重力聚点的地球重力学性质与J2项的关系

重力聚点的概念是基于匀质椭球、水准椭球以及参数椭球各自表面重力随纬度的变化曲线在同一个纬度出现相聚的现象于2000年提出,并且当时给出了地球整体密度变化与重力聚点的关系,但是对于三种椭球表面重力曲线为什么在同一纬度相聚的原因、实际地球是否存在重力聚点以及重力聚点的地球动力学性质的阐述等方面都存在不完备性,使得重力聚点这一概念从提出至今仅停留在几何意义或数学性质上.本文将地球动力形状因子J2项作为变量,研究了地球表面重力随J2的变化规律.研究表明:该规律与“重力聚点定理”所述内容一致,从而将重力聚点与J2联系起来.由于J2的增加或减小,会导致地球表面重力在全球范围内以重力聚点(地心纬度φ=±35.264°)为分界线从北极向南极呈现出“负-正-负”或“正-负-正”的变化规律,全球地震的总体分布以及某些大地震的发生可能与此现象有关.     

地球的密度扁率与纬向正常密度假说

给出了水准椭球的“纬向密度”和“密度扁率”的定义,推导出极点重力与赤道重力的纬向密度积分公式．按照水准椭球的极点重力条件和赤道重力条件,求解出水准椭球的“纬向密度分布函数”,从数学上证明了地球的赤道纬向密度大于极点纬向密度,并初步计算出地球的密度扁率为１／３２２,进而提出了“地球纬向正常密度假说”,为研究和探讨大陆漂移、地幔对流、海底扩张等问题的地球重力学成因做好了理论准备．     

水准椭球密度问题研究

本文总结了作者等最近十年来对地球重力学"水准椭球密度问题"进行研究的初步结果,首次提出了"密度水准椭球"概念,给出了从"匀质椭球"、"参数椭球"、"纬向密度椭球"、"似水准椭球"到"密度水准椭球"的研究路线,并对该问题的研究前景进行了讨论.     

月球和地球正常重力特征差异及成因探讨

月球和地球都非常接近于旋转椭球,基于正常椭球求定的正常重力场占据了月球和地球真实重力场的主要部分,比较月球和地球的正常重力,可以更好地理解这两个天体的重力变化特征.基于Clairaut定理求解月球和地球的正常重力,正常重力随纬度的变化呈现了相反趋势,即地球是两极的正常重力大于赤道的正常重力,而月球是两极的正常重力小于赤道的正常重力.从截断误差及椭球形状与自转角速度的协调关系分析了月球和地球正常重力随纬度变化产生相反趋势的原因:月球的椭球扁率与自转角速度之间的数值关系不满足行星流体静力学平衡条件,即利用Clairaut定理求解正常重力并不严格适用于月球.     

重力校正中存在的若干问题

目前我国所采用的重力校正中包括纬度校正、高度校正、中间层校正和布格校正四大校正,这种重力外部校正方法中存在大量的简化假设,以降低计算量,提高运算效率,这种简化假设使得重力校正中存在若干问题:1)由于大地参考椭球与重力正常椭球不一致而引起的纬度误差;2)由于垂直基准面不一致而引起的高程异常;3)地形和中间层校正中密度选择不合理使得重力异常与地质构造背景相左等.随着我国重力勘探力度逐步向西部山区转移和重力勘探精度的提高,这种以大量的简化假设为前提的重力校正方法,便成为制约重力勘探的重要因素.本文对上述问题进行了分析论述,总结了国内外学者针对这些问题所进行的研究,并提出了对未来研究方向的展望,即一种基于"正常空间重力异常"的重力校正方法,这一方法的中心思想在于通过建立大地坐标系参考椭球空间任意一点的正常重力公式,将重力异常直接计算到重力测点上,取消了传统重力校正中的四大校正,从而避免各种校正过程中存在的问题.     

国内外重力异常编图进展及重力异常计算方法改进

论述了国内外重力异常图,特别是海陆联编重力异常图的编制方法、图面表达以及重力异常计算.介绍了中国地质调查局组织编制的几个层次的地质地球物理系列图中的重力异常图.对我国重力调查规范提出了改进建议.国际上逐渐采用GRS80椭球体作为重力测量和计算的水平及垂直基准,有利于重力数据库的管理和不同来源重力数据间的换算及融合使用.北美重力数据库新标准规定了海区布格改正具体参数和计算方法.我国区域重力调查规范的改进应跟进国际发展动态,研究使用全球通用的参考椭球体作为水平和垂直基准.现行的海洋重力调查规范过于简单,除需增补重要技术规定外,还应对海区布格重力异常计算方法进行研究,特别应对海陆联编重力图的编制方法进行规范.     

