩石类型等进行了初步判别,有待于与玉兔号搭载的探测仪器测量结果相互验证。     

“嫦娥三号”着陆区月壤下伏玄武岩单元划分和充填过程研究

月球在演化过程中,几乎没有经历过大气或流水等地质作用,在全月范围覆盖有表层土壤,极少有下伏岩石裸露。经过数十亿年的空间风化作用,月海月壤光谱特性与下伏玄武岩有很大差别。因此,通过常规遥感方法不能探知下伏玄武岩的特性。了解月球岩石的关键是透过干扰的月壤看到下伏岩石的信息。通过对"嫦娥三号"着陆区低成熟度撞击坑坑底和坑壁位置的光谱分析,进行月壤下伏玄武岩的组分识别、单元划分并根据地形数据计算其厚度。具体内容包括:(1)基于LISM多光谱遥感数据的撞击坑筛选与光谱信息提取;(2)玄武岩单元类型划分和厚度反演,建立离散撞击坑与连续的地质单元之间的关系。结果表明,研究区至少发生了6期玄武岩溢出充填活动,由新到老可以依次划分出6种玄武岩单元。其中单元1、2和3的厚度从南向北逐渐减小最后消失;单元4、5和6可能分布于整个研究区,在南部区域被前3期玄武岩单元覆盖,没有暴露在月表,在北部区域则位于下伏玄武岩的顶层。从元素含量上看,不同玄武岩单元Ti质量分数变化较大,从最低的1.26%到最高的6.65%,而Fe质量分数相对变化较小,在16.31%到17.57%。最后,玄武岩填充时间与其Fe、Ti元素含量之间有一定的联系,玄武岩年代越年轻,其中的Fe和Ti元素更加富集。     

月球佩塔维厄斯幅(LQ-21)数字地质填图与区域地质演化特征

佩塔维厄斯幅月球地质图(LQ-21)位于近月面与远月面交接位置,又处于月海和月陆的过渡区,周边邻近酒海、丰富海、史密斯海等大型撞击盆地,是月球数字地质填图工作中的一个典型区域。研究该地区的地质发育概况有助于了解月球的发展演化历史。本文利用中国探月工程所获得的“嫦娥一号”(CE-1)CCD影像数据、干涉成像光谱仪(IIM)数据、激光高度计(LAM)数据和“嫦娥二号”(CE-2)CCD影像数据以及其他已有的月球地质资料,应用ArcGIS平台,开展月表物质成分、构造要素、地质时代信息的研究和数字填图工作,编制了1: 2 500 000佩塔维厄斯幅(LQ-21)数字月球地质图,总结了该地区区域地质演化历史并建立地质图空间数据库。