我国月球探测的总体科学目标与发展战略

在简述月球探测的历程与趋势的基础上,强调当代月球探测的总体目标为：①研究月球与地月系的起源和演化,特别是月球大气层与磁场的消失,矿物与岩石的分布和形成环境、月壤和内部层圈结构的形成以及月球演化的历程;②探测月球的资源、能源和特殊环境的开发利用及对人类社会长期可持续发展的支撑。我国不载人月球探测划分为绕、落、回三个阶段。为了全球性、整体性重新认识月球,绕月卫星探测的科学目标是为了获取全月面三维影像,探测14种有用元素的全球分布与丰度,探测月壤厚度并估算氦 3资源量以及太阳活动对空间环境的影响。"落"为月球探测器软着陆就位探测和月球车巡视探测,建立月基光学、低频射电和极紫外天文观测平台。"回"为月球探测器软着陆就位探测和取样返回地面。     

SMART-1 after lunar capture: First results and perspectives

SMART-1 is a technology demonstration mission for deep space solar electrical propulsion and technologies for the future. SMART-1 is Europe’s first lunar mission and will contribute to developing an international program of lunar exploration. The spacecraft was launched on 27th September 2003, as an auxiliary passenger to GTO on Ariane 5, to reach the Moon after a 15-month cruise, with lunar capture on 15th November 2004, just a week before the International Lunar Conference in Udaipur. SMART-1 carries seven experiments, including three remote sensing instruments used during the mission’s nominal six months and one year extension in lunar science orbit. These instruments will contribute to key planetary scientific questions, related to theories of lunar origin and evolution, the global and local crustal composition, the search for cold traps at the lunar poles and the mapping of potential lunar resources     

Frontiers in lunar science based on bibliometric analysisSCIEI北大核心CSCD

月球是人类开展深空探测的首选目标,月球探测是世界各国科技竞争的制高点。开展月球科学前沿研判,对我国实施深空探测战略、规划行星科学研究路径,进而赢得未来竞争优势至关重要。基于Web of Science数据库,本文利用文献计量学方法,对月球科学领域论文产出数量、学科和期刊分布、主要国家和领先机构的竞争力、国际合作等进行了深度分析,并通过聚类分析获得当前研究热点,梳理出五大研究领域和七大前沿问题。过去20年,我国在月球科学研究取得了长足进步,但仍然存在优秀论文少、顶尖学者少、学术期刊少的问题。未来月球科学可能在三个方向上实现突破:月球的水仍将是国际月球探测和研究的重点;月球内部结构探测或是我国弯道超车的机遇;新的月球样品将进一步揭示月球形成和演化的奥秘。本研究结果可以为我国未来月球探测和研究的规划与组织提供参考。     

The Status Quo and Outlook of Chinese Coal Geology and Exploration Technologies

Coal is China＇s dominant energy resource. Coal geological exploration is the basis of sustainable development of coal industry. Since the late 1990s, the advances in Chinese coal geology and exploration techniques have been shown in the following aspects. （1） The basic research of coal geology has changed from traditional geological studies to earth system science; （2） Breakthroughs have been achieved in integrated exploration techniques for coal resources; （3） Evaluation of coal and coalbed methane resources provides important basis for macropolicy making for China＇s coal industry and construction of large coal bases; （4） Significant advances have been made in using information technology in coal geological exploration and 3S （GPS, GIS, RS） technology. For the present and a period of time in the future, major tasks of Chinese coal geological technology are as follows： （1） solving resources replacement problem in eastern China and geological problems of deep mining; （2） solving problem of integrated coal exploration of complex regions in energy bases of central China, and resources problems induced by coal exploitation; （3） making efforts to enhance the level of geological research and resources evaluation of coal-accumulation basins in western China; （4） strengthening geological research of clean coal technologies; （5） strengthening geological research of the problems in modern coal mining and safe production; （6） promoting information technology in coal resources and major geological investigations.     

In situ Lu–Hf phosphate geochronology: Progress towards a new tool for space exploration

Geochronology is fundamental to understanding planetary evolution. However, as space exploration continues to expand, traditional dating methods, involving complex laboratory processes, are generally not realistic for unmanned space applications. Campaign-style planetary exploration missions require dating methods that can (1) rapidly resolve age information on small samples, (2) be applied to minerals common in mafic rocks, and (3) be based on technologies that could be installed on future rover systems. We demonstrate the application of rapid in situ microanalytical Lu–Hf phosphate geochronology using samples of pallasite meteorites, which are representative examples of the deep interiors of differentiated planetoids that are generally difficult to date. Individual pallasites were dated by laser ablation tandem mass-spectrometry (LA-ICP-MS/MS), demonstrating a rapid novel method for exploring planetary evolution. Derived formation ages for individual pallasites agree with traditional methods and have <2% uncertainty, opening an avenue of opportunity for remote micro-analytical space exploration.     

