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.     

卫星重力发展及应用

卫星重力资料在恢复地球重力场方面具有全球高覆盖率、高空间分辨率、高精度和高时间重复率等优点,为大地测量和地球物理学科的发展开辟了新的途径。本文简要回顾了卫星重力的发展历程,介绍了四种卫星重力探测技术的原理和发展状况,并分析了三颗重力卫星的优点和不足,最后对卫星重力在地球科学中的的应用情况进行了简要总结。     

中国大陆深层区域构造格架——系列解释之重力场格架

截取全球卫星重力图、重力场水平梯度图、卫星测高数据反演海洋重力异常图、岩石圈重力场和地幔重力异常, 获得中国大陆及其邻区岩石圈地球物理场特征, 揭示地球内部密度结构。简要探讨了中国大陆深层区域构造格架——系列解释之重力场格架。     

重力卫星五年运行对求定地球重力场模型的进展和展望

对近年升空的CHAMP和GRACE和将于2007年升空的GOCE卫星在测定地球重力场方面的技术特点和初步成果进行了回顾、比较和评估。并对它们今后在静态和动态的地球重力场构模方面可能的进展作一展望。现在只用一颗重力卫星的轨道摄动数据，就可以以前所未有的可靠性和精确性来求定地球重力场的长波和部分中波。如CHAMP重力卫星的33个月数据所求定的地球重力场模型,相对于曾利用多颗卫星资料所推算的GR1M5 S1重力场模型,在长波方面的精度和可靠性都有很大改善。而GRACE重力卫星的 110天数据所导出成果的空间分辨率，又优于CHAMP的33个月的数据成果。GRACE卫星还有一个重要任务，就是测定重力场非潮汐的短期性或准实时的变化。还介绍了新发表的一个联合地球重力场模型EIGEN CG03C, 360完全阶次，分辨率约30′。CG03C同CHAMP/GRACE以前的重力场模型比较，在400 km波长的精度方面改善了一个量级，大地水准面的精度改善了3 cm，重力异常的精度改善了0.4 mgal。     

重力卫星五年运行对求定地球重力场模型的进展和展望

对近年升空的CHAMP和GRACE和将于2007年升空的GOCE卫星在测定地球重力场方面的技术特点和初步成果进行了回顾、比较和评估。并对它们今后在静态和动态的地球重力场构模方面可能的进展作一展望。现在只用一颗重力卫星的轨道摄动数据，就可以以前所未有的可靠性和精确性来求定地球重力场的长波和部分中波。如CHAMP重力卫星的33个月数据所求定的地球重力场模型，相对于曾利用多颗卫星资料所推算的GRlM5-S1重力场模型，在长波方面的精度和可靠性都有很大改善。而GRACE重力卫星的110天数据所导出成果的空间分辨率，又优于CHAMP的33个月的数据成果。GRACE卫星还有一个重要任务，就是测定重力场非潮汐的短期性或准实时的变化。还介绍了新发表的一个联合地球重力场模型EIGEN-CG03C，360完全阶次，分辨率约30′。CG03C同CHAMP／GRACE以前的重力场模型比较，在400km波长的精度方面改善了一个量级，大地水准面的精度改善了3cm，重力异常的精度改善了0．4mgal。     

重力勘探与数据处理和解释方法的回顾

本文简要回顾了我国重力勘探的发展过程,着重评述了数据处理和解释方法,包括区域场和局部场的分离与提取,重力数据的定性解释和定量解释,卫星重力场的应用。     

确定卫星重力场中的海潮负荷影响问题

概要综述了确定卫星重力场恢复中的海洋负荷潮汐改正理论和精度估算问题。利用TPXO6海潮模型计算了海潮对卫星重力恢复的影响，与GRACE观测误差实施了对比。结果说明海潮M2波对卫星重力场恢复的影响最大，并主要体现在40阶以下的位系数上。海潮模型误差对低阶卫星重力场恢复的影响也是比较明显的。相关结果可有效降低GRACE恢复的低价重力场位系数的潮汐成分，为我国相应的学科研究提供有效参考。     

月球重力场研究的论述

月球重力场探测是了解月球内部结构构造最有效的手段之一,也是未来登陆点选择的重要依据.在众多方法中,卫星重力探测是进行全月球覆盖以及获得月球深部信息的重要方法.本文叙述了当前月球重力探测历史和重力模型发展过程,并对这些模型进行比较分析.在了解前沿研究方法的基础上讨论了月球重力位场解算的基本原理、高精度月球重力场获得的方法...     

