冰川均衡调整(GIA)的研究

冰川均衡调整对固体地球物理学、大地测量学、地貌学、海洋学、冰川学、气候变化、水资源、天文学和考古学等学科具有重要的意义,通过其综述性介绍,以吸引我国地学界的注意和兴趣.本文结合作者和国内外研究成果,全方位地阐述了冰川均衡调整研究的完整内涵,首先给出了冰川均衡调整的完整概念,探讨了冰川均衡调整对冰后地壳运动、全球海平面变化、地球重力场、地球旋转运动和应力状态的影响,再分析了冰川均衡调整研究的科学目标和冰川均衡调整研究的历史与现状,最后指出了冰川均衡调整研究的未来发展方向.     

联合GRACE和ICESat数据分离南极冰川均衡调整(GIA)信号

2002年发射的GRACE重力卫星为南极冰盖质量平衡提供了一种新的测量方式,但由于南极GIA模型的不确定较大,进而影响GRACE结果的可靠性.本文联合2003-2009年的GRACE和ICESat等数据实现了南极GIA信号的分离,联合方法所分离的GIA不依赖于不确定性很大的冰负荷等假设模型,而是直接基于卫星观测数据估算而来的,具有更大的可靠性.在分离过程中,本文提出了冰流速度加权改正法和GPS球谐拟合改正法对GIA结果进行精化,同时引入了南极GPS观测站的位移数据对分离的GIA进行详细的评估和验证,GPS验证表明经过冰流速度加权和GPS球谐拟合双改正后的GIA结果精度明显得到提高.最后本文利用所分离的GIA对GRACE和ICESat结果进行了改正,得到2003-2009年南极冰盖质量变化的趋势为-66.7±54.5 Gt/a（GRACE）和-77.2±21.5 Gt/a（ICESat）,相比采用其他的GIA模型,本文的GIA结果使GRACE和ICESat这两种不同观测技术得到的南极冰盖质量变化结果更加趋于一致.     

基于GPS测站垂向速度的南极地区冰川均衡调整(GIA)模型分析

由于数据稀缺,南极冰川均衡调整(glacial isostatic adjustment, GIA)建模相比北美和北欧古冰盖区域更为困难,现有GIA模型在南极地区还存在较大的不确定性.空间大地测量技术不断发展和进步,为GIA建模提供了外部检核和新的约束.利用GAMIT/GLOBK10.5软件对南极及周边区域73个测站1996～2014年的GPS数据进行解算和平差,并考虑有色噪声估计其地壳垂向运动速度.为了研究不同因素对地壳垂向运动的影响,将GPS测站垂向速度与Argus等(2014)、Thomas等(2011)的GPS结果以及各GIA模型预测结果划分区域进行比较,主要包括南极半岛北部、龙尼-菲尔希纳冰架、阿蒙森海沿岸、罗斯冰架、埃里伯斯火山、西南极内陆、东南极沿海等七个区域,结果表明在南极半岛北部和阿蒙森海沿岸派恩艾兰湾地区存在现今冰雪负荷变化引起的显著地壳弹性抬升,在埃尔伯斯火山区域存在的显著下沉可能与其地下岩浆活动有关,东南极沿海测站垂向运动速度都不显著,其他区域的测站垂向运动主要受到GIA的影响.对文章GPS结果与各GIA模型的相关性和GIA模型的不确定性进行分析,结果表明ICE-6G(VM5a)模型与文章GPS结果的一致性最好,其次是Geruo13模型,而W12a和IJ05_R2系列模型与本文GPS结果一致性相对较差.虽然目前南极GIA模型相比以前版本的模型有了很大改进,但是南极地区GIA建模的状况仍然不容乐观:GIA模型相比北美地区不确定性偏大,在BENN等部分测站上存在较大不符值,在现今冰雪负荷变化显著地区由于弹性改正模型不确定性偏大而缺乏精确GPS约束.     

