青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)模型與構(gòu)造應(yīng)力場

前言

大地測量學(xué)科發(fā)展的總趨勢是向地球科學(xué)縱深發(fā)展，深入到其他地學(xué)學(xué)科的交叉領(lǐng)域，其主要任務(wù)是監(jiān)測和研究地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。以空間大地測量為標(biāo)志的現(xiàn)代大地測量技術(shù)，不論在測量的空間尺度上還是已達(dá)到的精度水平方面，已經(jīng)有能力監(jiān)測地球動(dòng)力學(xué)過程產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和物理場的微變化，如板塊運(yùn)動(dòng)、地殼形變、活動(dòng)構(gòu)造帶的應(yīng)力場，以及重力場變化、極移細(xì)節(jié)、自轉(zhuǎn)周期的變化和海平面變化等。目前，現(xiàn)代大地測量正在更深的層次上卷入與相關(guān)地學(xué)學(xué)科的交叉發(fā)展中，對解決當(dāng)代地球科學(xué)重大問題起著越來越重要的作用。大地測量在研究地學(xué)相關(guān)問題中的作用主要表現(xiàn)為：提供地球動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中正在發(fā)生的過程輸出的地表力學(xué)信號的全球數(shù)據(jù)和圖像，為利用地球動(dòng)力學(xué)模型反演深部結(jié)構(gòu)和介質(zhì)參數(shù)提供邊界值或約束條件，為驗(yàn)證新理論、新模型提供大地測量檢驗(yàn)。青藏高原是我國大地測量深入地球科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)典型地區(qū)。在這一地區(qū)，地質(zhì)、地球物理學(xué)家們已開展了大量的研究工作，取得了一批有價(jià)值的成果，為大地測量參與研究打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，由于地球科學(xué)的復(fù)雜性，青藏高原的地學(xué)研究也迫切要求地學(xué)各學(xué)科相互滲透進(jìn)行綜合研究，特別是大地測量學(xué)科的參與，這將會使高原地學(xué)研究模式化、定量化，研究結(jié)果將更具有科學(xué)價(jià)值。本書以作者結(jié)合國家測繪局“八五”攻關(guān)項(xiàng)目“青藏高原現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測及其動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究”而作的博士論文為藍(lán)本，盡力開拓大地測量學(xué)的內(nèi)涵，充分結(jié)合地質(zhì)、地球物理資料探討地殼運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制，主要探討大地測量研究青藏高原地球動(dòng)力學(xué)的反演理論與方法。本書第一章主要介紹青藏高原地學(xué)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展；第二章重點(diǎn)介紹青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立；第三章論述青藏高原大地測量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第四章探討大地測量反演構(gòu)造應(yīng)力場理論；第五章剖析青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場成因；第六章數(shù)值模擬反演青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場及探討動(dòng)力學(xué)機(jī)制；第七章簡述青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步研究的課題與方法。書中的有關(guān)研究工作得到武漢測繪科技大學(xué)陶本藻教授、晁定波教授及劉經(jīng)南院士的指導(dǎo)和幫助，還得到武漢測繪科技大學(xué)張德涵教授和中國地震局武漢地震研究所王琪研究員的幫助。部分研究工作得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。本書的出版得到武漢大學(xué)寧津生院士、中國科學(xué)院測量與地球物理研究所張赤軍研究員和中國地震局武漢地震研究所徐菊生研究員的推薦。特別要感謝以國家測繪局陳俊勇院士為首的測繪科技專著出版基金管理委員會同意由測繪科技專著出版基金資助本書出版。非常感謝我的妻子陳永紅女士多年來給予的關(guān)心、理解、支持和幫助。由于作者水平有限，錯(cuò)誤和不足之處在所難免，懇請讀者指正。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地探討了大地測量參與青藏高原地球動(dòng)力學(xué)問題研究的理論和方法。從青藏高原地質(zhì)構(gòu)造背景和活動(dòng)情況出發(fā)，兼顧大地測量觀測特點(diǎn)，建立了青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；結(jié)合青藏高原地震活動(dòng)和GPS觀測，利用地震矩張量反演分析了青藏高原及其鄰區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)情況；設(shè)計(jì)了青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。從固體力學(xué)基本方程出發(fā)，結(jié)合數(shù)值方法，提出用大地測量數(shù)據(jù)反演構(gòu)造應(yīng)力場理論，研究了由大地測量數(shù)據(jù)反演線彈性構(gòu)造應(yīng)力場的方法，分析比較了幾種有影響的地球動(dòng)力學(xué)學(xué)說，以相對運(yùn)動(dòng)地球動(dòng)力學(xué)學(xué)說為基礎(chǔ)，分析了青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場的主動(dòng)力來源及構(gòu)造應(yīng)力場成因。建立了三維線彈性構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模型，并結(jié)合大地測量數(shù)據(jù)對青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行了數(shù)值模擬，探討了青藏高原隆升機(jī)制?！　”緯晒氖麓蟮販y量、地質(zhì)、地震、地球物理，以及礦產(chǎn)資源、工程建設(shè)、環(huán)境等專業(yè)的科學(xué)技術(shù)人員和大專院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

