天山地区均衡剩余地形特征及其地质意义

新生代印度板块持续碰撞和俯冲欧亚大陆的远端效应,波及整个天山地区,强烈改造了天山及相邻块体的岩石圈结构。为了更好地研究天山地区的岩石圈演化和形变过程,本文首先采用联合重力和地震数据反演方法,获得研究区岩石圈密度异常结构,然后考虑有效弹性厚度的横向变化计算研究区均衡剩余地形。结果表明,均衡剩余地形幅值在-1.6~0.9 km之间,且与各构造单元具有良好的对应性。天山各段的均衡剩余地形呈现不同的分布特征,中部为较高幅值的负值,指示剧烈增厚的下地壳;西部为较低幅值的负值,可能与软流圈上涌有关;东部为较低幅值的正值,表明岩石圈形变以地表抬升为主。

地形—均衡补偿重力、大地水准面异常频谱分析

将地形高、地球内部质量异常以及重力、大地水准面展开成球谐级数,依据岩石圈弹性挠曲均衡补偿理论建立地形—均衡补偿重力、大地水准面异常的球谐级数表达式.由此可以研究地形—均衡补偿重力、大地水准面异常与球谐级数阶次的关系,以及不同波长地形荷载与岩石圈挠曲补偿的关系,探讨地形—均衡补偿重力、大地水准面的频谱特性.从观测大地水准面异常和自由空气重力异常扣除地形—均衡补偿大地水准面、重力异常,可以得到均衡大地水准面异常和均衡重力异常.均衡大地水准面异常已经消除了浅层物质不均匀的影响,反映的是地球深部物质密度不均匀分布.均衡重力异常显示出中短波长特性,反映的是地壳上地幔物质分布的失衡和物质调整的动力学特征.

中国及其邻区地形和均衡重力梯度的球面计算

基于GOCO03S、DTM2006和Airy-Heiskanen均衡模型,采用频谱域的球谐分析和综合方法计算中国及其邻区的地形和均衡影响。克服了平面模型误差影响,并首次给出均衡重力梯度异常分布图。对所得结果作初步分析和解释。

遥感影像地形效应校正方法的研究

采用基于影像特征的地形均衡模型,并借助于数字高程模型(DEM),针对地面坡度及太阳高度角等地形效应的不同造成的影像辐射失真的问题进行了研究。实验结果表明,该方法能有效地减弱影像的辐射失真。

龙门山地区水系发育特征及其对青藏高原东缘隆升的指示

龙门山位于青藏高原东缘,既是青藏高原周缘山脉中陡度最大的山脉,也是构造活动和地貌景观塑造最为强烈的地区之一。因此,该区域成为研究构造-地貌-水系之间相互关系的实验场。本文基于ASTER GDEM数据,提取了青藏高原东缘地区15条基岩河道的纵剖面,采用简单数学函数拟合河流纵剖面形态,并结合基岩水力侵蚀模型,分析龙门山不同位置的地形特征。本次研究获得以下几点认识:①通过对龙门山地区河流纵剖面的分析,龙门山整体上具有较高的隆升速率,导致这一地区强烈的河流侵蚀作用;②龙门山中段和南段的河流双对数图以上凸型为主,说明该区域尚未达到均衡状态,处于前均衡期;③龙门山北段的河流双对数图呈直线形态,说明该区域达到均衡状态,处于均衡期;④龙门山不同地区的水系发育特征,表明龙门山中段和南段具有更强的构造活动性、更高的隆升速率,龙门山北段则具有较弱的构造活动性、较低的隆升速率,并反映了青藏高原东缘的隆升作用具有明显的空间差异性。

水体对精化局部似大地水准面的影响

在精化局部似大地水准面时,由于对大地水准面精度的要求不高或者精化区域的水下地形数据缺乏等因素,往往很少考虑湖泊水体对局部似大地水准面的影响。本文将通过分析水体对局部地形改正和地形均衡改正的影响,然后通过实例计算得出了湖泊水体对精化局部似大地水准面的影响。

