用遗传算法反演地壳的变密度模型

用青藏高原布格重力异常资料,结合亚东格尔木地学断面得到的Moho面结构,反演了青藏高原中部地壳内密度随深度变化的指数分布函数,试验得出地壳表层与地幔的密度差约为-0.926 g·cm^-3,地壳的平均密度值为2.750 g·cm^-3。     

利用重力数据反演中国东海海域莫霍面深度

莫霍面是地壳与上地幔的分界面,莫霍面的研究有助于认识地球深部构造及演化。在以往的研究中,由于重力反演方法、使用资料不同,中国东海海域莫霍面深度反演结果有较大不确定性。通过收集中国东海海域高精度地形和自由空气重力异常数据,计算了布格重力异常并分析了其构造特征。提取了中国福建省大田至中国台湾省花莲剖面和中国东海陆架盆地至菲律宾海盆剖面的重力异常数据,采用人机交互正演、反演拟合技术得到了这两条剖面的地壳密度与莫霍面深度。通过向上延拓的方法提取了莫霍面所引起的重力异常,在两条剖面反演结果和地震探测结果的约束下进行Parker-Oldenburg界面反演,得到了该地区的莫霍面深度。反演结果显示,中国东海海域莫霍面深度的变化范围为-34.4~-8.8 km,其结构呈两凹两凸的特征。     

基于Airy-Hesikannen均衡模型的莫霍面反演

本文主要针对利用Airy -Hesikannen均衡假说构制不同地形区域包括平原、丘陵、和小、中、大、特大山区以及高原地区的重力异常时 ,其均衡模型参数 -地壳正常厚度在任何地区均不变而导致的均衡归算精度不高的缺陷 ,推导了基于Airy -Hesikannen均衡模型反演莫霍面的公式 ,并进行了相应的数值检验 ,根据此公式可统计出不同地形区域的均衡模型参数 ,以期提高均衡异常的计算精度     

基于重力的莫霍面反演方法比较

详细回顾了基于重力方法反演Moho面的地壳均衡理论(包括普拉特-海福特模型、艾黎-海斯卡涅模型、维宁曼尼斯区域模型3种经典模型)、Vening Meinesz-Moritz (VMM)反演理论、Parker-Oldenburg(P-O)反演理论、Parker-Oldenburg扩展反演理论、直接法反演理论等算法的研究现状,并阐述了各种算法之间的区别和联系。同时,详细论述了地壳均衡理论与Moho面反演之间的区别和联系。重点剖析了重力反演Moho面算法的优点和局限性,为高精度、高分辨率反演Moho面深度提供了理论指导。最后对重力反演Moho面方法进行了展望,并提出了新的解决方案。     

基于卫星重力场模型反演全球及区域Moho面深度

莫霍面(Moho)为地壳与地幔之间的分界面。确定Moho面深度是地球物理反演领域的一个经典问题,通常用两种技术手段来确定:一种是地震方法;另外一种是重力方法。然而,地震方法受限于地震数据采集所花费的成本以及自然条件、政治等因素,其观测数据在全球范围内分布极其不均匀,且分辨率较低。随着新一代卫星重力探测技术(GRACE&GOCE)的成功实施,其提供了(几乎)全球高分辨率、高精度和均匀分布的重力场信息,因此可以在一定程度上有效克服地震数据分布不均匀和分辨率低的缺点,尤其是在地震数据稀疏或完全缺失的区域。本文主要研究采用重力方法反演Moho面深度的理论与方法。     

利用地震面波和重力资料联合反演地壳—上地幔三维密度结构的方法探讨

本文探讨了利用地震面波和重力资料联合反演地壳－地幔三维密度结构的反演问题。首先建立了地震面波和重力资料的观测方程,然后应用广义线性反线理论给出了反演问题的解。模型试验结果表明,与单纯面波反演的结果相比,联合反演的解在分析率和方差两个方面都有改善,当加入扰动重力数据时,在０－３００ｋｍ深度范围内联合反演的结果明显好于单纯面波反演的结果。     

