月陆地区次级撞击坑特征及年龄统计方法

通过撞击坑的大小频率计算月表的地质年龄是一种行之有效的方法,包括累积分布法和相对分布法。其中累计分布法在已知撞击坑直径范围的基础上,可分为3种年代函数计算月表的地层单元,分别是Melosh 和 Vickery 1989 (直径大于4 km 撞击坑), Neukum 1983(直径大于1 km撞击坑)和李坤等2012(直径小于1 km 撞击坑)。应用高分辨率影像SELENE TC(10m/pixel)数据,完成了Apollo 14及Apollo 16登月区域地层单元的解译,并应用撞击坑直径频率统计方法获取同一地层单元的形成年龄。通过与Apollo登月区域样品同位素年龄对照,得出Neukum 1983(直径大于1 km撞击坑)相对于其他几种方法更加准确,同时分析了撞击坑的退化、次级撞击坑影响等相关问题。     

撞击坑统计定年法及对月球虹湾地区的定年结果

撞击作用是行星形成和表面重塑的重要地质过程,记录和揭示了行星的演化历史.撞击作用形成的撞击坑可用于研究天体表面地质单元形成的时间.依据内太阳系天体表面的撞击历史,总结了通过对撞击坑的直径和频率分布进行统计,计算天体表面模式年龄的原理和方法.在此基础上,利用美国“月球勘测轨道器(LRO)”广角相机获得的图像,对月球虹湾地区的撞击坑进行了直径-频率分布统计研究,获得其3个主要地质单元的绝对模式年龄分别为3.33 Ga、3.21 Ga和2.60 Ga,有效限定了本区主要地质事件发生的时间.      

撞击过程和内太阳系撞击历史

在太阳系的形成和演化过程中,发生在天体物质间的撞击作用是最重要的地质过程之一.撞击构造是地外天体表面最常见的地貌单元,大部分天体的地貌演化主要受撞击作用控制.撞击过程产生的温度、压力和应变速率比岩石圈内的其他地质过程高多个数量级,形成广泛分布的撞击产物,如气化物、熔融物、冲击变质和变形等.虽然撞击过程转瞬即逝,撞击作用向天体注入能量并改变其内、外结构,对天体的圈层系统产生长远影响.持续撞击在天体表面累积了大量的撞击坑,撞击坑的空间分布反映了受外来撞击的历史.内太阳系在～3. 8 Ga前的撞击频率更高,但是大量撞击盆地是否灾变式的密集形成仍在持续争议;～3. 8 Ga以来的撞击频率趋于稳定,但是缺乏具有明确事件指代性的标定样品.在同一天体上,撞击坑的空间密度指示了相应地质单元的形成时间,因此撞击坑统计常被用于估算地外天体表面地质单元的相对年龄.基于月球软着陆探测任务返回的样品,前人已约束了不同直径的月球撞击坑的形成频率,进而建立了使用撞击坑统计估算月球表面地质单元的绝对模式年龄的方法.另外,内太阳系天体可能经历了相似的撞击历史,因此地-月系统的撞击频率已被缩放至其他类地行星.撞击坑统计是探索太阳系天体的撞击历史、遥估地外天体表面的相对和绝对年龄的主要方法,也是行星地质研究的基本工具.该方法的整体可靠性已得到大量实验的验证.同时,该方法在理论基础和技术细节上还存在大量的不确定性.修正该方法是完善太阳系撞击历史的重要研究内容,也是未来采样返回探测任务的重要科学目标.     

基于撞击坑自动识别的月球雨海北部地区(LQ-4)月海玄武岩定年研究

月球表面定年研究对于理解和重建月球地质演化历史具有关键作用,撞击坑尺寸频率分布法(CSFD)是通过统计区域内不同尺寸撞击坑密度得到特定地质单元的绝对地质年龄。雨海北部地区(LQ 4)包括雨海北部、冷海西部地区以及风暴洋东北部等月海,位于雨海西北边缘的虹湾是中国嫦娥三号卫星预选软着落区,文中综合使用3种方法从影像和地形数据中自动提取了该区内的撞击坑。利用Clementine光谱数据对雨海北部和风暴洋东北部内玄武岩进行了分区,利用撞击坑尺寸频度法(CSFD)法得到每个玄武岩分区内的定年结果。对比该地区之前的定年数据后发现,使用自动识别结果得到的各分区定年结果新老整体趋势上与之前研究结果基本一致,但存在一定偏差。根据自动识别定年结果,认为该地区玄武岩新老顺序大致为：雨海东部(3.56 Ga)-虹湾(3.38 Ga)-风暴洋东北部(2.74 Ga)-雨海西部(2.63 Ga)-柏拉图坑(2.37 Ga)。结合撞击坑自动识别技术和CSFD法,形成了一条利用影像和地形遥感数据快速得到月球表面地质年龄的方法,为月球年代学研究提供一种新途径。     

行星表面撞击坑统计定年原理及应用

撞击坑统计定年法的基本原理是首先得到月球表面撞击坑密度分布的一般规律(即产率函数),然后将其应用到Apollo和Luna任务采样的区域中,得到大干特定直径(常用1 km)的撞击坑密度,然后在该密度和样品的同位素年龄之间建立函数关系(即年代函数).在对没有样品的地质单元进行年龄分析时,首先从遥感影像解译撞击坑,然后根据产率函数求解大于指定直径撞击坑的密度,最后将其代入年代函数中求解该区域的地质年龄.根据其它行星与月球撞击环境的差异等因素,该方法已经推广到其它行星表面地质年龄的研究中.本文详细分析了撞击坑统计定年方法的原理,以及在应用中需要注意的问题.     

