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《吉林大学》 2016年
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月球雨海地区的地质演化

王庆龙  
【摘要】:本文以月球雨海地区为研究对象,采用月球物质成分、地形地貌及重力场等多源遥感探测数据融合的方式,对其地质演化过程展开了综合分析与研究。针对目前雨海盆地多环结构初始边界存在的广泛争议,利用LOLA形貌、山体阴影及GRAIL自由空气重力场等遥感数据进行了研究,结果表明雨海盆地是具有偏心圆的三环结构特征,三环结构的直径从外向内分别为1500km、1100km、665km。利用嫦娥一号IIM光谱数据融合LP伽马射线谱仪Th元素成分数据,再结合前人对本区月岩研究成果将雨海岩石一共划分为11类,其中非月海岩石划分为高地岩石和非月海玄武岩两大类。高地岩石划分为4类,分别为亚铁斜长岩、富镁结晶岩套、富Mg尖晶石斜长岩及KREEP岩。非月海玄武岩划分为2类,分别为高铝(AL)玄武岩及克里普玄武岩。月海岩石划分为5类,分别为极低钛、低钛、中钛、高钛及极高钛玄武岩。通过利用CE-2号影像数据、Clementine UVVIS多光谱数据结合撞击坑尺寸-频率定年法将本区划分了61个玄武岩地质单元,其表面年龄范围集中在2.21Ga~3.76Ga,结合玄武岩成分与年代学特征将本区玄武质岩浆活动划分为四个充填期次,并利用了2015年最新的月球撞击坑数据库初步厘定了雨海地区撞击事件时间演化序列;基于欧拉反演结果发现本区中部月表以下存在两种不同深度、构造运动性质及成因机制与演化过程的深部断裂构造即,(1)深度在40km以下逐渐向内倾斜、延伸的构造断裂。(2)深度在40km以内逐渐向外倾斜、延伸的压性逆冲构造断裂,这两种不同深度的深部构造断裂应代表了本区不同的构造地质演化过程;基于断裂构造在布格重力异常横向平面图上的传统识别标志结合解析信号的欧拉反演结果,共识别及划分出本区30条构造断裂,其成因机制可能与雨海大型撞击事件作用密切相关。雨海地区的地质演化过程主要可划分为以下三个阶段:(1)以内动力地质作用演化为主的月球早期深部岩浆洋的产生、分异及演化的前雨海大型岩浆事件作用阶段,其时间跨度为3.85Ga~4.6Ga;(2)以月球内、外动力地质作用演化并重的雨海盆地撞击作用地质事件及月海玄武质岩浆喷发、充填溢流的月海岩浆作用的演化阶段,其时间跨度为2.21Ga~3.85Ga;(3)以月球外动力地质作用演化为主的后雨海小型撞击作用事件演化阶段,其时间跨度为0~2.21Ga。雨海地区是在月球不同地质年代岩浆及撞击作用地质事件共同作用下所形成的产物,这对揭示整个月球的起源与地质演化过程提供了重要的参考。
【关键词】:月球 雨海 地质演化 岩石学 年代学 深部构造 多源数据
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P184
【目录】:
  • 内容提要4-5
  • 详细摘要5-8
  • Abstract8-17
  • 第1章 绪论17-37
  • 1.1 月球探测的国内外研究现状17-22
  • 1.2 研究背景与选题依据22-31
  • 1.3 研究思路与拟解决的关键问题31-32
  • 1.3.1 研究思路31-32
  • 1.3.2 拟解决的关键问题32
  • 1.3.3 本论文依托的项目32
  • 1.4 研究方案概述32-36
  • 1.4.1 研究方法及内容32-34
  • 1.4.2 技术路线34-36
  • 1.5 论文数据源使用情况36-37
  • 第2章 雨海盆地区域地质概况37-50
  • 2.1 区域地质背景37-43
  • 2.2 盆地形态学特征与地质单元划分43-48
  • 2.3 盆地建造物质成分48-50
  • 第3章 雨海盆地多环结构初始边界的厘定及形貌特征信息提取与分析50-68
  • 3.1 雨海盆地多环结构初始边界的厘定50-62
  • 3.1.1 雨海盆地多环结构初始边界的国内外研究现状50-53
  • 3.1.2 雨海盆地多环结构初始边界的的厘定与成因研究53-62
  • 3.2 雨海地区形貌特征信息提取与分析62-68
  • 3.2.1 高程特征63-64
  • 3.2.2 坡度特征64-65
  • 3.2.3 粗糙度特征65-68
  • 第4章 雨海地区岩石类型分布图编研68-90
  • 4.1 月面岩石分类研究现状及雨海岩石类型分布图编制68-88
  • 4.1.1 月面岩石地球化学分类的研究历史与现状68-72
  • 4.1.1.1 前阿波罗阶段69
  • 4.1.1.2 阿波罗阶段69-70
  • 4.1.1.3 后阿波罗阶段70-72
  • 4.1.2 基于嫦娥数据的雨海地区岩石类型划分方法与界线72-79
  • 4.1.2.1 岩石类型划分方法73-74
