《地球物理大地测量反演理论与应用》:
1.4 地球物理大地测量反演的研究内容与方法
当前,人类社会面临资源短缺、自然灾害频繁和生态环境退化问题,要求现代大地测量学科必须面向资源开发、减灾和监测生态环境。可以说,地球物理大地测量反演正成为大地测量学科深入地学领域、探索地球奥秘,透过复杂的地球动力学现象,研究其力学机制,进而解释区域性或全球性地球事件的最基本、最重要的方法。
地球物理大地测量反演的主要任务可以归纳为以下几个方面(刘鼎文,1989;赵少荣,1991;陈鑫连等,1994;许才军,2009):
(1)利用监测不同周期变化的活动板块的边界运动、应变积累、板内变形以及其他构造运动或区域性的地壳运动信息来研究地震时空展布规律,反演方法求解地壳弹性应力。应变的分布,研究软流圈的流变持性、板块之间的力学耦合程度、建立板块驱动机制。
(2)通过监测全球重力场或区域重力场随时间的变化信息,反演研究地球内部构造和物质分布状态,推断地幔对流的模式;研究冰盖一海洋质量迁移引起的地壳形变,反演地幔的有效黏度。
(3)在活动断裂带上,特别是地震活动带上,综合利用GNSS、水准测量和重力测量的定期复测,以及InSAR监测数据可以反演求解断层的几何和运动参数并分析其构造应力的积累,结合其他地球物理数据评估地震发生的可能性和估计震源参数,研究地震破裂过程和地震机理。
(4)综合利用GNSS、重力测量和卫星测高等大地测量技术,可以监测冰期后回弹、极地冰原的运动和变化、陆地冰川的运动以及海平面变化以至厄尔尼诺和拉尼娜事件的发生与发展,并据此分析全球环境变迁,对其动力学机制和效应进行解释。
(5)监测人类活动对环境的影响,城市地面沉降、矿山崩坍,岩体滑坡以及其他自然因素导致地表变化而造成的各种灾害,进行反演研究并进行灾害预测、预警。
地球物理大地测量反演的主要任务也决定了地球物理大地测量反演的主要研究内容和方法。主要是地球物理大地测量反演模式、反演算法、反演结果的解释及可靠性。
地球物理大地测量反演模式可分为两类:单一种(类)观测资料的反演和多种(类)观测资料的反演。单一种(类)观测资料的反演包括由单一地球物理资料的反演,单一大地测量资料的反演或者单一地质资料的反演;多种(类)观测资料的反演包括由地球物理与大地测量资料的联合反演,地质和大地测量资料的联合反演,以及地球物理、地质和大地测量资料的联合反演等。
地球物理大地测量反演算法可以分成两大类:线性反演算法和非线性反演算法,其中非线性反演算法包括有最速下降法、共轭梯度法、牛顿法、变尺度法、蒙特卡洛法,以及目前常用的模拟退火法、遗传算法、人工神经网络法,还有最近几年发展起来的多尺度反演方法、粒子群算法(PSO)等。
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