火星乌托邦平原浅表层结构与物质组成:来自SHARAD雷达数据的约束

乌托邦平原是火星北方大平原的重要组成部分,中国“祝融号”火星车着陆在乌托邦平原南部,研究乌托邦平原表层结构和物质组成对于深入认识火星北半球的地质演化历史具有重要意义.本文以乌托邦平原内中亚马逊纪低地单元(mAl)、亚马逊纪和西方纪火山单元(AHv)、晚西方纪低地单元(lHl)、早亚马逊纪盆地单元(eAb)、亚马逊纪火山单元(Av)以及亚马逊纪和西方纪撞击单元(AHi)6个主要地质单元为研究对象,使用火星轨道器激光高度计(MOLA)、浅表层雷达(SHARAD)和火星小型侦察成像光谱仪(CRISM)数据,计算各个地质单元的地形粗糙度,反演地层结构、介电常数与损耗角正切,并估算浅层物质组成、识别矿物类型,依此推演乌托邦平原的地质演化历史.结果表明,(1)AHv和Av地质单元表层物质是火山熔岩,其余地质单元表层物质属于北方荒原物质(VBF);(2)AHv和Av地质单元火山熔岩的厚度约为50 m,mAl,lHl,eAb和AHi地质单元VBF的厚度约为71-96 m,82-92 m,121-141 m,57-64 m;(3)在3 km×3 km的均方根高度计算窗口内,AHi地质单元地形最为粗糙,AHv和Av地质单元表面地形由火山作用主导,l Hl地质单元表面风化和沉积作用明显,mAl地质单元的粗糙度与lHl地质单元同纬度粗糙度特征相似,e Ab地质单元地形平坦,主要受沉积作用影响.区域地质作用是各地质单元次表层结构与表层物质形成的关键因素,火山、构造、撞击、沉积和风化作用对各地质单元具有不同程度的影响,本研究从多角度分析了各地质单元经历的地质过程,可以为“祝融号”火星车巡视区表面土壤成分以及来源认识提供背景信息,有望为研究乌托邦平原复杂的地质过程提供有效约束.