全球海面变化的近期模式

近二十年来海面变化的区域性经验研究表明,确实无法找到一条公认的全球一致的海面变化(eustasy)曲线。为了解释其原因,地质学家与地球物理学家、数学与力学家相结合,对海面变化的机制进行了探讨。 本文着重介绍了以J.A.Clark为代表的负荷模式和以N.-A.Mǒrner为代表的重力模式。前一模式从扩大的冰川均衡作用和水均衡作用出发,为粘弹性地球提出了一个数学模型,计算结果表明,即使在假定5000年来eustasy不变的前提下,也可以划分出六个具有不同全新世海面变化带的曲线带。后一模式则根据测地卫星所获得的大地水准面图具有近200米的隆凹,论证了不同时间尺度的大地水准面—海面变化及其可能的原因。     

地壳均衡与海平面变化

提要:在全球海面变化的近期研究中，无论是均衡模式、还是重力模式，写考虑到冰川均衡作用和水力均衡作用。本文认为，绝对均衡表示地壳均街的最终结果，相对均衡表示地壳均衡中一系列中间过程。这两种均衡之间的差别，往往被人们所忽视。
    定量计算的结果表明，冰盖的吸引不仅使周围的海面升高，而且使内核在外核中产生定向运动。由于参加相对均衡的大陆壳数量不同、宕石圈的强度不同，陆壳与陆充、陆克与洋壳之间将产生不同幅度的垂直运动。这为解释全球海面变化不一致性提供了另一个新思路。
        

对全球海面变化均衡模式的改进

以J.A.Clark为代表的全球海面变化均衡模式为基础,讨论冰盖形或对地核运动的影响。数值计算表明,由于地核偏离地心的运动,不同海区大约有±1.54m的海面波动。把这个结果叠加在均衡模式的结果之上,会使预测的结果与所观察结果更为符合。     

渤海湾西北岸牡蛎礁体对区域性构造活动与水动型海面变化的响应

渤海湾地区广泛分布的古海面标志物,为建立该地区的相对海面变化曲线提供了良好的基础。过去20年来该地区已相继建立了一些相对海面变化曲线,但在讨论影响古海面标志物高程的因素时,未将构造活动与水动型海面变化及均衡作用对高程的贡献量加以区分。文章以该地区7个点的古海面标志物及相关层位的高程测量与年代学测定结果,经与地区性预测海面变化曲线进行对比后,定量讨论了该地区海面变化(包括绝对海面变化与冰川、水均衡作用)与构造活动对古海面标志物高程的贡献;并以壳体的稳定同位素、地层记录与古地震研究资料讨论了牡蛎礁体在建礁过程中所记录的构造下沉。     

中国地壳运动观测网络在地球科学研究中的应用前景

简要地介绍了中国地壳运动观测网络的概况和目前的进展,论述了地壳运动观测网络在地球科学研究中的重要作用和应用前景。其应用潜力主要体现在:①在中国地壳运动监测研究中发挥重要作用,成为中国地震预测预报研究的重要基础;②为地球动力学研究提供重要的依据;③建立维持ITRF地球参考框架、研究地球自转、极移和章动及变化;④精化、加密全国大地网和大地水准面;⑤在气象学中的应用;⑥研究电离层电子浓度及其变化规律;⑦提供精密近实时的GPS轨道参数;⑧为广域差分定位奠定基础。     

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。     

地球化学急变带急转弯变化与深部构造效应

地球化学急变带代表地球化学边界,反映深部不同块体的接触边界的化学组成差异.在地球化学急变带沿古大陆边缘展布的局部区域,往往不象地表构造呈近直线型延伸,而是表现为急转弯的弧状、岛状变化延伸,与深部构造边缘的分布密切相关.在华北古大陆南部边缘的洛南-栾川-方城一带,由于莫霍面的近EW向凹陷,形成幔向斜,其轴向控制地球化学急变带的转弯变化;在郑州至南阳一线,地球物理资料显示,存在近SN向的超壳断裂,切断EW向展布的地球化学急变带.由此说明,地球化学急变带的急转弯变化,是受古大陆边缘的结晶基底、深大断裂或隐性构造面的作用形成.大型矿床往往集中在地球化学急变带急转弯的特定部位,即深部不同方向的构造线交切区.     

