青藏地区大地水准面形态及其与构造动力学的关系

利用密合法求解青藏地区大地水准面模型，研究青藏地区大地水准面主要特征及其与该区内部构造和活动的相关性．表明青藏地区大地水准而异常与青藏高原隆起的形状极为相似，大地水准面整体负异常与下地幔相关，形状起伏与上地幔相对应，岩石层反映的大地水准而异常与青藏高原活动构造有较好的对应关系．     

基于多种方法构建似大地水准面模型推估特性分析

针对构建似大地水准面中采用的重力水准法、EGM2008水准法、GPS水准法,结合地形复杂程度、面积大小、重力似大地水准面分辨率与精度等特点,首次评价了基于多种方法构建的似大地水准面模型的外推性与真实性.采用地形复杂区域S、平原区域N以及沿海区域Q构建区域似大地水准面模型.通过时各方法得到的似大地水准面模型推估特性分析比较,结果表明:就反应似大地水准面起伏的真实情况而言,重力水准法精度最高且外推能力最强;EGM2008水准法精度次之,外推能力较强外推范围在10 km左右;GPS水准法精度最弱,外推能力最差.构建高精度高分率1 cm级似大地水准面时须采用基于grave/level法.     

精化大地水准面中的几个问题

根据近年来精化大地水准面的研究结果，对人们比较关系的５个方面的问题加以综述和探讨：（１）大地水准面的定义；（２）精化大地水准面的作用；（３）由似大地水准面改化为大地水准面；（４）海面地形对大地水准面的影响及其改正；（５）高程异常中的零阶及其误差。     

精化大地水准面的一种间接方法——异常及其梯度在其中的应用

随着GPS/水准及全球重力测量的加密和扩展,获取高精度的似大地水准面或高程异常(ξ)已比较容易,如何进一步研究它和大地水准面或大地水准面高(N)之间的关系(即所谓间接的方法)使大地水准面得到精化,这就是本文的目的,文中对已推导的公式在模型作了验证,对如何利用地形等数据确定扰动重力垂直梯度也作了研究,结果表明:在海拔4000 m的高山地区,当似大地水准面的精度达到cm级时,大地水准面的精度也与之比较接近.     

大陆弹性岩石层有效弹性厚度对岩石层形变和大地水准面的动力影响

用岩石层－地幔力学、热学耦合模型,以俯冲带为例,研究大陆岩石层不同的有效弹性厚度对岩石层形变和大地水准面起伏的动力影响。数值结果显示大陆岩石层有效弹性厚度的作用象一低通滤波器,它抑制岩石层形变和大地水准面起伏的高频分量。随着有效弹性厚度的增加,岩石层的形变和大地水准面起伏不仅幅度减小,其形状变化也被平滑。模拟结果表明,在进行大陆岩石层动力学过程的研究中,只有充分考虑大陆弹性岩石层有效弹性厚度的动力     

中国及邻区岩石层大地水准面正演模拟

依据地震层析成像、地震测深和大地电磁测深结果的地球内部结构和物性分布,模拟了中国及邻区岩石圈中短波长大地水准面起伏,正演模拟结果显示：地形起伏引起的大地水准成异常巨大,幅值变化可达２１０ｍ,最大值在青藏高原,达１５０余ｍ,沉积层底面起伏产生的大地水准面异常非常小,幅值只有６．５ｍ,表现出短波长特征,岩石层底面志伏生产的大地水准面异常极为平缓,约为２０ｍ。莫霍面产生的大地水准面异常形态与地形起伏引起的大地水准面异常形态相异,异常幅值只有后者的２／３,在青藏高原只有后者一半,岩石层内密度不均匀引起的大地水准面异常的幅值约为７５ｍ。     

