火星伊西底斯平原的壁垒撞击坑：遥感分析及环境启示意义

伊西底斯平原是中国首次火星探测任务“天问一号”的预选着陆区之一,地表广泛发育指纹地形和壁垒撞击坑。壁垒撞击坑具有一层或多层流态化的连续溅射物,一般被认为是地下富含水/冰的地层（以下简称“地下水冰层”）与超高速撞击体作用的产物,是分析火星当前和过去地下水冰层的关键研究对象。基于高分辨率影像,本文采用影像解译、形貌分析、撞击坑统计定年等方法,开展了伊西底斯平原壁垒撞击坑的遥感综合分析。解译发现该平原目前共存在120个壁垒撞击坑,它们的最小直径为1.5 km,连续溅射物平均分布在撞击坑周围约1.3个半径范围之内,且外观不规则程度（弯曲度）高。采用撞击坑直径—频率分布定年方法确定了15个连续溅射物保存完整的壁垒撞击坑的绝对模式年龄（地质年龄）,发现它们全部形成于亚马逊纪。根据连续溅射物与指纹地形的空间叠加关系,本文推断构成指纹地形的锥状物形成于2.38—3.24 Ga（早亚马逊纪）。它们更可能是大量岩浆流过湿润或冰冻地面时下覆（融化）水分迅速气化而发生爆裂并冲破岩浆形成的无根锥/伪火山口。根据撞击坑直径和挖掘深度之间的经验关系,本文揭示伊西底斯平原有利于形成壁垒撞击坑的地下水冰层的平均埋藏深度至少稳定保持在1 km,并可能因火星自转倾角周期性变化对气候的影响而发生0.1 km的小幅上升或下降。本文研究成果对于重建伊西底斯平原地下水冰环境演变历史具有重要科学意义,并有望得到中国“天问一号”巡视器和轨道器次表层探测雷达探测结果的验证。     

利用小型撞击坑测算月球地质单元撞击年龄

撞击坑统计方法是估计行星表面年代的一种有效方法。利用小尺度撞击坑大小频率分布测定撞击年龄,并分析了计算模型的不确定性、撞击坑的退化、次级撞击坑影响等相关问题。选用嫦娥二号获取的虹湾地区高精度影像数据进行验证,确定该区域退化参数为350 m,直径小于30 m时次级撞击坑密集分布,使用350 m以上的撞击坑计算得到撞击年龄为3.16 Ga,误差控制在0.1 Ga以内。     

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。     

及粗铂矿的发现及其意义

对1998年7月发现的辽宁岫岩县苏子沟镇罗圈里直径1.8　km的撞击坑构造作了一系列地质、地球化学测试工作。从坑内出露的基岩（下元古界辽河群里尔峪组变质砂岩）与充填碎屑物质界面上取样，经XRD定性分析显示有自然铂、锇铱矿、自然铑、自然铱的存在。进一步对这一类样品作等离子质谱分析（ICP-MS），则发现有PGE异常。特别是Pt，Pd，Ru甚至高于原始地幔的丰度值。进一步淘选坑里重砂样品则发现数颗粗铂矿物。已作电子探针分析表明PGE质量分数Pt为85.30%～98.68%,Pd为0.45%～0.87%,Rh为0.56%～0.74%,Os为0.66%～1.31%,Ir为1.72%～2.43%,Ru为0.16%～0.31%,此外Ni为0.00%～0.50%,Fe为4.98%～5.42%。笔者认为这种PGE元素异常和粗铂矿的发现是陨石及其撞击作用的重要依据之一。     

月球第谷区域内“冻融地貌”的发现

随着月球探测的不断深入,月球上是否有水或水冰的存在已引起开展行星和月球研究的科学家们的高度关注。以往的研究多偏重于仪器的探测,以及极少量的样品测试分析,结果并不令人满意。我们通过对月球高分辨率的卫星影像资料的详细解析,从水和水冰形成的特有的地貌类型——冻融地貌入手,发现月球上存在大量由冻融作用产生的与地球相似的"冻融地貌"类型,主要有:冻融泥流、冻胀丘、冻胀脊、冻胀裂隙、热融塌陷、热融滑坡等,并且以哥白尼纪的第谷月坑及周边保留最多、最好和最完整。这些"冻融地貌"的发现,对探讨月球上是否曾经存在水或水冰,以及进一步开展月球形成演化等科学问题的研究具有重要意义。     