海洋卫星测高技术和海洋地形试验TOPEX卫星计划

ＴＯＰＥＸ卫星是目前精度最高的海洋测高卫星，利用ＳＬＲ技术确定的ＴＯＰＥＸ卫星轨道径向精度达到２．８ｃｍ，这使它可以有效地监测全球的海洋地形。ＴＯＰＥＸ卫星主要用于全球的海面变化和洋流研究。利用ＴＯＰＥＸ资料可以得到新的地球引力场，海洋大地水准面和海潮模型。     

青藏高原及邻区大地水准面异常场源结构

以青藏高原及邻区地形、地震层析成像、沉积层底面、Moho面及岩石层底面资料为基础 ,讨论了由地形起伏、地球内部各界面以及物质密度不均匀引起的大地水准面异常的计算方法 ,正演计算出青藏高原及邻区岩石圈内部物质不均匀产生的大地水准面异常 ,并把从全阶大地水准面异常中扣除正演模拟得到的岩石圈大地水准面异常与不同阶次波段的大地水准面进行比较 ,以寻求表示青藏高原及邻区地幔物质不均匀的大地水准面异常球谐函数的最佳阶次。结合地震层析成像资料分析结果得出 ,表示青藏高原及邻区下地幔、上地幔及岩石圈物质不均匀的大地水准面异常球谐函数的阶次范围分别为 2 6阶 ,7 60阶和 61 3 60阶。     

重力异常小波多分辨分析分解阶次的确定

分解阶次的确定是重力异常小波多分辨分析中的基本问题之一.以塔里木及天山地区布格重力异常数据为例, 通过讨论信号长度、小波母函数的支撑长度与分解阶次的关系, 以及对比分解结果与大地水准面异常的特征, 提出了分解阶次的确定方法.发现对于该重力异常数据, 使用bior3.5小波, 5阶小波分解细节可以避免小波母函数特征过多的干扰, 其结果与相应大地水准面异常特征比较吻合, 而6阶小波分解细节结果却与相应大地水准面异常特征存在较大差异.从信号处理和重力异常的地球物理意义两方面表明, 恰当的小波分解阶次为5阶, 更高阶次的分解结果并不合理.所使用的方法对重力异常小波分解阶次的确定是有效和易行的, 为小波分析在重力场数据处理中的应用, 进行了新的有益探索.      

北美国家高程基准面及重力异常计算方法的重大修改

北美以及加拿大、墨西哥和美国的重力数据库进行了两项重大修改:采用国际上接受的地球椭球面,而不是习惯使用的大地水准面或海平面作为重力测点的高程基准面;改进重力异常的计算方法。对北美国家现在使用的高度校正、布格校正、地形(海洋深度)校正、间接影响校正、曲率校正、大气校正,以及均衡补偿校正,均做了不同程度的修改。     

渤海湾西岸全新世海面变化

在讨论海面标志点基本定义的基础上,从渤海湾西岸534个原始数据中获得了136个指示高水位、潮间带或低水位的海面变化标志点,并重建了它们的相对海平面时空分布,进而获得了渤海湾西岸全新世相对海平面变化带.约10cal.ka B.P.时,相对海平面变化带达到-25m,以约6m/1000a(即约6mm/a)的平均速率上升,在6cal.ka B.P.前后达到现代海面的高度;6cal.ka B.P.至今,变化带的高度介于+1m～-2m之间,未发现中全新世相对高海面.再搬运海相贝类和陆相泥炭类样品的14C年龄,分别存在约600年和660年的驻留时间.经过驻留时间校正的新海面变化年代学序列,将渤海湾相对海平面达到现代高度的时间点确定为约6cal.ka B.P.,从而与全球海面变化的对比更为准确.渤海湾盆地的长期稳定下沉和沉积自重压实的共同作用,可能抵消了冰川均衡调整(GIA)引起的中全新世数米高的相对高海面.     

