中国未来载人登月月震实验必要性和方案设计.pdf

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1、第３１卷第４期地质科技情报Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．４２０１２年７月ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＪｕｌ．２０１２中国未来载人登月月震实验必要性和方案设计赵娜，朱培民，袁悦锋，金丹（中国地质大学地球物理与空间信息学院，武汉４３００７４）摘要：Ａｐｏｌｌｏ被动月震台站仅覆盖了月球正面有限的面积，不能对全月球的内部结构进行精细分析，因此在我国未来的载人登月中继续开展月震探测是非常必要的。基于我国现有的空间探测技术条件，并针对未来载人登月的探测任务，设计了两种月震观测网络方案：一是基本方

2、案，可以基本满足对月球内部结构进行探测的要求；二是优化方案，可满足较高分辨率的月球内部结构探测。两种方案中的月震仪网络在月球正面、背面和南北极均有覆盖，可对全月球的内部结构进行探测。最后对月震观测的基本技术参数、设备及布置地点提出了相应的要求。关键词：月震；月球内部构造；月震实验；载人登月中图分类号：Ｖ５７文献标志码：Ａ文章编号：１０００－７８４９（２０１２）０４－０１３７－０６Ａｐｏｌｌｏ月震探测结果表明，与地球上的地震相了不懈的努力，采用了多种探测方法对月球内部结［１］［６，９－１０］比，月震具有一些显著的特点：①月震比

3、地震发生构进行探测，其中包括电磁、热流、月面重力和的频率小得多；②月震的震级一般小于３级，释放的卫星重力，以及月震探测等。在这些探测方法中，月能量也远小于地震；③月震主要为深源月震，震源多震探测被普遍认为是研究月球内部结构及构造活动位于下月幔处，最深在１０００ｋｍ以上，而已知的地的最佳手段。这是由于月震波具有很强的穿透力，［２］震大部分发生于地表１００ｋｍ以内，多为浅震；④可以携带深达月核的信息。另外，月震波速对月球月球正面深源月震的发生频率要远大于月球背面，内部温度和矿物成分变化非常敏感，可以有效地探而且主要分布于正面的中

4、低纬度区，具有明显的周测月球内部物质物理和化学性质的变化。［３－４］期性；⑤产生月震的构造活动主要是由于地球的１９６９年至１９７２年间，Ａｐｏｌｌｏ工程在月球上共潮汐力引起的，除此之外，陨石撞击、热应力、热破裂安放了５台被动月震仪，其中Ａｐｏｌｌｏ－１１的月震仪和变形过程也会引发月震。仅正常工作了２１天。剩余的４台月震仪构成了月通过Ａｐｏｌｌｏ月震实验，人们认识到月球内部大震监测网络，为人类研究月球内部结构提供了十分致分为月壳、月幔和月核三部分，并推测了各圈层的有价值的信息。由于Ａｐｏｌｌｏ月震台站数较少，且均物质成分，但仍

5、存在着许多未解的科学问题。这些位于月球正面，来自月球背面的月震很难被记录到，［５－８］导致月震监测数据不能对月球的内部进行全球覆问题大致可以归纳成以下几类：①月球深部，特别是月球背面的内部结构如何划分？各层的物质成盖。因此，我国未来的探月工程有必要建立覆盖全分是什么？②月球上有没有构造活动？如果有，构球的月震仪网络，以便对整个月球的内部结构进行造活动是如何产生的？构造活动的分布情况又是怎更加深入细致的研究。样的？构造活动的动力来源是什么？③月震是如何产生的？浅源月震是否存在月震带？月球背面是否１Ａｐｏｌｌｏ月震监测及其成果也

6、存在深源月震并具有丛集性的特征？④质量瘤是如何形成的？其内部形态、垂向分布、物质成分是怎Ａｐｏｌｌｏ在月球上安放的４台月震仪均位于月样的？球正面，组成了一个边长约为１２００ｋｍ的近等边三［１１］上述科学问题的解决对于研究整个月球的起源角形（图１），其中Ａｐｏｌｌｏ－１４与Ａｐｏｌｌｏ－１２台站相和演化具有重要意义。为此，各国的探月工程进行距１８０ｋｍ。每台月震仪由３个正交（２个水平和１收稿日期：２０１１－１２－１０编辑：杨勇基金项目：“８６３”重点项目（２０１０ＡＡ１２２２０１０２）；国家自然科学基金项目（４１１７４０４９）

7、作者简介：赵娜（１９８５—），女，现正攻读地球探测与信息技术专业博士学位，主要从事地震层析成像研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｎａｃｕｇ＠１２６．ｃｏｍ通信作者：朱培民（１９６３—），男，教授，博士生导师，主要从事地震勘探、地震资料处理及反演等研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｕｐｍ＠１２６．ｃｏｍ地质科技情报２０１２年１３８１７４３次陨石撞击，２８次浅源月震，７２４５次深源月［１４］震，还有３５３３次月震未能识别。根据震源深度及其形成原因，一般将月震划分为４类：浅源月震、深源月震、热月震和陨石撞击月震。［１５］浅源月震的震源主要位于上月

8、幔，深度为５０［１６］～２２０ｋｍ。此类月震释放的能量较大，震级可达５级。发生频率很低，在Ａｐｏｌｌｏ月震网络８年的记录中，只发现了２８次浅源月震。浅源月震被认为是唯一一种与月球构造活动相关的月震事件，推测是由于温度变化引起月壳内部热应力的释放造成［３，１５，１７］的。由于其震动信号主要为