我国海域大地水准面的计算及其与大陆大地水准面拼接的研究和实施

研究和实施了由卫星测高数据计算垂线偏差，用莫洛 金斯基（Molodensky）公式反演 大地水准面高，由此求得我国海域大地水准面高. 为了检核，将测高垂线偏差利用逆维宁迈 纳斯（Vening Meinesz）公式反演重力异常，与海上船测重力值进行了外部检核；同时还用 司托克斯（Stokes）公式，将上述反演的重力异常计算大地水准面高，与莫洛金斯基公式直 接解得的相应结果进行比较作为内部检核. 在积分计算中充分应用了FFT的严格公式.由重力和GPS水准数据确定的陆地大地水准面，和主要由卫星测高数据确定的海洋大地水准 面，二者之间一般都存在以系统误差为主的拼接差，本文分析了产生这一现象的主要原因, 并结合我国在陆海大地水准面拼接区重力资料稀疏的实际，提出了新的拼接技术，最后将拟 合参数校正中国全部海域的重 力大地水准面，以最大限度地削弱拼接点和制约测高海洋大地水准面可能存在的系统误差.     

考虑地震位错引起的大地水准面形变的源参数反演

本文首先讨论了地震位错引起的参考系,即大地水准面形变问题.给出了位错引起的大地水准面高和垂线偏差的变化,以及大地水准面高随位错面倾角变化等数值结果.在进一步考虑大地水准面形变的条件下,给出用表面视位移和重力变化资料反演位错模型参数的处理方法,以及用于确定唐山地震源参数和大地水准面高的变化的实例.研究结果表明,在使用大地测量资料进行地震位错模型参数反演时,考虑大地水准面形变不仅在理论上更加严格,而且在实际应用中也确有意义.      

大地水准面异常在湖南地区的地球物理解释

以湖南地区为例,利用超高阶地球重力位模型EGM2008计算了研究区的重力大地水准面,并采用棱柱体公式和球体公式相结合的方法分别进行了完全地形改正和Airy-Heiskanen局部均衡改正,得到布格大地水准面和均衡大地水准面.对三种大地水准面进行不同波长分量的分离处理,得到包含不同深度异常信息的剩余大地水准面,并结合其他地球物理资料对研究区进行了详细的地球物理解释.结果表明,剩余重力大地水准面可以有效地反映出研究区内的深部构造特征,如深大断裂带分布、构造块体位置、上地幔密度横向分布等,但对地壳内异常结构反映不明显;研究区岩石圈密度变化相对平缓,厚度由东向西增加;根据剩余均衡大地水准面及研究区Airy局部均衡莫霍面,可以大致推测出研究区的莫霍面起伏形态以及均衡状态,可作为一种有用的参考信息.     

联合多代卫星测高和多源重力数据的局部大地水准面精化方法

本文研究了基于泊松小波径向基函数融合多代卫星测高及多源重力数据精化大地水准面模型的方法.分别以沿轨垂线偏差和大地水准面高高差作为卫星测高观测量,研究了使用不同类型测高数据对于大地水准面建模精度的影响.针对全球潮汐模型在浅水区域及部分开阔海域精度较低的问题,引入局部潮汐模型研究了不同潮汐模型对于大地水准面的影响.数值分析表明:相比于使用沿轨垂线偏差作为测高观测量,基于沿轨大地水准面高高差解算得到的大地水准面模型的精度更高,特别是在海域区域,其精度提高了2.3cm.由于使用沿轨大地水准面高高差作为测高观测量削弱了潮汐模型长波误差的影响,采用不同潮汐模型对大地水准面解算的影响较小.总体而言,船载重力及测高观测数据在海洋重力场的确定中呈现互补性关系,联合两类重力场观测量可以提高局部重力场的建模精度.     

欧亚板块均衡大地水准面异常及其动力学特征

采用弹性挠曲模型,利用球谐函数方法计算了欧亚板块均衡大地水准面异常.均衡大地水准面异常消除了地形起伏、地壳物质补偿的影响,主要反映了地幔物质密度异常以及核幔边界起伏和热状态的不均匀分布特征,而这种物质密度和热状态的不均匀分布导致了地幔物质的流动.针对滤波后的均衡大地水准面异常分别计算了欧亚板块大尺度和中尺度的地幔对流,并进行了构造和地球动力学分析.结果表明,现今欧亚板块的地壳运动与地幔对流有着密切的联系.     

