大地测量与地球内部物理研究.PDFVIP

维普资讯 第l9卷 第3期 测 绘 学 报 v。1．19，N。．3 I990年8月 ACTA GE0DAETICA etGART0GRAPHICA SINICA Aug．，l990 露 大地测量与地球内部物理研究 许 厚 泽 (中国科学院测量与地球物理研究所) 提 要 本文对大地测量应用于地球内部物理研究的几个 问题作了评述。大地测量观测到的 冰后回升运动是了解地幔非弹性的重要依据， 利用大地水准面起伏可验证俯冲带和下地 幔处的密度异常分布； 对地球近周 日摆动频率的检测则对核幔扁率提供了有效的制约条 件。 一 、 概 述 地球内部物理状态，特别是其密度、弹性、粘滞度及侧向不均匀等性质的研究，通常可 以通过地球对不同频率作用力的响应来反演。 目前可获得的资料及涉及的频段有：地震波、 自由振荡，潮汐形变、地极 的张德勒摆动、冰后回升运动以及地幔对流等，包括从很高频 极缓慢的力的响应。近几十年来，由于空间技术的发展，大地测量工作已有可能测量出许多 有效的反映上述现象的地面观测数据，从而有助于人类对地球 内部物理性质的认识，这些数 据包括 板块运动的速率与方向、张德勒摆动的周期及其0值、地球形状及其变化 地球潮 汐形变、大地水准面起伏、长波长地球重力场、海平面的相对变化、潮汐摩擦导致的能量耗 散等等。本文就几个应用大地测量资料研究地球内部物理性质问题的进展作一评述 。 二、地球的冰后 回升运动与粘滞性 众所周知，在最近的解冰期，世界上三大冰盖，l~lJLarentide，Fenoscandian及Antarctic开 始溶融，由于地球的滞弹性特征，地球将表现出冰后的均衡调整，并在冰后均衡调整过程 中 出现一系列地面上可观测到的信息，这些信息都与地幔的粘滞特性密切相关。迄今特别有用 的有四种信息，即 相对海平面变化史、冰后回升中心处现存的负重 力异常值、地球 自转速 率的非潮汐加速及地极相对于地表的长期漂移。这些信息都 已由现代 的大地测量技术精密测 定 出来。 另一方面，人们可以定量地从理论上估计出冰期均衡调整过程中各种信息的量级。事实 上，问题可归结于滞弹地球对时变地球表面负荷作用的响应 问题，这里的特点是：作用的表 面负荷是时变的(涉及18000年前起的冰盖溶融史)，地球的响应表现为滞弹的。和静态表面负 荷问题一样，问题的解仍然可表示成作用力与格林函数的褶积，但现在 的作用力和格林函数 都是时变的。 Peltier等Cs)CO)CT)对此问题作出了重要的贡献，他们在求解时选用的地球模型是一球对 丰文IOSO年7月21日收至“ 维普资讯 3期 许厚泽：大地测量与地球内部物理研究 209 称、成层、侧向均匀、非旋转的滞弹体。该滞弹体取为Maxwell体并假定整个地幔内粘滞度q 的分布是均匀的或简单分层的。所得解的最后形式可表示为： 相对海平面变化f = ÷(LJ{G}+Lo{G+D)C(日，) (1) ． 空问重力异常 g g=Lf{{G +L 十G (2) 式中 表示时空双重褶积，C(日， )为海洋函数，日，为余纬与经度，L，、Ln为冰负荷及海 洋负荷函数，D为海洋质量守衡所要求的常数，G 及G 分别为海平面及重力格林函