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。     

月球数字地质图的编制与研究

中国月球数字地质图的编制是利用嫦娥一号、嫦娥二号月球科学探测数据和其他已有月球地质资料与研究成果,通过对月球岩石成分、地质构造和形成时代等要素的研究,应用Arc GIS平台编制1∶250万月球地质图,并建立数字地质图空间数据库。本文通过对月球典型地区地质图的编制与研究,制定了月球数字地质图的编图方案、流程与图示图例,建立了Geodatabase空间数据库,为有效地对数字地质图进行更新与管理,开展月球地质综合研究、编制全月球地质图及未来开展其他天体的地质编图工作奠定了基础。通过地质图编制与大量月球资料的综合集成研究,对月球形成与构造演化进行了初步的探讨。     

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。     

基于ArcGIS的月球虹湾地区数字地质图编制研究

虹湾幅月球数字地质图是中国首次编制的关于月球地质演化的地质图,应用的主要数据资料来源于"中国首次月球探测工程"嫦娥一号CCD影像数据、DEM数据,结合Clementine750nm影像数据,主要月坑的高分辨率图片,同时结合前人的研究成果,如主要矿物元素含量分布图、多波段反射率特征分布图等编制完成。所有的数据处理应用的是ArcMap平台,同时结合使用了MapGIS软件和Photoshop软件,数据模型采用Geodatabase地理数据模型。详细介绍了基于ArcGIS平台编制月球数字地质图的工作流程,编制方法及依据、编制规则及数据库的建立等,为今后开展月球数字地质图的编制积累了经验。     

基于嫦娥数据澄海—静海幅地质图编研

月球地质图(The Geological Map of the Moon),又称月面地质图、月面地质分区图,表示月球表面不同时代、不同类型的物质分布特征的平面图。月球地图和地图集编制工作是月球探测和科学研究的最重要内容之一。通过充分剖析50年前最早月球地质图与近期完成的虹湾幅、哥白尼幅地质图,采用嫦娥一期、二期CCD数据,配合数字高程、IIM以及LRO数据,文中以澄海—静海幅为研究区域,完成以地质背景、构造类型、地层时代、物质单元、盆地建造、火山碎屑分布、玄武岩厚度为主体要素的中国第一幅澄海—静海幅月球地质图编制,并且系统制定月球地质编图整个系统工程的设计方案,结合国内数字地质编图的技术标准和规范,建立中国自己的月球与行星地质编图标准、规范和制图流程。相关编图经验可以推广到火星地质图和金星地质图奠定技术基础。     

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.      

月球地质图空间数据库设计

我国即将完成1: 2 500 000全月球数字地质图编制,为便于成果数据存储管理和集成共享,需要建立完备合理的空间数据库。本文基于本次编图工作实践,对月球地质图空间数据库要素内容进行了全面整理和归类。月球地质图空间数据库要素包括物质要素、构造要素、其他特殊符号、注记共4个大类,在大类基础上细分为13个中类及40个小类,并据此设计了具有可扩展性的要素分类代码。空间要素采用分层的方式进行组织管理,图层名前4位为所属图幅号,第5位为比例尺代码,其后为图层英文名称的缩写。每个要素图层与一张属性表关联,对属性表所有字段的字段名称、别名、类型、能否为空、长度、小数位及单位进行了定义和规范。本文选取月表撞击坑坑物质、月海岩石、撞击断裂及高程点要素详细阐述了其属性表结构。属性表主键为“要素标识号”,用于唯一标识某一个图元,其由图幅号、比例尺代码、要素分类代码、图元顺序码四层14位层次码构成。数据库设计遵循可扩展原则,特定区域或其他比例尺的月球地质图空间数据库建设也可参照执行,本文以月球冯·卡门撞击坑及邻区地质图为例进行了空间数据库设计。科学合理的数据库设计是数据库建设的前提,将为编图成果存储管理、集成共享与国际合作提供重要支撑。     