航空地球物理勘查科技创新与应用

简要回顾了中国航空物探技术的发展历程，重点阐述了21世纪以来、尤其是"十一五"以来国内航空物探的主要技术创新与应用成果，并对今后发展趋势进行了分析与预测。为满足国家与社会需求，"十一五"以来，中国的航空物探技术，尤其是航磁多参量、矢量测量、航空重力测量和时间域航空电磁测量技术得到快速发展；在航空物探技术创新过程中，航空物探资料的综合研究和应用得到了加强，在基础地质、固体矿产勘查与评价、能源勘查与评价等方面取得了重要成果，在地下水资源调查、工程地质勘查、环境地质调查等方面显示出了良好的应用前景。为满足国家资源勘查和环境评价对航空探测技术的需求，未来中国航空物探测量系统的分辨率、稳定性和实用性将进一步提高，航空物探在加强基础地质、固体矿产勘查、能源勘查等传统领域应用的基础上，将拓展及加强在深地探测、深海探测、深部地热调查、水资源调查、地质灾害调查、军事及测绘等领域的应用。      

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。     

岩相古地理研究与油气勘探

古地理学已具有200余年的悠久历史。它的发生、发展与沉积学和地层学的发展密切相关。古地理学的理论发展和相关的技术进步在勘探开发沉积矿产资源等方面发挥了重要作用,开拓了在河流、三角洲及滑塌浊积扇、深水重力流沉积、滩坝、礁以及碳酸盐岩建隆中找油的新领域。中国岩相古地理的研究为推动油气资源勘探开发起到了不可替代的作用,已在不同地区和地质层位中找到了极为丰富的油气资源。中国含油气盆地油气勘探表明,岩相古地理控制了油气成藏的基本要素组合和油气资源的分布,地层和岩性圈闭的发育和分布受控于古地理条件的改变。中国原油地质储量的13％、55.3％和12.6％分别分布在河流、三角洲和水下扇的沉积物中。讨论了未来岩相古地理研究应采取的指导思想、工作方法和面临的重要科学问题,指出多信息、多尺度、多元化和数字化的古地理研究必将在未来沉积矿产勘探开发和综合利用中发挥积极的重要作用。     

我国地质勘查科技发展对策初探

我国地质勘查正面临教从计划经济向社会主义市场经济、从传统地质勘查向以“地球系统科学”为核心的现代地质勘查、从以资源保障向资源环境保障并重、从“一种资源,一个市场”向“两种资源,两个市场”转变的重大变革时期,在此变革中,地质勘查科技水平的发展是至关重要的因素．为此,应从明确主攻方向,选准科技发展目标,加快矿业权市场建设,争取多渠道资金,加大对地勘方法技术研究的投资,加强科技创新人才培养,大力推进科研基地建设,制定和完善有利于推广先进技术的优惠政策,加强科研管理协作和加强国际交流合作等方面来推动我国地质勘查科技的发展．     

太阳系探测的进展与比较行星学的主要科学问题

回顾了太阳系的探测历程,综合分析了太阳系探测的发展趋势。未来的太阳系探测将以月球与火星探测为主线,适度开展太阳系其他行星及其卫星、小行星和彗星的考察性探测。21世纪将是全面探测太阳系并为人类社会长期可持续发展服务的新时代。随着太阳系探测的进展,通过系统比较地球与类地行星的大气层与水体的形成演化过程、地形地貌与地质构造特征、岩石类型、热历史与内部结构等方面的共性与特性研究,表明行星的质量大小和行星与太阳的距离的相互耦合,制约了行星的形成和演化的复杂过程。比较行星学已成为指导太阳系探测的科学理论体系。     