区域高阶重力场模型与青藏地区局部位系数模型

根据当今全球模型研究的Ｍｏｌｏｄｅｎｓｋｙ理论，推导了相应的区域高阶重力场模型系数修正公式．考虑了球近似边值条件引起的各种偏差，使用了椭球坐标系，按椭球调和展开．并利用中国青藏地区地面重力资料对原始全球模型ＯＳＵ９１Ａ１Ｆ的高阶部分系数进行修正，获得该地区的局部重力场模型ＱＺ９３Ｇ（完整到３６０阶），它对实测平均重力异常的恢复精度为±１１．８×１０^－５ｍ／ｓ^２．     

内核超速旋转及其对重力场的影响

本文研究由内核超速旋转引起的地球重力场的变化.论述了内核具有三个主要特征：椭球形状,各向异性对称轴与内核自转轴重合,内核自转轴与地球自转轴之间存在夹角并绕地球自转轴进动.内核超速旋转引起地球体系物质的重新分布,导致重力场变化.通过研究内核超速旋转的运动规律,建立了内核超速旋转导致重力场变化的模型,给出了由于内核超速旋转而引起的整个地球表面的重力变化,其中,在假定了内核超速旋转速率为1°/a的前提下,历经一年的最大重力变化量级约为037 μGal.     

O(T2)精度下椭球界面Dirichlet边值问题的积分解

研究了边界是参考椭球面的Laplace方程Dirichlet边值问题的求解，在O(ε4·T)精 度下给出了参考椭球界面上扰动重力位Dirichlet外问题的积分解式. 该结果理论上优于目 前常用的球近似下的积分解式，从而为研究物理大地测量中边值问题的求解提供了新的依据     

O(T2)精度下椭球界面Dirichlet边值问题的积分解

研究了边界是参考椭球面的Laplace方程Dirichlet边值问题的求解，在O(ε4·T)精 度下给出了参考椭球界面上扰动重力位Dirichlet外问题的积分解式. 该结果理论上优于目 前常用的球近似下的积分解式，从而为研究物理大地测量中边值问题的求解提供了新的依据     

面极化模拟解释激发极化异常的不适用性

在椭球座标系中对均匀外电流场中的面极化椭球体的电场进行了求解.在解拉普拉斯方程时一般解的系数是椭球座标的函数,因而解答不正确,这表明了面极化体激发极化电场分布和求正确解的复杂性.此解答和均匀外电流场中体极化椭球体的电场解答的明显差别,说明两类电场不具有相似性.因此,用面极化模拟解释通常为体极化的实际地质体的激发极化异常显然是不适用的.物理模拟证实了这一理论研究结果.     

利用重力资料反演京津唐张地区震质中

流动重力观测结果显示，地震孕育过程中重力变化最大处往往不与震中重合，美国科学家J.T.Kuo（郭宗汾）提出了孕震体质量变化中心震质源(hypocentroid)和其在地表的投影震质中(epicentroid)的概念．本文采用球、椭球和圆柱体等3种旋转体模型模拟孕震体，分别计算孕震体均匀膨胀引起的表面重力变化模型，并利用最小二乘法对1981～2000年发生在京津唐张测网内16次M>4.0地震进行震质中迭代反演. 计算精度表明，圆柱体模型为三者中的最隹模型．研究了震中、震质中与断层之间的位置关系，发现京津唐张地区M4~5地震震质中与震中的距离在0~40 km之间，震中一般发生在断层末端，或断层交汇处；而震质中大都发生在断层间的块体内，且成丛分布．这意味着区域内存在小范围的构造——地震孵化区，一次次地震在孵化区内孵化，但却在其周围发生．其间，断层的存在起着重要的控制作用．      

GPS-重力边值问题

详细研究了在O(T²)精度下如何利用地面GPS和重力观测值确定地球外部重力场的问题, 以参考椭球面为界面建立起了完整的理论和相应的精度判断标准. 具体求解方法主要分成两个步骤: 地面重力观测值到参考椭球面上的调和延拓; 参考椭球面上Neumann外问题的积分解式. 得到的积分解式在O(T²)精度下包含了重力场频谱的全部信息; 得到的公式不仅实用, 而且理论上有所突破, 在O(T²)精度下解决了椭球界面边值问题的积分解.     

