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。     

月表线性构造定量提取与演化分析:以静海月岭、月溪为例

线性构造是月球表面除环形构造外另一种重要的构造样式,呈线状延伸。月表线性构造种类繁多,其成因也具有多样性。它能反映全月球或者区域性的构造特征与应力状态,在某种程度上反应月球内部的地质信息,对研究月球的构造演化有重要的意义。文中以静海地区为例,经过对“嫦娥二号”CCD的影像数据及从中提取的DEM数据进行解译,提取出了284条月岭和71条月溪,并对月岭月溪进行分类和统计分析,然后结合静海地区线性构造的分布特征及坡度图、等值线图,分析其演化过程。结果表明,静海地区的月溪月岭大部分分部在西部高程较低的区域;静海盆地月溪的形成时间与盆地形成及玄武岩的填充时间大致相同,月岭的形成时间大致与撞击坑的形成时间相同;静海盆地中一端延伸至撞击坑的月岭形成模型属于火山成因模型中的堤坝模型。     

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。     

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。     

月岭形成机制及其与潮汐力的相关性分析

月岭作为月表常见的线性构造类型之一,具有一定的分布规律。利用LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter)的DEM数据提取月岭剖面并进行了构造分析,认为月岭主体为逆冲断层叠加牵引褶皱的挤压构造形成机制。前人多用月海盆地沉降叠加月球热能收缩解释月岭的成因,但它无法解释盆地中央月岭呈近南北向的优选方位,这种现象可能是受到近东西向区域性挤压应力的影响,与潮汐力对月球中低纬度区域的应力作用状态相符,推测潮汐力可能是盆地中央月岭形成的主因。综合利用嫦娥一号CCD影像数据、Lunar Orbiter和LRO全色波段影像数据,解译识别出月球正面中低纬度1 464条月岭。对其进行方向统计,结果表明,月岭整体走向也与Melosh预测的在潮汐力作用下形成的构造样式相似。由此推测,月岭的展布与潮汐力具有很强的相关性,进一步论证了月岭的形成与潮汐力有关。     

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。     

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。     

月海盆地线性构造展布及其成因分析

综合多源遥感数据识别提取月球正面南北纬50°之间的线性构造,重点分析月岭和月溪的影像特征、分布规律和时空关系,结合月海沉降模型分析两者的成因机制,结合地形和重力场数据预测影响月岭类型的因素。研究表明,在质量瘤盆地,月岭和月溪存在明显的时空关系和构造成因联系,两者主要由月海沉降产生的局部应力引起,前月海时期盆地的均衡状态和月海充填的几何形状可能影响了月岭的分布类型。     

雨海地区晚雨海世-爱拉托逊纪月海玄武岩充填过程研究

月海玄武岩是月球四大岩类之一,主要充填于月球大型撞击盆地之中。月海玄武岩充填过程的研究,对于了解撞击盆地充填过程和月海玄武岩充填规律及活动规模,揭示月球的热演化历史具有重要意义。本文综合利用嫦娥一号LAM数据、CCD影像数据和Clementine UVVIS数据,对雨海地区的地形地貌、岩石化学组成进行了提取和分析,对雨海地区月海玄武岩进行了单元划分,并运用撞击坑尺寸-频率分布法对各月海玄武岩单元进行了表面年龄的估算。结果表明,雨海地区月海玄武岩随着时代变新钛和铁元素更加富集,总体上从晚雨海世至爱拉托逊纪由低钛低铁玄武岩向高钛高铁方向演化;月海玄武岩充填活动具有多期次性,每期月海玄武岩的充填流动大体上保持由南向北方向,并且活动规模逐步减小,相对年轻月海玄武岩对早期月海玄武岩的覆盖范围不断减小。正是这种玄武岩流动与覆盖关系和充填过程造成了雨海地区从南向北地势的逐渐降低,以及较老月海玄武岩在较北部地区出露。最后,根据雨海地区月海玄武岩单元在地形地貌、岩石化学组成与表面年龄上的相关性,我们提出雨海地区月海玄武岩经历了多期次逐层填充过程,且每期由南向北流动、规模逐步减小。     