大地测量观测和相对海平面联合约束的冰川均衡调整模型

利用大地测量和历史相对海平面变化数据,结合地震剪切波层析模型,联合确定了新的末次冰期冰川均衡调整（GIA）模型,其中地幔黏滞度不仅沿径向而且沿横向变化.研究思路是,先尝试性地选择比例系数β,利用与地震剪切波速异常的线性关系,计算地幔黏滞度横向扰动,并与横向均匀的黏滞度参考模型叠加给出3D地幔黏滞度模型;再利用耦合拉普拉斯方程的有限元法算法进行GIA预测;然后,重复该过程,直到预测与观测之间的吻合满意为止.主要结论有：（1）给出了横向非均匀的地幔黏滞度模型（RF3L20(β=0.4)）,发现了黏滞度显著的横向非均匀性和其对GIA预测的显著影响,指出横向非均匀不完全是由热效应引起的,可能还与化学组分等其他因素有关,该模型可用于地幔动力学研究.（2）给出了全球现今多种GIA预测速率,可为板块运动、陆地水储量、海水质量变化和冰川冰雪质量非平衡监测提供重要的改正.     

冰川均衡调整对东亚重力和海平面变化的影响

新的全球冰川均衡调整(GIA)模型RF3L20(β=0.4)+ICE-4G考虑了地幔黏滞度沿横向的变化,其黏滞度参数得到大地测量、历史相对海平面变化观测和地震剪切波层析模型的较好约束.本文利用该模型预测了东亚现今重力变化和海平面变化,根据当前末次冰川时空变化和黏滞度参考模型中下地幔下部黏滞度认识的差异,评估了预测的不确定性.结果表明,GIA对东亚地区重力场和海平面长期变化有显著的影响:例如,在哈尔滨、长春、泰安、蓟县、郑州、武汉等测站,GIA重力影响达几十纳伽,可用超导重力仪和未来原子重力仪观测出来;在东亚大陆GIA对GRACE监测的等效水柱长期变化的影响为3%~10%,其中青藏高原西部、华北和三峡地区的影响较大.在东海—太平洋区,GIA的相对影响高达20%~40%;GIA使东亚海域绝对海平面以0.27~0.37 mm/a的速率在长期下降,在黄海、东海卫星测高监测的绝对海平面长期变化中,GIA的相对影响分别达6.9%和7.5%;在58个验潮站,平均相对海平面长期上升速率为2.22 mm/a,GIA影响为-0.17 mm/a,其中14个测站GIA的影响达-0.3~-0.4 mm/a.本文GIA预测的结果,对在东亚地区发现弱的地球动力学过程信号、监测水质量长期变化、监测海平面长期变化和分析其机制,提供精密的改正模型.     

冰川均衡调整对南极冰质量平衡监测的影响及其不确定性

本文研究了新的全球冰川均衡调整(GIA)模型对南极冰盖质量平衡监测的影响,考虑现有冰川负荷模型和地幔黏滞度模型的差异,完整评估了结果的不确定性,最后结合GRACE和卫星测高的结果进行了对比分析.结果表明,GIA对GRACE监测的等效水柱变化有重大影响,较大的GIA影响出现在西南极,沿罗斯冰架-卡姆布冰流-罗尼冰架-南极半岛分布,最大值在卡姆布冰流,达到29.8 mm/a;GIA对南极整体冰质量平衡的影响达到134±28 Gt/a.在不确定性的方差中,西南极和东南极分别以冰负荷模型差异和地幔黏滞度差异影响为主,对整个南极,冰模型差异影响占88.4%;在一些典型地区,GRACE监测的等效水柱在扣除GIA前后分别是,卡姆布冰流~32.8 mm/a和~6.3 mm/a,阿蒙森海湾~-95.3 mm/a和~-102.5 mm/a,Enderby Land~13.6 mm/a和~8.1 mm/a.整个南极冰盖总质量变化在扣除GIA贡献后为-82±29 Gt/a,该估计与卫星测高结果较吻合.此外,GIA对卫星测高监测的冰面高程变化的影响一般不超过8%.本研究为空间大地测量监测南极冰质量平衡提供了新的改正模型.     

冰川地震学研究进展

冰川地震学结合了冰川学和地震学的综合优势,形成一门年轻的交叉学科.冰震是指冰川运动和破裂过程中产生的振动,包括从微小的嘎吱声到相当于7级地震的突发性破裂或滑动.当前,根据冰震发生的位置以及发生机理的不同,将冰震大概分为五类:冰川表层破裂、冰川终端崩解、冰内水力压裂、冰腔水流震荡、冰层基底黏滑.冰震研究除了可以采用传统地震学方法外,也可以结合GPS、数值模拟、冰川物性等多学科综合方法来研究,进一步可以探究冰崩的发生过程及危险性评估.本文回顾了国内外冰川地震学的研究进展,介绍了我国研究人员在青藏高原地区开展的冰川地震研究工作,综合探讨了冰川地震对天然地震研究的启示.     

