火星浅部物质特征与其形成过程中的地质事件和气候环境密切相关，记录了火星演化过程中关键地质事件和古环境的信息。大量地质观测表明，火星曾经历过从相对温暖湿润的环境向现今寒冷干燥状态的全球性转变。在这一漫长的气候转型过程中，地表通常保留最晚期地质事件的痕迹，而中间演化阶段的地质改造活动则依赖地下结构的约束。

“洞察”号火星探测任务在火星埃律西昂平原进行了为期4年的火星地震监测，通过其搭载的火震仪获得了大量宝贵的火星内部结构数据。基于这些观测，科学家在火星浅表结构研究方面取得了重要进展，并对该地区的地质演化历史（熔岩流序列和沉积层特征）形成了初步约束。然而，由于单台站数据和火星地震信号受风噪干扰等限制因素，反演的浅部结构模型存在较大的速度不确定性，这在一定程度上限制了对浅表低速物质的定量解释。

近日，北京大学地球与空间科学王彦宾教授课题组联合国际科研团队在火星浅部结构探测中取得新的研究进展。该研究联合利用地震信号和地震-大气耦合信号，充分发挥不同数据对多深度速度结构的敏感特性，显著增强了对火星浅部速度模型的约束能力，尤其提升了浅表低速层速度估计的准确性。基于高置信度的反演模型，研究进一步结合岩石物理学模拟对相应岩性组成进行了推断，并在此基础上探讨了火星的古气候特征与关键地质过程。

反演模型揭示，火星从浅部数米到壳顶层（约2500米）范围内，存在多个具有显著差别的速度结构层。其中最值得注意的是，浅部9至180米深度内呈现出的“高-低-高”速度变化模式。结合区域地质背景，两个高速层分别对应西方纪（约36亿年前）和亚马逊纪（约17亿年前）地质时期形成的多期火山熔岩流堆积。层间低速层的剪切波速度约为425m/s，该数值难以用致密玄武岩沉积物解释，而与周边地区已发现的水成沉积矿物（蒙脱石、岩盐）的波速特征更为吻合。这一发现可能标志着古老含水环境或流体作用遗留的地质记录，如经确认，则指示在西方纪或西方纪至亚马逊纪之间火星可能经历过至少一次短暂的趋向温暖湿润的气候转变，驱动机制可能与该时期内火星的自转轴倾角变化有关。

火星地形（上图）、浅部180米速度模型及推测岩性剖面（中图），以及浅部3000米速度模型及推测岩性剖面（下图）

此外，反演结果还显示浅表9米内为低速松散风化层，其孔隙度较高，反映了持久地表改造作用；而在180米至火壳顶层之间存在的多个过渡层则具有较高波速，对应孔隙度较低、蚀变或撞击改造相对较弱的玄武质岩层，可能代表经历了后期地质改造的原始火壳物质。

该成果于2025年10月1日发表于国际学术期刊《通讯·地球与环境》（Communications Earth & Environment），题为“Subsurface fluvial sediments beneath InSight on Mars from geophysical constraints”。论文第一完成单位为北京大学地球与空间科学以及地震动力学与强震预测全国重点实验室（北京大学）。合作单位包括德国克隆大学本斯贝格天文台、德国波鸿鲁尔大学、巴黎地球物理研究所、美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室地球与环境科学部以及挪威谢勒地震台站研究所。论文第一作者为北京大学肖万博博士，通讯作者由王彦宾、肖万博与巴黎地球物理研究所徐宗博博士共同担任。

论文信息：

Wanbo Xiao*, Sebastián Carrasco, Zongbo Xu*, Yanbin Wang*, Marouchka Froment, Taichi Kawamura, Philippe Lognonné. (2025). Subsurface fluvial sediments beneath InSight on Mars from geophysical constraints.Communications Earth & Environment,6,784.