2008年5月12日14时28分04秒,我国四川省汶川县发生8。0级大地震,直接严重受灾地区达10万平方公里,此次地震危害极大,超过8万同胞遇难,近40万人受伤,直接经济损失达8452亿元,可谓国之灾难!2011年3月11日,日本本州岛海域发生里氏9。0级大地震,震中位于宫城县以东太平洋海域,震源深度20公里,地震引发大规模海啸,造成重大人员伤亡,并引发日本福岛第一核电站发生核泄漏事故,可谓世之不幸!因此,以地震这种现象表现最为突出的地壳运动越来越受到各国政府及整个世界的关注,不少科技工作者对地壳运动做了详细而深入的研究与分析,以便能对人们的生活有所指导。
参考基准则是测量与导航工作的起点和初始数据,任何测量与导航都要与其所采用的参考基准相一致。参考基准建立之后就必须进行维持,因为地球不是一个刚体,附着在地球表面上的点会受到诸多因素的影响,包括板块的运动、地壳的形变、各种潮汐、地震影响等。要保持参考基准的高精度和连续性,以地壳运动为主要因素的这些变化都是必须考虑的。而研究地壳运动的一个重要前提就是地壳运动参考基准的确立。本书即以此为契机,根据作者博士期间的研究内容和平时工作中积累的相关成果,对现代地壳运动的参考基准进行了分析和研究。结合地壳运动的实测数据、地学热点数据、冰期后地壳回弹模型和其他相关研究成果,针对全球水平地壳运动、垂直地壳运动和区域水平地壳运动、垂直地壳运动分别给出了一套地球物理意义明确、易于实现、便于应用的参考基准,以期能够为读者和从事相关研究的人员提供参考。
第一章从三个方面解读本书的研究主题,即“现代地壳运动”、“参考基准”和“现代地壳运动的参考基准”,分别论述地壳运动的发展、大地测量参考基准及现代地壳运动参考基准的研究现状,提出了本书的研究任务和要解决的主要问题,同时对几种空间观测技术作了简要介绍。
第二章是全球板块运动模型的发展和精化。板块运动模型是建立地壳运动参考基准的第一步,在总结板块运动模型建立方法的基础上,利用空间观测数据建立了全球的板块运动模型,并定量讨论了构造板块总角动量的大小。
第三章讨论了全球水平地壳运动参考基准的两种实现方案,即无整体旋转参考基准和热点参考基准。分别论述了无整体旋转的条件及无整体旋转模型的发展现状,并利用空间观测数据建立了无整体旋转参考基准。针对热点基准的研究现状和存在的问题,提出建立平均热点参考基准的方法及其约束准则,并综合利用地学热点数据和空间观测的实测数据,建立了基于平均热点参考架的绝对板块运动模型。最后讨论了热点基准与无整体旋转基准之间的差别,即较差的旋转,并给出了岩石圈整体旋转(漂移)的定量估计。
第四章讨论了全球垂直地壳运动参考基准的建立方法。深入分析了影响地壳垂直运动的主要因素,包括冰期后地壳的回弹、地面沉降、各种潮汐的变化等,提出四种建立垂直地壳运动参考基准的方案,并分别进行了推导、验证和比较,结合垂直地壳运动基准的地球物理意义、易于实现、便于应用等特点,最后给出一种最优的建立垂直地壳运动参考基准的方案。
第五章是以中国地区的地壳运动为例,分别讨论了区域水平地壳运动参考基准和区域垂直地壳运动参考基准的建立方法,并利用实测数据建立了中国地区的水平地壳形变模型。
第六章是对全球垂直地壳运动参考基准的应用,即利用空间观测数据检测固体地球的构造变化趋势,虽是老生常谈,但对这个问题的研究从来没有定论。系统分析了地球的非对称性变化现象,阐述了地球膨胀学说和地球压缩学说,并提出利用本书第四章建立的全球垂直地壳运动参考基准,通过空间观测数据研究地球的非对称性变化现象以及地球的体积和形状变化。
本书各章之间既相互独立又相互联系。第一章是提出要研究的问题;第二、三章则是对全球水平地壳运动参考基准的讨论;第四章是垂直地壳运动参考基准的建立;第五章既是对区域地壳运动参考基准的讨论,也是对全球地壳运动参考基准的应用,亦即对第二、三、四章的应用;第六章讨论了地球的变化现象,同时也是第四章的一个应用。
本书在撰写过程中,得到了信息工程大学导航与空天目标工程学院李广云院长、郝金明副院长、杨力教授、孙付平教授、李国辉参谋、郭洪鹏参谋等领导与专家的大力支持,在此一并表示感谢。同时感谢测绘地理信息科技出版资金为本书撰写提供的支持。
由于作者水平有限,加之时间仓促,难免存在一些瑕疵和疏漏,恳请读者批评指正。
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