基于地球内部变形与密度耦合运动模式的迭代反演方法及应用研究

It is a key and dreamed aim of groscientists how to resole the crustal movements and show the figures of their evolution by observation data on surface. In this research project, base on the theory of coupling movement between crustal deformation and density change proposed by applicant, deformation and density change of the earth's interior media would ce computed synthetically using the modern geodetic data of changes about dynamic gravity, deformations ans displacements. Taking the eastern part of the Tibetan Plateau, we will focus on the method and technique of "coupling iterative inversion". With global delamination and local differentiation, the key achieve practical software of forward modeling amd inversion under "the time-varying of stratified interface" and "local time-varying body". Accrding to above study and many years data of resurveying gravity, GPS and leveling in the southeast edge of Tibetan Plateau, deformation and density change of the earth's interior media would be simulated and inverted, used initial framework of crustal movements which built by geological and geophysical achiveements firstly. Furthermore, the dynamic figures of deformation and density change will be obtained. And it made a forward step in effective new solution and method for tectonic movements of deep earth and explanation on continental dynamics.

如何利用地表观测数据真实解析地球内部运动状态与演化图像是地球科学家探索地球奥秘的关键和梦寐以求目标。本项目基于申请者提出的地球内部变形和密度变化耦合时变运动模式理论，从地球内部整体时空运动角度，着力发展研究利用现代大地测量技术获取的地表动态重力变化和位移形变变化信息来综合确定地球内部介质动态变形运动和密度变化的“耦合迭代解算” 技术与方法；考虑到反演计算技术发展与现实要求，针对地球结构具有整体分层与局部分异的特点，重点实现“分层界面时变”、“局域时变体”及其“组合”情形下的实用正反演软件技术；在此研究基础上，利用青藏高原东南缘地区多年来丰富的重复重力、GPS和水准成果，以地质地球物理深部成果构建地壳运动的简化模型与约束参数，来定量模拟和反演确定区域地球内部介质的变形运动和密度变化的动态图像，为多学科整体、定量研究大陆地壳深部构造运动和大陆动力学解释提供有效的新方法和新途径。

本项目依据申请者提出的地球(地壳)内部形变与密度变化耦合运动模式理论，致力完善发展该理论实现的“耦合迭代解算技术”及其实用化，为地球内部运动演化和动力学研究、地球资源环境探查和自然灾害预测与防御提供理论与技术支撑。通过本项目的研究，主要取得了如下进展：.1）进一步完善了地球(地壳)内部形变与密度变化耦合运动模式理论。根据时变情形下“耦合运动”引起的重力时变一般公式，推导了准静态情形下的相应公式，其与陈运泰院士等（1980）一致，说明该理论扩展了已有的形变引起的重力变化理论，初步实现了地球时变、准静态及静态重力学理论的统一与贯通。.2）基于地球物理传统反演理论和地球(地壳)内部形变与密度变化耦合运动模式理论，提出了利用大地测量与地球物理观测得到的重力效应 ，提出了确定地球内部介质密度时变 和形变位移时变 的一般迭代反演方法，通过理论模拟进行了一些典型算例研究，为该理论的数值模拟与应用提供了科学基础。.3）利用正则化约束、块体生长模式等反演方法，分别提出了基于地球分层时变模型、地球局域分异时变模型及其“组合”的耦合迭代解算技术方法，并予以实现。.4）将上述理论与方法成果，应用到青藏高原东南缘等地区，取得了一些有意义结果：首次模拟研究了青藏高原东南缘地壳水平运动引起的重力变化效应，发现其可达到1微伽级；利用布格异常和局域分异模型算法反演获得了三河-平谷8.0巨震区浅层三维密度结构，发现了震源处发震断层两侧为密度差异变化带；利用九寨沟7.0地震前典型重力动态变化和局域分异模型算法，获得了震区地壳三维密度结构，发现了九寨沟地震前存在“扩容”现象。.已发表11篇论文（SCI3篇，核心9篇）。研究表明该理论具有广阔的应用前景，为重力矢量观测技术的发展提供了理论依据，可为地球的动力演化运动和灾害预测研究提供有效的理论方法，有待进一步深入研究与推广应用。