基于方差分量估计的局部似大地水准面精化拟合模型

局部似大地水准面精化中需要进行GPS水准与重力两种水准面的拟合,其中两种观测量精度的权比确定是关键问题,本文提出基于方差分量估计的方法解决这一问题.根据此思路,文中还利用某给定区域的实际资料,对常用的几种似大地水准面拟合方法——多项式拟合、多面函数拟合以及曲面样条插值的函数模型按不等权拟合似大地水准面进行试验.通过某3...     

基于有限元方法的陆海大地水准面衔接

大陆上用重力数据和GPS水准数据确定(似)大地水准面,海洋上用卫星测高数据确定(似)大地水准面.由于沿海地区和近岸海域往往缺少完好的重力数据,近岸海域卫星测高数据质量相对较差,两类大地水准面在陆海相接区域精度偏低且存在拼合差.纯几何方法拟合陆海局部区域大地水准面,不能顾及大地水准面的物理特性,拟合结果不稳定.顾及到大地水准面的物理特性,依据其在局部所应满足的数学物理方程,拟合陆海局部区域大地水准面问题,转化为Laplace第一边值问题.讨论了有限元法衔接陆海局部区域大地水准面的数学思想,给出了相应的数学模型.     

地形-均衡补偿重力、大地水准面异常频谱分析

将地形高、地球内部质量异常以及重力、大地水准面展开成球谐级数,依据岩石圈弹性挠曲均衡补偿理论建立地形—均衡补偿重力、大地水准面异常的球谐级数表达式.由此我们可以研究地形—均衡补偿重力、大地水准面异常与球谐级数阶次的关系,以及不同波长地形荷载与岩石圈挠曲补偿的关系,探讨地形—均衡补偿重力、大地水准面的频谱特性.从观测大地水准面异常和自由空气重力异常扣除地形—均衡补偿大地水准面、重力异常,可以得到均衡大地水准面异常和均衡重力异常.均衡大地水准面异常已经消除了浅层物质不均匀的影响,反映的是地球深部物质密度不均匀分布.均衡重力异常显示出中短波长特性,反映的是地壳上地幔物质分布的失衡和物质调整的动力学特征.     

应用GPS/重力数据确定(似)大地水准面

作为GPS/重力边值问题理论及方法的应用,本文在对GPS/重力方法确定（似）大地水准面的原理进行简要介绍与分析的基础上,利用收集到的N区的702个GPS重力数据以及52个高精度的GPS水准数据,计算出该区域的似大地水准面. 通过拟合法和系统差直接改正法进行的精度分析表明,应用GPS/水准方法确定的该地区似大地水准面的精度达到厘米级.     

大地水准面高对InSAR大范围地壳形变监测的影响分析

由于InSAR数据处理所用的WGS84参考椭球系统与通用的DEM高程系统(EGM96大地水准参考面)不一致,在InSAR形变监测分析中会引入大地水准面高导致的误差.本文利用覆盖青藏高原北部阿尔金断裂带西段的27景Envisat ASAR宽幅模式数据和44景条带模式数据,研究了大地水准面高与InSAR大范围形变测量不确定性的关系:(1)模拟分析表明对于100 m的垂直基线,8.8 m的DEM测量误差,若研究区域存在20 m的大地水准面高的变化,对宽幅或条带模式InSAR形变测量造成的影响将由3 mm增至10 mm左右;(2)实例验证表明对于不同的研究区域,大地水准面高与该地区地形变化存在较大相关性,对于同一研究区域,垂直基线的大小决定了大地水准面高对InSAR不确定性的影响程度;(3)对于大地水准面高有较大梯度变化的研究区域,组合短基线方法与去除轨道平面的方法难以消除大地水准面高的影响.使用基于WGS84高程系统的DEM,可以为InSAR形变测量分析提供统一的高程基准,有效避免大地水准面高误差的影响.     

