我国动力大地测量学的进展

综合了近40年,特别是近10年来我国利用大地测量学、地球物理学和天体测量学的理论、方法和技术研究固体潮汐和非潮汐重力、地极移动和自转速率变化、大地水准面和海平面变化、板块运动和地壳形变、地球内部物质运动及其与地表变化的关系等五个方面的成果以及国际合作的情况,说明我国在动力大地测量学方面虽然起步较晚,但进展较快,已在生态环境、灾害预测预报等关系国计民生的研究中起到了一定作用,在国内国际的地学研究中占有一席之地。随着国际大地测量协会“亚太空间动力学研究计划”、国家攀登计划项目“现代地壳运动和地球动力学研究”、国家大型科学工程重大项目“中国地壳运动观测网络”等项目的启动、实施,动力大地测量学研究必将取得快速进展。     

中国大陆岩石圈导电性结构研究——大陆电磁参数“标准网”实验（SinoProbe-01）

"中国大陆地壳探测计划"的首要目标是岩石圈物性结构、构造和物质组成的探测,这包括大陆岩石圈的地震波速度、密度、磁性、导电性和放射性结构研究。其中,大陆岩石圈导电性结构的研究越来越引起人们的重视。利用岩石圈导电性结构模型不仅可以推断地球内部的岩、矿石组成和地质构造轮廓,还可以间接提供有关地球内部热结构的信息,为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题服务。因此,很多发达国家自上世纪70年代以来,陆续启动了岩石圈导电性结构探测。2004年,美国开始了"地球透镜计划(EarthScope)";其中,"大地电磁阵列"(USArray)是整个计划中的重要部分,是一个大陆尺度的大地电磁场观测计划,它将为北美大陆的构造与演化提供新的约束。在中国,大陆岩石圈导电性结构研究虽取得一系列重要成果,但也仅限于对其基本格局有一定认识,远远满足不了大陆动力学问题研究的需要。为了研究中国大陆形成、演化机理,首先需要确定中国大陆岩石圈三维构造模型、热结构和流变性特征,而这一切都与更详细、更准确的中国大陆岩石圈导电性结构有着密切关系。为了实现构建中国大陆岩石圈电磁学参数三维数据体及导电性结构标准模型的目标,"深部探测技术与实验研究专项"设立"大陆电磁参数标准网实验研究(SinoProbe-01)"项目,解决大陆尺度、阵列式(Array)大地电磁场(MT)标准网观测计划的关键技术问题,研究具体的实施方法技术,并提供示范性成果。项目将尽可能预先建立覆盖全国、网度为4°×4°的阵列式区域大地电磁参数标准网控制格架,并以华北和青藏为基地创立阵列式区域大地电磁场"标准点"1°×1°观测网的构建方法、技术;构建华北和青藏地区壳、幔电磁参数三维结构标准模型"格架",以及不同网度的壳、幔物性三维结构模型,为覆盖全国的阵列式区域大地电磁"标准点"观测网最佳网度选择提供依据,为最终建立中国大陆岩石圈三维导电性结构标准模型奠定基础,为预测我国超大型金属成矿远景区提供方向。完成本项目研究将对揭示中国大地构造特点和岩石圈结构提供重要依据,对油气及固体矿产资源远景评估提供制约,并对完善后板块大地构造理论有重要意义。开展这方面的研究将揭开中国大地构造地球物理学新阶段的序幕,为中国可持续发展与地球科学的进步作出贡献。     

地面重力观测数据在地震预测中的应用研究与进展

地震发生过程和孕育机制异常复杂,加之大地震"非频发性"影响和人类对地球内部结构与活动规律认识的不足,使得地震预测极其困难。地面重力观测已经成为许多国家和地区研究地震前兆信息的主要途径之一。简要总结了中国大陆地面重力观测技术与观测网络:地面重力测量仪器从17世纪的惠更斯物理摆发展到今天的高精度绝对重力仪,测量精度已经达到±1×10-8m/s2。我国已相继建立了国家重力基本网、中国数字地震观测网络、中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络等,为重力场非潮汐变化、地震、构造运动等的监测提供了公共平台;通过具体震例阐述了地面重力观测数据在地震预测中的作用,利用地面重力观测数据能较好地捕捉强震孕育过程的重力变化信息,为强震中长期预测提供重要依据;分析了震前区域重力场的时空变化特征及其与强震的关系:在震级高于MS5.0的地震发生前,一般都会出现较大幅度和范围的重力异常区。强震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区。重力场动态变化图像能够比较清晰地反映大地震在孕育和发生过程中的前兆信息。最后,提出了地面重力技术在地震前兆观测中存在的问题,并对利用重力测量资料开展地震预测研究进行了展望。     