書籍目錄

第一章 青藏高原地學(xué)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展　1.1 概述　1.2 青藏高原地學(xué)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展　1.3 青藏高原地區(qū)開展的大地測量工作　1.4 大地測量參與青藏高原地學(xué)研究的作用與任務(wù)第二章 青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)學(xué)模型　2.1 引言　2.2 用地殼形變模型描述高原地殼運(yùn)動(dòng)　2.3 顧及地質(zhì)資料的青藏塊體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立　2.4 用“板塊變動(dòng)”模型描述高原地殼運(yùn)動(dòng)　2.5 地震矩張量反演建立青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)學(xué)模型第三章 青藏高原大地測量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)　3.1 引言　3.2 青藏高原地質(zhì)構(gòu)造背景及構(gòu)造活動(dòng)概況　3.3 兩種典型構(gòu)造演化模式差異及局部監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)　3.4 青藏高原區(qū)域大地監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計(jì)　3.5 將青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測納入全球監(jiān)測系統(tǒng)第四章 大地測量反演構(gòu)造應(yīng)力場理論　4.1 引言　4.2 地殼構(gòu)造應(yīng)力場模型公式　4.3 大地測量反演構(gòu)造應(yīng)力場原理　4.4 大地測量位移值反演構(gòu)造應(yīng)力場分析　4.5 大地測量地表位移值反演線(粘)彈模型構(gòu)造應(yīng)力場　4.6 大地測量觀測點(diǎn)分布方式對反演邊界力影響　4.7 觀測值隨機(jī)誤差對反演邊界力的影響　4.8 斷裂區(qū)單元?jiǎng)澐执笮?gòu)造應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果的影響　4.9 四維整體大地測量有限單元法第五章 青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場成因分析　5.1 引言　5.2 相對運(yùn)動(dòng)地球動(dòng)力學(xué)與巖石圈運(yùn)動(dòng)力　5.3 “相對運(yùn)動(dòng)地球動(dòng)力學(xué)”學(xué)說的合理性　5.4 青藏高原形成的初始動(dòng)力源　5.5 青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場成因分析第六章 青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬　6.1 引言　6.2 線彈性三維有限元數(shù)值模型　6.3 構(gòu)造應(yīng)力場程序簡介　6.4 介質(zhì)參數(shù)對三維構(gòu)造應(yīng)力場結(jié)果的影響　6.5 青藏高原構(gòu)造應(yīng)力場數(shù)值模擬分析第七章 結(jié)束語　7.1 本書研究的主要內(nèi)容及貢獻(xiàn)　7.2 進(jìn)一步研究內(nèi)容附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第一章 青藏高原地學(xué)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展1.1 概述青藏高原位于亞洲大陸的南部，地處巨型特提斯一喜馬拉雅構(gòu)造域的東段。它是世界上形成時(shí)代最晚、面積最大的高原?？偯娣e超過200km2，平均海拔高度4500m，是地球上一個(gè)十分獨(dú)特的地理單元，其巨厚的地殼、活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)烈的地震活動(dòng)和環(huán)境變遷，對我國乃至亞洲大陸自然環(huán)境和人文地理產(chǎn)生巨大的影響。高原的崛起，是我們這個(gè)星球晚近地質(zhì)時(shí)代最重大的地質(zhì)事件之一。長期以來，這一地區(qū)一直吸引著國內(nèi)外地學(xué)家的特別關(guān)注。近十多年來，國際地學(xué)界已掀起了青藏高原研究熱。研究青藏高原地學(xué)問題，特別是高原地殼運(yùn)動(dòng)規(guī)律、高原增厚隆升機(jī)制、地質(zhì)構(gòu)造特征及對環(huán)境的影響，對于發(fā)展地球科學(xué)理論，闡明全球構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，對本區(qū)礦產(chǎn)資源的開發(fā)、國土整治和環(huán)境預(yù)測，防災(zāi)減災(zāi)等都有重要的科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。青藏高原是我國大地測量深入地球科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)典型地區(qū)。在這一地區(qū)，地質(zhì)、地球物理學(xué)家們已開展了大量的研究工作，取得了一批有價(jià)值的成果，為大地測量參與研究打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，由于地球科學(xué)的復(fù)雜性，青藏高原的地學(xué)研究也迫切要求地學(xué)各學(xué)科相互滲透進(jìn)行綜合研究，特別是大地測量學(xué)科的參與。這將會使高原地學(xué)研究模式化、定量化，研究結(jié)果將更具有科學(xué)價(jià)值?！?.2 青藏高原地學(xué)研究現(xiàn)狀和進(jìn)展青藏高原的地球動(dòng)力學(xué)特征受到國內(nèi)外地學(xué)界的極大關(guān)注。地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)，由于學(xué)科性質(zhì)的特征和需要，已經(jīng)走在研究的前列。青藏高原地學(xué)研究主要集中于高原隆升、厚殼特征、地體拼合與增生、構(gòu)造熱演化等方面。其主要成果可概括如下：（1）青藏高原地區(qū)有昆侖山-秦嶺、龍木錯(cuò)-玉樹、班公錯(cuò)-怒江、雅魯藏布江、庫地-蘇巴希等五條地縫合線。地縫合線把青藏高原劃分成北昆侖、南昆侖、巴顏喀拉、羌塘、拉薩、江孜等六個(gè)地體，這些地體先后由晚石炭世、晚二疊世、晚三疊世、晚侏羅世及始新世等不同地質(zhì)時(shí)期順序增生到歐亞板塊上。

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