基于大地測(cè)量資料的區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)反演及模型研究.pdf

1、利用大地測(cè)量觀測(cè)信息反演研究構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)是近些年大地測(cè)量反演研究熱點(diǎn)課題之一。論文以地球重力構(gòu)造學(xué)說(shuō)為理論背景對(duì)基于現(xiàn)代大地測(cè)量資料的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及模型展開(kāi)了深入研究,并以華北地區(qū)為例,對(duì)論文研究成果進(jìn)行了驗(yàn)證。論文主要的研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）對(duì)大地測(cè)量反演問(wèn)題進(jìn)行了探討。給出了反問(wèn)題中的亞定、超定、混定問(wèn)題及其求解方法。研究了三種類(lèi)型的大地測(cè)量反演模型即基于位錯(cuò)模式、基于固體力學(xué)模式和基于聯(lián)合反演模式模型。研究了大地測(cè)量反演方法

2、并重點(diǎn)研究了其中的GPS位移反分析法。介紹了大地測(cè)量反演常用的計(jì)算方法，并重點(diǎn)對(duì)有限單元法進(jìn)行了研究。
　?。?）對(duì)重力構(gòu)造機(jī)制進(jìn)行了研究，在全面總結(jié)已有構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)說(shuō)、觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上，全面系統(tǒng)地分析了地球重力引起構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的機(jī)理。探討了重力構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算方法。
　?。?）在無(wú)限大平板模型假設(shè)的重力構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算方法的基礎(chǔ)上，研究了基于球殼模型假設(shè)的重力構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算方法?；谥亓?gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與垂線偏差之間的函數(shù)關(guān)系式，以華北地區(qū)

3、為例，分別借助于階地球重力場(chǎng)模型36096 EGM和Eigen GL C-04以及中國(guó)大陸1:1003030￠￠′ DTM萬(wàn)數(shù)字地形數(shù)據(jù)，計(jì)算得到了研究區(qū)完全和不完全重力總水平梯度、布格重力異常以及垂線偏差的值，進(jìn)而分別計(jì)算得到華北地區(qū)不同地層構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模型。通過(guò)論文研究結(jié)果與以往研究結(jié)果以及計(jì)算結(jié)果之間的對(duì)比分析，得出如下結(jié)論：
　　利用重力場(chǎng)模型及分辨率較高的數(shù)字地形模型并結(jié)合相關(guān)軟件，能夠計(jì)算得到任一區(qū)域的重力異常、垂線

4、偏差。應(yīng)用布格重力異常和垂線偏差能獲取與現(xiàn)有地質(zhì)及地震資料相對(duì)應(yīng)的區(qū)域地殼構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，在獲取構(gòu)造應(yīng)力信息方面，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際中可以考慮綜合它們各自優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)對(duì)地殼運(yùn)動(dòng)情況做出更加合理的解釋和預(yù)測(cè)。華北地區(qū)重力總水平梯度和構(gòu)造應(yīng)力能夠反映地塊之間的相互作用及地殼構(gòu)造形態(tài)，華北地區(qū)構(gòu)造的活動(dòng)性能從構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的強(qiáng)弱得到詮釋。
　?。?）研究了重力構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)與密度異常關(guān)系，結(jié)合360階的地球重力場(chǎng)模型96 EGM和中國(guó)大陸DTM數(shù)字

5、高程模型分別計(jì)算了重力異常和大地水準(zhǔn)面高的gDN值，并把上述模型應(yīng)用到范圍為[～10°60 N°79°140 E°，～]的研究區(qū)，計(jì)算了研究區(qū)地面以下20～25公里、25～32公里、32～36公里處的密度異常和平均構(gòu)造應(yīng)力值。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析得出以下主要結(jié)論：
　　在密度異常變化較大的地區(qū)，構(gòu)造應(yīng)力的變化也較大，從而導(dǎo)致這一地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)加劇。構(gòu)造應(yīng)力與深度有關(guān)，如密度異常不變，則隨著深度的增加，構(gòu)造應(yīng)力變化也隨之增加。

6、>　?。?）利用有限單元數(shù)值算法研究了華北地區(qū)有關(guān)地球動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。分析了影響反演解精度的主要因素，包括地學(xué)模型本身的完善程度、大地測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)的位置分布、地層物性參數(shù)取值等。對(duì)華北地區(qū)的構(gòu)造斷裂帶、地層物性參數(shù)等進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查與分區(qū)，并獲取其中有關(guān)參量的先驗(yàn)信息。根據(jù)有限單元法思想，利用有限元方法構(gòu)建了華北地區(qū)空間線彈性地學(xué)模型。論文還利用研究區(qū)巖石實(shí)際重力，選擇2005-2006年運(yùn)動(dòng)GPS監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移觀測(cè)值作為位移邊界條件，以巖石力學(xué)參

7、數(shù)、邊界力的先驗(yàn)值為參考研究了該地區(qū)地球動(dòng)力學(xué)反演問(wèn)題，其反演賦之以最小二乘準(zhǔn)則，即通過(guò)反復(fù)調(diào)整邊界力、巖石力學(xué)介質(zhì)參數(shù)，使得計(jì)算出的位移值與位移觀測(cè)值之差在整體上殘差平方和最GPS小。論文研究更新了應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變能密度以及邊界力、介質(zhì)參數(shù)等的先驗(yàn)信息。并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)反演解進(jìn)行研究區(qū)地球動(dòng)力學(xué)解釋?zhuān)瑢?duì)一些有關(guān)地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象和地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了探討，并得到主要的結(jié)論如下：
　　華北地區(qū)主應(yīng)力基本為 NEE向壓性應(yīng)力場(chǎng)。該區(qū)最