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物理大地测量学的主要任务是用物理方法研究和测定地球形状、地球重力场及各自随时间的变化,揭示地球系统的物质迁移规律及其地球动力学机制.简要介绍物理大地测量学的发展历程,重点梳理了地球重力场探测技术和地球重力场逼近理论的主要进展.面向地球科学前沿研究及大地测量基准、资源勘探和灾害监测等领域的战略需求,指出了物理大地测量学面临的挑战及未来10年的重点发展方向,以期为推动物理大地测量学发展及其与地球物理学、水文学、海洋学和空间科学等众多学科的交叉融合提供参考.
物理大地测量学地球重力场地球形状重力场探测技术地球重力场逼近理论
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卫星测高技术已广泛用于大地测量学、海洋学、地球物理学、水文学、冰冻圈科学等领域,在海平面变化、海洋重力场、海底地形、冰川变化等方面研究取得了重要进展.本文较为系统地总结了卫星测高技术的发展现状,以 TO-PEX/Poseidon系列、ERS系列、SARAL/AltiKa、CryoSat-2、Sentinel-3/6、SWOT、ICESat/ICESat-2 及中国 HY-2 系列等代表性任务为主线,梳理低分辨率脉冲有限型雷达测高、合成孔径雷达测高、宽刈幅干涉雷达测高和激光测高等主要技术体制的发展及其在海洋、内陆水体和冰冻圈观测中的应用,并阐述现有业务化测高任务的延续规划以及S3 NG-T、CRISTAL和EDGE等未来任务.总体来看,卫星测高已形成多种技术体制相互补充的观测体系,观测方式由传统星下点沿轨一维测量逐步向更高分辨率的沿轨观测和二维成像拓展,观测范围也由开阔海洋不断延伸至近岸、内陆水体、海冰、冰盖和陆地表面.未来卫星测高将进一步向高频及多频联合观测、二维成像、多星组网和多任务协同发展,通过不同测高任务之间的优势互补,进一步提升观测精度、时空覆盖和长期一致性,逐步构建面向全球多类型地表的综合测高观测体系.
卫星测高激光测高合成孔径雷达测高宽刈幅干涉雷达测高海面高
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地热异常区的寻找一直是地热资源潜力评价中的难点和重点,而浅部地温测量是其中一个重要的工作手段,它可以通过直接测量温度和热的地球物理方法,识别出地热异常区.本文通过系统收集安徽省天长地区9口石油井和地热井深部温度数据,对129口民用井和农田灌溉井进行了测温,绘制了浅部不同深度温度等值线图,计算了深部钻井的地温梯度,并对区内地温场分布特征、地热地质特征等进行了探讨分析.研究结果表明:区内于洼-汊涧镇一带周边、永丰镇-芦龙一带的西侧及铜城镇周边等存在热异常,且区内浅部地温场分布特征主要受基底起伏、断裂构造、地下水活动等因素的影响.区内钻孔的全井平均地温梯度多在3.0℃/100 m左右,大地热流值在55～65 mW/m2之间,属于传导型地热类型特征.本文通过浅部地温测量成果,优选出了3个地热资源前景靶区,为下一步研究区地热资源精细化调查评价和开发利用提供方向.浅部地温测量对深部地热异常的预测有广泛的应用前景,可以作为一种经济而有效的方法,对地热资源空白区前期勘探提供重要科学依据.
浅部地温测量地热资源地温梯度靶区天长地区安徽省
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GNSS 观测技术历经多年发展,已在地壳形变、大地测量、地震预报分析等领域得到了广泛的认可与应用.本研究基于新疆维吾尔自治区地震局 GNSS 连续观测站数据,综合评估数据有效率、信噪比、多路径效应、周跳比等指标,分析可能影响数据质量的因素,从而完善建设方案,为今后 GNSS观测站的数据质量提升以及日常运维提供技术支撑.研究结果表明,新疆 GNSS 连续观测站数据质量良好,观测结果符合学科的规范要求,单北斗(BDS)GNSS 数据质量普遍优于同址观测(GPS+BDS).
GNSS多路径效应周跳比单北斗数据质量
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低轨卫星作为高精度对地观测系统中最为重要的星载平台之一,广泛应用在卫星重力、海洋监测、资源遥感以及工程应用的通信导航等涉及国计民生的重要领域,极大地拓展了人类对地球的感知能力.卫星轨道的精度直接影响对地观测卫星的应用水平,因而低轨卫星的精密轨道确定一直是地球科学领域研究的热点问题.近几年随着轨道动力学、大地测量学等学科的发展,跟踪手段的日益丰富,定轨方法与模型的不断精化,加上高性能精密定轨软件的研制,低轨道卫星的定轨精度已大大提高,逐步向高精度、精细化定轨方向发展.
论文围绕低轨卫星精密轨道确定中的动力学模型、偏航姿态和星载GNSS几何观测模型建立与精化等基本理论和关键技术展开研究.在动力学模型研究方面,精化了与卫星表面相关的太阳辐射压和大气阻力模型,并提出了基于频谱特征的经验加速度补偿模型;在偏航姿态模型方面,针对Jason3和HY-2C系列测高卫星,建立和精化整星偏航和太阳帆板的姿态模型;在几何观测模型精化方面,实现了对星载GNSS接收机天线相位中心的精确校正,采用四元素偏航模型解决导航卫星深地影期间偏航机动,利用星载BDS-3/GPS数据实施单星模糊度固定解,并基于多星实测数据对改进的方法模型进行验证分析.论文的主要研究内容和贡献总结如下.