中国大陆深探测的大地电磁测深研究

通过对地震波速度、密度、磁性、导电性等物理场进行观测,研究地壳与上地幔的物性与结构特征,将为研究地球内部物质状态、地壳运动过程及其动力学机制等科学命题提供科学依据,同时也将为寻找深部大型矿床提供信息。大地电磁深探测方法作为研究地球壳幔电性结构的主要地球物理方法,在国内外完成了大量探测工作,取得了许多重要的研究成果。在研究壳幔构造方面,大地电磁法和地震方法一起被视为两大支柱方法,在世界范围内解决大陆动力学问题方面已有许多成功的应用范例。但由于大地电磁探测以天然电磁场作为场源,在矿集区等强干扰地区往往很难采集到高信噪比的数据,抗干扰能力较弱。同时,大地电磁与地震数据的约束反演以及联合解释目前尚没有达到实用化,这些都限制了大地电磁数据的处理及解释精度。"深部探测技术与实验研究"(SinoProbe)专项下属的"深部探测技术实验与集成"项目将选择青藏高原、西部造山带与华南山区结晶岩等复杂地质条件和不同人文干扰水平地区,以大地电磁探测与地震探测作为主要手段,研究深部精细地球物理探测技术的集成,并且通过实验剖面研究这些实验区的壳幔结构特征。其中的"大地电磁测深大剖面观测实验与壳/幔三维电性研究"课题,将通过在实验区的大地电磁观测实验,研究适用于不同地质条件及干扰水平地区的大地电磁数据采集方法技术以及精细处理与反演方法,同时探讨大地电磁数据与地震数据的约束反演以及联合解释。该研究将提高深部地球物理探测精度,为深部精细地球物理探测方法技术集成以及区域地球物理精细探测提供范例。已经完成的青藏高原东北缘西秦岭造山带和福建结晶岩地区的大地电磁观测试验表明,在这些典型地质构造区域,虽然存在施工困难,干扰水平大等各种不利因素,但只要采取合适的野外观测技术,并通过数据精细处理与反演计算,是能够获得高质量的大地电磁数据以及可靠的电阻率分布模型。试验所取得的成果,将为实现"深部探测技术实验与集成"项目科学目标和研究任务提供重要的技术支撑与保障。     

上海大地热流及其地质意义

大地热流(Terrestrial Heat Flow)是理论地热学和地球物理学的主要研究对象。它是探索全球热场分布、地壳上地幔热结构、地球内部热状态、地历史,以及地壳深部各种作用过程,诸如地震活动、岩浆演化、变质作用、地壳运动等的重要依据。大地热流也是板块学说的重要支柱之一。     

中国地壳运动观测网络基准站重力场变化的海潮负荷信号改正问题

利用最新的全球海潮模型（Csr3．0，Fes95．2，Tpxo2和Csr4．0）和原有的Schwiderski海潮模型以及中国近海海潮数据和标准地球模型负荷格林函数，采用直接褶积积分方法研究了中国地壳运动观测网络25个基准站重力固体潮观测中的海潮负荷效应问题，计算了 8个主要潮汐波的负荷振幅和相位，构制了北京和上海等10个台站重力负荷随时间变化函数。     

地壳运动监测网座谈会

根据中国科学院地学部学部委员陈永龄教授和黄汲清教授的提议,中国测绘学会大地测量专业委员会于1989年12月1日邀请了在京的部分地质、地震、大地测量和地球物理方面的17位专家在测绘出版社举行了地壳运动监测网座谈会。与会专家一致认为,建立地壳运动监测网是开展地学研究的一项基础任务,是十分必要的。地壳运动包括周期性运动和非周期运动两种。前者如极移和地球固有的周期振荡,后者主要是板块运动和构造运动,在我国主要是板内运动。建立地壳运动监测网,在理论上对于研究地球运动状态和动力学机制,反演地     

卫星重力与地球重力场的文献计量分析

卫星重力与地球重力场研究是国际大地测量学的重要研究领域,不仅带动了大地测量学本身的发展,也在其他相关研究领域取得了重要的科学应用.以2000年1月至2020年9月的20年Web of Science核心合集数据库中关于该领域的科学论文为研究对象,使用文献计量的方法,应用CiteSpace软件对当前研究现状、近年来发展脉络以及研究热点进行分析.结果 表明,关于卫星重力和地球重力场的文献数量总体上逐年上升,2016年以来维持较高的水平,其中美国、德国以及中国的发文量位居前三位;发文量排名前三的研究机构分别为中国科学院、加州理工学院和美国国家航空航天局;我国在卫星重力及地球重力场领域的研究力量相对集中,中国科学院、武汉大学以及中国科学院大学发文数占中国总数的75.36％;利用GRACE数据和球谐函数构建高精度地球重力场模型,反演局部质量变化是当前国际研究热点.得益于卫星重力观测数据,全球重力场模型得到了实质性改进.     

