月球“质量瘤”盆地的深部结构与撞击演化

月球"质量瘤"是指具有等轴状、高幅值重力异常的撞击盆地区域,重力异常是高密度月幔物质隆起与月海玄武岩充填共同作用的结果。研究这种高密度物质异常成因、来源、空间展布特征以及"质量瘤"盆地的深部结构,可以推测其形成与演化历史。利用嫦娥一号激光测高数据与LP165P月球重力场模型计算获得月球布格重力异常,采用新的垂直圆柱体重力异常计算公式,模拟月海充填玄武岩与月幔隆起,使其模拟计算的重力异常与测量的相对布格重力异常相吻合。计算结果表明,月球正面月海区域"质量瘤"盆地充填的玄武岩较高地区域的厚,在典型"质量瘤"盆地的布格重力异常中,月幔隆起是主要因素。计算还发现雨海与澄海下部月壳厚度比正面其他盆地的厚,而且澄海区域的地形表现为中心突起,下部月幔呈一定凹形,推测由于风暴洋区克里普岩的存在使得该区域月壳内部温度高,物质流动性增强,演化后期月壳物质横向压力均衡调整导致月壳物质向盆地中心回流,使得盆地下部月壳增厚,月幔凹陷,盆地地表出现一定程度的抬升。     

月球南极艾特肯盆地的地质特征:探索月球深部的窗口

月球南极艾特肯盆地(South Pole-Aitken Basin,简称SPA盆地)是月球上规模最大、最古老的撞击盆地,形成于43~39亿年前的前酒海纪。巨大的撞击可能挖掘出下月壳甚至月幔的物质,因此,它是探索月球深部物质组成的重要窗口。本文通过对SPA盆地形貌和构造特征、物质组成及其分布特征,以及形成机制等方面的分析,综述了艾特肯盆地的地质特征,探讨了SPA盆地对探索早期月球形成演化历史的意义。     

云海撞击盆地的恢复及其地质演化研究

研究月海撞击盆地,尤其是古老的月海撞击盆地,有助于深入认识月球乃至太阳系中两种动力学即内动力和外动力地质作用的演化过程,也是研究月球早期演化和现今状态的重要纽带。云海撞击盆地为古老的撞击盆地之一,形成于前酒海纪,在后期的内外动力地质作用下,盆地有很大程度的改造。为了恢复云海撞击盆地原貌,深入认识该地区的地质演化过程,本文利用了LRO宽角相机影像数据、LOLA地形数据和GRAIL重力数据等多种类型的遥感数据,开展了云海撞击盆地演化的研究。结果显示,云海盆地是由一次撞击事件形成,具中央隆起的三环结构的撞击盆地,三环直径分别约为740km、500km、340km,盆地中心约为16°W,21°S。云海撞击盆地事件破坏了该地区原始月壳结构,随后岩浆喷出或溢流充填在撞击盆地中形成云海,塑造了现今观察到的云海地形特征和重力异常特征。     

月表构造与深部构造的关系

地球和月球很可能是通过大撞击形成的。在行星地质学中,研究月球的地质-构造现象,对了解月球、地球乃至太阳系的形成与演化历史都有很大帮助。月球的构造分为深部构造与月表构造,寻找它们在分布或成因上的关系,可以为月球甚至地月系的起源和演化历史提供重要参考。利用LROC的宽视角影像数据以及LOLA数据提取解译月表构造,结合深大断裂进行观察分析,并对月球的撞击盆地进行统计,最后以静海地区为例分析构造分布特征,发现月球的质量瘤盆地中具有环状分布的月岭,外侧具有近环状分布的深大断裂,自前酒海纪至酒海纪,具备上述特征的质量瘤盆地占总撞击盆地的比例突然有一个很大的提升,且静海地区西部具有该构造分布特征。推测该特征与撞击、月海沉降等有关,且在酒海纪与雨海纪期间月球有较多的月海玄武岩分布,由此判断静海西部存在质量瘤,发生过撞击与月海沉降。     

