地球物理学及地球动力学研究与计算数学

地球物理学是20世纪,特别是在其中叶以后迅速发展起来的一门边缘科学.它以物理学、数学和信息科学为依托,并与地质学、地球化学密切结合;以研究和探索地球内部介质的属性、结构变异和深部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应.这在促进社会与经济的发展和科学与技术的进步中占有重要地位,因为大量资源的需求和自然灾害的防范在人类生活和生存空间以及可持续发展中乃核心所在.在研究和探索这一系列的地球科学问题的进程中,首先必须通过地表进行高精度的地球物理探测、观测和高分辨率的数据采集,进而利用不同的数学方法反演计算地球内部介质的精细结构和其物理—力学过程与动力学响应.基于此,本文主要讨论了：1）地球物理学和地球动力学的发展趋势及特点;2）地球物理学的发展对计算数学的需求;3）地球动力学和数值模拟与计算地球物理学.最后对这些问题和基本导向进行了讨论.     

中国地球深部物理学和动力学研究16大重要论点、论据与科学导向

中国地球深部物理学与动力学的研究始于20世纪50年代,半个多世纪以来这一创新性工作取得了重大进展.基于我国大陆陆缘和邻近海域壳、幔结构的分区特征和不均匀性展布,特别是在印度洋板块、太平洋板块和欧亚板块的相互作用下形成了一个破碎镶嵌的块体组合.因为资源、能源、灾害的形成和动力机制均为地球内部物质与能量的交换所致.为此表明:地球内部结构和深层动力过程的研究与探索在成山、成盆、成岩、成矿和成灾过程中有着极为重要的作用.半个多世纪以来我国在该领域中,不论是理论、方法和探测技术诸多方面已有着较丰富的积累,并首先提出了16大论点与论据,它们是重要的科学导向.这不仅促进了我国在20世纪百年里地球科学的发展,而更为重要的是提出了一系列的有待研究和探索的科学问题.在21世纪的进程中,地球物理学必须牢牢地把握国家战略需求和自主创新,方能有所发现和突破.为此我们必须深化对地球本体的认识.     

21世纪地球物理学的机遇与挑战

21世纪的地球物理学(主要指固体地球物理学)面临着机遇,同时也面临着挑战,其研究的核心领域应为地球深部物质与能量的交换,圈层耦合和其深层动力过程．本文将对以下问题进行探讨：(1)地球物理学的发展和深化与现代科学技术进步的制约．(2)地球物理学必须向高层次的综合研究方向发展．(3)地球物理学面临的机遇与挑战．(4)地球内部圈层结构与大陆动力学研究的思考和内涵．     

中国地球物理学研究面临的机遇、发展空间和时代的挑战

在21世纪的今天,中国正处于快速工业化、经济腾飞和科学技术突飞猛进的进程中,地球物理学面临巨大的机遇,展现出多维的发展空间,同时也面临着严峻的挑战.为此,国家战略需求和自主创新已成为中华民族能否独立于世界民族之林的最强音！在这前提下,地球物理学家就必须超越已有的框架,穿过地平线,全方位的研究、探索、揭示、发现地球内部的奥秘.必须清晰地认识到新世纪里地球物理学的发展导向,即地球物理学的前沿领域和深化研究与现代科学技术进步的制约;地球物理学必须牢牢地把握住向高层次的综合研究脉络方能有所发现与突破;地球物理学所面临的机遇、多元发展空间和挑战;地球内部圈层结构与大陆动力学研究的主体内涵和导向.     

中国大陆动力学研究导向和思考

大陆动力学是研究和探索地球内部物质大尺度运动和深化认识地球本体与其在整体运动中深部圈层耦合、介质与结构变异的物理－力学属性、物质与能量的交换、深层动力过程和机制的一门边缘科学.地球动力学集成了当代众多高、新学科技领域和学科交叉的研究成果,它涉及到成山、成盆、成岩、成矿、成灾和深化对地球本体的认识,它在地球科学研究中占有极为重要的地位.本文通过深入研究、综合集成与剖析讨论了该领域五个重要的基本科学问题,即：(1)地球动力学在地球科学研究中的地位和作用;(2)国际上地球动力学研究的进展和发展动向;(3)中国地球动力学的研究状况;(4)当今地球动力学研究的导向和战略思考;(5)地球动力学研究在我国的实现和开拓.     

中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

中国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了中国地球科学的发展。然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圈物理学提出了新的挑战。本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题。研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圈内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理-力学-化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在。为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导。本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题和困惑进行了分析和讨论。     

高精度地球物理学是创新未来的必然发展轨迹

地球物理学在整个地球科学研究与探索中占有重要地位,突破该领域以描述、推断为主体的框架,并逐步向量化或半量化前进确为必然.地球物理学逐步向高精度升华乃深化理解各有关科学问题的时代需求.基于物理学概念,从定义出发促使多学科交叉和不断创新,是地球物理学能否抢占地球科学制高点的核心所在.为此,真正意义上的高精度观测、高分辨率的数据采集和精细结构的刻画构成了高精度地球物理学的基石,是深化理解地球科学中有关壳幔形成、演化问题的深层次的内核.本文通过较系统地分析和研究提出,(1)地球科学研究进程中的定性描述和依据于浅表层过程与现象的推断有待突破;(2)夯实与把握基础科学理论是高精度地球物理学捕获真谛的"钥匙";(3)高精度地球物理学是深化认识地球本体和逼近彼岸的基石!     

