[发明专利]基于“嫦娥一号”数据的月海地质单元划分及定年的方法

说明书

技术领域

本发明涉及行星遥感学和行星地质学领域，具体涉及一种基于“嫦娥一号”多光谱和影像数据的月球表面月海地质单元划分和定年的方法。

背景技术

月球是人类深空探测的首选目标，月球探测对于科技、经济、社会和国家发展战略等方面具有重大意义。在月球上，地质单元主要被理解为由确定的月质作用在特定时间内形成的、在月貌形态上截然有别的各个实体。月球地质单元填图和层序建立，是月表单元的月貌特征，叠置关系，反照率和遥感测得的化学成分变化的综合体现。月表地质单元的划分和定年是深入开展月球起源和演化过程整体性和规律性研究的基础。

人们对月表地质单元的研究和划分经过三个阶段，各阶段的观测手段和划分方法互不相同。第一阶段，对月球的认识是使用肉眼和地基望远镜(分辨率较低)实现的，发现月球上存在大量明亮坑坑洼洼的地形以及暗色较为平滑的地质单元，后来被称为高地和月海。第二阶段，主要使用月球探测卫星获得的月表地形、纹理和反射率数据，根据月表明暗和地形地貌情况，对月表高地和月海的地质单元进行划分。第三阶段，使用不同的算法根据月球探测卫星的多光谱遥感数据来反演月表的元素含量，进而根据不同的组分含量将月海玄武岩划分为不同的地质单元。

随着时间的推移，由撞击作用形成的撞击坑按照特定的速率累积在月球表面，年代更老的地质单元会累积更多的撞击坑。月球撞击坑年代函数描述了单位面积上撞击坑累积密度与撞击年龄的关系，这种关系通过月球采样区的样本同位素年龄和撞击坑密度校准得到。目前广泛使用直径大于1km的撞击坑密度与地质年代的关系公式来计算月表未采样区域的地质单元年龄。

以上地质单元划分和定年的数据都来自于国外月球卫星探测数据，如美国的克莱门汀(Clementine)、月球勘测轨道飞行器(LRO)，日本的月亮女神(Kaguya)和印度的月船一号(Chandrayaan-1)探测器。由于不同的月球探测卫星的运行轨道、载荷种类、仪器参数和数据格式都是不同的，因此，国外的卫星数据处理方法、模型以及地质单元的划分方法不能直接用于我国嫦娥数据的处理。随着我国“嫦娥工程”的成功实现和科学资料的收集，迫切需要一种结合“嫦娥一号”数据的月表单元划分和定年方法。

另外，我国的月球探测工程已经取得了巨大成功，在月球数据收集、处理模型与方法以及月球形貌、物质成分、月壤特性和空间环境等方面获得了很多分散性的研究成果，但在科学研究中还缺乏综合性的集成成果。月球地质图是月表层地质构造、岩浆活动、矿产分布等的综合表达，而月球地质单元划分和定年是月球地质图的重要组成部分，能够为月球地质图编制提供月表地质单元的分布，组分和年代等重要信息。

因此，需要一种基于“嫦娥一号”光谱和影像数据的划分月海地质单元和定年的方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于“嫦娥一号”数据的月海地质单元划分及定年的方法，该方法使用“嫦娥一号”多光谱数据来反演月表不同区域Fe和Ti元素含量的方法，确定月海的Fe元素含量分布范围并进行月海地貌单元的划分；使用“嫦娥一号”多光谱数据进行月表假彩色合成图的生成并对月海不同玄武岩地质单元划分和分类；使用“嫦娥一号”影像数据对不同地质单元的撞击坑进行识别和参数计算，使用撞击坑直径-频率统计方法对地质单元进行定年和误差分析。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于“嫦娥一号”数据的月海地质单元划分及定年的方法，包括以下步骤：

步骤一，月表Fe和Ti元素含量反演：根据采集的多光谱数据对月表Fe和Ti元素含量进行反演，分别得到反演月表Fe含量的结果图及反演月表Ti含量的结果图；

步骤二，月海和高地地貌单元划分：以步骤一中的Fe含量的结果图为依据，以FeO含量的设定值为基准，将月表含量小于设定值的地区划分为高地地区，FeO含量大于等于设定值的区域被划分月海地区；

步骤三，月海地质单元划分及分类：根据多光谱数据的波段范围，按照设定的波段组合方式，生成多光谱数据覆盖的月表假彩色合成图，根据划分标准将月表假彩色合成图划分为多个月海地质单元，根据月表TiO₂含量将月海玄武岩划分为多个类别；

步骤四，月海地质单元定年：利用月海地质单元的撞击坑直径-频率分布方法定年。

所述步骤一中月表Fe和Ti元素含量反演的具体步骤包括：