月球极区物质密度分布模型及撞击坑均衡状态研究

With the development of lunar exploration, lunar polar regions have been covered by different kinds of science data, which have higher coverage and resolution than before, and it helps to learn more about the polar regions. As the lunar poles play an important part in the geological research, and as there have been many unsolvable problems, in this project, the latest topography and gravity data were localized with spheroid-based localization window function, then correlation between localized topography and gravity and their power spectra were calculated to divide the gravity of different depths.The polar lunar crustal thickness was inverted from divided gravity, and then the mass and density distributions can be calculated. From the mass distribution from the terrain decorrelated free air gravity anomalies(TDFAGA), we also derived map of mare basalt distribution. By merging polar images from different lunar projects, we recognized as many as craters of certain diameters and different ages, recorded their diameters, depths, mare basalt thicknesses, and so on, then their isostatic states can be concluded from the remain mass and density anomalies distributions.

随着各国月球探测任务的开展，月球极区数据在类型、覆盖范围和精度上都有了较大改善，为极区的研究提供了良好的基础。鉴于月球极区在地学研究中的重要性和研究中存在的热点问题，本项目利用高分辨率地形数据以及重力场模型，选择合适的球面局部窗函数对地形与重力数据进行局部化，再根据月球的重力与地形相关关系将不同深度场源的重力异常分离开，结合重力异常功率谱，对局部壳幔地形进行解算；利用等效面算法，将分离出的重力异常反演为不同半径球面上的等效面质量异常，并得到极区玄武岩填充分布图；融合多种影像数据源，结合地形数据识别出极区范围内一定直径、不同地质年代的撞击坑，对其直径、深度、玄武岩填充物厚度等几何参数进行统计，并由质量和密度分布推断撞击坑的均衡状态。

GRAIL卫星采用低－低卫星跟踪卫星模式探测月球重力场，对于月球浅层质量和密度分布不均匀性产生的重力异常较为敏感。GRAIL探测数据分为level-0, level-1A/B, level-2三级，其中level-1B包含卫星星间速度和加速度，能够直接反应星下点覆盖区域的质量和密度变化，并且能够通过反演直接获取任意区域的局部重力场和质量密度模型，与level-2球谐系数相比更具有局部研究的适应性。本课题选取月表低、中、高纬度掩埋撞击坑作为研究兴趣区。掩埋撞击坑在地形图上不具有明显表现，但在重力异常图特别是经过地形改正的布格重力异常图上具有非常明确的表现。基于布格重力异常对浅部结构的敏感性，利用掩埋特征的布格异常能够有效反应出局部的浅层结构特征区域以及对月球演化的影响。本课题从grail-1b数据中提取并整理出研究区域的星间减速度分布图，并编制了基于点质量法的重力异常反演软件及地形改正软件，解算得到几个研究区域的局部重力异常分布模型。进一步对自由空气重力异常进行地形改正得到布格重力异常，在布格重力异常的基础上，将反演模型扩展到三维球面域，编制了适用于月球的密度模型反演软件，并解算出研究区域的内部三维密度结构模型。反演的密度模型反应出风暴洋区域的内部密度不均匀特征及其不同的演化机制。课题最后结合月球光谱数据和地质年代表，对选取研究区的地质年代进行了推断，反应出研究区域的复杂演化特征。