华北、东南及藏北地洼区的地壳运动及其地球物理特征

通过分析东南、华北及藏北三个地洼区的重力、地震、地热等深部和浅部地球物理资料所表现出来的不同特征及其存在的差异,论述了上述三个地洼区现阶段的大地构造运动中,东南地洼区地壳运动最弱,藏北地洼区地壳运动最强,华北地洼区的地壳运动强度居于前两者之间。研究表明,地壳运动的强弱变化与地幔有着密切联系。     

东亚地区现代地壳运动特征与构造变形

根据“中国地壳运动观测网络”首次发布的GPS观测结果以及国际地球自转服务中心在 2 0 0 0年发布的ITRF97下的站速度矢量和“东南亚地球动力学项目”GPS网的观测结果 ,讨论了东亚地区现今地壳运动和构造变形特征。在ITRF97参考系下 ,中国大陆东部现今地壳运动以向南东方向(12 0 130°)运动为主 ,量值平均为 35mm/a ,西部受印度板块向北东碰撞的影响 ,运动方向发生偏转 ,呈显北东—近东西向运动 ,但这种影响涉及的范围达到了准噶尔盆地北缘一线 ,说明碰撞型板块边界对板内变形的影响远大于俯冲型板块边界。平均来看 ,75 %以上的印度板块相对于欧亚板块间的南北向缩短是通过地壳增厚变形来吸收的 ,这意味着在调节整个青藏高原构造变形的过程中 ,逆断和地壳增厚起了主要的作用。东南亚块体总体上与欧亚板块的运动有所差异 ,相对于欧亚大陆有 10mm/a左右向东的运动。菲律宾板块南部向西的运动速度只有 2 4mm/a。包括华南地块在内的东南亚块体的运动不仅仅是与印度板块的碰撞过程有关 ,也应当与沿着东南亚块体东边界的俯冲过程有关。     

浅谈大气科学与地质学的学科交叉

随着新一轮的科技革命蓬勃兴起,大气科学学科正步入地球系统科学的新时代,学科交叉必然产生新的增长点.大气科学的发展经历了观测-理论-模型的三个阶段,很好地践行了“数据-模式驱使科学”的研究范式.然而,地质学具有更深远的时空复杂性,需要更长时间的数据积累.目前,地质学正面临着研究范式由观测向理论和模型的转变.大气科学与地质学的交叉将为这一转变提供经验和启示.同时,大气科学与地质学的交叉,需要研究气候系统上边界(大气顶的太阳辐射)和下边界(固体地球形态)变化导致的大气和海洋环流的响应.研究这些问题,将成为发展同时统辖“分钟、小时”直至“地史”的时间尺度的大气科学理论的关键,也是未来地球系统模式发展的重要方向之一.中国地质大学(武汉)的大气科学专业,作为推动大气科学与地质学交叉的排头兵,任重而道远.      

地球系统科学时代的区域地质调查应更加重视古生物资源调查

地球科学研究已进入地球系统科学时代,地球系统科学逐渐成为地球科学各分支学科重要的指导思想。本文论述了古生物资料在地质学诞生和发展中的重要作用及地球系统科学时代古生物资源调查的重要意义,分析了我国目前区域地质调查中存在的问题及其影响,对我国在区域地质调查中加强古生物资源调查提出了具体建议。     

我国的地球系统科学研究向何处去

近15年来,全球变化与地球系统科学研究在中国广泛开展,我国科学家越来越积极地参加各项国际计划。当前,一些重大的国际计划正在进入其新阶段（如IGBP-II,IODP）,恰好我国也正在制定科技发展中长期规划,迫切需要回顾我国地球系统科学的现状并探讨其今后方向。尽管中国作者的国际论文数量在增长,我国地球系统科学落后于国际的差距仍有拉大的趋势：国际前沿的许多热点问题,在中国尚未提上日程;中国学者在国际计划中早期多有贡献,但在项目总结中却很少有份。为此,提出 3点建议：（1）中国地球科学家应当扩大视野、立足本国、面向全球;（2）应当注意国际前沿动向,促进地学与生命科学在分子水平上的结合;（3）中国的地球科学,应当从以描述为主向探索理的方向发展。我们不应当满足于向国际学术界输出"原料",而要积极参加地球系统科学中关键问题的理论探讨。     

技术方法的进步与地球科学的发展

地球科学作为自然科学的一大门类,其发展速度十分惊人。地球科学的迅速发展一方面反映了人类生产的发展对资源和环境方面愈来愈高的要求,一方面得益于科学技术的普遍发展为地球科学研究提供的越来越有利的条件。关于技术方法对地球科学研究的推动作用,人们早有认识,而现在更为深刻。当今对地球科学研究影响最大的关键技术,包括空间技术,深部探测技术,高新分析测试技术和数据综合分析技术,均来源于现代科学技术的最新发展。为了推动地球科学研究,不但要注意引进各种高新技术,还要注意将这些技术与地学研究相结合,发展和创造适合于地学研究的高新技术,并善于综合应用它们,使它们在地学研究中发挥最有效的作用。     