月球雨海地区玄武质岩浆充填活动期次的重新厘定及地质意义

雨海盆地是月球上研究程度最高的多环结构盆地,月球上古老的和年轻的玄武岩在盆地中均有分布,因此雨海是研究月海玄武岩岩浆活动的理想区域。为了更合理的厘定雨海地区的玄武质岩浆演化历史,本文主要结合岩石学、年代学等工作对本区玄武岩的充填期次进行重新划分。利用嫦娥一号IIM光谱数据进行岩石类型分布图编制,初步划分了5类不同钛含量的月海玄武岩;基于高分辨率100m LRO宽视角影像数据通过撞击坑尺寸-频率定年法(CSFD)对本区玄武岩单元模式年龄进行厘定,共划分35个玄武岩单元,发现本区在3.49~2.23Ga均有玄武质岩浆充填活动,具有多期次性。在建立不同类别玄武岩、形貌特征与模式年龄的对应关系基础上,将玄武岩充填划分为4个期次:极低钛玄武岩(3.49~3.20Ga)、低钛玄武岩(3.29~2.83Ga)、中钛玄武岩(3.13~2.52Ga)、(极)高钛玄武岩(2.92~2.23Ga)。本区地形地貌高程特征与不同表面年龄的玄武岩单元之间总体上呈现出一定的负相关性。因此在本区玄武质岩浆期次划分考虑上,不仅要考虑玄武岩的成分特征,更要考虑结合与玄武岩演化密切相关的年代学及形貌学特征,利用形貌、成分数据和年代学信息来共同约束玄武质岩浆期次划分及演化历史。     

雨海哥白尼纪月岭的构造样式与演化过程研究

月岭是月球表面月海中分布最广的一种线性构造。虽然月岭的形貌特点已被广泛认识,但它的演化机制与过程却一直存在争论。月球目前所处的地质历史时期哥白尼纪形成的另一种线性构造叶状陡坎已被发现,改变了之前人类普遍认为月球自31亿年以来再无构造活动的认识,但月岭发育的时代特征还未确定,因此,对月岭成因过程和形成时代的研究是认识月球表面构造形成机制和月球演化过程的关键。基于美国勘测轨道飞行器(LRO)数据,对雨海地区的月岭构造进行解译;利用小型撞击坑直径与形貌相对关系定年法结合月岭与小型撞击坑的交切关系,证明在哥白尼纪月球表面仍然有月岭发育,进一步证实月球表面仍然有构造运动发生。利用哥白尼纪叶状陡坎的成因机制,文中设计了基底收缩作用下的月岭砂箱构造物理模拟实验,并设置不同参数多次反复模拟,将模拟结果的顶面和剖面形态以及构造样式与实际月岭进行了对比分析。模拟结果与实际月岭各项特征基本吻合,得出基底收缩可以作为哥白尼纪月岭的形成机制;此外,通过实验发现在这一机制下月岭是由先形成的叶状陡坎构造发展而来,并在月岭发育后又有新的叶状陡坎形成。通过实验过程的监测以及对实验数据的测算,发现月岭的演化过程经历塑性变形期、叶状陡坎发育期、月岭形成期和月岭成形后的叶状陡坎再发育期4个时期;月岭与叶状陡坎并不是受物质与环境约束完全独立发育的两类线性构造,在哥白尼纪以收缩为动力来源的应力环境下可以互相转化。     

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。     

月海玄武岩与月球演化

月海玄武岩主要产于月球近边的盆地中,覆盖面积为月球表面的l％,其形成年龄多在39～31亿年之间,是各类月岩中最年轻的。与地球玄武岩相似,月海玄武岩由斜长石、辉石和橄榄石组成,但它们比地球玄武岩具有更低的Mg#、A1：0,、K和Na含量．高的FeO含量（大于16％）和变化范围大的TiO2含量（小于l％到大于13％）。根据TiO2含量的变化,月海玄武岩分成高Ti（〉6％）,低Ti（1．5％〈TiO：〈6％）以及极低Ti（〈1．5％）三类。所有月海玄武岩都具有Eu负异常,并亏损挥发性元素和亲铁元素。月海玄武岩的同位素特征指示其至少为三个组分混合的产物：（1）高：238U／204Pb、高87Sr／86Sr和负εNd组分,可能是岩浆海分异的残余岩浆即KREEP;（2）低：238U／204Pb、低87Sr／86sr和正εNd组分,来源于原始月幔,其熔融产物为低Ⅱ玄武岩;（3）中等87Sr／86Sr和εNd组分,位于月幔的顶部,经历了岩浆海（洋）过程中形成的堆晶物质的再熔融,还可能受到了陨击事件的影响,其熔融产物是高Ti玄武岩。月海玄武岩的元素和同位素地球化学性质支持岩浆海的假说,其源区的形成与岩浆海的分异密切相关,并经历了三个阶段：（a）岩浆海阶段,通过岩浆海的结晶分异形成顶部为斜长岩月壳,中间为高Ⅱ、富钛铁矿层,底部为巨厚的硅酸盐低Ti层的三层壳幔结构;（b）富钛铁矿堆晶岩（携带少量残余熔体）因密度大而下沉至下部的硅酸盐月幔（400km以下）;（C）月幔中这些不同源区的岩石发生减压熔融。早期由较浅的低熔点组分熔融形成低K高Ti玄武岩,之后形成来源较深的高Ti玄武岩和低Ti玄武岩。     

