本文關(guān)鍵詞：基于月震層析成像的月球正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：月球內(nèi)部研究是當(dāng)今比較行星學(xué)研究的熱點(diǎn)問題,也是研究行星起源與演化需要解決的重大科學(xué)問題之一。月球的內(nèi)部構(gòu)造不僅對研究月球起源和演化有重要意義,而且對月球探測器飛行的軌道控制、月球著陸器的著陸區(qū)選擇有重要的影響。以往的研究認(rèn)為月球有著與地球類似的內(nèi)部分層結(jié)構(gòu),也分為月殼、月幔和月核,但它是一個內(nèi)部活動接近停息的星體,其內(nèi)部的能量已經(jīng)衰竭。事實(shí)上,月核與地核結(jié)構(gòu)類似,也分為液態(tài)的外核和固態(tài)的內(nèi)核,而月幔下部處于部分熔融狀態(tài),且熔融部分不斷受地球潮汐的加熱作用,使其內(nèi)部產(chǎn)生構(gòu)造活動,這表明月球內(nèi)部依然存在熱動力過程。月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究是月球研究的熱點(diǎn)問題,此工作可以幫助揭示月球內(nèi)部物質(zhì)相態(tài)、分異過程、熱作用與演化過程,可以為探索月球的形成及演化提供科學(xué)依據(jù)。另外,類似于地球,月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化也必然影響月球地貌和物質(zhì)分布,這將有助于我們理解月表盆地、山脈、高原的形成,以及月球正、背面地形的二分性。月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究主要基于月表或外部空間進(jìn)行的地球物理觀測。為了研究月球的內(nèi)部結(jié)構(gòu),美、日等國的探月計劃采用了多種探測方法對月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探測,包括月震、重力、電磁和熱流等方法。最新的對月球淺部結(jié)構(gòu)的觀測是嫦娥三號測月雷達(dá)方法,可以獲得月球次表層達(dá)幾百米的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。在這些探測方法中,月震探測被普遍認(rèn)為是研究月球內(nèi)部大尺度結(jié)構(gòu)的最佳手段。這是由于月震波具有很強(qiáng)的穿透力,可以攜帶深達(dá)月核的信息。另外,月震波速對月球內(nèi)部溫度、壓力和礦物成分變化非常敏感,可以被用來有效地推斷月球內(nèi)部物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)。迄今為止,通過Apollo月震實(shí)驗(yàn),人們認(rèn)識到月球內(nèi)部大致分為月殼、月幔和月核,并推測了各圈層的物質(zhì)成分,并于2008年首次對月球內(nèi)部速度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了層析成像。盡管如此,科學(xué)家們對月球圈層的劃分還比較粗略,且由于月震及臺站數(shù)量的限制,早期研究僅獲得了月球內(nèi)部的一維速度結(jié)構(gòu),而近期獲得的三維速度結(jié)構(gòu)也不夠精細(xì)。因此,本論文旨在選用更多的地震事件進(jìn)行震源定位,基于新近月球內(nèi)部速度模型,采用層析成像方法,獲得比前人精細(xì)的月球內(nèi)部速度結(jié)構(gòu),分析月殼及月幔的橫向不均勻性,回答克里普巖分布,月幔中是否存在低速帶或明顯的速度間斷面等問題。論文利用Geiger定位方法對200多個月震進(jìn)行了震源定位,對月震的分布及發(fā)震機(jī)制進(jìn)行了分析,并與地震進(jìn)行了對比�；诙ㄎ唤Y(jié)果,論文采用波前快速推進(jìn)正演方法及子空間反演方法對月球正面進(jìn)行了月震層析成像,獲得了月球內(nèi)部三維速度結(jié)構(gòu)。根據(jù)成像結(jié)果,作者對月球正面的克里普、質(zhì)量瘤、及月球內(nèi)部速度模型進(jìn)行了分析。基于月震定位及層析成像結(jié)果,論文得出了以下幾點(diǎn)結(jié)果與認(rèn)識：(1)本文采用新近的月球速度模型,定位結(jié)果相比與前人的定位結(jié)果精度有明顯提高,說明本文采用的速度模型精細(xì)程度更高；在前人識別的深源月震中,可能僅有3個深源月震位于月球背面。(2)雖然月球內(nèi)部速度結(jié)構(gòu)總體上是隨深度的增大而增大,但其在橫向和縱向上均出現(xiàn)了明顯的速度變化,這表明月球內(nèi)部物質(zhì)存在明顯的不均勻性。