海洋重力场变化与海底火山活动研究

Submarine volcanic is a very important content in the study of geodynamics and global change. Due to the limitation of the objective conditions, the traditional observation technology has a lot of problems in the monitoring, inversion and interpretation of this kind of phenomena, and has restricted our further exploration to the whole Earth System Science. The essential factor causing the change of ocean gravity field is the mass transfer and the mass balance in the Earth's interior. The volcanic activity is a typical mass transfer phenomenon, which has strong and significant impact on the local ocean gravity field change. Marine gravity data is essential for monitoring the processes linked to volcanic activity. This research focus on the scientific theme of submarine volcano activities and global change, take full advantage of the modern space geodetic technique and method, mechanism research of marine volcano geodesy innovation. According to the relationship between the mass transfer and external gravity field response, by analyzing the change of marine gravity field data, will present the accurate quantitative analysis of the distribution characteristics in the past thirty years of the global submarine active volcano, combined with a typical case study of submarine volcano, volcano eruption matter density inversion and inversion structure of submarine volcano activity. This research will lay the foundation for the further improvement of the Earth’s science theoretical system, and establish a realistic Earth’s dynamics theory.

“海底火山活动”是地球动力学与全球变化研究中一个非常重要的内容。受客观条件的限制，传统观测技术手段对这类现象的监测、反演与解释存在很大不足，制约了我们对地球系统科学的进一步探索。引起海洋重力场变化的本质因素是地球内部质量迁移与物质平衡，火山活动作为一种典型的质量迁移现象，其对局部海洋重力场的影响非常显著。项目研究紧紧围绕“海底火山活动与全球变化”这一科学主题，充分利用现代空间大地测量技术方法的优势，创新性的开展海底火山大地测量学机理研究；根据质量迁移与外部重力场响应的对应关系，利用海洋重力场时变资料，精准定量地分析近三十年全球海底活跃火山的分布特征，并结合典型海底火山喷发实例，开展海底火山活动过程反演和火山喷发物质密度结构反演研究。项目研究为进一步完善地球系统科学理论体系，建立符合实际的地球动力学理论打下基础。

“海底火山活动”是全球变化研究中一个非常重要的内容，也是与地球内部物质质量迁移密切相关的地球动力学现象，对地球各圈层相互作用有着十分重要的影响。受客观条件的限制，传统观测技术手段对这类现象的监测、反演与解释存在很大不足，制约了我们对地球系统科学的进一步探索。引起海洋重力场变化的本质因素是地球内部质量迁移与物质平衡，火山活动作为一种典型的质量迁移现象，其对局部海洋重力场的影响非常显著。地球重力场是地球固有的物理特性之一，它反映了地球内部物质分布、运动及其变化状态。通过不同时期重力场的差分观测，可获得全球重力场时变及其空间分布信息，再结合板块构造理论，将为解释和分析地球动力学现象及地球物理特征提供准确的资料。项目研究针对全球海洋重力场精细建模及海底大地测量观测技术难题，提出利用高精度、高分辨率的测高重力场，构建海洋时变重力场，并根据质量迁移与地球外部重力场变化的对应关系，研究深海构造运动。利用近三十年来卫星测高海面形状精确测绘连续观测资料，构建全球海洋十年际测高重力场变化序列。依托现代大地测量精准定量的技术优势反演分析全球洋底板块运动特征，给出全球尺度洋底板块构造分布特征及现今运动状态分析；针对地球动力学研究热点海底火山活动监测难题，通过小尺度测高海洋重力场变化分析，推演海底火山岩浆活动过程。通过多周期海洋重力场重复观测资料，探测地球表层典型区域质量快速迁移现象——海底火山喷发过程中的岩浆活动特征。以日本西之岛海底火山活动为例，研究团队利用DEXP三维成像技术，对火山内部岩浆分布进行快速成像，并通过对应于火山喷发前、中、后三个时期的成像结果对比，分析其岩浆运动，揭示了火山喷发岩浆运动的复杂特性。研究工作涉及大地测量学、地球物理学、地球动力学等诸多学科。为深刻理解洋底板块构造特征及现今活动状态，研究海洋岛屿形成过程及地球动力学机制解释，探究地球内部奥秘，提供了一种全新的研究思路。