中国古代有机论自然观的地学哲学探迹索隐

17世纪的科学革命是对古希腊哲学的回归.当代的科学革命则将是对东方古典哲学的回归.创建具有中国特色的有机论辩证唯物主义地学哲学,应该并必须从我国古代有机论自然观中吸取丰富的营养.这不仅可填补地学哲学史学研究的空白,对地学哲学的学科建设亦有新的重要启迪.天地生整体生成演进论、天地生层次功能论、天地生自相似论等的探讨,有利于新的宇宙观和地球观的树立.也将大大丰富地学哲学的科学概念,更能充分地武装地学哲学学科的理论体系.     

关于我国开展地球系统研究战略概念模型的讨论

自20世纪末以来,地球科学开始进入一个新的发展时期,地球系统科学理念逐渐成为引领新世纪地球科学的发展方向。世界各国在制定其地球科学战略时,均基于各自掌握的科学资源和实际需求,形成了各自的特色。我国地球科学发展的优势在于区域自然条件,以及社会经济快速发展产生的需求和机遇。基于我国的实际情况的分析,提出了一个地球系统科学研究的概念模型。在这一框架内,我国可以在两方面选择研究范例,并为地球系统科学的发展做出贡献：一是在地球系统物质、能量循环中关注我国具自然条件优势的关键环节;二是强化区域集成研究。同时,还需要加强地球系统观测和模拟的平台建设。     

地壳全元素探测——构建“化学地球”

地壳物质探测是地壳探测工程的重要组成部分。化学元素是地球物质组成的最基本单位,被称为地球的基因。矿产资源是由化学元素组成的,环境是受化学元素行为制约的,因此,对地壳中所有元素精确含量和分布的探测,对解决人类所面临的资源和环境问题具有重大意义。地壳全元素探测项目拟发展4种地球化学探测技术,包括地壳中所有天然元素的精确分析技术,中下地壳物质成分识别技术,穿透性地球化学探测技术,海量地球化学数据和图形显示技术。建立1个覆盖全国的地球化学基准网,系统采集代表性岩石样品10000件,疏松物样品6000件,按标准化的方法分析其主量元素和微量元素含量(包含78种元素),建立中国大陆地球化学基准值,为研究化学元素的分布、演化和成矿物质背景提供基准参考数据。进行总长度3300km的3条地球化学走廊带的实验与示范,采集各类代表性岩石样品5000件,进行元素和同位素测定,构建走廊带地壳地球化学模型、跨越不同大地构造单元的元素空间变化和大型矿集区成矿物质背景。为开展全国地壳探测工程奠定基础,并为最终建立"化学地球"进行技术准备和先导性实验。     

新世纪地球科学视野中的新技术和新方法(代序)

从科学发展战略的角度 ,讨论了新技术、新方法在地球科学中的应用。新世纪的地球科学在新技术、新方法的应用方面呈现出鲜明的时代特色 ,即观测范围的扩大与观测能力的增强 ,多学科观测的海量数据的积累与地球观测系统的整合 ,不断增强的挑战非线性复杂地球系统中的预测问题的能力。特别是 ,作为地球观测系统的整合的“数字地球”和作为地球过程的模拟工具的高效并行计算 ,将在地球系统科学的发展中发挥重要作用。从方法论的角度 ,文中特别指出 ,只有掌握新技术、新方法的人对新技术、新方法有正确的理解 ,并具有创新性的思维 ,新技术、新方法才能发挥其应有的效能。     

地学哲学:世纪之交的回眸与展望

本文立足于世纪之交的时间平台,对以往地学哲学研究中的主要问题,如关于地学哲学的性质、对象和内容,地学哲学在我国发展的重要里程碑－找矿哲学等作了总结性的回顾;对在２１世纪地学哲学的发展将面对的挑战和机遇,作了前瞻性的展望。使我们的地学哲学研究以新世纪的开端为新起点,步入更加自觉、更为理性的新阶段。     

探索气圈与水圈变化过程的地质科学

地质科学的任务正从资源勘探扩展到环境预测,从面向过去变为也要面向未来。与此相应,除地球的固态圈层外,气圈和水圈的历史演变也成为其直接的研究对象。古海洋学、古湖泊学、古水文学、古大气化学和古气象学等新学科应运而生。新的研究领域要求改革研究方法,应用严格的数据采集和处理技术、经过模式的建立和检验过程的定量研究,其结果必将推动整个地质科学的现代化。最后对我国开展相应研究提出了若干建议。