基于多源数据的月球大地构造纲要图编制: 以LQ-4地区为例

月球表面的地质构造要素主要包括环形构造、线性构造、地体构造及大型盆地构造等。月球大地构造纲要图从物质组成、构造要素、构造单元上对月表的构造状态进行全面的梳理、统计和分析。利用CE 1 CCD 2C像数据、LROC宽视角影像数据、CE 1 IIM 2C干涉成像光谱仪数据、Clementine紫外可见光影像数据、LOLA激光高度计数据识别月球表面各类矿物组分、线形构造、环形构造、火山构造和穹窿构造以及确定构造要素和构造单元的时代、古老撞击坑和大型盆地边界以及对月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度及月球断裂和环形影像解译,充分认识月表基本情况,精细划分月表构造地貌单元,综合利用上述分析结果与国际上研究的进展,确定大地构造区划的基本原则,厘定月表重大构造事件与演化序列。依据岩石、月壤、构造地貌与构造形迹的综合分类,拟定大地构造区划的图例、图识规范,确定不同类型环形构造影像、线性构造影像、高地、盆地和月海等大地构造单元,进而编制大地构造区划图,并对重点区域构造形迹进行研究。虹湾区域(LQ 4)月球数字构造编图研究,充分借鉴国际行星地质编图的已有技术标准和规范,结合国内数字地质编图的技术标准和规范,建立了中国自己的月球与行星地质编图标准、规范和制图流程,也为最终完成月球大地构造区划提供地貌和构造方面的基础信息。     

月球第谷撞击坑区域数字地质填图及地质地貌特征

第谷撞击坑,位于月球南半球的正面,中心位置经纬度为S43°23′40.78″,W11°10′01.02″,具有醒目壮观的辐射纹地貌特征。文中应用多源数据对12个哥白尼纪典型月坑进行统计分析、影像特征的详细解释和对比研究,提出将哥白尼纪划分为早哥白尼世(C1)、中哥白尼世(C2)及晚哥白尼世(C3),并对第谷月坑进行综合数字地质填图,编制了第谷月坑区域地质图和岩石类型分布图。第谷月坑在撞击时由于大量能量的释放或后期火山岩浆活动形成了各种地质地貌,可分为大型地质地貌与小型地质地貌。大型地貌包括辐射纹堆积、坑缘堆积、弧形断块堆积、坑底中心平原堆积与陨石残体中央峰堆积等所形成的地质地貌类型;小型地貌包括堆积、侵蚀和岩浆作用形成的各种地质地貌类型。     

基于光谱特征的月球岩性分类方法研究——以Apollo 16登月区域为例

利用NASA行星数据系统提供Apollo计划登月点采样线路影像数据,通过与嫦娥二号CCD数据、印度M~3数据空间校正获得采样路线坐标。开展嫦娥二号CCD数据与印度M~3数据MAP(后验概率)融合并选择Apollo 15、Apollo 16-62231的LSCC测得的标准岩石双向反射率光谱与M~3、嫦娥二号进行交叉定标。本文采用月球岩石光谱谱型全特征分析方法,选取涵盖Apollo计划登月获取的36个基站主要岩性87种、285件岩石样品,利用校正后的M~3数据分析月球典型岩石各阶吸收反射特征,建立月球典型岩石标准遥感影像光谱库,此后应用Apollo 623个岩石样品进行对比得到很好结果,同时完成Apollo 16登月点周围领域岩性分布图,并讨论了研究区的岩石成因,Apollo 16区域形成于高地大撞击,在早期的研究中已经被用于划分月球年代,本文方法对于月球岩石类别研究与理解月球的岩浆演化具有重要的研究价值。     

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。     

基于多源遥感数据的月球表面LQ-2区域撞击坑分布特征分析

撞击坑是月球表面最为普遍且显著的地貌单元和地质构造标志,其形态和布局特征蕴含了月球形貌发育演化的关键信息。基于中国探月工程获得的嫦娥一号CCD、嫦娥二号CCD影像数据和LOLA激光高度计等影像数据,结合专家知识,以LQ-2为研究区识别直径 10 km的撞击坑共计589个。并从撞击机理和撞击能量大小两个方面对坑物质类型及数量进行统计分析,得出不同地质年代、不同类型撞击坑在月球表面的空间分布特征。研究发现该区域撞击坑分布密度高,直径较小的撞击坑成片出露,形貌特征较为单一;直径较大的撞击坑主要集中在艾肯纪和酒海纪,数量较少,但撞击坑形态类型丰富。     

宁夏大坝站幅1∶50 000地质图数据库

宁夏大坝站幅(J48E012016) 1∶50 000地质图是“宁夏1∶50 000红崖子(J48E011016)、大坝站(J48E012016)、青铜峡铝厂(J48E013016)三幅新构造与活动构造区填图试点”子项目的区域地质调查工作之一,属于“特殊地质地貌区填图试点”计划项目。大坝站幅1∶50 000地质图是依据《1∶50 000区域地质调查技术要求》(DD 2019—01)编制完成,在资料收集与数据准备、野外地质调查与填图成果过程中,均采用数字区域地质调查系统(DGSS)和MapGIS 6.7系统完成,有效实现了地质填图数值化。依据《数字地质图空间数据库建库标准》(DD 2006—06)等相关标准,在原始资料数据库基础上,建立了1∶50 000地质图空间数据库。数据库有地质剖面(1∶2 000) 5条,钻孔6个,地质体156个,地质(界)线334条,产状340个,年代学样品41个,照片321个,素描图61个,河湖岸线与断层681个。数据容量约1.02 GB。本次地质图集中展示了测区新生代沉积、构造、地貌系统,填图工作探索了新构造—活动构造区地质填图思路、技术路线和成果表达方式,为特殊地质地貌区填图提供了参考。     