重力方法在库车坳陷钾盐远景调查评价中的应用效果分析

新疆库车坳陷的古盐湖沉积了巨厚的盐岩层,在构造环境上具备形成钾矿的条件。巨厚的盐岩层与围岩存在较明显的密度差异,这一差异可以在地表产生足够大的布格重力异常的变化,通过分析重力场的变化可以反过来定性的分析深部盐岩层厚度变化特征。通过分析厚度变化特征,再结合地质、钻探资料,可以圈定有利于聚盐成钾的次级凹陷。笔者采用相应的数据处理手段,提取出了反应目的层盐岩厚度变化的布格重力剩余异常。利用剩余异常反推的盐岩层厚度变化情况与已知钻孔所揭示的盐岩层厚度变化情况吻合度较高,达到利用重力方法找(钾)盐岩的效果。     

壳幔物质流变的底辟作用孕育大地震——卫星重力资料的证据

根据2-180阶与2-360阶的数字全球模型恢复的卫星重力场数据,主要源于地下18~36 km深处的密度变化,多数大地震的震源也正是位于该层段。 因此卫星重力场资料对于地震研究有很大的意义。笔者详细分析了中国汶川、墨脱、仲巴、伽师和台湾等地的卫星重力资料(这些地区在近几十年来均发生过6级以上的大地震),惊奇地发现,在这些地区,卫星重力场的样式具有极大的相似性,它们表现在:(1)卫星重力场的正负异常值成对出现;(2)震中通常位于重力场峰值间的陡梯度带;(3)由低阶到高阶的重力场正异常的峰值增大而宽度变窄;(4)正、负峰值间的距离随所处的大地构造背景而变; (5)不同应力场壳幔物质底辟的样式不同,从地质上看,高密度壳幔物质的流变底辟作用,可以合理地解释这种独特的样式变化。文中提出高密度生长指数的概念,用以度量密度由深部到浅部的增加。岩石圈断裂带、深大断裂带及多层次滑脱层是壳幔高密度塑性物质底辟活动的优势通道。壳幔物质的非均质性反映了大陆板块构造动力学过程的复杂性。     

重力测量在研究地壳构造中存在的问题及其讨论

提出并讨论区域重力测量在研究深部地壳构造中的问题,包括重力各项外部改正、重力异常的划分以及异常解释中存在的一些问题。通过讨论,使从事这方面工作的研究人员引起足够的注意,在实际工作中,采用一定的方法手段补偿与解决所出现的某些问题,从而获得较为理想的地质解释效果。     

南海重力异常特征及其显著的构造意义

在南海地区地震测深数据有限的情况下,利用重力异常可以研究南海大范围的深部地壳结构及地质构造展布特征。基于空间重力异常,结合最新的地形、沉积物厚度及地震测深等数据,分别从地震约束的莫霍面反演和无约束的三维相关成像两个视角研究南海的地壳结构,利用壳幔界面起伏、地壳厚度及三维等效密度分布来探讨地壳结构的纵横向变化。同时,联合采用延拓、水平梯度及线性构造增强滤波方法聚焦重力异常中的区域线性特征,突出显示了反映地壳横向变化的深断裂、洋陆转换边界、海盆扩张轴等线性构造的展布。重力解释与贯穿南海南北的广州-巴拉望地学断面对比表明,重力异常反演及异常的区域线性特征,较好地揭示了南海海域大范围的地壳结构与区域构造展布。     

地应力的重力来源与计算方法探讨

以地球物理学的基本理论为指导,根据地球重力场的特点,探讨了地应力的重力来源。以严密的理论分析为依据,指出了地应力产生的主要原因仍在于重力(即地心引力),重力不仅可以产生竖向地应力、而且还可产生水平地应力。给出了重力所致竖向地应力与水平地应力的科学表达方式。     

川滇地区重力场特征与地壳变形研究

对川滇地区重力场特征进行了研究,获得了研究区内地壳厚度分布及变形特征。总体上,研究区内地壳厚度从西北向东南逐渐减小。川滇菱形块体中内部出现了广泛的地壳增厚现象,并可能一直延伸至菱形块体的最南端。丽江-小金河断裂带在重力场特征上表现为龙门山断裂带向西南的延伸,其东侧主体构造走向等特征与扬子地块一致,推测丽江-小金河断裂带与龙门山断裂、红河断裂带一起构成了扬子地块的西边界。滇西地区布格重力一阶导数与现今地壳变形格局总体一致,主体构造方向为北北西-近南北向,代表了“新”构造主体构造线的方向;上延至45km后,主体构造上转变为以近东西向为主。     

Asymmetry in oceanic crustal structure of the South China Sea basin and its implications on mantle geodynamics