当今中国岩石圈物理学研究中的几个重要问题与思考

我国多年来在岩石圈物理学研究中已取得了一系列的重要成果,并促进了我国地球科学的发展.然而在这21世纪之际,基于国家战略需求和自主创新的方针对岩石圏物理学是挑战,也是机遇.为此,必须厘定其今后的发展导向,并凝炼出前瞻性、并具有带动性的创新性核心科学问题.本文在这样的思维前提下对岩石圈物理学的科学内涵和发展导向进行了较全面的分析、研究和思考,并明确指出当今在这一学科领域应该做些什么,核心问题是什么,又存在哪些关键性的科学问题.研究结果提出,高精度的地球物理场观测与岩石圏内壳、幔精细结构(2维和3维)的刻划;在地球内部力系作用下,深部物质和能量的交换;深部物质运移的物理—力学—化学作用过程及深层动力学响应乃是深化对地球本体的认识和揭示成山、成盆、成岩、成矿和成灾的根本机理所在.为此,在本世纪的上、中叶,在地球科学领域中地球物理学研究必为先导!本文最后对岩石圈物理研究中尚存在的一些问题及困惑进行了分析和讨论,并提出了有关统一规划和观测仪器与设备的自主研发以及有序进行国际合作等方面的意见.     

中国青藏高原地球物理研究的第一批重大成果其发展导向与核心科学问题的认识和思考

青藏高原的地球物理研究是深化认识高原本体和东亚壳、幔结构、隆升机制与大陆动力学响应的基础,故为中、外地球科学家们所瞩目.为此本文主要讨论以下4个方面问题:(1)问题的提出与背景;(2)率先进行青藏高原深部地球物理研究取得的第一批重要成果与进程;(3)青藏高原地球物理研究中的开创性研究成果和得到的启迪与国际影响;(4)当今青藏高原地球物理研究中的核心科学问题与当前青藏高原地球物理学要做些什么与思考.研究结果表明:(1)在青藏高原地球物理研究中只有在清晰思路指导下,取得高分辨率的数据才能反演,并刻画其壳、幔介质的精细结构;(2)青藏高原地壳巨厚、岩石圈相对较薄的层块结构与壳、幔结构分区特征,特别是存在地壳低速层和地幔低速层及其不均匀展布;(3)在多维力系作用下、深部物质重新分展、调整、运移和在多要素约束下的物理-数学模拟及陆-陆碰撞动力学响应;(4)当今在青藏高原地球物理研究的核心问题是地球内部物质和能量的交换、圈层耦合及其深层动力过程.中国地球科学家们应当清晰地认识到,青藏高原地球物理研究乃是中国地球科学家摘取"桂冠"的一个契机,故必须走自主创新之路,以建立起具有特色中国地球科学的理论和和运动学与与学模型.     

青藏高原地球科学研究中的核心问题与理念的厘定

在青藏高原的地球科学研究中,国外科技界曾提出过六大论点——喜马拉雅山脉是地壳均衡的典范;青藏高原地壳乃是两个地壳的垂向重叠;雅鲁藏布江是印度洋板块和欧亚板块的缝合带;青藏高原西部的南北走向断裂带全为裂谷带;青藏高原腹地深部物质的向东逃逸;青藏高原下地壳物质通道流以及汶川MS8.0大地震的发生.这一系列论点确为国人广为引用与跟随,并发表了若干篇论著.然而在不断理解和深化研究的基点上提出了质疑,并基于新的认识提出了新的论点与论据,且在科学理念上给予了重新厘定.因为科学是为宇宙提供真正的写真.     

Some important scientific problems in current lithospheric physics research in China

China has achieved much during recent years in the area of lithospheric physics research and promoted the development of the geosciences （Teng, 2004）. However, in the 21^st century, national needs and policy challenges the science of lithospheric physics. I suggest a general analysis, research, and development direction for lithospheric physics and point out clearly the content, core problems, and key scientific problems in this field. The realization of the earth and the discovery of the basic mechanisms of mountains, basins, minerals, and natural disasters depend basically on high-resolution observations of geophysics, the delineation of the fine structure of crust and mantle （2D and 3D） inside the lithosphere, substance and energy exchanges in the deep earth, the process of deep physical, mechanical, and chemical actions, and deep dynamical response. Therefore, geophysics should be the pioneer in the geosciences field in the first half of the 21^st century. I end with an analysis and discussion of some problems and difficulties in the research of lithospheric physics.     

深层油气地球物理勘探基础研究

本文讨论当前我国深层油气地震勘探面临的难题及基础研究的三个主攻方向,包括：困难地区深层地震反射体准确成像,地震波场信息学、油气田直接预测的地球物理方法技术等.     

对地震科技发展与创新中若干问题的思考

思考与探讨福建省地震局"十一五"规划期间在城乡防震减灾、地震工程、测震观测、地震台站和科技队伍建设等方面科技发展以及科技创新中的若干问题,并对有关方面提出一些个人的设想与建议.     

中国大陆地壳与上地幔精细结构探测十条第一剖面和其作用与科学意义

地球内部物理学和地球动力学在地球科学研究领域里占有重要地位.为了研究和探索我国大陆不同大地构造单元和板内特异块体与其界带的深部介质属性、结构和深层物理-力学过程,已在我国最先构思、设计、布署并实施了十条人工源深部地震探测剖面.沿这十条第一剖面进行了高精度的地震反射、宽角反射和折射波场观测,进行了数据采集,获得了深部高分辨率的信息.通过数据处理和反演求得了各剖面辖区的沉积建造、结晶基底、地壳与土地幔的差异和层、块精细速度结构,发现、研究和提出了一系列的重要科学问题并取得了一系列新认识.为研究成山、成盆、成岩、成矿、成灾,圈层耦合和深化认识地球本体与动力学响应打下了坚实的基础,明确指出了其深入研究的内涵和发展导向.