EGMTools：重力场模型评估及重力量计算软件

高精度、高分辨率的地球重力场可用于统一全球高程基准及确定大地水准面等,因此全面评估重力场模型精度及其快速导出的各重力量（如高程异常等）具有重要意义。本文利用VS2015+Intel XE 2016平台及OpenMP等并行技术研发一套用于重力场模型评估及相关重力量计算的软件--EGMTools,该软件的主要功能有：1）可实现基于实测点或格网重力异常、高程异常及垂线偏差等数据对重力场模型截断至任意阶次的精度进行评估;2）可实现利用重力场模型计算任意点或格网（SRTM地形表面）重力异常、高程异常及垂线偏差等重力量;3）在全球范围内,可按照一定的格网间隔（如1°×1°）对不同重力场模型所表示的重力量（如高程异常等）按不同的阶次进行比较;4）重力场模型格式转换、阶方差分析及RTM重力量计算的数据预处理等。     

青藏高原挠曲均衡重力异常特征及其地质意义

自新生代印度板块的块持续碰撞与俯冲作用下,青藏高原经历了快速隆升与复杂的岩石圈改造过程,但高原现今的垂向动力学机制和地壳形变特征仍然存在争议。基于非均一有效弹性厚度的挠曲模型,利用地形和地球重力场模型数据,计算了青藏高原及邻区的挠曲均衡重力异常。结果显示,青藏高原的均衡重力异常在-120~90 mGal之间,高原中部为明显的正异常特征,边缘为显著的均衡负异常。极小值出现在青藏高原西北部及其相邻的帕米尔高原,极大值则出现在与之紧邻的喜马拉雅块体西北部。此外,在青藏高原北面和东面,塔里木盆地和四川盆地显示出大片的均衡正异常。这些特征说明青藏高原及邻区地壳现今处于非均衡的状态,在板块碰撞挤压作用下,老的块体地壳整体发生抬升,导致了均衡正异常特征;而年轻的造山区域,地壳形变主要表现为地表抬升与下地壳强烈增厚,形成了均衡负异常。在高原中部和北部,均衡调整方向与地壳垂向运动趋势相一致;但在高原南面（喜马拉雅块体）和东面（四川盆地）,均衡调整方向与地表形变观测结果相反。这说明印度板块碰撞与俯冲仍然控制着青藏高原南部、东部及其相邻块体的地壳形变过程,然而在更北的区域,地壳正通过均衡调整恢复均衡状态。      

2020年伽师MS6.4地震前后重力变化

基于2016年以来南疆相对重力和绝对重力观测资料,系统分析南疆区域重力场动态变化及其与2020-01-19伽师M_S6.4地震的关系。结果表明：1)区域重力场变化与区域构造关系密切,沿柯坪断裂形成多个局部重力异常区及重力变化高梯度带,反映出2016～2020年该断裂活动引起显著的地表重力场变化;2)与伽师地震孕育有关的重力场经历了“重力正异常区-四象限特征及沿柯坪断裂的重力高梯度带-反向变化发震”的演化过程;3)重力场累积变化和差分变化图像均反映出伽师地震前出现显著的重力异常变化,地震发生在重力变化梯度带、四象限中心和零等值线拐弯附近;4)重力场动态演化较好地反映出伽师M_S6.4地震孕育发生过程中出现的中期前兆现象,基于流动重力异常变化在伽师M_S6.4地震前进行一定程度的中期预测,尤其是强震地点判定。     

利用半自由点质量模型拟合局部（似）大地水准面

为提高GPS/水准法拟合（似）大地水准面的精度,基于重力场等效逼近理论,建立一种半自由点质量模型。顾及相邻点之间的关系并结合高程异常与扰动位之间解析式的特殊性,提出确定模型参数（埋深和大小）的迭代算法,通过拟合点下方多个不同埋深质点实现重力场元的多频段拟合,并利用不同条件的实验数据进行拟合实验。结果表明,利用该模型进行（似）大地水准面拟合是可行的,其精度较传统的Kriging/Co-Kriging法高。     

永登5.8级地震前后的重力场动态图像特征研究

对北祁连河西地区１９９２～１９９７年的重力资料进行了处理分析,从动态的观点研究了永登地震前后重力场的图像演化特征。结果表明：①重力场动态图像较清晰地反映了本区重力场由永登地震孕育的非均匀态（１９９２～１９９４）—发震（１９９４～１９９５）—震后恢复（１９９５～１９９７）的演化过程;②重力变化与构造环境有关;永登地震前后重力场动态图像较好地反映了永登地震孕育、发生过程中断层的控震和发震构造活动引起的重力变化;③重力变化与所处的区域布格重力异常背景场有关;④重力动态图像较清晰地反映了本区重力场在地震孕育、发生过程的重力“源兆”和“场兆”特征。     

利用重力资料划分四川地区地震危险区

本文研究了四川地区均衡重力场空间变化和地震之间的关系,得出四川地区划分地震危险区的判据为:局部均衡重力异常为土30毫伽(±30×10~(-5)m/s~2),水平梯度模量大于0.5毫伽/公里(0.5×10~(-5)m/s~2/km)。同时还给出了重力场参数的平均值与各地震活动区特征值的相关系数。     