大河三角洲全新世海平面研究中的若干重要问题——以长江、尼罗河和密西西比河三角洲为例

本文回顾和总结了不同纬度带大河三角洲全新世相对海平面曲线的特征及影响因素.以相近纬度带的长江、尼罗河与密西西比河三角洲为例,剖析了全新世中期无“高于现代平均海平面”的“壅水”现象,认为直布罗陀海峡、加勒比海岛屿和白令海峡对北极圈南下融水进入地中海、墨西哥湾和西太平洋起到了限制作用.大量的研究还表明,距今约7ka时尼罗河三角洲相对海平面低于现今约14m,而此时密西西比河三角洲相对海平面约为-10m,长江三角洲仅约为-5m;随后,它们的差距逐渐减小,反映了沉降作用对相对海平面变化的影响.论文提出一种利用全新世三角洲沉积层序、结合相对海平面曲线来判断区域沉降差异的方法;总结了三角洲古地形对海平面上升的响应模式,以及利用三角洲新石器遗址“最低居住面”重塑全新世相对海平面变化的路径.这些均为三角洲地区全新世海平面变化与地貌环境演化的相关研究提供了新的前景.     

东海陆架盆地西湖凹陷超压成因机制

西湖凹陷超压普遍发育,成因机制复杂,目前研究未见深入.从产生超压的主要因素入手,采用定性分析与定量计算相结合的方法,基于超压层段的测井响应特征、速度与垂直有效应力、沉积速率与孔隙度演化史、压力演化史与生烃强度史耦合的初步判断,再通过定量的计算综合分析了西湖凹陷超压的成因机制.研究表明:不均衡压实作用和生烃作用是西湖凹陷超压形成的主要机制,但在不同的区带有一定的差异.其中保俶斜坡带以不均衡压实作用为主,经过估算生烃作用贡献率为23%～57%,平均达到41%;而在中央背斜带超压形成机制有两种模式,大部分是以生烃作用为主的增压模式,贡献率为51%～78%;个别井位研究显示以不均衡压实作用为主的增压模式.在三潭深凹超压的形成中,不均衡压实作用与生烃作用相当,生烃作用增压稍强于不均衡压实作用增压,生烃作用的平均贡献率为60%左右.      

EGM2008重力场模型在兴城物探测量中的应用

以吉林大学兴城物探教学实习测网为例,基于EGM2008重力场模型,采用二次曲面、移动曲线、最小二乘配置、三次样条和反距离加权改正插值法,计算了不同GPS水准点密度情况下的水准面模型,并利用二等水准测量方法验证了计算精度,分析了该模型的适定性。结果表明,三次样条插值法的精度和稳定性最高,其次是移动曲线法和最小二乘配置法;二次曲面拟合的精度最低,反距离加权改正法稳定性最差。所有算法都表明,在研究区,当GPS水准点间隔20 km时,基于EGM2008模型确定的大地水准面精度在0.1 m以内;而采用单独GPS水准点的区域大地水准面模型能达到14cm,完全满足各种比例尺情况下的石油物探测量要求。     

冰川均衡调整重力与径向位移近似关系的不确定性

根据不同地幔粘滞度的冰川均衡调整(glacial isostatic adjustment, GIA)模型, 研究了地球内部各个圈层对GIA粘性重力扰动速率的贡献, 检验了粘性重力扰动速率与径向位移速率的近似关系及其是否独立于地幔粘滞度, 同时利用绝对重力和GPS(global positioning system)径向位移数据从实测角度对Wahr的近似关系进行比较和验证.结果表明: 岩石圈对GIA重力扰动速率和大地水准面异常速率的贡献都超过了86%, 而岩石圈以下5个圈层的总贡献不大于14%;利用近似关系, 由重力信号转换的径向位移速率与有限元模拟的结果相对差异大约为15%, 且相对差异的大小不依赖于地幔粘滞度的变化; 根据北美绝对重力和GPS径向位移数据得到实测的粘性重力-径向位移比值为0.141±0.014 μGal/mm, 与Wahr的理论值(0.154 μGal/mm)非常接近, 相对差异仅为9.2%.因此, 定量给出了粘性重力-径向位移近似关系的不确定性为9.2%~15.0%, 为利用此近似关系分离GIA和现今地表质量变化粘弹信号的不确定性估计提供了重要参考.      