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。     

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。     

厅直 测绘技术为探月提供服务

今年湖南省第三测绘院首次承担月球空间数据处理项目，该项目基于APPLL015（阿波罗15号）月球扫描图，其工作内容包括地形图和地质图矢量化、数据坐标转换和拼接整合，最终建立一套完整的基于月球坐标系统的高程数据和地质数据．为月球基地选址、月面探测及月球其它活动提供测绘服务。     

内蒙古巴彦哈拉幅1∶50 000地质图数据库

内蒙古巴彦哈拉幅(K48E021017) 1∶50 000地质图是在充分收集、综合分析已有地质资料基础上,依据《1∶ 50 000区域地质调查技术要求》(DD 2019—01)和行业统一标准及要求,应用数字填图技术,通过路线地质调查、实测剖面和大比例尺填图等多种手段相结合的方法完成的。在野外地质数据采集过程中,通过自查、互查及项目组抽查等方式对数据质量进行了监督,确保原始数据真实可靠。在填图数据采集完成的基础上,以中国地质调查局《数字地质图数据库标准》(DD 2006—06)为标准,建立了巴彦哈拉幅(K48E021017) 1∶50 000地质图数据库,详细表达了不同地质体的基本属性。本地质图数据库为MapGIS 格式,包括12个正式填图单位、6期岩浆岩事件、8期构造变形事件以及9个样品的锆石U–Pb年龄数据,数据量为210 MB。图幅采用造山带填图新理论和新方法,在图面表达中突出了多期构造形迹及其产状要素,全面反映了填图区自古元古代以来的多期构造变形样式及时代。同时开展了复杂构造区地质填图方法指南的编写,为系统构建构造地质填图新方法提供重要依据。该图幅为构造试点填图图幅,在2018年度全国区域地质调查图幅展评中荣获“特优图幅”奖。     

嫦娥工程月球探测任务遥感科学研究进展

我国嫦娥一号至嫦娥五号任务已经成功完成了“绕、落、回”三步走战略，在月球全球和区域尺度、月表原位尺度、样品微观尺度获得了许多重要的研究成果，深化了对月球的认识。本文从月表物理特性、月表形貌及地质结构、月表物质组成和月表浅层结构四个方面回顾了嫦娥工程月球探测任务近10年来在遥感科学方面的部分研究进展，并展望了未来月球遥感科学的研究方向。     

嫦娥二号卫星微波探测仪数据定标和处理结果

介绍了嫦娥二号(CE-2)与嫦娥一号(CE-1)搭载的微波探测仪(microwave radiometer, MRM)的不同之处, 给出其亮度温度的算法和地面定标系数, 并得到CE-2 MRM获得的全月亮度温度分布图.分析了亮温的数据规律, 并以此为基础归一化后比较了二者之间的数据差异.最后比较了不同取值的非线性系数对CE-2 MRM亮温定标结果产生的影响.结果表明: 目前CE-2 MRM数据在3GHz、19.35GHz和37GHz频率符合地基观测结果的范围, 同CE-1 MRM结果相比在月球低纬度地区(≤50°)差异在11K以内, 差异的主要原因是CE-2定标方法的改进以及定标方程中非线性项的引入, 而7.8GHz通道的数据异常表明该通道存在系统误差.      

DZ/T 0175—2014《煤田地质填图规范(1∶50000 1∶25000 1∶10000 1∶5000)》解读

煤炭地质填图规范DZ/T 0175—2014在DZ/T 0175—1997的基础上修订,适用于基岩裸露及半裸露地区的煤炭资源调查及煤田地质勘查各阶段的1∶50 000、1∶25 000、1∶10 000、1∶5 000煤田地质填图,是其设计、施工、质量控制、成果提交及验收评审的主要依据,要求在充分收集利用以往地质资料的基础上,根据遥感影像地质可解译程度选择适宜的煤田地质填图方法,并合理布置山地工程,对于基岩覆盖严重的地区应该编制基岩推断地质图。