武都地区重力场特征及地壳结构

本文分析了武都地区(λ103°.5—107°.0,φ31°.5—35°.0)空间异常,布格异常及均衡异常的特征,研究了利用空间异常与高程的相关性,推求地壳表层的平均密度以及利用均衡异常推求地壳厚度的问题,并探讨了均衡异常与地震的关系。 武都地区位于南北构造带中段的东侧,是中部山区与西部高原的连接地带,高差变化很大,构造也较复杂,在这样的地区研究重力场的特征及其与地壳结构,地震关系,是一项有意义的工作。     

珠峰附近的重力场及其重力值推估

根据有限的重力资料,首先对珠穆朗玛峰附近的重力场特征作了分析,结果表明,空间异常（Δｇｆ）均为正值且变化剧烈,它主要受地形起伏制约;布格异常（Δｇｂ）均为负值,但比其北侧高原大,说明喜马拉雅山虽然最高,但“山根”并非最深;均衡异常（Δｇｉ）均为正值,且比南北两侧为大,揭示了喜马拉雅山脊的下方可能存在密度较大的物质。其次,根据Δｇｆ与高程相关性极强（关联度达０．９６～０．９７）的特点与４种有关的公式,有效地推估了珠峰顶上的重力值,该值为９７６９８０×１０－５ｍ·ｓ－２,其平均误差为±６×１０－５ｍ·ｓ－２。这一结果可为精确确定珠峰的大地水准面和正高提供必要的数据。     

移去-恢复法校准重力异常场及其应用

对经典移去-恢复法进行改进,利用EGM2008地球重力场模型、地表重力/GPS联合观测数据和ASTER数字地形模型,提出考虑地形梯度特征的区域重力场校准算法,同时针对我国动态重力区域网布设情况,对重力场的校准区域范围进行更为合理的设定。通过与经典移去-恢复法在川西地区实际应用的比较发现,改进模型能够将川西地区重力场模型数据的标准差从65.09 mGal降至61.24 mGal,在结合地形梯度影响后,能够将标准差进一步降至59.31 mGal。采用国际重力局最新发布的283个重力数据对喜马拉雅东构造结及邻区的重力场进行校准,结果表明,布格重力异常和地形数据有很强的正相关,该区中东部存在明显的均衡重力异常低值区。     

辽宁省深部构造特征及其地质意义

本文应用了最新取得的“五统一”区域重力成果，并经过对浅表松散槽（如下辽河断陷，大岩体等）的密度亏损进行补偿改正后，求取了全省的区域重力场及其垂向二次导数，计算了莫氏面等深度图。在分析区域重力场及其垂向二次导数异常特征和莫氏面起伏特征的基础上，划分出辽宁深部构造的基本格局。从平面上探讨了深部构造与地形地势、地质构造及矿产分布的关系，从剖面上剖析了辽宁省地壳分层的宏观特征     

利用大陆均衡理论研究河西地区地壳的稳定性

根据大陆均衡理论,对由艾里（Airy）大陆均衡模型计算的理论均衡地壳厚度（D）和实际布格重力异常反演得到的地壳厚度（M）进行比较,探讨北祁连河西地区的地壳均衡状态。结果表明,该地区理论大陆均衡地壳厚度均大于实际地壳厚度,地壳处于不均衡状态。     

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滇西北和邻区均衡重力异常特征及其壳内构造

本文以爱黎-海斯卡宁均衡补偿假设模式为基础,利用圆模板编制了滇西北及邻区均衡重力异常图。分析了异常的基本特征与壳内构造的关系,并初步探讨了均衡重力异常和强震活动的相关性。     

汾渭断陷带均衡重力异常研究

本文研究了汾渭断陷带均衡重力异常分布特征与地壳表、浅层结构，新构造运动和现代构造运动，以及均衡重力异常与地震活动性之间的关系。结果表明：局部均衡重力异常分布特征与出露地表的岩石密度和地质构造特征存在明显对应关系，区域均衡重力异常特征反映了本区新构造运动和现代构造运动不是朝着地壳趋于均衡方向发展，而具有反均衡力的特征；不同方向异常带交汇的地方，现今构造运动最强烈，是强震多发区。     

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首都圈及邻区均衡重力异常研究

利用首都圈地区的高精度高程数据,通过Airy均衡补偿模型计算出莫霍面的深度,进一步运用Parker公式计算出地壳所产生的重力异常值。然后从实际布格重力异常观测值中减去均衡校正值,得到该地区的均衡异常值。通过对首都圈地区的均衡重力异常进行分析,讨论了该地区的均衡状态。研究结果表明,首都圈大部分地区基本处于重力均衡状态,非均衡区域多集中在首都圈的西部和北部山区。     

蒙古中部剖面重力异常研究

在蒙古中部106°E附近布设一条南北走向的重力剖面,首次获得该地区精确的实测重力值,经过数据预处理和改正计算,得到剖面重力异常结果。分析表明,剖面自由空气异常和地形有很强的相关性|剖面布格重力异常变化总体较为平缓,只在戈壁-阿尔泰-曼达尔戈壁加里东区带(GAB)和哈拉加里东区带（HRB）附近发生相对较快的变化,推测这两个区域可能存在较明显的深部构造变化|在蒙古-鄂霍兹克造山带附近,并未发现与板块缝合带相对应的重力异常变化|剖面均衡重力异常以负值为主,多数地区地壳未达到重力均衡状态,剖面附近地震活动和均衡重力异常之间的关系与中国南北地震带北段相关研究结果类似。     

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