20Ma以来Mohns洋中脊的非对称扩张速率与地壳结构

超慢速扩张的Mohns洋中脊共轭两侧的地球物理场与地壳结构具有显著的非对称性.利用我国第五次北极科学考察采集的水深、重力与磁力数据,结合历史资料,我们计算了14条垂直Mohns洋中脊剖面的扩张速率、剩余水深、剩余地幔布格重力异常(RMBA)、地壳厚度和非均衡地形.对洋中脊共轭两侧以上计算结果的进一步对比发现,Mohns洋中脊两侧整体(下文均指同一地质时刻各剖面的平均值)的非对称性呈现明显的两段性:20~10.5Ma,相比Mohns洋中脊东侧,西侧的扩张速率更慢、地壳更厚、非均衡地形更低;10.5~0 Ma,扩张速率、地壳厚度和非均衡地形的非对称的极性与20~10.5 Ma期间完全相反.后一阶段,整体扩张速率在西侧更快、剩余水深更浅,但是对应更薄的地壳和更高的非均衡地形.我们推断前者为冰岛沿Kolbeinsey洋中脊的作用增厚了Mohns洋中脊西侧地壳并使得洋中脊向西侧跳动,而后一阶段反映了岩浆供给减少后西侧集中的构造活动导致的更多的拉伸与隆升.沿各剖面上,10.5~0 Ma期间构造活动集中的洋中脊西侧均具有薄地壳和高非均衡地形,但构造拉伸的增加并不总是对应增快的扩张速率.岩浆在浅部更多地向东侧的分配以及洋中脊向西侧的跳动可能使得东西两侧具有相近的扩张速率.

平均Helmert空间重力异常格网构制方法

本文主要分析比较了直接法和以均衡重力异常为过渡的间接法，用于平均Helmert空间异常格网的构制。在实验区内，通过计算地形-均衡改正和地形直接影响改正，构制了2．5’Helmert空间重力异常值。结果表明：地形-均衡改正和地形直接影响，都表征了地球重力场短波信息，均可平滑重力场中的高频信息，获得的均衡重力异常和Helmert空间重力异常都比空间异常更光滑、更适于格网化。总的说来，两种方法所构制的2．5＇Helmert空间重力异常值比较接近，在平坦地区基本一致，在地形起伏较大地区存在差异。若地形起伏不大，利用直接法要更为方便。

Gakkel洋中脊基底隆起的非对称地壳结构

超慢速扩张的北冰洋Gakkel洋中脊具有六个沿扩张方向的线性基底隆起(本文编号为A—F).这些线性基底隆起在中轴两侧的地球物理场和地壳结构呈现不同程度的非对称性.本文利用Gakkel洋中脊的地形、空间重力异常(FAA)和航空磁力数据,计算了它的扩张速率、剩余地幔布格重力异常(RMBA)、地壳厚度和非均衡地形.根据中轴两侧地形和地壳厚度的对称关系,我们将六个基底隆起分为对称型和非对称型两种类型.整体上,B、D和F区基底隆起在中轴两侧的地形和地壳厚度的非对称幅值(两侧差值的绝对值)较小,其中地形的非对称幅值分别为～157m、～125m、～208m,地壳厚度的非对称幅值分别为～1km、～0.06km、～0.3km;而A、C和E区的非对称幅值较大,其中地形的非对称幅值分别为～510m、～410m、～673m,地壳厚度的非对称幅值分别为～2km、～2.5km、～1.1km.我们因此推断B、D和F区具有相对对称的地壳结构,而A、C和E区具有非对称的地壳结构.根据A、C和E区中轴两侧非均衡地形的对称关系和非对称地形的补偿状态,推测A区的非对称性可能是由岩浆分配不均所导致;而C区和E区的非对称性可能是由构造断层作用使断层下盘向上抬升变薄所导致.我们进一步推测洋中脊走向的改变可能使得构造作用更易集中于基底隆起的一侧.

基于Airy均衡理论的空间重力异常构建

为了满足高分辨率重力数据的需求,研究了基于Airy均衡理论构建空间重力异常的理论与方法,指出顾及地形位与均衡位影响的必要性,并详细分析了密度及补偿深度对计算结果的影响,给出了顾及计算效率的取舍建议.针对系统偏差较大的问题,给出了修正方案.某试验区计算结果表明,利用均衡理论构建的空间重力异常在10′分辨率控制点下能够达到10mGal精度.

青藏高原东缘的隆升及其水系的响应

本文基于ASTER GDEM数据,采用简单数学函数拟合龙门山地区15条河流的河流纵剖面形态,并结合基岩水力侵蚀模型来分析龙门山不同段落的地形形态特征。初步获得以下几点认识:(1)通过对龙门山地区河流纵剖面的分析,龙门山整体上具有较强的隆升速率,导致这一地区强烈的河流侵蚀作用;(2)龙门山中段和南段的河流双对数图以上凸型为主,说明该区域未达到均衡状态,处于前均衡期;(3)龙门山北段的河流双对数图呈直线形态,说明该区域达到均衡状态,处于均衡期;(4)龙门山中段和南段具有更强的构造活动性、更高的隆升速率,控制了该地区地貌、水系演化过程,并且导致这一地区容易发生地质灾害。