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在传统大地测量学中,常采用几何投影方法将地面高程点归算至参考椭球面,隐含地假设了外部正常重力等位面与参考椭球具有几何相似性.然而,从物理大地测量学的角度来看,正常重力场的外部等位面扁率随高度而非均匀几何变化,传统膨胀椭球法所采用的恒定扁率假设难以准确刻画这一物理特性.针对该问题,本文基于正常重力位的等位条件,提出一种局部参考椭球的构建方法.该方法通过确定特定正常重力等位面在赤道与极点处的法向距离,为每个高程重新定义局部参考椭球,以更真实地反映正常重力位等位面的局部几何特征.理论推导与数值分析结果表明,该局部椭球模型能够更精确地反映高海拔地区重力场等位面的变化现象,相较于传统参考椭球模型具有更好的物理一致性.
地球重力场正常重力位局部参考椭球椭球变换高海拔工程测量
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跑马铅锌矿位于扬子地台西南缘康滇地轴东侧的攀西裂谷中.矿区主要出露地层为震旦系、寒武系及第四系.矿体主要呈层状、似层状分布于震旦系灯影组第三岩性段与寒武系筇竹寺组的不整合接触界面附近,总体受地层间不整合接触界面、背斜构造双重控制.矿区发育热液蚀变有硅化、碳酸盐化、萤石化和重晶石化,其中硅化与矿化关系密切;主要金属矿物有方铅矿、闪锌矿,伴生黄铁矿,非金属矿物为白云石、方解石、石英、萤石.地质特征表明该矿床属于密西西比河谷型铅锌矿床,具备形成大型层控型铅锌矿床的地质条件.可控源音频大地电磁测量显示矿体具有低阻异常,地球化学测量显示矿体周围具有明显的Pb、Zn、As、Cu组合异常.地质、地球物理及地球化学资料显示Ⅲ号矿体和Ⅳ号矿体西南方向为主含矿层,深部及外围找矿潜力显著,未来找矿勘查应重点关注矿区F9断裂与不整合接触面及F3、F4断裂交汇位置.
跑马铅锌矿床地质特征成因类型控矿因素找矿标志
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以河南济源市济渎泉为研究对象,针对城市化与地下水不合理开采引起的泉域枯竭和生态环境功能大幅衰退问题,采用音频大地电磁测深法(AMT)、激电测深法与高密度电阻率法综合物探技术,对泉域勘查区开展探测,探明研究区内地层情况、厚度、断裂构造及充填性质、分布特征,探明第四系覆盖层厚度及基岩面形态,为实施泉域复流工程提供勘查依据.结果表明:研究区第四系厚度空间差异显著;北部山区往南逐步增厚,济源市区往南至东部渐薄,西部山区往东南部加深.整体上,北部、西部和东北部覆盖层较浅,中部李庄往西南-西石露头、东关桥头以东-河东村以北-西马棚以西一带覆盖层较厚;结合各高密度测量剖面,推测出多条古河道,其中酒雾楼→荆王→西石露头→宋庄等6 条为主要古河道,古河道源头分布主要受盘古寺断裂、封门口断层及三樊逆断层控制;研究区范围内覆盖层含水层段属富水段,下部泥岩砂岩互层中砂岩含水层为深部可开采弱地下水段,富水性由西向东、由北向南渐弱,东北部与西部部分区域赋水性较强,南部较弱.勘查技术科学合理,结果精确可信,为河南省地下水生态修复提供示范与科学支撑.
激电测深音频大地电磁测深高密度电阻率综合物探
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全球导航卫星系统和合成孔径雷达干涉测量等大地测量技术在板块运动、地震和火山等构造活动研究中的持续应用推动了构造大地测量学这一交叉学科的形成与发展.为了厘清与地震大地测量学等大地测量学科其他分支的区别,首先回顾了构造大地测量学的发展历程,并对学科内涵进行了总结.目前,构造大地测量主要有7个研究方向:(1)构造与非构造形变信号量化分离;(2)板块运动与大陆变形;(3)天然地震孕育、成核、破裂与震后弛豫过程;(4)诱发地震成核破裂、发生机理与风险管控;(5)火山活动监测与喷发预测;(6)不同构造活动之间的相互作用;(7)非构造活动对构造活动的影响.得益于观测技术的发展,地表形变监测的时空分辨率和精度取得了显著提升,使得很多科学现象得以发现,获得了很多新的科学认识,也进一步促进了相关理论和模型的发展,为地震和火山等地质灾害防控提供了有力支撑.随着社会需求的不断提高、观测技术的持续进步、人工智能的发展和不同学科之间的交叉融合,未来构造大地测量学解决地球科学关键核心问题、防控地质灾害风险、保障国民经济建设和社会可持续发展的能力将会得到进一步提高.
构造大地测量地震周期形变诱发地震火山活动构造活动