冰川地震学研究进展

冰川地震学结合了冰川学和地震学的综合优势,形成一门年轻的交叉学科.?冰震是指冰川运动和破裂过程中产生的振动,包括从微小的嘎吱声到相当于7级地震的突发性破裂或滑动.?当前,根据冰震发生的位置以及发生机理的不同,将冰震大概分为五类:冰川表层破裂、冰川终端崩解、冰内水力压裂、冰腔水流震荡、冰层基底黏滑.?冰震研究除了可以采用...     

南极冰川地震学研究进展

冰川地震学是冰川学与地震学的交叉学科,其核心内容是运用地震学方法开展冰震、冰川结构及变化等研究.南极冰川类型丰富,拥有大量快速冰流以及大型冰架,其冰盖内部及边缘地区拥有丰富的冰震来源,各类冰震发震频繁,冰震信号频带宽、震级跨度大,在全球冰冻圈中具有代表性.南极冰川结构变化与物质平衡密切相关,冰川地震学研究可以通过监测各类冰川结构变化事件,为南极内部结构变化带来新的认识.本文首先介绍了南极地区冰川地震学研究开展情况,总结出5类具有代表性的南极冰震,并结合南极部分冰流、溢出冰川、冰架以及冰山详细描述其类型及特征.其次,对Rutford冰流、Whillans冰流、Ross冰架以及Thwaites冰川4个典型区域的冰川地震学研究情况进行介绍.最后,针对在南极开展冰川地震学研究面临的机遇和挑战,进行了探讨.     

据芬诺斯堪的亚古陆的冰川均衡调整得出的岩石圈厚度上限

用三层马克斯威尔半空间地球模型和芬诺斯堪的亚古陆Weicheslian冰消史的圆盘荷载近似法计算了这个地区的冰川均衡调整。计算包括冰消作用引起的大地水准面扰动效应和全球性海平面上升的影响,并考虑了以①岩石圈厚度②软流圈粘度及③冰层厚度作为模型的独立参量。参数①～③的数值是通过计算在瑞典中部(冰川作用中心)所观察到的过去的地面隆升率和现代地面隆升率以及在芬兰南部(冰川作用边缘)所观察到的过去的地面隆升和地面倾斜而得出的。估值的唯一性及它们对④较流圈下粘度⑤冰川横截面和⑥冰消作用时间误差的灵敏度也给予了评价。这项研究的主要成果是:提出了芬诺斯堪的亚古陆岩石圈厚度的上限为80 km。     

微粒对多晶冰及冰川流变行为的影响——(Ⅰ) 基于位错的弛豫模型

为量化冰及冰川在流变过程中位错密度随流变应力的变化,发展了一个基于位错的非线性弛豫模型.模型的计算表明：在冰的指数蠕变阶段,滞弹性试验所形成的应力/应变滞后环的宽度与面积随流变应力的增加呈线性增加,位错密度随流变应力的增加呈平方增加;在冰的线性蠕变阶段,滞弹性试验所形成的应力/应变滞后环的宽度、面积和位错密度保持不变.     

全球地震模型(GEM)研究进展综述及应用前景展望

本文综述了全球地震模型(GEM)组织的工作目标、主要职能、工具(OpenQuake软件)和研究成果,并对GEM今后的发展和应用趋势进行了展望。借鉴GEM和OpenQuake,可以进一步完善我国的地震危险性分析模型,提升大型活动断裂带附近大城市和重大工程设施地震危险性分析的科学性。     

工程地震中v_(S30)估算模型及其应用研究进展

在工程地震场地条件评价中,地表以下30m深度范围内的等效剪切波速(vS30)是一个重要的分类参数,但由于客观条件的制约,在很多实例中等效剪切波速度的计算深度未达到30m,因此如何更好地估算vS30就变得尤为重要。详细阐述vS30估算模型的演化发展:首先介绍基于钻孔测井数据的3类模型,即常速度外推模型、速度梯度模型、双深度参数外推模型;然后详述基于地质、地形坡度和地貌等替代指标的vS30估算模型,以及基于HVSR的反应谱比的估算模型。文章分析各模型的特点和适用性,同时在此基础上简述了vS30在现今工程地震领域的应用。     

