Digital Geological Mapping of Sinus Iridum Area of the Moon Based on the Chang’E-I Data

Based on the CCD images,IIM data and DEM data of China＇s lunar exploration project （Chang＇E-Ⅰ） and related processed and analytic results,an integrated study of regional geology of Sinus Iridum and its adjacent area was conducted,and a series of relevant researches and analyses were carried out,including analysis of impact craters and their extrusive and accumulative materials,division of stratigraphic and tectonic units and classification of rock types,integrated analysis of chronology and lunar evolution history.In consideration of crater＇s shape features,quantity and preserving status of filling materials,the lunar impact craters can be divided into 7 types and 11 subtypes,and the accumulative materials of craters are divided into 6 types and 9 accumulative groups.According to the content and distribution of TiO2 and image characteristics,the basalts are divided into high-TiO2,medium-TiO2 and low-TiO2 basalts.Discussion was made on division of tectonic units and evolution features in the study area.The geological map of the Sinus Iridum Quadrangle （LQ-4） at a scale of 1∶2.5 M was preliminarily compiled with the ArcGIS system,and the spatial database of the map was established.Related technical specification,procedure and method for lunar geological mapping have been worked out,so as to lay a foundation for the forthcoming geological mapping of the global Moon in China by using the data of Chang＇E-Ⅱ and also for comprehensive study and geological mapping of other celestial bodies in the future.     

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。     

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。     

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。     

月表虹湾Hurst指数分析

月球遥感是在登月技术还不完善的情况下,利用遥感数据,通过各种分析来研究月球演化、内部结果和表面特征的方法。粗糙度是地表隆升、沉降、侵蚀和火山喷射物覆盖在行星表面留下的记录,因此对行星表面粗糙度的定量分析可以精确反映其地质演化过程。而Hurst指数则是粗糙度的精确反映。文中利用LOLA制作的DEM,以月球正面虹湾为例,选取水平方向的12条剖面和垂直方向的15条剖面对其各粗糙度参数进行计算,并结合月表成熟度对Hurst指数与底层年龄的相关性进行了分析,得出如下结论:(1)在1km的剖面长度上,虹湾地区均方根高程的平均值在3m左右;在0.2～3km研究尺度范围内,虹湾地区的坡度不超过2°,说明该地表起伏度小。(2)虹湾地区的Hurst指数跨度比较大,尤其在垂直方向(南北)上,在0.4到0.9之间,表明其构造样式丰富。(3)在0.2～3km研究尺度范围内,Hurst指数自北往南增大、自西往东增大,表示在虹湾地区粗糙度自西北向东南方向增大。(4)虹湾地区地质年龄为自西北向东南方向变小,与Hurst指数增大方向一致。(5)在月表年轻撞击坑地区月表成熟度与Hurst指数大致呈负相关关系。     

月球虹湾-雨海盆地壳幔结构

为了探讨月球大型撞击盆地形成后的壳幔物质迁移, 采用新近的月球重力场数据研究壳幔界面的起伏情况, 这对撞击盆地的形成演化研究有重要意义.通过对虹湾-雨海盆地地区玄武岩引起的重力异常进行正演模拟, 发现该部分重力异常仅约占布格重力异常幅值的8%, 布格重力异常主要与壳幔界面起伏有关.对该地区不同解算高度的剩余布格重力异常进行场源边界提取, 发现虹湾-雨海西北部的壳幔界面随深度增加向雨海中心倾斜, 在此区域下方, 壳幔界面会有一个向虹湾方向的额外上隆, 可能为月幔物质曾向此方向涌动造成.分析表明这种月幔上涌情况可能在雨海撞击时形成, 或者可能是形成虹湾的撞击对雨海盆地壳幔结构产生了二次影响, 在虹湾地区的壳幔回弹过程中, 拖动雨海下方的物质向虹湾方向运移造成的.      

Inversion of the Main Mineral Compositions and Subdivision of Tectonic Units on Lunar LQ-4 based on Chang’e Data

Spectra are sensitive in detecting main minerals on the lunar surface from visible light to infrared light. Since spectral characteristics of minerals are closely related to their compositions and the maturity level of soil on the Moon, studying the compositions and distribution of elements and minerals on the lunar surface can help to understand the evolution of the Moon through remote sensing technology. The correlation between the spectral characteristics of Chang’e-1 interference imaging spectrometry (IIM) reflectance images and the mineral contents of LSCC (Lunar Soil Characterization Consortium) lunar surface mineral samples was discussed and the spatial distributions of FeO and Al2O3 contained in both pyroxene and plagioclase on LQ-4 were studied using the improved angle parameter method, MNF, and band ratio statistics. A comparison of the mapping results of the optical models by Lucey, Shkuractov and other researchers on Clementine and the gamma ray spectrometry data shows that the content error is within 0.6% for lunar mare areas and close to 1% for the highland areas. The tectonic framework on the lunar surface was also investigated. And based on integrated analysis of previous findings on topography of the lunar surface, Chang’e LAM, CCD and LOLA images and the gravity anomalies data (Clementine GLGM-2), the tectonic unit subdivision was established for LQ-4, the idea of subdividing the lunar tectonic units was proposed, and this will provide a good foundation for studying the lunar tectonic evolution.     