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。     

月球南海地区玄武岩厚度估算

月海玄武岩是月幔部分熔融喷出月表而形成的,其厚度可以反映月海玄武岩源区的深度。研究月海玄武岩厚度,对进一步认识月球区域岩浆作用或火山作用的演化历史具有不可替代的作用,也能够为整个月球的热演化和岩浆演化提供基本的约束条件。同时,玄武岩厚度可以用以推测月球内部产生玄武岩岩浆的体积,对月球火山作用的岩浆喷发总量以及月球内部的热状态具有指示作用。本文基于多源遥感数据,综合利用撞击坑的形貌特征与月坑挖掘深度法对南海地区撞击坑内(crater)和撞击坑间(intercrater)两类玄武岩地层的厚度进行了估算,并对玄武岩的面积、体积、年龄及岩浆活动做了简单分析。研究结果表明：南海地区撞击坑内的玄武岩厚度变化范围为0.11~4.75 km,平均值约为1.32 km,玄武岩的出露面积和出露体积分别为57.06~10 791.66 km2和10.25~51 260.38 km3;撞击坑间的玄武岩厚度变化范围为0.01~2.18 km,平均值约为0.34 km,玄武岩的出露面积和出露体积分别为6 487.89~33 170.55 km2和2 711.97~11 609.69 km3。因此,南海地区玄武岩厚度的变化范围分布在0.01~4.75 km,平均厚度约为600 m,出露的玄武岩总面积约为2.12×105 km2,总体积约为2.71×105 km3。通过分析南海地区的玄武岩年龄及分布特征,发现南海地区内的岩浆喷发活动主要集中发生在雨海纪至爱拉托逊纪时期,且其局部区域存在多次岩浆喷发及充填过程,但由于晚期玄武岩岩浆的喷发总量不足以覆盖早期已形成的玄武岩,导致晚期玄武岩与早期玄武岩同时存在于同一个玄武岩单元内。南海地区独特的玄武岩分布特征也与地形有关。     

Feldspathic Mare Basalts at the Apollo 17 Landing Site, Taurus-Littrow

The basalt target rocks that have been converted to regolithacross the lunar maria are everywhere more feldspathic and lessmafic than the basalt hand specimens recovered from four Apollolanding sites, an effect not due to either horizontal or verticalmixing with adjacent highland materials. These crushed targetrocks need to be characterized by direct chemical and petrographicanalysis of the lithic fragments of basalt in the regolithsand by determination of the phase equilibria in and adjacentto these compositions at low pressure. Such data are availablefor the basalts of Mare Crisium and Mare Nubium (Luna 16, 24)and for Very Low Titanium basalt, first defined by three lithicfragments from the Apollo 17 core. These are all feldspathicbasalts, as are those from the Mare Tranquillitatis and OceanusProcellarum soils (Apollo 11, 12). Such data are lacking forthe principal basalt components at Mare Imbrium and Mare Serenitatis(Apollo 15, 17). The thoroughly investigated Apollo 17 landingsite at Taurus–Littrow, SE Mare Serenitatis, providesan example where other published information may be used toarrive at estimates of the composition of the feldspathic marebasalt that was the principal target material for regolith formation.This crushed basalt composition is that of a liquid close tobeing in simultaneous equilibrium with all of olivine, plagioclase,calcium-rich pyroxene, spinel, armalcolite and ilmenite at lowpressure. The simplest explanation would be that the basaltthat dominated the formation of the regolith comes from a differentflow unit than the hand specimens, but it strains credulitythat not a single hand specimen can be positively assigned tothat upper unit, and not a single soil sample can be positivelyidentified as having formed principally from the unit that providesthe hand specimens. KEY WORDS: cotectic; lithic fragment; lunar; target rock; regolith