大地水准面与似大地水准面之差及其模型检核

大地测量学的发展，要求能够精确推得大地水准面高（N），为此，在阐述顾及扰动重力垂直梯度的大地水准面与似大地水准面（ξ）之差的公式基础上，对它们在三种模型上进行了数值计算和检核。结果表明，该公式的精度是相当高的，由此可以将正常高化算为正高（海拔高）。     

黔西北青山铅锌矿床主要控矿断裂构造岩-岩相分带模式

青山铅锌矿床是黔西北矿集区内威宁-水城成矿亚带的典型矿床之一，矿体产出严格受构造和岩性双重因素控制。含矿断裂带中构造岩既是构造变形作用的载体，也是相应变形环境的受体，其具有显著的分带特征。针对斜落走滑构造环境下弱蚀变构造岩与热液成矿成生联系研究的薄弱环节，基于构造岩-岩相学填图方法以及不同岩相带内节理、裂隙构造解析，系统采集不同构造岩-岩相带内定向构造岩样品，进行显微构造与地球化学分析，剖析不同岩相带内构造岩类型、物质组成、内部结构、构造及其分带特征，构建了该矿床构造岩-岩相分带模式，即从矿体向外，依次为:张裂岩相带→泥化相带（一、三中段及以上）→扭裂岩相带→压裂岩相带。扭裂岩相带内发育黄铁矿化、铅锌矿化、方解石化、弱白云石化，压裂岩相带内主要发育方解石化，矿化蚀变随着远离矿体呈现出从强变弱的变化规律，成矿环境也随着温度逐渐降低，呈现氧化→弱氧化-弱还原→还原的变化特征。同时，结合宏观和显微构造应力场分析，认为矿体外侧不同类型的构造岩是在统一构造应力场作用下，因不同位置的局部应力场变化而形成的不同类型的构造岩，发育在北西向断裂下盘的次级断裂不仅控制了矿体定位和形态产状，也控制了其外侧构造岩-岩相带。      

全球GPS矢量场的分区描述及规律性分析

以平均选择的GPS站点运动年速率编制了全球板块运动矢量场,从而揭示了以下几点规律:1从北大西洋洋脊东侧起,直至西北太平洋岛弧带,欧亚大板块总体呈现顺时针宽弧形运动;2从北大西洋洋脊西侧直至美洲大陆西边缘,北美大板块呈现反时针宽弧形运动;3从南大西洋洋脊东侧起,直至克马德克—新西兰一线,非洲板块和印—澳板块一并呈现从北东指向渐变为北北东指向的运动;4东南太平洋洋脊西侧太平洋板块总体向北西西方向运动;5东南太平洋脊东侧海底大小板块总体向北东东运动;6南美洲整体向北运动;7北极区总体向太平洋北缘运动;南极洲总体向大西洋区运动,并有分裂—对旋迹象。分析上述运动的分区展布,可推论以下几点运动动力学的认识:1拖动全球板块一级运动势态的地幔流可分解为由南极区向北的径向流与由大西洋洋脊和东南太平洋洋脊的东西两侧纬向流的二元动力联合作用,从而造成全球性指向北东和北西的斜向运动;2以重力大地水准面所展现的低阶双重非对称的地球,是引导表壳发育张裂洋脊带和汇聚俯冲带的力学条件;3沿赤道两侧不协调运动带呈现压扭、张扭的复杂变动除了南半球与北半球地幔流在运动指向和速度的差异而造成之外,还可能与地球质心的偏心和南、北半球自转速度的差异变化有关;4南极洲相对环南极洋脊的偏极分流运动还有待进一步研究。在以上认识的基础上,本文讨论了造成三大洋脊在全球表壳的分布、全球深俯冲带仅仅在环太平洋边缘带内发育、北半球和南半球的板块径向、纬向运动有整体性差异等问题的原因。造成上述现象是与地球整体的双重不对称性有关,即北、南半球和0°/180°半球的缩、胀和快、慢的双重非对称,而这种双重不对称性是地球内部物质的热状态、运动状态以及质量分布等原因造成的,我们认为以重力大地水准面所展现的低阶双重非对称的地球表壳,既是约束地幔流的上边界条件,又是引导表壳发育张裂带的力学条件,目前地球表面的这些一级构造因素并不是随意造成的,它们有着深刻的地球物理背景。本文还着重讨论了双重非对称畸形壳体的构造力学背景,根据GPS资料建立了地球热流驱动的地幔经、纬向一级对流格局。     

卫星重力测量的应用进展

介绍了CHAMP、GRACE和GOCE三颗重力卫星,评述了卫星重力数据在恢复地球重力场模型,测定陆地水储量变化,研究大地水准面变化、弹性厚度、地壳厚度,地震前后重力场的变化、地壳运动等方面的应用,以及一系列卓有成效的研究成果,认为卫星重力探测技术相对传统的重力测量具有得天独厚的优势,将会有更大的应用空间。