月殼的P波速度偏低,上月幔速度偏高,中月幔的速度偏低,下月幔的速度偏高,即在速度整體增大的趨勢上出現(xiàn)了中月幔的速度減小。與P波類似,月殼的S波速度主要表現(xiàn)為低速,上月幔中也出現(xiàn)了速度偏高,中月幔雖然也出現(xiàn)了低速,但低速區(qū)與高速區(qū)交替,低速區(qū)沒有P波的范圍大,下月幔中高速范圍較小,表現(xiàn)出大片的低速。(3)P、S波在月殼中的低速區(qū)均集中于月球正面的風(fēng)暴洋區(qū)域,其深度可以延伸到月表以下約200km。由20km的深度切片及成像剖面圖可以看出,此低速區(qū)域與風(fēng)暴洋克里普巖地層的分布較為一致,且Th含量較高的地層表現(xiàn)出了更明顯的低速異常。這可能說明產(chǎn)熱元素Th造成風(fēng)暴洋克里普巖單元的熱流值要高于周圍月殼或月幔地層的熱流值,從而使得此區(qū)域出現(xiàn)了低速異常。(4)層析結(jié)果還顯示出,在雨海和澄海均對應(yīng)有高速異常,但沒有發(fā)現(xiàn)對應(yīng)此異常的高速通道,對此論文給出了以下解釋：1)可能是由于月球淺部,尤其是月海和澄海區(qū)域的震源參數(shù)較少,無法成像得到高速通道；2)也可能說明雨海和澄海的質(zhì)量瘤不是由下部物質(zhì)隆起填充造成,可能是由于外部撞擊物的填充造成；3)月海和澄海質(zhì)量瘤是由下部物質(zhì)隆起填充造成,但隨著后期的地質(zhì)演化,使得上升通道閉合。但值得肯定的是,僅用目前少量的淺部震源獲得高分辨率的質(zhì)量瘤成像結(jié)果是不夠的,還需獲得更多的淺部震源。(5)論文從層析結(jié)果中提取了一維平均速度模型,以及典型位置的速度模型。通過對比,平均速度模型與輸入速度模型相似,即與Garcia在2011年發(fā)布的速度模型一致,但在典型位置提取的一維速度模型卻表現(xiàn)出了明顯的速度變化。另外,根據(jù)層析結(jié)果及提取的一維速度模型,說明速度間斷面并沒有全球出現(xiàn),而是只出現(xiàn)在局部區(qū)域。(6)基于論文的工作認(rèn)識到：1)月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在明顯的不均勻性,月殼及上月幔中的不均勻性可能是由于演化過程中的撞擊作用、巖漿活動等原因造成,而月幔中的不均勻性可能是由于月幔物質(zhì)倒轉(zhuǎn)造成；2)風(fēng)暴洋克里普巖地層明顯的低速異常,可能說明月球上的放射性元素仍具有一定的產(chǎn)熱作用,造成了風(fēng)暴洋玄武巖和高地巖石的溫度差異；3)雖然月球與地球的內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)類似,但對比于月球與地球的速度模型發(fā)現(xiàn),月球有其獨(dú)特之處。根據(jù)月球的成像結(jié)果及前人的一維速度模型,均沒有發(fā)現(xiàn)類似于地球上地幔的強(qiáng)低速帶,表明月球內(nèi)部可能沒有軟流圈,這可能說明月球內(nèi)部的放射性元素的豐度不足,或產(chǎn)生的熱能及溫壓條件不能使月幔物質(zhì)熔融。由于月震臺站及月震數(shù)據(jù)量的限制,導(dǎo)致目前的月震層析成像工作還存在一些問題需要繼續(xù)完善及解決：(1)月震層析成像結(jié)果分辨率較低,未來需要增加更多的月震到時數(shù)據(jù),或者考慮利用多種震相進(jìn)行層析成像；(2)由于淺部震源的數(shù)量較少,造成月震淺部結(jié)構(gòu)成像結(jié)果的分辨率相對更低,今后可利用月震事件的尾波信息,進(jìn)行面波對淺部地層的研究；(3)目前采用P、S波單獨(dú)反演,可以考慮以后采用P、S波聯(lián)合反演,或者震源與速度聯(lián)合反演；論文共分為八章。第一章簡要介紹了研究背景及主要研究內(nèi)容；第二章詳細(xì)介紹了月球正面的地形地貌和內(nèi)部結(jié)構(gòu),以及月球內(nèi)部的圈層劃分,各層的厚度及物質(zhì)成分,月球的演化歷史等；第三章分析了月震信號特征,并闡述了月震事件的分類方法；第四章為月震記錄的震相識別；第五章描述了震源定位方法及層析成像的原理；第六章主要是月震事件的定位,并對月震和地震的分布及發(fā)震機(jī)制進(jìn)行了對比分析；第七章是本論文的重點(diǎn),主要是月球正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)的層析成像,并綜合地質(zhì)與地球物理信息,對成像結(jié)果進(jìn)行了的地質(zhì)解釋；第八章是最后一章,總結(jié)了論文的主要工作及成果。