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。     

顾及太空风化效应的虹湾地区矿物含量反演

月表矿物含量反演是研究月球地质起源和演化的关键.太空风化作用普遍发生在月球表面,对矿物纯净光谱造成了不可忽视的影响,它弱化光谱吸收特征, 降低反射率,影响矿物含量遥感反演精度.基于Relab光谱库和Hapke辐射传输模型,将月表 4种矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石、橄榄石)的二向性反射率转换成同向性的单次散射反照率,然后计算矿物的光学常数;再根据亚微观金属铁SMFe(submicroscopic metallic iron)的质量分数模拟6种不同程度太空风化效应,得到端元矿物的反射率光谱;最后基于上述方法,利用多端元线性分解方法和M3(moon mineralogy mapper,月球矿物绘图仪)高光谱数据反演不同风化程度下的矿物含量,得到月表虹湾地区辉石、斜长石、橄榄石3种矿物的含量分布.实验表明,利用多端元线性分解可以有效模拟太空风化效应对矿物光谱的影响,是研究太空风化效应影响下矿物识别及含量反演的一种行之有效的方法.      

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.      

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。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987112001570

The supercontinent cycle,by which Earth history is seen as having been punctuated by the episodic assembly and breakup of supercontinents,has influenced the rock record more than any other geologic phenomena,and its recognition is arguably the most important advance in Earth Science since plate tectonics.It documents fundamental aspects of the planet’s interior dynamics and has charted the course of Earth’s tectonic,climatic and biogeochemical evolution for billions of years.But while the widespread realization of the importance of supercontinents in Earth history is a relatively recent development,the supercontinent cycle was first proposed thirty years ago and episodicity in tectonic processes was recognized long before plate tectonics provided a potential explanation for its occurrence.With interest in the supercontinent cycle gaining momentum and the literature expanding rapidly,it is instructive to recall the historical context from which the concept developed.Here we examine the supercontinent cycle from this perspective by tracing its development from the early recognition of long-term episodicity in tectonic processes,through the identification of tectonic cycles following the advent of plate tectonics,to the first realization that these phenomena were the manifestation of episodic supercontinent assembly and breakup.     

贺兰山构造带及邻区中-新生代构造事件:来自不整合面和裂变径迹的约束

贺兰山构造带及邻区的构造属性长期以来存在争议,确定该地区中新生代的构造事件及隆升过程是了解这一重要陆内变形带动力学机制的关键所在。本文采用不整合面分析法和低温热年代学方法,综合分析探讨了贺兰山构造带及邻区中新生代的构造事件及其构造演化过程。通过对该地区的野外地质调查,本次在中-新生代地层中由底到顶识别出6个不同类型的不整合面,它们分别是:(1) T_(2-3)/P平行不整合面;(2) J/AnJ角度不整合面-微角度不整合面;(3) K_1/AnK_1高角度不整合面;(4) E_3q/AnE_3;(5) N_1/AnN_1;(6) Q/An Q。在T_3d~3、J_2y和K_1变形前锋,可见与逆冲-褶皱造山带相关的同构造沉积生长地层,其在形态上表现为超覆、削截,在黄草滩等地局部与倒转背斜相伴生。这些不整合和生长地层是构造活动的直接证据。本次研究对采自该地区的12件样品分别进行了磷灰石、锆石裂变径迹测年及热史模拟分析。结果表明,裂变径迹年龄主要分布在4个区间,对应地质时代分别为中侏罗世-晚侏罗世(168～159Ma)、早白垩世末(139～91Ma)、晚白垩世末(79～66Ma)、始新世(59～50Ma),反映出该地区在这4个时期发生了明显的冷却抬升事件,且这4期构造事件与野外观察到的地质特征有很好的地质响应。同时,热史模拟表明该地区整体上经历了晚侏罗世、早白垩世、晚白垩世末-始新世3期快速隆升事件。综合研究表明,该地区主体逆冲褶皱的时间是从中侏罗世开始,早白垩世末构造运动最强烈,新生代又有所活动。     