月球雨海盆地多环结构的厘定及其深部构造研究

雨海盆地是月球正面最大、月球上研究程度最高的多环结构撞击盆地,已有很多学者对其多环结构的边界进行恢复研究,但在多环结构最初始形状、多环位置/数量、盆地大小等方面,至今未能达成共识。本文利用GRAIL自由空气重力异常数据、LOLA激光测高数据进行了多源数据的融合,结果表明,雨海盆地是具有偏心圆的三环结构特点,其直径从外到内分别为1 500 km、1 100 km、665 km。基于欧拉反演结果研究表明,在雨海撞击盆地中部存在两种不同深度、构造运动性质及方向的断裂构造,即：(1)深度大于40 km,向下逐渐向内倾斜、延伸的深部断裂构造;(2)深度在40 km以内,由月表向下逐渐向外倾斜、延伸的浅部断裂构造。结合物质成分及地球物理特征的研究,雨海地区的地质构造演化过程可分为两个阶段：(1)在月球早期阶段(45~38.5亿年),主要以内动力地质作用即岩浆洋冷凝过程为主,形成了雨海盆地深度在40 km以下逐渐向内倾斜、延伸的构造断裂,其为本区在月球早期深部岩浆洋产生、分异及运移提供了通道,该构造断裂代表了雨海盆地撞击前的月球早期深部岩浆洋的构造地质演化阶段;(2)在月球晚期阶段(≤38.5亿年),主要以内、外动力地质作用并重,形成了雨海盆地深度在40 km以内逐渐向外倾斜、延伸的构造断裂,其应为本区不同期次的玄武质岩浆喷出或溢流到月表提供了运移通道,该构造断裂代表了雨海盆地撞击后的月球晚期不同期次玄武质岩浆喷发、充填溢流的月海岩浆活动作用的构造地质演化阶段。     

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。     

东海地区重磁场特征及其地质意义

重磁方法是地球物理研究中的重要分支,其以位场理论为基础,具有在水平方向上的高分辨率能力并能够提供地壳深部结构的信息,从而对于研究沉积盆地的形成演化过程起着经济有效的作用.文章以东海地区近年的重磁数据为基础,分析了重磁场特征,布格异常值介于-160～460 mGal,在正值背景上发育一些局部的重力低圈闭,布格重力异常的主体走向为NE向,磁力异常值介于-200～+ 500 nT,磁力异常的主体走向为NE向.同时,利用磁异常数据计算了东海的磁性基底界面,磁性基底深度在4～12 km之间变化,各个地区磁性基底深度起伏变化不同,结合前人研究成果,认为东海地区广泛存在中生界地层.     

月球表面天然放射性元素Th的分布特征及月球化学的原始不均一性

月球KREEP岩石形成于壳幔的分界层中,天然放射性元素Th是指示KREEP岩分布的主要元素之一。在月球正面,Th元素含量高的区域主要分布在西部的月海区,包括雨海和风暴洋及其附近地区,而在月球背面Th含量高的地区为雨海对峙区以及南极爱特肯地区。高地的Th含量相对较低。现代月球表面Th的分布特征与3.85Ga年前的雨海事件有重要的关系,且在月球正面还发现了椭圆形的高Th含量区域,是月球上特殊的地球化学省,与月球初期的化学成分分布的不均一性有关。     

华南地区地壳厚度变化及对成矿类型的制约:来自卫星重力数据的约束

华南地区是中国金属矿产资源的“大粮仓”,分布有多个多金属成矿带。多金属成矿带的形成常伴随着地下特殊的深部背景和过程,通过莫霍面深度的计算,对华南地区的地壳厚薄变化所反映的壳幔耦合关系进行研究,可为探索华南地区地下巨量金属资源的形成与演变过程提供参考。本文首先基于球坐标的重力解算方法对高阶卫星重力场模型EIGEN-6C4的数据进行校正,得到华南地区的卫星布格重力异常。然后采用改进的Parker-Oldenburg方法进行变密度界面反演,获得华南地区莫霍面起伏特征。最后结合区内不同成矿带的范围和前人发表的地质、地球化学等资料,探讨华南地区不同成矿带的成矿物质来源与莫霍面起伏的关系。认为长江中下游和钦杭东段处于莫霍面隆起区域的成矿带,幔源物质对其成矿作用起主导地位,形成以铜、铁为主的多金属矿床;南岭、武夷、钦杭西段及鄂西—湘西位于莫霍面隆-陷交替区域的成矿带,成矿与壳、幔源物质的相互作用密切相关,最终形成钨、锡、金、银、铅锌等多金属矿床。     

青藏高原隆升的主因—大陆板块内的盆-山碰撞作用

在地壳运动中,盆地和山脉的形成机制是不可分割而有联系的。上地幔的波动起伏引起地壳上部物质的分配,在重力均衡作用的支配下,地壳物质由上地幔的隆升区域向拗陷区域蠕动,因而形成大陆板块内的盆地和山脉的分异和盆-山运动。高耸的喜马拉雅山和青藏高原就是塔里木盆地、卡拉库姆盆地和印-恒盆地等巨大盆地的扩张作用挤压而造成的。盆-山运动是真正的造山运动。     

