【摘要】：水在火星的地質(zhì)演化過程中扮演著極為重要的角色,是塑造火星地表的重要地質(zhì)作用�；鹦潜砻娲嬖谥喾N與水的活動相關(guān)的地貌,如峽谷網(wǎng)、外流渠道、沖溝、湖泊等。其中,火星古湖泊是火星地貌研究的熱點之一,它是火星地質(zhì)環(huán)境歷史的見證者。古湖泊的地貌特征能夠揭示湖泊存在時地表水的活動情況;古湖泊的礦物成分能夠反映古氣候環(huán)境特點;古湖泊的年齡與分布指示了火星地表水的存在時間與分布范圍。同時,火星古湖泊是最有可能保存生命痕跡的區(qū)域,也是探索火星宜居環(huán)境的最佳區(qū)域之一。因此,古湖泊一直是火星著陸、巡視探測的熱門區(qū)域,對火星古湖泊的研究對于了解火星的古氣候、古環(huán)境,尋找火星生命都具有重要的意義。前人已經(jīng)對火星古湖泊開展了調(diào)查研究并識別出了400多個古湖泊。但是受到數(shù)據(jù)分辨率的限制,前人對火星古湖泊的識別并不全面,因而由此得到的古湖泊分布規(guī)律以及對氣候環(huán)境的指示意義可能并不完全可靠。此外,對于古湖泊沉積地貌以及后期改造地貌的類型、分布、成因及指示意義的研究也不充分,對這些地貌的形成年代依然缺乏有效的約束。因此,針對上述存在的問題,本論文從以下幾個方面開展了研究:1.古湖泊的識別與地貌特征:綜合利用高分辨率影像數(shù)據(jù),在火星南部高原開展古湖泊的詳細(xì)識別和調(diào)查,更新火星古湖泊數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上,分析古湖泊的地貌特征,識別湖泊中的三角洲、層狀沉積等沉積地貌以及曲線脊?fàn)畹孛驳忍厥獾孛?探討地貌的地質(zhì)特征及成因。同時,利用高分辨率地形數(shù)據(jù),對古湖泊進(jìn)行形貌學(xué)測量,獲得湖泊直徑、湖泊面積等基本形貌學(xué)參數(shù)。2.古湖泊的礦物類型:利用多源光譜數(shù)據(jù),對重點區(qū)域的古湖泊的礦物成分進(jìn)行反演,重點關(guān)注氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽以及層狀硅酸鹽等水成礦物,綜合分析礦物集合體的特征以及各礦物在湖泊中的分布規(guī)律。3.古湖泊的后期改造特征:對各古湖泊經(jīng)歷的后期改造類型進(jìn)行分析,對撞擊作用、冰川作用、火山作用、風(fēng)力作用等不同地質(zhì)過程在古湖泊中形成的后期改造地貌進(jìn)行識別,對上述地貌的特征和分布規(guī)律進(jìn)行分析。4.古湖泊的年代學(xué)特征:古湖泊的年代學(xué)研究涉及古湖泊活動的年代和古湖泊經(jīng)歷后期改造的年代兩方面,需要識別古湖泊沉積物和沉積地貌,在原始沉積物上利用撞擊坑統(tǒng)計定年法獲得古湖泊的活動年齡。同時,對古湖泊內(nèi)的后期改造單元進(jìn)行定年,獲得古湖泊經(jīng)歷后期改造的年代5.古湖泊的分布特征及對古氣候環(huán)境的指示意義:繪制火星南部高原古湖泊的分布圖,分析古湖泊的年齡分布特征,以及具有不同沉積地貌的古湖泊的分布特點,探討上述分布特點對火星古氣候與古環(huán)境的指示意義。同時,通過對重點區(qū)域古湖泊的地貌特征、礦物組合類型等進(jìn)行分析,揭示局部區(qū)域的古氣候環(huán)境特點。通過上述研究,本文獲得了以下主要結(jié)論:1.火星南部高原古湖泊的識別和地質(zhì)特征研究本研究一共在火星南部高原識別出了922個古湖泊,其中有546個為首次發(fā)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上,對古湖泊中的原始沉積物質(zhì)和后期改造作用進(jìn)行了研究,探討了他們的分布規(guī)律和原因,并通過對三角洲定年,得到了古湖泊的活動年齡,發(fā)現(xiàn)火星古湖泊主要在諾亞紀(jì)活動,從諾亞紀(jì)-西方紀(jì)邊界(3.7 Ga左右)至早-晚西方世的邊界(3.4 Ga左右),古湖泊逐漸消失,指示了火星進(jìn)入西方紀(jì)后氣候條件發(fā)生了巨大的改變。同時,定年結(jié)果和形貌分析還揭示了在亞馬遜紀(jì)火星表面依然有局部性的、短時性的地表水活動并形成了古湖泊。這些古湖泊可能是在干冷的亞馬遜紀(jì),由撞擊或火山作用引發(fā)的冰層融水形成。2.薩希斯高原曲線脊?fàn)畹孛驳牡刭|(zhì)特征與成因在火星古湖泊的識別與分析中,發(fā)現(xiàn)多個古湖泊內(nèi)存在曲線脊?fàn)畹孛?它們一般被認(rèn)為與水或冰川有關(guān),是河谷被侵蝕形成的地形倒轉(zhuǎn)地貌或冰下水流形成的蛇形丘。但是,本文通過對火星薩希斯地區(qū)曲線脊?fàn)畹孛驳难芯堪l(fā)現(xiàn),在火山作用中也可形成曲線脊?fàn)罴姑�。本研究首次在薩希斯地區(qū)識別出了38個曲線脊?fàn)畹孛?提出他們具有熔巖管成因。這些熔巖管在薩希斯大火山巖省的形成中起到了重要的作用,對熔巖在水平方向上的長距離運(yùn)輸至關(guān)重要。3.海拉斯盆地西北部古湖泊的地質(zhì)特征與指示意義海拉斯盆地是火星南部高原最大、最為古老的盆地之一。盆地周圍的古湖泊記錄了火星復(fù)雜的地質(zhì)與氣候演化歷史。本文選取海拉斯盆地西北部作為研究區(qū)域,對區(qū)域內(nèi)古湖泊的分布、地貌特征、礦物成分、后期改造以及年齡進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明,海拉斯西北部地區(qū)存在大量的富鎂鐵層狀硅酸鹽,指示了曾經(jīng)存在溫暖濕潤的氣候,同時也發(fā)現(xiàn)了兩處碳酸鹽和一處氯鹽,其中碳酸鹽可能是在諾亞紀(jì)早期形成并被埋藏保存,氯鹽則可能為古湖泊蒸發(fā)形成。但總體而言,該區(qū)域蒸發(fā)鹽類礦物較少,可能是由較快的氣候轉(zhuǎn)變過程和/或較短的湖泊活動時間導(dǎo)致。此外,對古湖泊分布和地貌特點的研究表明,海拉斯北部0 m等高線以下的區(qū)域可能曾經(jīng)位于水下,支持了“海拉斯洋”的存在并認(rèn)為其海平面可達(dá)到0 m左右的高程。對海拉斯地區(qū)古湖泊的定年結(jié)果顯示,該區(qū)域經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)演化過程。首先,該區(qū)域的氣候在諾亞紀(jì)-西方紀(jì)交界處發(fā)生了巨大的改變,導(dǎo)致大量古湖泊在3.65 Ga左右干涸。隨后,在早西方世,該區(qū)域經(jīng)歷了火山的后期改造作用,一部分古湖泊盆地底部被熔巖覆蓋。在距今1 Ga左右,亞馬遜紀(jì)的冰川活動改造了區(qū)域內(nèi)25°S以南的古湖泊盆地,形成大量與冰川活動有關(guān)的地貌,指示了當(dāng)時寒冷干燥的氣候。綜上所述,本文對火星南部高原古湖泊的地質(zhì)特征進(jìn)行了更深入的研究和分析,豐富了當(dāng)前對火星古湖泊時空分布的認(rèn)識,對于了解火星的地質(zhì)演化及氣候環(huán)境變化具有重要的意義。隨著我國火星探測計劃的實施,對古湖泊的研究將為我國火星探測科學(xué)目標(biāo)的確定和著陸點的選擇提供重要的支撐。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P343.3;P532
【圖文】：