  • 4.1.2.2 岩石类型划分界线74-79
  • 4.1.3 雨海地区元素与岩石类型填图结果79-88
  • 4.1.3.1 雨海地区元素类型填图结果79-86
  • 4.1.3.2 雨海地区岩石类型填图结果86-88
  • 4.2 粗糙度与玄武岩地质单元岩性的关系88-90
  • 第5章 雨海地区月海岩石的年代学研究及撞击事件的厘定90-120
  • 5.1 月球地质年代学研究方法简述90-92
  • 5.2 CSFD定年法基本原理、技术方法及定年误差的影响因素分析92-95
  • 5.3 月海玄武岩地质单元的划分95-96
  • 5.4 雨海地区玄武岩模式年龄定年结果及充填活动期次划分96-103
  • 5.5 雨海地区形貌、成分特征与岩性地质年龄的相关性分析103-108
  • 5.5.1 地形特征与玄武岩地质单元表面年龄的相关性分析103-104
  • 5.5.2 粗糙度与玄武岩地质单元表面年龄的相关性分析104-106
  • 5.5.3 成熟度与玄武岩地质单元表面年龄的相关性分析106-108
  • 5.6 雨海地区玄武岩成因及源区来源探讨108-110
  • 5.7 雨海地区撞击事件的厘定110-120
  • 第6章 雨海地区重力场特征地质解译与深部构造研究120-157
  • 6.1 雨海地区重力场特征地质解释120-131
  • 6.1.1 布格重力异常121-123
  • 6.1.2 解析延拓123-126
  • 6.1.3 求导处理126-131
  • 6.1.3.1 斜导数(Tilt梯度)处理127-131
  • 6.2 雨海地区构造地质演化过程初探131-144
  • 6.2.1 GRAIL重力数据处理131-137
  • 6.2.1.1 欧拉反褶积的基本理论131-133
  • 6.2.1.2 GRAIL重力数据处理结果133-137
  • 6.2.2 雨海盆地岩石圈深部构造的成因及演化探讨137-144
  • 6.3 雨海地区深部断裂构造特征划分144-157
  • 6.3.1 断裂构造在重力异常平面等值线图上的识别146-148
  • 6.3.2 雨海地区解析信号的欧拉反演148-151
  • 6.3.2.1 解析信号数据类型欧拉反演方法的基本原理149-150
  • 6.3.2.2 雨海地区重力异常解析信号的欧拉反演结果150-151
  • 6.3.3 反演结果与布格重力异常对比151-153
  • 6.3.4 雨海地区深部断裂构造特征划分结果153-157
  • 第7章 雨海地区地质演化的阶段与重大月质事件的探讨157-189
  • 7.1 月球早期深部岩浆洋的产生、分异及演化的大型前雨海岩浆事件作用阶段157-172
  • 7.1.1 岩浆洋的概念与证据157-158
  • 7.1.2 岩浆洋早期阶段形成的岩石类型158-160
  • 7.1.2.1 亚铁斜长岩的形成与年代158-160
  • 7.1.3 岩浆洋早期-晚期阶段形成的岩石类型160-164
  • 7.1.3.1 富镁结晶岩套的形成与年代160-163
  • 7.1.3.2 富Mg尖晶石斜长岩(PSA)的形成与年代163-164
  • 7.1.4 岩浆洋晚期阶段形成的岩石类型164-171
  • 7.1.4.1 克里普岩(KREEP)的形成与年代164-165
  • 7.1.4.2 非月海玄武岩的形成与年代165-171
  • 7.1.4.2.1 克里普玄武岩的形成与年代166-168
  • 7.1.4.2.2 高铝(HA)玄武岩的形成与年代168-171
  • 7.1.5 40km以下深部构造断裂的形成171-172
  • 7.2 雨海盆地撞击作用地质事件及月海玄武质岩浆喷发、充填溢流的月海岩浆作用的演化阶段172-186
  • 7.2.1 雨海盆地撞击作用地质事件的演化阶段174-180
  • 7.2.1.1 雨海盆地初始多环结构边界的形成与高程不均一性174-175
  • 7.2.1.2 雨海地区Th元素与克里普岩的形成与空间分布规律175-177
  • 7.2.1.3 雨海地区撞击事件时空分布与演化序列177-178
  • 7.2.1.4 雨海地区断裂构造的形成与地质解译178-180
  • 7.2.2 月海玄武质岩浆喷发、充填溢流的月海岩浆作用的演化阶段180-186
  • 7.3 后雨海小型撞击作用事件演化阶段186-189
  • 第8章 结论189-192
  • 8.1 结论189-191
  • 8.2 论文创新点与特色191
  • 8.3 存在的主要问题与建议191-192
  • 参考文献192-224
  • 作者简介及在学期间所取得的科研成果224-225
  • 致谢225

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