ABSTRACT

We investigated the oceanic crustal structure and lithospheric dynamics of the South China Sea (SCS) basin through a comprehensive analysis of residual gravity anomaly and bathymetry combined with seismic constraints and interpretation from geodynamic modelling. We first calculated the residual mantle Bouguer anomaly (RMBA) of the oceanic crustal regions of the SCS by removing from free-air gravity anomaly the predicted gravitational attractions of water-sediment, sediment-crust, and crust-mantle interfaces, as well as the effects of lithospheric plate cooling, using the latest crustal age constraints including IODP Expedition 349 and recent deep-tow magnetic surveys. We then calculated models of the gravity-derived crustal thickness and calibrated them using the available seismic refraction profiles of the SCS. The gravity-derived crustal thickness models correlate positively with seismically determined crustal thickness values. Our analysis revealed that the isochron-averaged RMBA are consistently more negative over the northern flank of the SCS basin than the southern conjugate for magnetic anomaly chrons C8n (~25.18 Ma) to C5Dn (~17.38 Ma), implying warmer mantle and/or thicker crust over much of the northern flank. Computational geodynamic modelling yielded the following interpretations: (1) Models of asymmetric and variable spreading rates based on the relatively high-resolution deep-tow magnetic analysis would predict alternating thicker and thinner crust at the northern flank than the southern conjugate, which is inconsistent with the observed systematically thicker crust on the northern flank. (2) Models of episodic southward ridge jumps could reproduce the observed N-S asymmetry, but only for crustal age of 23.6–20 Ma. (3) Southward migration of the SCS ridge axis would predict slightly thinner crust at the northern flank, which is inconsistent with the observations. (4) Models of higher mantle temperatures of up to 25–50°C or >2% less depleted mantle sources on the northern flank could produce large enough anomalies to explain the observed N-S asymmetries.     

闽东北地壳结构分析

根据武夷山吴顿-霞浦重力测量剖面反演结果。结合布格重力异常特征分析，闽东北地壳大体分为3层，其中上地壳厚度7km-13km，主要为花岗岩，沉积岩，变质岩类，中地壳厚度9km-11.4km，属中性岩类，下地壳厚度8.4km-13.2km，属基性岩类，总体表现为“二隆夹一坳”的特点，莫霍面深度为31.4km-27.6km。     

南海南部地壳结构的重力模拟及伸展模式探讨

对南海南部地壳结构研究有助于揭示南海完整的演化历史。本研究对南海南部获取的两条多道地震剖面进行了地震 解释,并对重力数据进行了壳幔密度反演。其中 NH973-1 测线始于南海西南次海盆,覆盖了南沙中部的北段;NH973-2 测 线始于南海东部次海盆,穿越礼乐滩东侧。反演结果显示,莫霍面埋深在海盆区 10~11 km,陆缘区 15~21 km 左右,洋壳向 陆壳莫霍面深度迅速增加。海盆区厚度在 6~7 km,为典型的洋壳;陆缘区地壳厚度在 15~19 km,为减薄型地壳。进一步研 究表明(1)在西南次海盆残余扩张脊之下,莫霍面比两侧略深;(2)在礼乐滩外侧海盆区有高值重力异常体,推测为洋壳与深 部岩浆混合的块体;(3)南沙区域上地壳存在高密度带,且横向上岩性可能变化。南海南部陆缘未发现有下地壳高速层,有 比较一致的构造属性和拉张样式,为非火山型陆缘。我们对两条测线陆缘的伸展因子进行了计算,发现上地壳脆性拉伸因 子与全地壳拉伸因子存在差异,其陆缘的拉张模式在纵向上是不均匀一的。     

凤凰─茶陵地学断面重力异常机制分析

对凤凰─茶陵地学断面重力异常,根据爆炸地震测深资料,确定密度分层,用变密度水平梯形体构制剖面密度模型,计算理论重力异常和实测布格重力异常吻合较好。根据剖面密度模型,可以合理地解释布格重力异常。并将地壳划分为沉积盖层、变质岩层、麻粒岩层三层结构,分别计算三层的重力效应曲线及上地幔低密度体重力效应曲线。还计算了莫霍面起伏引起的重力异常曲线,分析了引起地壳重力异常的各种因素及特点。     

凤凰─茶陵地学断面重力异常机制分析

对凤凰─茶陵地学断面重力异常，根据爆炸地震测深资料，确定密度分层，用变密度水平梯形体构制剖面密度模型，计算理论重力异常和实测布格重力异常吻合较好。根据剖面密度模型，可以合理地解释布格重力异常。并将地壳划分为沉积盖层、变质岩层、麻粒岩层三层结构，分别计算三层的重力效应曲线及上地幔低密度体重力效应曲线。还计算了莫霍面起伏引起的重力异常曲线，分析了引起地壳重力异常的各种因素及特点。     

CRUSTAL STRUCTURE IN EASTERN REGION OF QINGHAI—TIBET PLATEAU

CRUSTAL STRUCTURE IN EASTERN REGION OF QINGHAI—TIBET PLATEAU