顾及月表铁元素含量的次生撞击坑识别

在对月表地质单元定年时,由于月球岩石、土壤和岩心样品数量有限,能够利用这些样品做同位素定年的地质单元范围很小,因此更大范围的月球表面的绝对年龄需要采用撞击坑尺寸频率定年法(crater sizefrequency distribution, CSFD)测定。然而月球表面次生撞击坑的存在会导致CSFD得到的定年结果出现偏差,故在标注撞击坑时有必要对次生撞击坑予以剔除,以便对行星表面的地质单元做较为准确的定年。提出一种顾及月表铁元素含量的次生撞击坑识别方法。使用波段比值法获取月表铁元素含量信息,以次生撞击坑内铁元素含量更接近月壤铁元素含量为假设前提,以撞击坑内与月壤的铁元素含量差值为判据分离主撞击坑和次生撞击坑。以日本月亮女神多光谱成像仪影像为实验数据,验证所提方法的有效性和稳健性。实验结果表明,在依据铁元素含量剔除次生撞击坑后的定年结果与已知定年结果之差小于0.1 Ga,具有较好的一致性;与其他次生撞击坑剔除方法相比,依据月表铁元素信息剔除次生撞击坑的结果更可靠。     

基于全景相机数据的嫦娥四号着陆区次级坑统计分析

玉兔二号月球车在嫦娥四号着陆区发现了许多坑缘呈破碎石块状的小型撞击坑,其直径大多在亚米级,过去对于这种小尺度撞击坑的研究大多源于Apollo、Surveyor、Ranger系列任务,然而当时获取的影像质量较低,且并未覆盖月球背面.小尺度撞击坑在月球表面分布十分广泛,与月球最表层的演化密切相关,因此对其展开研究具有重要的...     

火星雅丹地貌研究进展

雅丹地貌是一种典型的风蚀地貌。多源遥感探测和就位探测均表明火星表面分布着大量的雅丹地貌,其形态特征和物质组成记录了火星气候环境变化的信息,是当前火星探测和研究的热点之一。本文对火星雅丹地貌的探测历史、分布、类型、几何特征、物质组成、年代学、发育过程及对古气候指示意义等方面的研究进展进行了总结,在此基础上,提出了当前火星雅丹地貌研究存在的主要问题,建议在未来研究中重点加强雅丹地貌定量化和比较行星学研究,并结合其物质组成、年代学等方面工作,探讨其发育过程与气候环境协同演化的机制,为深入认识火星雅丹地貌发育过程,了解火星古气候环境变化提供支持。     

基于多源遥感数据的月球表面LQ-2区域撞击坑分布特征分析

撞击坑是月球表面最为普遍且显著的地貌单元和地质构造标志,其形态和布局特征蕴含了月球形貌发育演化的关键信息.基于中国探月工程获得的嫦娥一号CCD、嫦娥二号CCD影像数据和LOLA激光高度计等影像数据,结合专家知识,以LQ-2为研究区识别直径>10 km的撞击坑共计589个.并从撞击机理和撞击能量大小两个方面对坑物质类型及...     

基于Apollo图像的月表撞击坑自动提取

撞击坑是月表的主要形貌单元.研究月表撞击坑的形状与分布特征对描述月表撞击过程与演变规律有很大帮助.根据月表撞击坑的真实形状,提出了一套椭圆形撞击坑自动提取方法,其主要包括3个步骤:图像预处理、边缘检测与约束参数的Hough多椭圆分层检测.与人工提取结果比较,月表撞击坑自动提取的总体准确率在76％以上(其中比较大的撞击坑的检测率可以达到83％). 统计检测结果表明,当撞击坑的长半轴D＜ 160m时,其累积大小频率分布曲线撞击坑个数N与D-3.8有明显的线性关系.