火星埃律西昂平原(Elysium Planitia)位于南北半球分界的过渡带，是研究火星地层结构和地质演化历史的关键区域之一。该平原经历了流水、风成和火山作用等复杂地表改造过程, 前人已在宏观地质过程方面取得了系统性的研究进展。然而,针对该平原的区域结构研究相对较少, 区域地质过程对于理解埃律西昂平原复杂的地质演化过程至关重要。

埃律西昂平原中部存在一个掩埋撞击坑（图1）, 它记录了该区域自撞击坑形成以来的地表改造过程；火星浅表层探测雷达SHARAD在该掩埋撞击坑内探测到了多层地下反射, 但反射层的来源和性质尚不明确。中国科学院地质与地球物理研究所张金海研究员等, 对SHARAD数据开展了信噪分离处理, 获得了清晰的雷达反射剖面, 建立了多层反射模型，进而开展了介电常数和介电损耗反演。该成果近期发表于《中国科学：地球科学》。

图1 火星埃律西昂平原中部地质图

白色虚线框中的掩埋撞击坑为研究区域, 接近刻耳柏洛斯平原(Cerberus Plains)

通过对SHARAD数据进行信噪分离，提取了连续的地下反射层位（图2和图3），并对撞击坑内的分层物质进行了介电常数和介电损耗反演。研究结果表明, 该掩埋撞击坑内存在两层地下反射, 将撞击坑内结构分为三个层位(上覆层、下伏层和底层)。其中较浅的反射层几乎覆盖了整个撞击坑, 而较深的反射层则仅覆盖了撞击坑西南的部分区域（图2）。

图2 通过SHARAD数据在掩埋撞击坑内提取的地下反射信号分布结果

青色虚线为该撞击坑范围, 直径约为85km, 伴有中央峰隆起。黑色实线为S H A R A D经过该撞击坑且有两层地下反射的轨道路径(2°~3.92°N)

图3 去噪后的SHARAD剖面及层位提取结果示意图

结合反演结果和埃律西昂平原地区熔岩活动的地质背景, 推断上覆层为表土与熔岩流混合物, 密度较低; 下伏层和底层为致密熔岩流。此外，下伏层和底层之间的反射层为一个薄层沉积, 来源于两期岩浆喷发就位之间的风化沉积。其可能的形成机制如下: 在下伏层和底层的两期熔岩就位间隙, 撞击坑边缘及外围溅射物受到较强的风蚀和搬运, 在撞击坑西南部形成连续的薄层沉积。结合撞击坑及其附近的熔岩流年代，对每个层位的年代进行了约束，推断当时具有较高的沙尘沉积速率（大于现今火星沙尘沉积速率0.4g m^‒2 a^‒1）（图4）。

图4 撞击坑内填充物沉积过程及每个层位对应的年代

每种颜色的箭头代表三个层位对应的年代组合

该结果与火星晚亚马逊纪中低纬度普遍存在的风蚀环境相符合。该工作作为一个局部的范例, 给出了利用雷达数据理解区域沉积过程的思路, 为研究火星其他类似区域结构的地质演化历史提供了参考依据。

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中文版：房鹏, 法文哲, 张金海, 林杨挺. 2023. 基于SHARAD数据研究火星埃律西昂平原中部掩埋撞击坑的分层结构及介电属性. 中国科学: 地球科学，doi: 10.1360/SSTe-2022-0240

英文版：Fang P, Fa W, Zhang J, Lin Y. 2023. SHARAD study on the structures and permittivity of a buried impact crater in Martian Central Elysium Planitia. Science China Earth Sciences, https://doi.org/10.1007/s11430-022-1062-1