乌鲁木齐地区重国非潮汐变化及其与地震活动的关系

对乌鲁木齐地区１７期高精度流动重力重复测量资料用“ＬＧＡＤＪ”软件进行了数据处理，根据各项改正后的重力点值变化，对测区附近发生的阿拉沟５．２级地震，和静５．７级地震和乌苏５．３级地震前后的重力变化特点进行了分析，探讨了重力变化的机制及其与地震活动的关系。     

应用卫星重力信息对横断山系地区布格重力异常特异分布的纠正

在云南省西部，跨越中、缅两国交界的横断山系地区（97°E~102°E，24°N~30°N）有近一半的面积尚没有重力测点、即重力数据空白区和重力测点稀少的普查级测区.以前的有关文献、图集中所给出对此地区的重力场都是十分模糊的结果与图件.因此应用这些资料无法详细地研究该地区重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文应用卫星重力异常资料作为“近似空间重力异常”，经中间层改正后给出的“计算布格重力异常”，其分布特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.对相应山脉、河谷以及断裂构造都有所反映.特别是在横断山系地区该布格重力异常呈现为近南北的走向.为此，据该“计算布格重力异常”,并选定对该区有代表性的一条重力异常剖面作正反演计算，以得到其地壳深部结构剖面.结果表明，在横断山脉地区的地壳厚度在51~56 km间起伏变化；滇西北云岭山系以及玉龙山区的地壳厚度约在60 km以上. 最后，对所得结果与图件进行了讨论，并提出了几点认识和纠正的建议.     

中国东部大兴安岭重力梯级带域地球物理场特征及其成因

综合利用7条地学断面（GGT）资料研究了大兴安岭重力梯级带附近的壳幔地球物理特征模式.分析了形成上述地球物理特征的3种因素:东亚大陆边缘周边三大板块运动、地幔流运动和地幔热柱。对大兴安岭重力梯级带的重力异常的正演拟合结果表明，壳幔物质密度不均匀和莫霍界面超伏造成该带的重力异常，地应力场的综合作用产生了该重力梯级系列地球物理特征。最后，探讨了大兴安岭重力梯级带成因机制，提出了以“挤”、“涌”为动力的“三结点模型”。     

最新深海声重力波理论助力海啸预警

正2016年2月29日,《流体力学》(Journal of Fluid Mechanics)杂志刊登文章《三元声重力波交互共振》(On resonant triad interactions of acoustic-gravity waves),报道了麻省理工学院的研究人员对海洋声重力波基础理论的研究成果。研究首次发现了海洋表面重力波和声重力波之间的关系,提出了一套非线性理论方程,得出两个表面重力波相遇     

物理大地测量与地球物理正常重力场的同源性研究

论述了物理大地测量与地球物理中分别对应的正常重力场源的构成、物理与几何上的意义以及对两者之间的差别进行了论述 ,分析了同源性研究在物理大地测量与地球物理相互结合以及定量描述地球内部密度分布的过程中的重要意义 .给出了同源性分析可遵循的途径及其所应满足的条件与约束 .最后 ,以正常椭球的扁率变化率具有最小模为约束 ,应用PREM模型 （PreliminaryReferenceEarthModel）密度为大地测量中正常椭球赋值 ,其结果以正常椭球的内部扁率的多项式表达式给出 .     

旋转弹性椭球地球模型的固体潮理论值计算

根据Wahr 1981年提出的理论,导出了计算旋转弹性地球模型的重力固体潮、地倾斜固体潮和地面应变固体潮的公式,并在此基础上编写出相应的计算程序.为了显示旋转和扁度对地球模型的重力固体潮、地倾斜固体潮和地面应变固体潮的影响,计算了东经120°不同纬度处的旋转弹性椭球地球模型(1066A模型)和G-B地球模型的重力固体潮、地倾斜固体潮和地面应变固体潮.计算结果表明,旋转和扁度对重力固体潮、地倾斜固体潮和地面应变固体潮的最大幅度分别为1.4×10-8 m/s2、0.2ms和0.5×10-9.      

再论纬向正常密度假说与内波假说的比较

本文对“纬向正常密度假说”和“内波假说”再次进行了讨论，进一步比较了二者的联系和区别.根据岩石圈板块概念和地幔对流假说的基本观点、以及“纬向正常密度假说”和“板块运动重力机制”的基本观点，提出了“软流圈板块”概念.