摘要
我国首次火星探测任务天问一号自抵达火星后，已传回大量火星轨道和就位科学数据。天问一号着陆区所处的乌托邦平原是研究火星二分性、古代水和气候历史等重大科学问题的关键地区，而祝融号巡视探测恰为进一步全面深入研究这些科学问题提供了新机遇。天问一号的科学目标是绘制着陆区表面形貌与地质构造，研究其土壤特征与水冰分布，分析区域表面物质组成等。针对以上科学目标，本论文以祝融号前166个火星日的巡视探测区为研究区域，基于轨道和就位多源数据，展开天问一号着陆区的形貌、地质构造、物质组成和地质演化研究。 （1）通过影像和高程数据的解译对着陆巡视区形貌和地质构造进行分析。着陆区区域高差～10m,平均坡度～3.1°，整体地形平坦，分布有横向风成脊、撞击坑、岩石场和疑似凹锥四种地质构造，反映出区域曾经历风成、撞击、水/冰或火山等多种地质作用。横向风成脊整体呈现以北面为迎风坡的东西向空间分布、部分表面覆盖轮廓清晰的撞击坑，据此认为百万年前该区域盛行风来自北方，横向风成脊表面已经固结、活动性差;研究区域撞击坑直径分布为0.8-100m,深径比偏小（0-0.14）,部分撞击坑存在物质填充、边缘模糊，表明区域内撞击坑退化程度较高或可能为次级撞击坑;九个岩石场具有较周围区域岩石丰度高、粗糙度大、反照率存在差异等特点;研究区域东南部锥体剖面与着陆区附近凹锥相似。 （2）综合火星就位LIBS和SWIR数据解译研究区域氢含量和矿物组成特征。基于地面实验室数据集构建LIBS氢元素定量模型，并对模型进行地火转移修正和数据迁移,应用于着陆区实测数据以实现氢含量预测，模型交叉验证均方根误差～0.2。对着陆区25个含氢目标（其中22个土壤目标）进行预测，平均水含量～7.3±0.5wt.％,明显高于火星全球土壤平均水含量（～4.36wt.％）,并且氢含量与Mg元素分布有一定相关性。此外，水含量较高的7个目标的SWIR数据存在水合硫酸镁、水合硫酸钙和辉石的光谱特征,揭示其包含辉石矿物和无定形相的水合硫酸盐（硫酸镁、硫酸钙）。 （3）根据研究区域撞击坑填充体积、地质构造研究及前人研究结果，对区域进行地层划分，并结合物质组成对区域演化历史进行推测。地层由上至下分别为松散物质层（～430-860Ma,～1-10m）、岩石物质层（亚马逊纪，～20m）、北方荒原组物质层（晚西方纪，～100-270m）、火山脊平原物质层（诺亚纪，～800-1000m）和基底物质层（早诺亚纪）。区域曾经历表面重塑过程，包括火山灰表面重塑和泥流表面重塑两种可能的形成机制。综合分析形成如下区域地质演化历史认识:在北方荒原组物质形成后的晚西方纪到亚马逊纪时期，泥火山喷发覆盖大片区域，随着泥流中水分蒸发，泥流中砾岩物质发生沉积，同时也可能伴随地下水上升渗透使物质经历胶结、岩化，这一过程可能反复发生多次，逐渐形成岩石物质层;到了晚亚马逊纪时期，水活动有限，风成作用成为主导且较为强烈，岩石物质逐渐被风化侵蚀，形成表层松散物质。结合上述研究结果与分析，绘制研究区域1∶500大比例尺地质图。
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