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。     

行星矿产及行星资源地质学初论

了解并利用行星矿产资源、可持续永久开发太空成为行星科学与深空探测的一项重要研究任务。而行星矿产资源的开发利用,需要运用行星科学与地质学特别是矿床学的基础理论,利用行星观测、探测及开发技术方法,研究行星矿产资源形成演化规律,查明行星矿产资源的类型、特征、储量和分布规律;进行行星矿产资源的地质调查、岩石-矿石成分、结构与性能、元素赋存状态、开发利用条件评价与预测,为行星矿产资源开发与太空的可持续永久开发建设提供基础理论与关键技术方法。因此,行星矿产资源学是研究行星矿产资源的品种、类型与分布规律、行星矿产资源成因演化与比较行星成矿学、行星矿产资源勘查评价技术与开采利用工程学的交叉学科。笔者从行星资源地质学的视角,从地球与月球的层圈结构、演化历史、岩石组成与表生环境,研判月球可能产出的矿产资源类型。认为与月海玄武岩、月幔(柱)和陨石撞击成因的层状岩体与镁铁-超镁铁质小岩体有关的铬铁矿-铜镍钴硫化物-铂族元素-钒钛磁铁矿-金刚石矿产,KREEP岩以及月幔柱熔融上覆岩石圈所产生碱性岩相伴的铌-钽-铍-铀等稀有-稀土矿产,具有形成条件与产出可能,从而拓展可能的矿产类型、品种,从更宽广的视角研究月球矿产并规划月球基地建设资源供给。火星上由于水(以及可能存在的板块构造)的存在,除岩浆矿床之外,火星可能具备发育与化学风化沉积、次生富集作用以及变质作用有关矿产的形成条件,具有形成金属与非金属资源的禀赋,可与地球矿产相媲美。未来行星资源地质学应加强地质学、行星化学、行星地质学、行星物理学、矿业工程、冶金工程和材料学的交叉融合及理论应用,发展行星地质勘探方法与智能机器人工程技术,发展高/低温、高/低压、高辐照、低/微重力环境条件下样品采集、加工、多尺度测试分析理论与方法,培养行星资源地质资源与开发工程学科人才。     

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.     

月球火山作用的地貌学特征

火山活动是月球最主要的内动力地质作用之一,是研究月球地质历史和热演化的重要窗口,也是月球科学及探测的重点目标.本文概要总结了月球火山作用的基本原理,并重点介绍了"岩墙扩展"模型.基于此模型,列举了由于岩墙在月壳内部上升程度的不同,导致的不同形式的喷发活动,并在月表产生了一系列火山地貌特征:① 当岩墙仅扩展到浅月表、未能穿透月壳并引起喷发活动时,可能会在月表产生坑链构造、地堑或底部断裂型撞击坑;② 当岩墙穿透了整个月壳并引起爆裂式喷发活动时,会在月表产生小型火山锥、区域性火山碎屑堆积物、全月分布的微小火山玻璃、暗晕凹陷构造及环形火山碎屑堆积物;③ 当岩墙穿透了整个月壳并引起溢流式喷发活动时,随着岩浆喷发通量的逐步增高,会在月表产生小型熔岩流、月海穹窿、复合熔岩流、蜿蜒型月溪、巨型熔岩流及火山高原复合体.本文也简要介绍了在月表观测到的若干非典型火山地貌特征,包括不规则月海斑块、环形凹陷穹丘及非月海富硅质穹窿.近年来新的探月数据加深了对这些特殊火山地貌特征的认识,但是更多的地质特征及成因模型细节仍有待未来月球研究及探测去解决.     

Quantification of the chemical composition of lunar soil in terms of its reflectance spectra by PCA and SVM

In the second phase of the Chang’E Program an unmanned lunar rover will be launched onto the Moon. When ground scientists get a full understanding of the chemical composition of lunar soil around the rover, they can make more detailed survey plans for the rover and various payloads onboard so as to satisfy their scientific objectives. There is an obvious relationship between the reflectance of lunar soil and its chemical characteristics. Both principal component analysis (PCA) and support vector machine (SVM) models were applied to establishing the relationship between the reflectance spectra and chemical compositions of lunar highland and mare soil samples sent back by Apollo missions 11, 12, 14, 15, 16 and 17 and measured by Lunar Soil Characterization Consortium (LSCC). PCA was used to reduce and select the features of the reflectance spectra of lunar soil samples. Then, these features were put into SVM to estimate the abundances of various chemical components in lunar soil. We also compared the results of our measurement with those obtained by the SVM model [partial least squares (PLS)] and the principal component regression (PCR) model reported in literature. Our studies showed that with the exception of TiO₂, the results of prediction of the abundances of chemical compounds in lunar soil by our model are much more reliable than those reported in literature. The reflectance spectra of lunar soil are closely related to the materials from which it was derived.     

