月球水冰探测进展

月球上是否存在水冰是第二次月球探测热潮中的热点问题。 1 994年克莱门汀号 (Clementine)环月探测器搭载的频率为 2 .2 73GHz双基地雷达探测到月球南极一些地区出现同向极化增加等独特的回波特征 ,这些地区正好处于极地永久阴影区 ,表明这些地区可能存在水冰。Arecibo天文台频率为 2 .38GHz的地基雷达对月球极地进行制图 ,也得到类似结论。 1 998年月球勘探者号 (LunarProspec tor)环月探测器搭载的中子探测仪在月球极地永久阴影区探测到高含量的氢信号大多认为是水冰引起的。但雷达探测和中子探测结果均存在多解性。月球表面粗糙度同样可以引起雷达回波呈现出类似水冰的异常特征 ,而中子探测仪测量到的仅仅是氢信号而非水 ,而且月球勘探者号撞击月表之后并没有探测到任何的水蒸气信号。月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题的回答需要对月球极地特别是永久阴影区作进一步探索     

火星快车OMEGA高光谱探测矿物组成的新进展

主要介绍"火星快车(Mars Express)"搭载的"可见光及红外矿物制图光谱仪(OMEGA)"及其采集数据的特点、大气校正方法和矿物识别研究的新进展."经验传输函数法"(ETF)是目前O-MEGA数据大气校正普遍采用的方法.OMEGA数据已经成功揭示了火星表面矿物和组成的多样性和复杂性.OMEGA检测到与水蚀变相关的层状硅酸盐矿物绿脱石、绿泥石和蒙脱石等主要分布于古老的诺亚期的露头上,这些层状硅酸盐矿物可能是火成岩矿物长期持续与液态水系统作用的结果.含水硫酸盐类矿物石膏、水镁矾和多水硫酸盐等水合化学沉积矿物在亮色调层状地层区的发现,表明火星表面有大量与水作用相关的蒸发盐的存在.火星表面缓慢风化形成的无水铁氧化物主要分布于北半球铁镁质含量低的低地(lowland)地区.OMEGA可以识别辉石和橄榄石,能够区分高钙辉石和低钙辉石.高钙辉石主要分布于Hesperian期的低反照率的火山岩分布地区、黑色沙丘和撞击坑喷射物分布区;低钙辉石主要分布于老的诺亚期的亮色调露头分布区.OMEGA在反照率变化大的极地冰盖地区可以识别水冰和CO2冰.水冰主要利用1.08 μm、1.25 μm、1.51μm和2.0μm特征吸收波段来识别.水冰各吸收特征波段的吸收强度与水冰的粒度呈正相关.CO2冰主要利用1.43 μm、2.0 μm和2.6 μm特征吸收波段来识别.     

利用探地雷达探测地下空洞

简要介绍了探地雷达工作原理及其探测地下空洞的方法技术，以广州某地基勘察中地下空洞的检测为例，分析了地下空洞的雷达波组特征，总结了探地雷达时深剖面图的异常特征。指出该方法具有速度快、探测精度高、可获得连续结果等特点。经开挖验证，探地雷达异常特征与地下空洞实际位置相吻合。     

天问一号着陆区的古环境演化

我国首次火星探测任务天问一号已经成功实现“绕、落、巡”三个阶段的既定目标。天问一号轨道器进行了大量的火星环绕探测，其所搭载的祝融号火星车也在着陆区表面开展了巡视探测，获得了极其珍贵的探测数据，为研究火星环境和演化历史提供了前所未有的机遇。通过对天问一号遥感和就位探测数据的分析研究，在着陆区的地形地貌、物质组成、现代气象特征和次表层结构等方面取得了一系列创新性成果，对认识着陆区的古环境演化、了解火星的地质历史，理解地球乃至整个太阳系的形成和演化具有重要意义。     

探地雷达探测地下管线的研究

在大量的城市地下施工过程中,地下管线的保护越来越受到重视,掌握施工区地下管线的敷设又是确保地下管线安全的前提。本文结合工程实例介绍了探地雷达的基本原理以及资料处理方法,并分析了探地雷达在探测管线分布中的应用效果。     

城市地下空间探测关键技术及发展趋势

近年来,地下空间开发利用以及与地下空间相关的安全运营已经成为我国大中型城市面临的重要课题,而准确的城市地下空间探测成果是保障其课题成功实施的关键。目前国内城市地下空间利用的深度已达50m,局部特大工程深度在70m左右。未来城市地下空间利用将向综合化、深层化、人性化、生态化发展,从而对城市地下空间探测的可靠性提出了更高的要求。目前常用的地下空间探测技术除了钻探外,主要采用包括探地雷达、浅层地震、高密度电法、浅层瞬变电磁法、井间CT、微动等地球物理方法。以"城市浅层地下空间探测技术体系研究"课题为例,介绍了探地雷达在真三维采集、拟地震资料处理、三维雷达数据偏移等方面的研究成果。结合地下管线探测及岩溶调查等案例,分析了探地雷达等多种探测技术的综合应用及探测效果。研究认为未来的三维高密度横波地震、三维高密度电磁法、三维探地雷达等技术是城市地下空间探测技术的发展趋势。     

