行星表面地质作用过程是理解天体演化历史、探寻潜在资源的关键窗口。火星作为与地球环境最为相似的行星，其地质特征记录着水冰分布、气候变化乃至生命线索等重要信息。深入研究火星地质过程，不仅有助于深化对类地行星形成与演化的认识，更能为未来火星探测任务的着陆区选址和水冰资源勘探提供至关重要的科学依据。近期，我院李世超教授团队在火星皱脊形成机制与撞击坑层状溅射物自动识别研究领域取得重要进展。研究成果分别发表于国际期刊《JGR: Planets》和《JGR: Machine Learning and Computation》。

在火星皱脊形成机制研究中，课题组通过沙箱物理模拟实验，揭示了地下滑脱层（软弱层）的黏度、厚度及分布对皱脊形成的控制作用。研究结果表明，脆性滑脱层导致对称型皱脊，低黏度韧性滑脱层形成前陡后缓的单拱构造，而高黏度韧性滑脱层容易产生次生断层。特别是双滑脱层与盲断层组合实验，成功再现了火星广泛存在的“宽拱+窄脊”皱脊特征。通过对比火星典型区域高分辨率遥感数据，研究团队进一步证实了实验模拟的可靠性，首次提出了以皱脊地貌反推地下水冰或挥发物分布的新思路，为未来火星水冰资源勘查及探测任务着陆区选址提供了重要科学支持。

图1 模拟结果与火星皱脊的撞击断面对比

在火星撞击坑层状溅射物（LCE）识别方面，课题组提出了一种新型深度学习模型——EMHSEU UNet。LCE通常呈现层状同心环状溅射结构，其形成与地下挥发性物质（如水冰）密切相关。随着火星影像分辨率的提升，传统人工识别方式难以高效处理海量数据。针对这一问题，该研究创新性地引入高效多尺度注意模块（EMA）和高效上采样卷积块（EUCB），显著提高了LCE的自动识别精度。与传统模型相比，EMHSEU UNet在NASA行星数据系统（PDS）数据集上的表现更加出色。课题组还利用该模型成功更新了罗宾斯火星撞击坑数据库，首次系统性地补充了近3000个撞击坑的关键形态参数（喷出物流动性EM与叶状程度Г），为研究火星近地表含冰沉积物分布及水资源提供了重要依据。

图2 补充的层状溅射物的EM和Г的全火分布图

以上两项研究成果不仅丰富了对火星地质作用过程的理解，更为行星表面地质作用机制和水冰资源的勘探提供了新的研究方法与理论依据。论文的第一作者为吉林大学博士研究生赵哲仁和硕士研究生何笑琪，通讯作者为李世超教授，主要合作者还有孙闯副教授、Perry Xiao教授、王洪涛博士生、王伟安硕士生等，研究获得了国家重点研发计划（No. 2022YFF0503100）的支持。

相关论文链接：

[1] Zhao, Z., Li, S., Sun, C., Wang, H., Wang, W., & He, X. (2025). Formation of Martian wrinkle ridges: New insights from analog experiments on décollement processes. Journal of Geophysical Research: Planets, 130, e2024JE008720. https://doi.org/10.1029/2024JE008720

[2] He, X., Li, S., Xiao, P., Zhao, Z., Wang, H., & Wang, W. (2025). Deep learning‐based automated segmentation of layered crater ejecta on Mars. Journal of Geophysical Research: Machine Learning and Computation, 2, e2025JH000612. https://doi.org/10.1029/2025JH000612