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1、利用 GRACE 重力卫星数据研究区域时变重力场及同震布格重力异常的变化特征卫星重力测量技术,以其范围广、定期更新、无困难地域限制、不受天气、地形、交通等环境因素影响的优点愈来愈得到广大地学工作者的重视。新一代重力卫星 CHAMP、GRACE、GOCE 等的发射,使得卫星重力技术在固体地球物理学、地质学、海洋测绘学、气象学以及空间大地测量学等学科的研究中发挥出至关重要 的作用。大地震发生时常常伴随着地球深部构造的变化以及地下介质密度的改变。由于使用卫星重力数据所获得的时变重力场能够反映地球的深部构造特征,进一步计算得到的布格重力异常可以反映地下介质密度的不均匀变化,这使得利用卫星重力技术研究地
2、震发生时的时变重力场及布格重力异常变化特征成为了可能。由于龙门山断裂带地区处于青藏块体和川东块体的过渡地带且多发大震,如汶川地震和芦山地震,而尼泊尔地区处于印度洋板块和亚欧板块的过渡地带且发生尼泊尔地震,考虑到龙门山断裂带地区和尼泊尔地区均受青藏块体运动的影响 ,且两个地区均有大地震的频繁发生,本文计算了龙门山断裂带地区和尼泊尔地区大震发生时的时变重力场及布格重力异常变化情况,以期研究大洋板块交界带地震与大陆内部次级块体间地震的共同点及差异。因此,本文利用卫星重力测量技术对多震区域时变重力场与布格重力异常的变化进行监测,研究了与青藏高原构造变形活动密切相关的区域的时变重力场的动态变化特征和布格
3、重力异常的变 化情况,探讨了区域构造运动与断层活动的关系。主要工作和成果如下:(1)本文在介绍 GRACE 卫星重力的基础上,讨论了卫星重力数据处理的理论方法与策略,重点推导了时变重力场与布格重力异常的计算方法,包括地球重力场、滤波原理、勒让德函数、GRACE 卫星计算时变重力场和布格重力异常的流程等。(2)自主编程实现了勒让德函数标准前向列推法的计算,编写了基于 GRACE 月重力场模型计算时变重力场和重力异常的程序以及布格改正的程序,从而实现了对龙门山地区和尼泊尔地区时变重力场动态变化特征和布 格重力异常变化的探索。(3)基于龙门山地区 2008 年与 2013 年的 GRACE 月重力场
4、模型数据,结合该地区的地壳运动特征与地震活动情况,计算了龙门山地区时变重力场的变化情况,以及该地区重力异常的月变化与十年重力异常的变化情况。结果表明,从震前、震中到震后,龙门山断裂带地区时变重力场相应呈现“负-正-负”的变化趋势,结合地幔对流学说,推测其原因是,两次地震震前,断裂带区域震前壳幔物质较少且增速较慢,震中壳幔物质增多且增速变快,而震后壳幔物质变少增速变慢,这可 能是震后位场变化回复理论的印证。(4)根据龙门山断裂带地区十年的布格重力异常变化得出,从 2006 到 2015的十年之中,靠近西部青藏高原的断裂带西部地区总体以负异常为主,靠近东部四川盆地的部分总体以正异常为主,而龙门山地
5、区基本处于二者的过渡范围中。推测是由于青藏高原物质流的东南向逃逸对龙门山断裂带地区造成的推挤导致 的。(5)基于尼泊尔地区 2015 的月重力场数据,结合该地区的地壳运动特征与历史地震活动情况,计算了尼泊尔地区时变重力场的变化情况,以及该地区重力异常的月变化与十年变化情况。对尼泊尔地区时变重力场分析后发现,尼泊尔地区壳幔物质变多且物质增速快的地区呈现出由西北方向向东南方向转移的趋势。(6)分析尼泊尔地区 2015 年布格重力异常的月变化情况推测,尼泊尔地区北部处于负异常状态,这从侧面说明了由于印度洋板块对欧亚板块的碰撞挤压而产生的强烈挤压应力使得喜马拉雅地区长期处于俯冲挤压的状态,而包括加德满都在内的南部地区表现为正异常,则说明了尼泊尔地震引发了该地区板块的拉张,推测这与尼泊尔地区内部断层出现的南北向位移有关。由尼泊尔地区十年布格重力异常的变化情况得到,靠近喜马拉雅地区的尼泊尔西北部分则表现为正异常, 这说明了喜马拉雅地区的地质地壳长期处于拉张与抬升的状态。