火星最明顯的地貌特點為其南北二分性，即可以用一個大致與火星赤道呈 30°傾角的大圓，將火星表面分為南、北兩個半球，它們在平均高程、地殼厚度、撞擊坑密度、表面年齡等多個方面具有明顯的差異（圖1.1（）Carr, 2006;肖龍，2013）：北部為平原，地勢較低，撞擊坑較少，年齡較為年輕，平均地殼厚度約 30 km；南部為高原，平均高程高出北半球 5.5 km，遍布大小不等的撞擊坑，年齡較為古老，平均地殼厚度約 60 km�；鹦堑亩中蕴卣骺赡苁怯杉s 45 億年前的一次大型撞擊事件導(dǎo)致（Bottke andAndrews-Hanna, 2017）。1.1 火星地質(zhì)歷史概述火星的地質(zhì)年代按由老至新的順序可分為諾亞紀(jì)（Noachian）、西方紀(jì)（Hesperian）和亞馬遜紀(jì)（Amazonian）。它們分別以各地質(zhì)時代的代表性區(qū)域命名：諾亞紀(jì)得名于火星南半球古老的諾亞高地（Noachis Terra），西方紀(jì)與亞馬遜紀(jì)分別以南半球的赫斯佩利亞高原（Hesperia Planum）和北半球年輕的亞馬遜平原（Amazonian Planitia）命名。各地質(zhì)時代在地貌特征、氣候環(huán)境等方面都具有不同的特點（圖 1.2）。諾亞紀(jì)為距今 41 億年至 37 億年，其以海拉斯（Hellas）盆地的形成為底界，

圖 1.2 火星各地質(zhì)時代的主要地質(zhì)過程（改編自 Ehlmann et al., 2011）亞馬遜紀(jì)為 30 億年前至今，約占據(jù)火星地質(zhì)歷史的三分之二，其包括早、中、晚亞馬遜世（Carr and Head, 2010）。但是，在這段漫長的時期中，火星表面地貌的變化相對于諾亞紀(jì)和西方紀(jì)而言較小，侵蝕和風(fēng)化速率極低。相比構(gòu)造、撞擊等

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 竇鴻身,王蘇民,姜加虎,汪憲h;中國湖泊綜合分類原則、級別劃分及分類程序之初探[J];湖泊科學(xué);1996年02期

本文編號：2725002