四川红泥坡铜矿床三维地质建模及控矿构造演化的新认识

红泥坡铜矿是近年来在四川拉拉地区发现的一个大型铜矿床,其包含铜储量64.2万t,平均品位1.31%。矿体赋存于元古宙老的褶皱基底河口群,与辉长岩侵入体具有时间上的联系,围岩发生了普遍的钠质蚀变。通过红泥坡铜矿区224个钻孔和23条勘探剖面建立了矿体、地层与构造要素的三维模型,该三维地质模型能够表达矿床的精细地质结构以及解释区域成矿作用与构造演化:矿区早期的南北向主应力使河口群形成轴向近东西向的大型向斜,晚期的东西向主应力在改造早期褶皱基底的基础上,形成了叠加在其之上的轴向北北东向的复向斜。经过两期主要的构造运动,该地区形成了现在北北东向与北西西向构造相叠加的格架。本项研究为拉拉地区的矿床学研究提供了新的思路,并能对该地区矿产勘查提供科学依据。     

内蒙古西部北山-银额地区石炭纪-二叠纪层序地层与沉积演化

内蒙古西部北山-银额地区位于华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交汇带,构造背景复杂,一直是构造研究的热点地区。虽然研究区发育数千米以碎屑岩+火山岩+碳酸盐岩为特征的石炭系-二叠系,但层序地层与沉积演化研究十分薄弱,一定程度上制约了对构造背景的认识。本文通过石炭纪-二叠纪区域地层对比与层序地层研究,分别建立了北山和银额2个地区石炭纪-二叠纪层序地层格架,明确了不同构造单元石炭纪-二叠纪层序地层具有良好的对比关系,为统一构造环境沉积的地质体。通过沉积演化研究,明确了研究区石炭纪-二叠纪具有"两坳一隆"的构造格架,并控制着沉积相的展布,早石炭世晚期北山地区南部接受沉积,之后逐渐伸展,晚石炭世晚期-早二叠世早期盆地沉积范围最大,盆地演化达到鼎盛。早二叠世晚期盆地开始萎缩,晚二叠世海水基本退出研究区,仅银额东北部接受了海相沉积。总之,层序地层及沉积演化研究指示研究区石炭纪-二叠纪为相同构造环境下形成的统一的陆内(板内)裂谷盆地。     

湘东北地区地质构造演化与成矿响应探讨

江南造山带中段湘东北地区处于扬子地块与华夏地块的过渡地带。江南造山带的演化导致湘东北地区金及金多金属矿床构造变形的时空差异显著,由此决定了金及金多金属矿资源赋存的复杂性。文章通过对湘东北区域地质构造特征、控矿构造特征、典型矿床地质特征、区域构造演化及其与成矿作用响应的综合分析,认为:(1)区域构造背景是矿田构造发育的基础,印支期以来的挤压应力场是湘东北地区构造格局形成的关键,燕山期的伸展作用使则该区成矿物质发生富集成矿;(2)湘东北地区矿田构造主要是由NE(NNE)向构造为主导的复合改造EW及近EW向构造组成,多期次构造活动形成了NW褶皱和NE向断裂体系,以及"两隆三盆"为特征的含矿构造格局;(3)湘东北地区矿床构造以韧性剪切控矿构造样式为主;(4)矿体赋存状态与构造时空演化及构造组合密切相关,构造变形叠加、改造及其互相制约,共同控制了矿产资源的现今赋存状况。最后,按照矿床地质特征、结合区域构造演化,提出了江南造山带中段湘东北地区金及金多金属矿床成矿模式图。     

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。     

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987112000266

Major,trace and rare earth element(REE) concentrations of Late Triassic sediments(finegrained sandstones and mudstones) from Hongcan Well 1 in the NE part of the Songpan-Ganzi Basin, western China,are used to reveal weathering,provenance and tectonic setting of inferred source areas. The Chemical Index of Alteration(CIA) reflects a low to moderate degree of chemical weathering in a cool and somewhat dry climate,and an A-CN-K plot suggests an older upper continental crust provenance dominated by felsic to intermediate igneous rocks of average tonalite composition.Based on the various geochemical tectonic setting discrimination diagrams,the Late Triassic sediments are inferred to have been deposited in a back-arc basin situated between an active continental margin(the Kunlun-Qinling Fold Belt) and a continental island arc(the Yidun Island Arc).The Triassic sediments in the study area underwent a rapid erosion and burial in a proximal slope-basin environment by the petrographic data. while the published flow directions of Triassic lurbidites in the Aba-Zoige region was not supported Yidun volcanic arc source.Therefore,we suggest that the Kunlun-Qinling tcrrane is most likely to have supplied source materials to the northeast part of the Songpan-Ganzi Basin during the Late Triassic.