月表撞击坑自动识别与提取的新方法及其应用

月表撞击坑是月球最显著的地质构造特征。随着不同月球探测器探测数据的丰富与数据质量的提高,月表地质信息挖掘成为月球科学领域重要的研究内容。月表分布广泛的撞击事件的撞击机理研究和月表地质单元的地质年龄的判定等科学问题都离不开对撞击坑的研究。因此,对撞击坑进行识别和特征参数提取是挖掘以上月表地质隐含信息的基础和关键。针对目前用于撞击坑识别和特征参数提取的方法存在效率低下、应用范围有限等种种缺陷,提出了一种新的月表环形构造识别和特征参数提取方法,并且实现了定量自动化处理。首先,根据撞击坑环形构造特征,利用坡度指数提取坑壁多边形矢量要素;其次,提出并采用环形构造最小外包矩形法提取撞击坑的伪中心与伪直径;然后,以伪中心为中心点向外搜寻并确定撞击坑坑缘顶点;最后,利用三点定圆法确定撞击坑的中心位置和直径大小。以嫦娥一号CCD相机影像数据和利用CCD立体相机制作的DEM数据为数据源,选取不同区域、不同类型的月表撞击坑进行试验,并将计算结果与目前研究成果进行对比。结果验证表明,此方法可以推广到月表其他表面,并可应用于月表撞击坑形成机理研究和利用撞击坑大小频率分布测量的方法确定月表地质单元的地质年龄工作中。     

撞击坑统计技术在行星表面定年应用中的误区

撞击坑大小-频率统计技术在其理论基础与实际应用中存在一定的局限性,且尚未引起国内外行星地质学界的广泛关注.使用该技术分析行星表面的年龄时,应注意:(1)由于晚期大轰击事件的存在,该技术不能用于估算内太阳系天体表面老于~38亿年的地质体的年龄;(2)由于内、外太阳系的撞击历史不同,不能直接使用月球上的撞击坑的产生方程估算外太阳系天体表面地质单元的绝对模式年龄;(3)由于二次撞击坑的干扰,须谨慎使用小撞击坑统计估算年龄;(4)分析撞击坑统计的结果前,首先需分析统计区的饱和状态;(5)避免使用太阳入射角小的影像数据统计撞击坑,避免选择地形复杂的区域作为统计区.另外,建议优先使用相对分布法、并结合累积分布法分析撞击坑统计的结果.     

判别彗星或小行星撞击刍议

简要讨论了小行星和彗星撞击地球表面形成撞击坑的一般特征。根据小行星与彗星的结构和组成的差别，提出了判别小行星与彗星撞击坑的有关地质，地貌等判据。     

国内外对天体撞击地球的撞击构造研究的新进展

以 31届国际地质大会有关论文为基础 ,综述了国内外撞击构造研究的最新进展 ,分 4个方面 :(1)新的撞击坑发现与报道 :除已知的 145个之外 ,还有巴西的 14个撞击坑 ,其中 7个目前已经证实 ;蒙古的 2 0个撞击坑 ,其中 11个已经证实 ;中国自 2 0世纪 70年代以来发现和报道的 8个撞击坑和对它们的研究简况。 (2 )撞击构造与地球演化 :涉及到地球的起源 ,天体撞击在地球形成中的作用 ,撞击周期 ,撞击与地磁 ,地轴变动的关系 ,撞击作用与板块构造 ,撞击与地球内动力的关系 ,太阳系其他行星上的撞击作用对比。 (3)撞击构造研究方法 :包括对复杂撞击坑中心隆起的深钻研究成果 ,对海洋巨型撞击坑的地震测量 ,撞击熔岩的分异与蚀变的物理化学实验计算 ,深部流体与撞击作用的研究进展 ,撞击压力测量的新方法 ,撞击变质作用在矿物学上的进展 ,撞击数学模型的建立与应用。 (4 )撞击构造与经济矿产 :包括金刚石 ,宝玉石 ,Au ,Ag ,Cu ,Ni,Co ,Se ,Te ,Pb ,Zn ,PGE ,REE ,U ,Th等多种元素与矿产以及石油、煤、天然气与撞击构造的关系 ,这些矿产在成因、分布规律、控制作用与撞击构造的关系。     

月表撞击坑形成过程数值模拟理论与方法

数值模拟是研究撞击坑形成过程的一种主要方法,尤其是认识撞击坑形成机制的重要手段。撞击坑形成过程数值模拟的基本原理是用离散方法描述物质在高速撞击作用下的运动及状态,在模拟中首先将物质与空间划分成离散的网格,在每一次迭代计算中逐步求解各个网格的形变、运动与状态改变的规律。牛顿运动定律、物质的连续体模型与热力学方程是撞击坑形成过程数值模拟的理论基础,牛顿运动定律以偏微分方程的形式贯穿在离散化的网格空间中,物质的连续体模型将物质的屈服强度与破裂、温度、孔隙、振动等联系起来,而热力学方程则通过其他热力学参数计算网格单元内物质的压强与物质所处的状态。