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。     

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。     

月球雨海北部陆地区域构造及其含义

月球雨海北部陆地是雨海多环盆地的第二层,平均高程约-1 km。DEM图像显示,大量来自虹湾与柏拉图月坑的掘积物使本地区高程变得非常不均一。统计了研究区内的月坑,并根据其深度与宽度之比(深宽比)将它们划分为4组。深宽比较小而扁率较大的月坑被认为是较古老的月坑。这些古老月坑分布于比较接近月海的位置。对研究区内线性构造的制图研究揭示了3个优选方位,分别是E—W、NEE—SWW和NW—SE向。这种分布样式与月球格子构造系统大致匹配,因而它们很可能形成于雨海事件之前。这些线性构造,包括断裂与月溪,在月海玄武岩泛滥时期为玄武质岩浆的侵入提供了大量通道。在研究区内一些地形较低的地点,玄武岩上侵并出露在月表,它们的FeO平均含量接近但是略低于月海玄武岩。总结了本地区的地质构造演化历史,并且推论月球上的确存在类月海的陆地。     

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。     

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。     

雨海地区月岭分布特征及控制因素分析

月岭是月球表面上最常见的线性构造之一,大多分布于被玄武岩充填的月海之中。虽对于月岭成因的观点不一,但多数月岭具有明显的挤压变形特征,其展布形式有单列、组或群(常见)、网状或雁列状等。月岭的形成和展布既受到月海盆地构造的控制,又受到区域应力状态的影响。文中以雨海为研究区域,利用美国环月球巡逻者(LRO)的宽视角影像(WAC)数据和激光高度计(LOLA)数据对雨海地区的月岭构造进行解译和提取,对月岭进行分类和统计分析,结合雨海盆地构造特征以及月岭构造的样式解析,并运用沙箱构造物理模拟方法对月岭的形成和分布进行模拟实验,讨论了雨海地区影响月岭形成和分布的主控因素。结果表明,月岭是挤压体制下形成的;盆地构造是控制月岭类型Ⅰ分布的主要因素;月岭类型Ⅱ的分布主要受区域构造应力控制,其走向主要反映区域构造的最大主应力方向。综上推断,雨海地区月岭形成于近东西向最大主应力并受到雨海盆地构造的控制,表现为月岭类型Ⅰ和月岭类型Ⅱ的综合样式。     

月球冷海玄武岩矿物成分研究

月海玄武岩的矿物组成反映了岩浆源区的化学成分以及岩石形成时的物理和化学环境,对月球热演化研究以及月球资源的开发利用都具有重要意义。本文选择延展范围长的冷海为研究区,基于月球矿物成像光谱仪(Moon Mineralogy Mapper,简称M3)数据研究其矿物的空间变化特征。综合利用光谱、地形、元素等多源遥感数据将冷海划分为25个地质单元。提取169条新鲜坑光谱曲线,获取吸收中心波长、波段面积比等光谱参数。通过光谱吸收特征分析,获得冷海玄武岩铁镁质矿物变化特征。东部冷海地层较老,铁镁质矿物主要为单斜辉石,辉石钙含量较月球样品单斜辉石钙偏低,与澄海以及雨海老的地层矿物组成类似。西部冷海和露湾的地质单元较为年轻,富含橄榄石。风暴洋和雨海年轻玄武岩的矿物也富含橄榄石。这种富含橄榄石、大面积分布的玄武岩反映了月球晚期热演化的独特性。尽管地理上冷海为一个独立的月海,其东西部玄武岩矿物组成的差异以及与其同位置周围月海矿物组成的类似性反映了冷海玄武岩源区与周围月海具有联系。     

西准噶尔及邻区的岩石圈密度结构特征及其构造意义

对西准噶尔及周边地区壳幔结构的研究是揭示准噶尔盆地演化的重要基础.利用最新的卫星重力场模型, 通过计算得到西准噶尔及周边地区的布格重力异常, 进而采用三维反演技术, 对西准噶尔及周边地区的地壳与上地幔顶部进行密度成像, 得到了0~80 km深度范围的密度异常结构.地壳密度分布显示古准噶尔洋壳有可能向NE和NW分别俯冲于西伯利亚板块和西准噶尔地块之下.上地幔顶部密度变化表明: 阿尔泰褶皱带具有相对较低的密度, 可能为古大陆巨厚的硅铝层所致; 哈萨克斯坦-准噶尔盆地具有相对完整的高密度结构; 天山褶皱带区域的密度大幅度变化刻画了超岩石圈断裂对岩石圈的切割以及岩石圈形变与构造活动的痕迹.      

月球风暴洋地区玄武岩厚度的重力研究

利用剩余布格重力异常进行月球表层玄武岩厚度的推断,为月球地质填图提供了一定的证据。文中利用美国GRAIL卫星660阶布格重力异常,采用巴特沃斯（Butterworth）滤波方法,参考Grant H. Herken等的研究成果（即对月球面向地球一面的玄武岩厚度研究推断）,以此作为控制条件,提取了风暴洋地区的剩余布格重力异常,参考遥感光谱反映出的玄武岩范围,然后利用边界元方法反复模拟修正,最终得出该区的玄武岩厚度分布,玄武岩的厚度不超过1.5 km。