火星是国际行星科学空间探测和研究的重点之一。从1965年7月14号美国发射的水手4号(Mariner 4)探测器成功到达火星上空并飞掠火星开始,至今人类对火星的成功探测已经超过40次并且还在继续。其中从1996年至今,已经有5个登陆器和6个轨道器成功到达火星执行科学任务,并把大量的火星地表和大气的数据传回地球。通过对这些数据的研究,让我们更加了解火星过去和现在的地质和大气。火星地表年龄被分为三个地质年代,从老到新依次是：诺亚纪(Noachian)、海西纪(Hesperian)和亚马逊纪(Amazonian).证据表明最古老的诺亚纪经历了高频率撞击事件,全球发育裂谷,Tharsis火山高地地区发育,以及形成发生大范围含水风化的地表环境等。如此丰富剧烈的地质活动,使得诺亚纪成为火星地质演化历史中非常重要的历史时期。因此对诺亚纪地层的研究成为火星地质研究的热点问题。岩石的矿物成分记录了从岩石初始形成到暴露出地表的漫长过程中的化学和物理条件。在地球上,由于岩石圈物质循环和地质活动剧烈,只有有限的古地壳岩石(>3.8Ga)被保留下来可以帮助我们研究早期的地球地质历史。在火星上,由于缺少板块构造运动和大量的化学风化作用,使得火星的古老地壳得以保存。暴露出来的埋藏在火星地表下的岩石给我们研究古老的火星地壳环境提供依据。而不同种类的岩石代表着不同的形成环境,因而一些研究通过对不同种类的岩石的研究表明火星诺亚纪(>3.6Ga)地表环境曾经是湿润的,具有可居住性的。这个研究方向也是火星研究的热点问题之一。火星地壳主要通过三种地质环境暴露出地表：泄水渠；构造隆升,如水手谷峡谷内部；和撞击坑。大范围深部的火星地壳露头(达到10km深)在火星很少见,仅在Nili Fossae、水手谷和Hellas盆地北缘等地有出露。而其中撞击坑是最具有全球普遍性存在的地质特征,并且可以通过中央隆起构造把深部的物质暴露出火星地表。在火星全球范围分布的撞击坑中央隆起露头为研究深层的火星诺亚纪地壳提供依据。在已知的地球上的184个撞击坑构造中,有近40个是带有中央隆起构造的复杂撞击坑,研究者已对其中约20个进行了详细填图。大量的研究证明,对于中央隆起构造的地层特征,在撞击前最老的、埋藏最深的地层通常出露在中央隆起的中心位置。越远离中心地层越年轻或撞击前地层埋藏越浅。依据这个理论,如果可以研究火星撞击坑的中央隆起暴露的基岩,并确定不同种类和成分的基岩的相对位置就能恢复火星撞击前的地层。因此,研究火星中央隆起撞击坑对恢复火星撞击前地质历史的研究尤为重要。Ritchey撞击坑是一个直径79km的有中央隆起构造的复杂撞击坑,位于28.8°S,309.0°E。Ritchey撞击坑中央隆起出露了保存完好的基岩,为撞击前地层研究提供了很好的露头,因而本研究选择这个撞击坑作为研究对象。在火星地质图上显示Ritchey撞击坑年代是海西纪-亚马逊纪,但是Sun和Milliken的通过数坑法定年认为其形成年代约为3.5 Ga,即为海西纪。那么Ritchey中央隆起出露的地层形成于海西纪或之前,这为研究诺亚纪的地质历史提供了依据。因而本研究利用Ritchey撞击坑中央隆起出露的基岩恢复撞击前的地层,研究诺亚纪地壳的近地表沉积环境。2005年美国成功发射的火星勘探轨道器MRO (Mars Reconnaissance Orbit)探测器获得了价值巨大的火星探测数据。其中搭载的火星高分辨率图像科学实验HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment),背景照相机CTX (Context Camera)和火星专用小型侦查成像光谱仪CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars)三个负载仪器为火星地表地质研究提供了数据支持。在本研究中,我们主要利用HiRISE、CTX和CRISM在行星数据系统(PDS, Planetary Data System:https://pds.jpl.nasa.gov/)中的开放数据进行研究。Ritchey撞击坑中央隆起构造为研究火星诺亚纪的地质历史提供了非常好的古火星地壳露头。在本研究中,我们通过对HiRISE和CTX图像数据,以及他们的DTMs图像数据和CRISM光谱数据进行Ritchey撞击坑中央隆起区域填图。对于本研究得到以下主要结论。(1)基岩单元以同心圆模式分布,沉积越深年代越老的地层暴露位置更靠近同心圆的中间。大部分大型角砾岩单元(MB)和层状硅酸盐矿物出露在中央凹陷附近；大部分基岩单元出露于更远的位置。属于撞击岩的富碎屑岩、过渡富碎屑岩和多边形单元主要分布在中央隆起部分的最远端并延伸到撞击坑坑底。(2)本研究共发现了三种类型的大型角砾岩。凸起大型角砾岩所含角砾比基质抗风化能力更强,所以在相同风化情况下基质被剥蚀风化较严重,而角砾保留下来在表面形成凸起。这种类型的大型角砾岩形成于Ritchey撞击坑崩塌阶段或者是Ritchey撞击坑形成前就存在(比如Argyre盆地形成时的沉积)并沉积在隆起形成的地壳之下,之后在形成Ritchey中央隆起时暴露出地表。埋藏大型角砾岩固结成岩的很稳定,并通常在围岩中间出露一块,如埋藏在围岩之下围岩经部分剥蚀后才得以出露。这种大型角砾岩也是先存角砾岩,是Ritchey撞击坑形成前就存在的。富碎屑角砾岩在Ritchey撞击坑中央隆起分布范围广,是Ritchey撞击溅射物回落形成的。(3) Ritchey撞击坑中央隆起的矿物特征。富低钙辉石的基岩覆盖在富橄榄石基岩之上(在撞击和中央隆起形成之前)；在一个露头发现了纯度很高的纯长石；以上是Ritchey撞击坑中央隆起挖掘暴露出的最深的古火星地壳。层状硅酸盐矿物是富低钙辉石和富橄榄石基岩主要的蚀变矿物。在Ritchey撞击坑中央隆起没有发现成层的基岩出露,比如诺亚纪和海西纪高钙辉石岩浆流。(4)岩墙产状主要沿撞击坑中央隆起构造呈放射状分布,所以岩墙充填的断裂是Ritchey撞击事件发生时产生的。而北西分区的岩墙产状没有延续放射状形式分布,同时这一分区的地势较低,这可能与这个分区重叠在Ritchey撞击前形成的撞击坑的坑缘有关。(5)本研究得出Ritchey撞击坑地区的区域地质历史。此区域最初存在岩浆洋或其他岩浆作用形成了研究区最原始的富低钙辉石(LCP),橄榄石(OL)和长石的火星地壳。在之后的大撞击时间时期,形成Argyre盆地或其他大型撞击事件产生大范围的大型撞击角砾岩,并有可能使一些岩石蚀变成层状硅酸盐矿物。之后一个和Ritchey撞击坑类似规模的撞击坑先于Ritchey撞击坑形成。然后发生撞击事件形成Ritchey中央隆起撞击坑,中央隆起使古地壳暴露出地表,同时可能形成蚀变。之后一些小的撞击事件或风成沉积过程对Ritchey撞击坑产生小的改造。