不同重力场模型对青藏高原莫霍面反演的影响

针对当前少有学者研究不同重力场模型对莫霍面地形反演的影响,该文利用Parker-Olderburg方法深入讨论纯GRACE重力场模型、纯GOCE重力场模型以及GRACE和GOCE混合重力场模型对青藏高原地区莫霍面反演的影响。实验结果表明,不同重力场模型所反演的莫霍面地形整体空间分布上比较一致,但也存在10 m量级的细微差异;该地区莫霍面地形分布呈顺时针旋转模式,可以较好反映主要构造结构的特点;最深的莫霍面约为70 km,远超过了其他地区正常地壳的厚度。     

用大地测量资料反演青藏高原构造应力场的初步尝试

本文讨论了大地测量反演构造应力场的理论与方法。结合青藏高原地质、地球物理资料、利用限单元法，初步建立了青藏高原构造力场三维弹性数值分析模型。用地表水准和ＧＰＳ资料提供的位移值作为地表边界约束条件，反演计算了青藏高原变场和应力场，数值结果表明，青藏高原构造应力场以南北向挤压为主，东西向拉张为辅，欧亚板块与印度板块相撞作用仍控制着高原现今构造应力场。     

密度误差对城市断层参数重力反演的影响

针对断层参数重力反演中密度误差对反演结果影响不确定的问题,该文采用控制变量方法,通过理论模型系统分析了密度误差对断层几何参数反演造成的影响,实现了定量确定密度误差与反演结果之间关系。研究结果表明:随着密度变化增大,反演误差逐渐增加;反演误差整体上处于10-5 m/s2量级,比采用的重力数据低两个量级,说明反演结果是可靠的。密度变化对断层埋深的影响相对较小,对断层倾角影响较大;当密度变化为-2%~2%时,断层上盘上底面、断层上盘下底面、断层下盘上底面、断层下盘下底面和倾角分别变化-0.5%~0.3%、0.2%~-0.4%、-0.38%~0.4%、0.25%~-0.3%和4%~-5%。当密度变化较小(-2%~2%)时,密度变化与断层参数变化之间存在近似线性关系。     

重力异常归算中的变密度改正及其对平均异常的影响

本文给出了重力异常的变密度层间改正、变密度地形改正计算公式。首次采用文中提出的移动拟合法，分别按变密度和常密度应用快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换（ＦＦＴ）进行了平均空间异常的计算。证明应用变密度时提高了计算精度，在大山区对５′×５′值的影响一般在１０ｍｇａｌ左右。（１ｇａｌ＝１ｃｍ／ｓ２）。按本文提出的方案，完成５′×５′地壳密度参数的计算时，精度可达：０．０５ｇ／ｃｍ３     

Moho面扰动重力梯度信息的提取

在运用重力和重力梯度资料反演Moho面时,关键步骤之一即是从原始测量信号精确提取只包含该层面单一密度信息的扰动(异常)值。本文主要工作有:1为减小GEMMA Moho团队的点质量模型计算误差而采用正演精度更高的空间域Tesseroid单元体和频谱域球谐分析与综合方法,并对这两种方法进行了结果对比;2如何合理利用地壳先验模型资料。本文中最后提供了基于GOCO03S模型可以用于后续Moho面反演的重力梯度主对角线分量的全球扰动值,并对所有试验数据进行了讨论和分析。     

COSMIC掩星观测数据反演电离层电子密度廓线

利用COSMIC掩星观测数据,将Abel积分方法和“洋葱分层”反演方法反演得到的电子密度廓线与传统电离层观测方法的观测结果进行了对比。结果表明,通过两种反演方法计算得到的电子密度廓线与垂测仪的结果在整体趋势和结构上符合得较好,反演计算得到的foF2与垂测仪的观测结果有较高的一致性,但hmax仍存在较大的误差。     

台湾集集大地震断层非均匀滑动分布的反演

利用台湾1999集集大地震前后GPS测量获得的地表位移数据,反演断层面上的非均匀滑动分布.反演中采用二次样条函数作为滑动分布的基函数,通过引入阿卡克贝叶斯准则,获得了反演问题的惟一解.反演得到的地表位移与实测位移的差在几个厘米,较好地解释了观测到的GPS位移.另一方面,用反演结果计算得到的地表形变场同INSAR得到的地表实测位移场较相近.     

