青藏高原潮汐响应特征研究

The observations and studies of the Earth tides are effective ways to explore structure in the Earth interior. Long-term continuous measurements from the superconducting gravimeters (SGs) belonging to a worldwide network of Global Geodynamics Projects (GGP), especially those recorded with three SGs installed in Chinese mainland, are used to determine accurately the tidal gravity parameters. The spatial and spectral pattern of tidal deformation of solid Earth will be comprehensively investigated to develop global experimental models for gravity tides. The gravimetric amplitude factors and Love numbers of body tides will be deduced by means of numerical integration of tidal movement differential equations for a spherical, non-rotating, elastic and isotropic (SNREI) Earth. The solutions of tidal movement for an SNREI Earth are employed as the fundamental solutions, and effects of Earth rotation and ellipticity and physical property anomalies of the crust and mantle relatively to an SNREI Earth are regarded as perturbation, respectively. Based on Rayleigh-Ritz variational principle, the effects of rotation, ellipticity and lateral heterogeneity, especial those of the crustal structure of the Tibetan plateau, upon the tidal deformation of the Earth are theoretically simulated by means of small parameter perturbation. Analyzing and comparing the theoretical simulation with the tidal observations measured with the SGs, the characteristics of tidal response in the Tibetan plateau will be resulted. Our results should provide valuable references for understanding and investigating uplifting of the Tibetan plateau and the related hotspots of continental dynamics.

固体地球潮汐的观测与研究是探索地球内部结构的有效手段。利用全球地球动力学（GGP）观测网络中超导重力仪（SG），特别是中国大陆3台SG长期连续观测资料，精密确定重力潮汐参数，系统分析研究固体地球潮汐形变特征，建立重力潮汐全球实验模型。采用球对称、非自转、弹性和各向同性(SNREI)地球模型，引入谱元方法,通过对潮汐运动方程的数值积分，获得不同阶数的体潮Love数和重力潮汐振幅因子。基于Rayleigh-Ritz变分原理，以SNREI地球潮汐运动解作为基本解，采用“小参数扰动”方法，分别以地球自转和椭率效应、地壳和地幔结构相对于SNREI地球的侧向物理参数异常作为扰动，理论模拟这些复杂因素，特别是青藏高原地壳结构对潮汐形变的影响，分析、比较理论模拟结果和SG重力潮汐观测结果，获得青藏高原地区固体潮响应特征。研究成果对理解和探索青藏高原隆升及相关热点大陆动力学问题具有重要的参考意义。

固体地球潮汐的观测与研究是探索地球内部结构的有效手段。系统分析处理全球地球动力学（GGP）观测网络中超导重力仪（SG）观测资料，经过精密的海潮、大气和陆地水负荷效应改正，精密确定了武汉、拉萨河丽江台重力潮汐参数，初步建立了局部重力潮汐基准。结果表明，与武汉国际重力潮汐基准相比，拉萨和丽江台重力潮汐振幅因子平均偏大约0.34%。引入谱有限元方法和解析近似结合矩阵传播方法，系统研究了固体地球在引潮力、表面负荷和点源位错等内外力驱动下的形变特征及其热效应，完善了地球形变理论。基于球对称、非自转、弹性和各向同性(SNREI)地球模型（PREM），解算了SNREI地球的体潮、负荷和位错Love数，以及重力和形变Green函数，解决了Love数和Green函数计算的收敛性问题。基于Rayleigh-Ritz变分原理和互易定理，以SNREI地球潮汐运动解作为基本解，采用3维地球模型GyPSuM，理论模拟了侧向非均匀效应对M2潮波重力潮汐因子的扰动，结果表明，与拉萨与武汉台站观测的潮汐因子差异相比，横向非均匀效应仅可提供9%的贡献解释。系统分析了中国大陆重力连续观测台站背景噪音分布的时空特征，在国际上首次在超导重力仪背景噪音观测中成功提取了长周期地震面波信号和背景自由振荡信号，并获得了面波群速度频散曲线。联合空间大地测量和地震学方法，对地震的震间、同震和震后的形变特征及机理开展了深入、系统的研究。分析了鲜水河中南段地震空区的震间滑移率，闭锁深度以及地震矩亏损，较为精确地评估了该空区的孕震能力；反演了2017年Mw 8.2的墨西哥地震和2018年Mw 7.9的阿拉斯加地震的破裂细节，得到了其精确的滑移分布；分别研究了2017年Mw 8.2的墨西哥地震的余滑分布以及2015年Mw 8.3的智利地震的下地壳和上地幔的粘度，分离了震后余滑和粘弹性松弛导致的形变。.研究成果为理解和探索青藏高原的隆升及相关热点大陆力学问题具有重要的参考意义，为国内外同行研究地球的形变提供了可靠的理论方法，为认识断层的耦合、破裂过程，以及地下结构和孕震动力学机制提供了关键性依据。