用GRACE卫星跟踪数据反演地球重力场

利用141天GRACE卫星观测资料,包括K波段、星载加速度和卫星轨道数据,反演了80阶地球重力场模型IGGGRACE01S,该模型在半波长为500km的空间分辨率上,确定大地水准面的精度约为0012m,中长波(<80阶)精度优于重力卫星发射以前研制的重力场模型. 与EIGEN_GRACE02S、EIGEN_CHAMP03S和EGM96模型的位系数相比,该模型系数最接近于EIGEN_GRACE02S,与另两个模型差异较大. 比较几种模型确定的全球重力异常和大地水准面起伏,结果发现IGGGRACE01S与EIGEN_GRACE02S模型的计算结果比较接近,与EGM96模型结果差异较大,差别较大地区主要在南极等地区. 对于中国大陆,比较IGGGRACE01S模型（前72阶）计算的重力异常和NIMA重力异常数据（25°×25°网格）,两者之间的标准偏差为48mGal.     

由多卫星测高大地水准面推断西太平洋边缘海构造动力格局

由于卫星观测技术的发展，现在已能利用测高大地水准面简捷可靠地研究海底构造与动力问题. 根据Geosat T2/ERM、Topex/Poseidon 和ERS 1/2测高数据给定的0°N ～45°N、100°E～150°E范围内4′×4′大地水准面，采用全球地形/均衡的重力位效应改正，计算布格、格莱尼和均衡大地水准面. 由格莱尼大地水准面反演Moho面埋深，再从均衡大地水准面起伏推算小尺度地幔流应力场. 结果表明，菲律宾海和南海显示了与磁条带、扩张脊对应或斜交的高频成分大地水准面起伏条带. 各边缘海盆的Moho面埋深有往南变浅的趋势，与菲律宾海各海盆的Moho面埋深大致相当，说明琉球—台湾—菲律宾岛弧两侧的构造动力强度基本相近. 从各种构造特征和大、中、小尺度的地幔流应力场的驱动机制，可以证明岛弧内侧的边缘海具有不同于大洋、大陆的独特构造动力格局和特征.     

广义逆Stokes公式、广义逆Vening-Meinesz公式以及广义Molodensky公式

根据重力位W, 正常重力位 以及扰动位 之间的相互关系, 定义了扰动位T与大地水准面起伏N、重力异常Δg, 垂线偏差ε 之间的算子运算关系. 在边界面为球面的条件下, 运用球谐函数求解物理大地测量边值问题的方法, 通过算子变换, 推导了广义逆Stokes公式、广义逆Vening-Meinesz公式和广义Molodensky公式. 广义公式突破了经典公式必须在大地水准面上应用的限制. 当边界面定义为大地水准面时, 广义公式自然退化为经典公式.     

海域航空重力快速构建区域大地水准面

我国在海域开展了大规模的航空重力勘探,这些资料对构建高精度大地水准面具有重要价值.基于此,本文提出一种利用海域航空重力测量数据快速构建大地水准面的方法.该方法基于移去-恢复法思想,利用位场最小曲率方法对航空重力数据进行高精度向下延拓并获取相应的扰动位,实现航空重力测量快速构建海域大地水准面.与斯托克斯积分计算相比,采用了处理效率更高的频率域位场转换,解决了向下延拓及垂向积分时航空重力异常数据空白及扩边问题,具有较高的位场转换精度.本文应用EGM2008模拟航空重力数据进行模型验证,计算结果与其给出的水准面的精度相当;同时,也选取GRAV-D计划的航空重力数据进行实际验证,计算结果与xGEOID18B水准面模型精度基本一致.模型验证和实际应用验证了本方法的实用性.