基于GPRMax2D的地下管线精细化探测方法

探地雷达是探测地下结构及其分布规律的一种重要的浅层地球物理探测方法,具有分辨率高、无损、抗干扰能力强、结果直观等优点,在工程物探领域被广泛应用。为提高对地下管线雷达图像特征的认识,确定管线异常体的位置,提高地质雷达的解释精度,利用时域有限差分法(FDTD)对地下管线进行精细化探测,包括对管线埋深、材质、管线内充填物、管线病害等影响因素的数值模拟,以此建立地下管线正演模拟合成图库,进而指导探地雷达实际探测图像的解释工作。现场管线探测结果表明:探地雷达可准确探测出地下管线的埋设位置及运行状态,为今后的维修养护提供了依据。     

天线阵技术探测地下PVC管

结合用探地雷达的天线阵技术探测地下PVC管的成功实例,介绍了天线阵技术的原理、方法以及效果.天线阵技术沿测线一次扫描就能得到4张不同深度的雷达图像,并实现了对同一深度目标体不同频率、不同角度的探测,大大提高了探测的精度和效率.     

探地雷达在古墓遗址探测中的应用——以北京市通州区古墓群探测为例

探地雷达是一种无损探测技术,数据采集速度快,图像直观,在地下考古探测中的作用越来越大。本文以北京市通州区古墓群为目标,利用探地雷达首先在已发现但未开挖的古墓上进行探测,分析探地雷达图像中古墓的的典型异常特征;在未知区域进行探测,找出图像中有古墓反射特征的异常区域,并用洛阳铲进行验证。通过验证,探地雷达探测结果与实际开挖验证的结果比较一致。实践表明,探地雷达技术对探测古墓遗址具有很好的效果。     

探地雷达在城市地铁沿线空洞探测中的技术方法

地下空洞探测是地铁施工中的重要检测内容之一,探地雷达具有在城市道路上快速检测的特点而被广泛应用。以北京某地铁沿线的空洞探测为例,着重讨论地下空洞的赋存空间、探地雷达探测空洞的技术方法和常见异常的特征等问题,分析了城市环境中探地雷达剖面上的常见异常,为开展该项工作提供一定的借鉴。     

Hydrothermal Processes in the Solar System:A Review

最近美国航空与空间计划署(NASA)开展的卡西尼-惠更斯外空探测计划发现,在直径为500 km的卫星--土卫二上存在水冰和间隙泉的喷发活动.这一现象和在火星上工作的"机遇号"和"勇气号"漫游车所发现的液态水一起,证明了除地球以外的其他星球上过去和现在都存在水,其中的一些星体还有火山活动的证据,这意味着这些星球上可能存在过热液活动地质过程.讨论了火星、木卫二和土卫二可能存在的热液系统类型.这些热液系统类型是根据地球上的构造背景进行相似性研究后得出的,例如海底、火山和裂谷系统.将东非裂谷和贝加尔湖裂谷系统与火星Tharsis高原上巨大的水手大峡谷进行了对比,这些地区都是由地幔柱作用下构造-热液活动导致的地壳抬升、火山和裂谷作用.在火星上,地下冰或低温层会在火山活动和(或)小行星或彗星撞击作用下溶解而形成热液对流.     

地球同火星蒸发岩沉积的对比

迄今为止,人类已经通过火星轨道探测器、火星着陆器及火星漫游车在火星上发现了碳酸盐、硫酸盐及氯化物等一 系列的盐类矿物,尽管整体上火星盐类矿物组合与地球上基本一致,但在许多细节方面还是和地球上有所不同。文中首先 对于火星盐类认知的现状作了简要综述;基于地球火星蒸发盐沉积及成盐作用规律的对比,预测火星表面及次表面可能存 在着广泛分布的钾盐;此外,发现火星轨道伽玛光谱仪所获的火星表面 K 的分布与火星表面已探测到的氯化物的分布有比 较强的相关性,喻示火星表面氯化物沉积地区的卤水浓度已经接近或达到钾盐形成的条件,同时指出这些地区存在钾盐的 可能性很大。     

Three-phase numerical model of water migration in partially frozen geological media: model formulation,validation, and applications

Water in the subsurface of the Earth’s cold regions—and possibly the subsurface of Mars—resides in the liquid, vapor, and ice phases. However, relatively few simulations addressing full three-phase, nonisothermal water dynamics in below-freezing porous media have been undertaken. This paper presents a nonisothermal, three-phase approach to modeling water migration in partially frozen porous media. Conservation equations for water (as ice, liquid, and vapor) and a single gas species (in the gas phase and dissolved in water) are coupled to a heat transport equation and solved by a finite-volume method with fully implicit time stepping. Particular attention is given to the method of spatial differencing when the pore space is partially filled with ice. The numerical model is able to reproduce freezing-induced water redistribution observed in laboratory experiments. Simulations of Earth permafrost dynamics and of the formation and evolution of a planetary-scale cryosphere on Mars demonstrate the new capabilities.     