【關(guān)鍵詞】：月球 月震 震源定位 層析成像 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
【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】：2015
【分類號】：P184
【目錄】：

• 作者簡介5-7
• 摘要7-10
• ABSTRACT10-15
• 第一章 緒論15-25
• §1.1 研究背景、目的和意義15-16
• §1.2 月球概述16
• §1.3 研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3.1 月震及月震定位17-19
• 1.3.2 月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)19-22
• 1.3.3 月震層析成像22
• §1.4 存在的主要問題22
• §1.5 研究內(nèi)容和方法22-23
• §1.6 論文主要成果與創(chuàng)新之處23-24
• §1.7 論文的組織結(jié)構(gòu)24-25
• 第二章 研究區(qū)概況25-30
• §2.1 月表地形地貌25
• §2.2 月殼25-26
• §2.3 月幔26-27
• §2.4 月幔底部部分熔融區(qū)27
• §2.5 月幔中的速度間斷面27-28
• §2.6 本章小結(jié)28-30
• 第三章 月震數(shù)據(jù)30-38
• §3.1 數(shù)據(jù)格式30-33
• §3.2 數(shù)據(jù)選取33
• §3.3 月震信號特征33-34
• §3.4 本章小結(jié)34-38
• 第四章 震相識別38-48
• §4.1 震相識別方法38-42
• 4.1.1 單臺識別38
• 4.1.2 多臺震相識別38-39
• 4.1.3 極化分析法39-40
• 4.1.4 STA/LTA算法40-42
• §4.2 震相識別結(jié)果42-47
• §4.3 本章小結(jié)47-48
• 第五章 震源定位及層析成像原理48-60
• §5.1 震源定位48-50
• §5.2 層析成像原理50-59
• 5.2.1 波前快速推進(jìn)算法51-55
• 5.2.2 子空間反演算法55-59
• §5.3 本章小結(jié)59-60
• 第六章 月震定位結(jié)果及其與地震的對比60-73
• §6.1 速度模型選取60-61
• §6.2 月震定位結(jié)果61-69
• §6.3 算法驗(yàn)證69-70
• §6.4 月震與地震的對比70-72
• §6.5 本章小結(jié)72-73
• 第七章 層析成像與月球正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)73-97
• §7.1 事件選取73-76
• §7.2 速度模型及網(wǎng)格化76-80
• §7.3 速度層析成像80-83
• §7.4 算法驗(yàn)證83-85
• §7.5 月震層析成像解釋85-96
• 7.5.1 月球內(nèi)部速度結(jié)構(gòu)85
• 7.5.2 泊松比85-87
• 7.5.3 克里普巖與速度結(jié)構(gòu)的關(guān)系87-89
• 7.5.4 質(zhì)量瘤與速度結(jié)構(gòu)的關(guān)系89-91
• 7.5.5 速度模型的比較91-94
• 7.5.6 中月幔低速層94-95
• 7.5.7 有關(guān)月球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的新認(rèn)識95-96
• §7.6 本章小結(jié)96-97
• 第八章 結(jié)論認(rèn)識與展望97-99
• §8.1 結(jié)論與認(rèn)識97-98
• §8.2 問題與展望98-99
• 致謝99-100
• 參考文獻(xiàn)100-108

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 朱仁益;月震學(xué)[J];地球科學(xué)進(jìn)展;1992年05期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙娜;基于月震層析成像的月球正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究[D];中國地質(zhì)大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：基于月震層析成像的月球正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：329434