欧亚北部岩石圈的均衡模型

提出了建立岩石圈均衡模型的新方法,该方法考虑了由于地貌起伏.地下水及沉积岩密度异常引起的质量变化资料.估计了地壳在均衡补偿中的作用.它在所研究的地区(东经6°以东.北纬30°以北)约占85%.根据有关莫霍界面(M)的深度资料.以及对M界面深度变化范围内壳幔间密度的估计(450.kg/m~3).发现了壳下层密度的非均匀性,这是实现完全的均衡补偿所必需的.这种非均匀性具有明显的长波倾向,并与大地水准面的高度相关(R=-0.7).壳下层的局部非均匀性与不同成因的构造有明显的关系.     

全球地震模型(GEM)行动计划

自然灾害是一个全球性的问题,而地震也是不分国界的。因此,需要有一套统一而又各自独立的规范来计算全球地震风险。2009年3月9日,全球地震模型(Global Earthquake Model,简称GEM)公私合作项目正式启动,这拉开了GEM行动计划的帷幕。GEM计划由经济合作与发展组织(OECD)的全球科学论坛发起,旨在提供一个开源的透明标准,以便在全世界进行地震风险的计算模拟与相关信息的沟通交流。在此,我们对该计划的远景、目标战略、科学框架、参与者、计划实施、组织、资助等情况做一简要介绍。     

云南地区的地壳厚度及重力均衡补偿作用(英文)

本文以重力资料为主,参照人工地震测深资料计算云南地区的地壳厚度,分析了本地区地壳厚度分布轮廓及其特征、根据爱黎的均衡理论,计算出本地区的重力均衡地壳厚度,讨论了重力均衡补偿作用。又根据二者的差异及地壳厚度与人工地震测深结果的对比,研究了地壳上地幔的横向不均匀性。并对深部构造、重力均衡补偿作用与地震的关系进行了探讨。     

论华北地区的均衡状态(一)——方法和局部补偿

根据经典均衡的原理,本文重点分析了五种局部均衡补偿模式.在计算方法上利用频域三维重力场的理论公式,快速求得均衡校正值,据此计算了66个模型的均衡重力异常场,注意到对这许多不同参量的模型而言,它们的均衡异常场在形态与分布特征上基本一致,其中计入了地表和上下地壳密度差异分布的 Airy 模型具有最佳的补偿效果,它的均衡面在莫霍界面以下的上地幔中,标准深度50km.从整体上看,华北地台处于亚均衡状态,均衡异常的均值为1810-5m/s2.均衡重力异常的分布表现出明显的块体特征,正均衡异常区主要分布在东部胶辽地块和冀中平原北缘,在汾渭裂谷区存在负异常.模型对比表明,以莫霍界面作为均衡补偿面的模型是不可取的;Airy 模型比 Pratt 模型的补偿效果略好,这同地壳构造以层状为主而侧向变化有限的特征相符.有关复合补偿、均衡重力异常的基本特征和深部构造的关系等结果,将在文章的第二部分发表.      

欧洲岩石层三维密度模型(Ⅰ)

本文由两部分组成.第一部分在地震资料基础上研究建立大陆壳三维密度模型的基本原理,论证用五层模型近似复杂地壳构造的合理性.该模型相当可靠,因为它具备足够的地壳地震信息,地质内容充实,而且易于描述和输入.原苏联欧洲南部地区(高加索和南里海地区例外)的三维模型表明,在沉积盖层和固结地壳中地震速度与密度之间存在着各种关系.本文的第二部分讨论在整个欧洲大陆建立地震密度模型的效果及结论.     

水资源空间配置的边际效益均衡模型

来自区外的水资源被输入到受水区，并在组成受水区的多个子区之间进行分配，以达到整个受水区水资源利用效益最大。为此，提出了基于水资源利用边际效益的空间分水模型，并以河北南部六地区为例进行了实验。     

深震震级的研究进展(综述)

综合评述了深震震级的主要研究内容,比较了现有几种深震震级及目录的一致性,分析了现有深震震级偏差的原因,叙述了深震震级起算函数的作法,介绍了国际震级分会所属深震震级工作组从1975—1980年的工作概况,最后对中国地区开展深震震级研究提出了某些规划性意见。