冰雷达探测研究南极冰盖的进展与展望

南极冰盖是地球上最大的陆缘冰体,其物质收支和稳定性对全球气候变化和海平面升高有重要的影响。冰雷达,或称无线电回波探测,是冰川学家调查南极冰盖冰下特征的主要方法。在过去的50年里,冰雷达被广泛用于测量冰盖厚度、内部构造和冰下地貌,这些参数是计算冰盖体积和物质平衡、重建过去冰雪积累和消融率以及冰盖动力和沉积过程的基础。现在,冰雷达测量覆盖了南极绝大部分区域,极大地提升了人们对南极冰盖和全球系统间相互作用的理解。首先,简要介绍了冰雷达及其技术发展,然后着重评述了冰雷达在探测研究南极冰盖厚度和冰下地形、内部反射层、冰下湖和冰下水系、冰床粗糙度以及冰晶组构上的进展。最后,对未来冰雷达探测研究南极冰盖的前景进行了展望,并给出我国的现状。
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Micro-relief development in polygonal patterned ground in the Dry Valleys of Antarctica

Polygonal patterned ground in polar regions of both Earth and Mars has received considerable attention. In comparison with the size, shape, and arrangement of the polygons, the diverse micro-relief and topography (termed here simply “relief”) of polygonal patterned ground have been understudied. And yet, the relief reflects important conditions and processes occurring directly below the ground surface, and it can be observed readily in the field and through remote sensing. Herein, we describe the relief characteristic of the simplest and relatively young form of patterned ground in the Dry Valleys of Antarctic. We also develop a numerical model to examine the generation of relief due to subsurface material being shouldered aside contraction cracks by incremental sand wedges growth, and to down-slope creep of loose granular material on the surface. We model the longterm subsurface deformation of ice-cemented permafrost as a non-linear viscous material. Our modeling is guided and validated using decades of field measurements of surface displacements of the permafrost and relief. This work has implications for assessing the activity of surfaces on Earth and Mars, and much larger scale potential manifestations of incremental wedging in icy material, namely the distinct paired ridges on Europa.     

探地雷达在多年冻土区正演模型研究及应用

通过探地雷达在多年冻土区的应用条件的分析,结合正演模拟和实例勘察,对比分析探地雷达对多年冻土区厚层地下冰的分布、埋藏深度、赋存情况以及对冻土类型的识别的有效性。研究结果表明,厚层地下冰与周围地质体存在巨大的介电常数差异,雷达波的相位特征、振幅大小、反射波和反射波组都出现较大的不同,使得探地雷达能有效地勘察厚层地下冰的各种特征;同时,对不同类型的冻土,因冰晶体的赋存情况及分布不同,结合坑探、钻探等其他地质勘察手段,也能有效地区分。     

火星表面沙丘中冲沟的成因及对撞击坑壁冲沟成因的启发

借助于15幅高分辨率的HiRISE影像与107幅MOC影像,对火星表面撞击坑壁与沙丘中出现的非常年轻冲沟形态特征进行了详细研究,并据此检验冲沟成因假说.影像特征分析结果首先支持沙丘中冲沟是由液态水携带泥沙冲刷而成的理论,而撞击坑壁出现的多边形土证实火星表面下冰的存在,且在适当的条件下可转变为液态水形成冲沟.      

A Comparative Analysis of Evaporate Sediments on Earth and Mars：Implications for the Climate Change on Mars

The knowledge of Martian salts has gone through substantial changes during the past decades. In the 70th of last century, Viking landers have noticed the existence of salts on Mars. Several salt species have been suggested from then on, such as sulfates and chlorides. However, their origin was a mystery due to the lack of observations. The recent explorations and related studies at the beginning of this century revealed that the crustal composition of Mars is similar to that of Earth, and it was hypothesized that almost one third of Martian surface was covered by oceans and lakes in the early stage of Mars. The huge water bodies may have dissolved a large quantity of ions from Martian primary rocks during the whole Noachian and Hesperian epoch. After the enormous drought event happened during the late Hesperian and the early Amazonian, these dissolved ions have formed huge salts deposits and most of them were preserved on Mars until today. To date, carbonates, sulfates, chlorides have all been detected by orbital remote sensing and by landers and rovers. However, the salt mineral assemblages on Mars seems to have some differences from those on Earth, e.g., rich in sulfates and lack of massive carbonates. To explain this difference, we propose that most of the surface carbonates precipitated from the ancient oceans may have been dissolved by the later ubiquitous acidic fluids originated from the global volcanism in the Hesperian era, and formed the enormous sulfate deposits as detected, and this hypothesis seems to be supported by the evidence that most of the sulfate deposits distribute around the Tharsis volcanic province while the survived carbonates located far from it. This process can release most of the carbon on Mars to the atmosphere in the form of CO2 and then be erased by the late heavy bombardments, which might have profound influence on the climate change happened in the Hesperian age. The positive correlation between the GRS results of the potassium distributions and the distribution of chlorides on Mars, together with the high Br concentration measured from the evaporate sediments at two Mars exploration rover landing sites, indicate that the brines in the regions where the chlorides deposited may have reached the stage for potassium salts deposition, thus we propose for the first time that potassium salts deposits might be prevalent in these regions.     

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。