GOCE地球重力场模型在青藏地区的评价及分析

2009年GOCE卫星升空以后,卫星重力梯度数据参与解算的GOCE系列重力场模型已有多家研究机构相继公布。本文分别采用青藏地区的GPS/水准和重力异常实测数据对GOCE重力场模型进行了外部测试,并在重力异常验证过程中引入了一种新的滤波方法,验证结果表明在青藏地区GOCE重力场模型相比其它系列模型的优势在于中波段。同时,探讨了GOCE重力场模型与其他系列模型在青藏地区主要差异值的空间分布以及首次利用统计分析方法找出模型之间主要差异值的阶次分布,得出如下结论：模型之间的较大差异值在空间水平方向上主要分布在喜马拉雅山脉、天山等地形起伏较大的区域,在垂直方向上主要集中在岩石圈。     

形变反演模型的非线性平差

阐述了反演问题参数估计的质量要求,将反演理论中的分辨率和精度与平差中的良好统计性质作了对比分析,为使反演参数得到良好估计,提出平差处理对策。针对反演问题经常是非线性模型,提出了非线性平差的几种方法,最后给出参数筛选的原则和相应的统计检验方法。     

卫星测高数据的沿轨迹重力异常反演法及其应用

本文给出了一套基于直角坐标系下的垂线偏差求解重力异常公式 ,并将之发展成为一套新的沿轨迹重力异常求解公式。与其他方法相比 ,本方法无须求解交叠点处沿轨迹和跨轨迹方向的海面高斜率 ,仅需计算沿轨迹方向的海面高斜率 ,因而更为简洁、有效 ,而且分辨率可以更高并可与真正的沿航迹实际船测重力相比较、验证。据此 ,利用 Geosat/GM、ERS-1 /35天及TOPEX/Poseidon三种测高数据 ,反演了南中国海域 (0°～ 2 5°N,1 0 5°～ 1 2 2°E)的 2′× 2′重力异常—— IGG-S。通过与实际船测资料和国际同行提供的重力模型相比 ,IGG-S总体精度达到1 0× 1 0 - 5ms- 2。     

青藏东缘下察隅-共和剖面重力正演模拟

利用布格重力异常资料,经沉积层及岩石圈改正后,对青藏东缘下察隅-共和地球物理剖面的地壳结构进行了重力正演模拟。模拟结果显示,藏东缘上地壳厚度在20km左右,密度为2.78×103kg/m3;中地壳底界从30～40km变化,密度为2.89×103kg/m3,中地壳内存在密度为2.78×103kg/m3的低密度物质,在温泉至塘格木之间的中地壳底部存在3.33×103kg/m3的高密度物质;下地壳密度为3.10×103kg/m3。莫霍界面最浅处深度在56km左右,最深处达到74km左右,界面起伏变化大,在下察隅、察隅、怒江一带及温泉一带,其莫霍面较深。藏东地壳密度比中部密度要大,藏东低速层位于中地壳内及底部,而中部地区低速层位于上地壳底部。     

论大地测量研究青藏高原地学问题的方法

结合青藏高原地质构造背景及大地测量观测值特点,讨论了青藏高原区域地壳运动模型的建立,提出用大地测量资料结合地质、地球物理资料反演青藏高原构造应力场的方法。     

马尼希基海底高原重力均衡及其构造意义研究

采用三维导纳分析技术,联合海底地形和重力异常数据,对马尼希基海底高原重力均衡状况进行了分析研究,并结合地震学等研究成果,分析其构造意义。马尼希基海底高原海底地形与重力异常相干性在长波部分(大于100 km)相对较小,说明高原地壳底部存在低密度异常,并且,根据Airy均衡分析,这种低密度异常并非完全由洋壳对海底地形的均衡调整引起,推测高原地壳底部存在由岩装“板垫作用”(crustal under-plating)形成的低密度异常体,即“底部载荷”。马尼希基海底高原短波海底地形符合Airy均衡,据此分析获得高原地区洋壳厚度为22. 7 km,与地震研究结果一致。岩石圈挠曲均衡分析表明,马尼希基海底高原岩石圈有效弹性厚度为2.5-5.5 km,较优拟合值为3.5km,可能意味着高原形成时岩石圈年龄较小。根据顾及底部载荷的挠曲均衡模型进行分析,定量计算了底部载荷规模,约为地形载荷的30%,其体积约为9.3 X 105km3,平均深度为18 km,是整个高原洋壳的重要组成部分,表明洋壳底部板垫作用在马尼希基海底高原形成和演化过程中产生过重要影响。