月球探测中月面热环境影响的研究现状

在月球探测中,多光谱、热红外、被动微波辐射等探测技术被广泛应用于月表物质组分和物理特性的探测,也积累了大量探测数据。月球太阳辐照、月球表面温度、地球反照和内部热流等月面热环境的变化,改变了月表物质反射率、热发射率以及其他电磁学等基本性质,制约了探测数据的准确解译;同时,大幅度的太阳辐射强度和月面温度变化也直接威胁月面探测中巡视探测器和宇航员的安全。但是,目前月球表面热环境对探测活动的影响认识还比较欠缺,月面热环境的时空变化规律认识还不够充分,在实验研究不足的情况下对各种探测方式的影响缺乏系统的理解。结合月球探测的发展,进一步立足实验手段和探测结果,通过开展不同地形条件下月面太阳辐射和物理温度的时间变化和空间分布规律研究、探测数据与月面热环境参数时空匹配问题研究、建设具备类似物质组成和月面热环境特征的实验场地以及开展系统的热环境影响模拟实验研究,全面认识月面热环境参数的时空变化规律,探讨月面热环境对不同探测方式的影响将是月面热环境研究的重要内容。     

CE3玉兔号月球车APXS特征X射线能谱信息分析

通过对CE3玉兔号月球车粒子激发X射线谱仪（APXS）获取的数据进行处理,获得测点的累积特征X荧光计数率谱线,经小波滤波,消除放射性涨落对X荧光谱线的影响。由能量刻度获得了月球车着陆点月壤元素X射线特征能量峰,由此分析了着陆点月壤元素的成分,得知测量点月壤元素成分包括Si、Ca、Al、Mg、K、P、S、Fe、Ti、Ni、Cr、Mo、Sr、Y、Zr、Nb。研究结果为月陆地质演化提供了有利的参数制约。     

月球风暴洋火山口暗物质矿物反演及地质意义

月表主要矿物的空间分布是研究月球起源及演化等科学问题的重要信息之一.以风暴洋地区为例, 根据不同矿物光谱在可见光-近红外波段的吸收特征, 使用印度M3(moon mineralogy mapper)数据, 应用波谱特征拟合法(SFF)反演了火山口附近暗物质区域的单斜辉石、斜方辉石、橄榄石和尖晶石等铁镁质矿物的分布, 反演结果显示: 风暴洋地区提取的铁镁质矿物分布较集中, 其中辉石含量较多, 橄榄石和尖晶石含量相对较少.另外着重分析了橄榄石、尖晶石与周围矿物的关系及其地质意义.将提取结果与Lucey用于Clementine影像的光学模型填图结果进行对比显示, 提取的橄榄石分布集中, 但不存在大尺度的分布, 这与本文的研究区域面积有关; 就位置而言, 二者具有较好的一致性.      

月球上的"水"

在地球科学的各个领域中,在行星演化学和太空探索中,水都是不可缺少的元素。长久以来,我们一直认为月球是干燥的。然而最新的研究成果推翻了这个观点。近期的遥感探测和撞月实验表明,月球表面不仅含有结构水(OH和H₂O), 而且还有固态冰的存在。对月球火山玻璃和玄武岩的磷灰石重新分析也发现了这些玻璃中的OH,揭示了月球内部有水的存在。这个发现,意味着我们可能需要重新审视现有的月球火山活动和演化的模式。月表水和内部水的存在,还为未来以月球为跳板进行太空探索,提供了重要的资源。这里,我们对月表水和内部水的研究作一总结,并就这些发现的意义展开讨论。     

成矿模式与找矿模式研究的现代科学技术

为保障资源的可持续发展,地下深部资源勘探与开发是当前国内外许多国家重要的战略选择。地下深部是否存在优质矿产资源研究是开展深部找矿的前提。理想的成矿模式对指导找矿模式的构建具有重要的理论意义,而合理找矿模式的建立对于深部找矿具有重要的指导意义。随着现代科学技术的持续发展,各种新技术不断用于地质研究及勘探中,使深入理解成矿作用,建立理想的成矿模式成为可能。目前,一些新技术如矿物原位U-Pb定年、原位成分、原位同位素分析等在成矿模式研究中已发挥重要作用,指导人们重新建立新的成矿模式;同样一些地球物理探测技术、地球化学探测技术等也正在找矿模式的建立中发挥重要作用,为深部矿的找寻提供更可靠的依据。因而成矿理论及综合地球物理、综合地球化学等现代科学技术的应用是当前及未来深部矿找矿工作的趋势。