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动态大地测量读书笔记
张永奇（学号：0826010）
本学期所上的动态大地测量学主要分为八章：（1）总论；（2）地球构造：（3）甚长基线干涉测量；（4）地球自转；（5）固体潮；（6）板块大地构造学说；（7）地壳运动的监测；（8）地震预测。这八章内容叙述通俗易懂，内容详实，把动力大地测量的知识贯穿始终，是一本非常有价值的书籍。通过对这本书进行深入细致的阅读，使我掌握了大量的相关知识，也是我对动力大地测量学产生了浓厚的兴趣。下面我将阅读时得到的一些有重要意义的知识点罗列如下，结合自己的一些看法做一些简单的分析。
首先从总论开始说起，总论的作用时提纲挈领，主要介绍了什么是地球，地球的组成以及运动，地壳运动大体分为两类：1.整体性运动：（1）岁差和章动；（2）地球自转不均匀；
（3）海潮和固体潮；2.地壳运动：（1）全球性板块运动；（2）区域和局部地壳运动；（3）陆地表层沉降。讲了地壳运动的力源机制，观测手段，最后总结了地球动力学的任务：（1）地球自转的研究；（2）固体潮的研究；（3）板块大地构造学说；（4）板块内地壳形变的研究。总之该章将后面的几章内容作了预告，也将后面的几章中的核心问题进行归纳总结。有利于读者进行阅读。
接着说说“地球构造”这一章。地球的内部由地核，地幔，地壳构成。地震与地球内部的关系，地震波有初至波（P波）次波（S波）面波（L波）P波是纵波其中介质点在波的传播方向上前后振动，与声波相似；S波是横波，其中介质点在垂直波的传播方向上振动。P波和S波在三维空间的任何方向传播,因而可以穿过地球内部，称为体波；其中p波可以穿过液体；s波在液体中消失。由于这三种波的传播速度不同，因此从震源到观测站的顺序不同，顺序是P波-S波-L波.在地球自转运动中，地幔和液外核是通过施加在核-幔界面上的耦合转矩而互相发生作用的。其中讨论了四种机制：（1）惯性耦合；（2）摩擦耦合；（3）地形耦合；（4）电磁耦合。地壳均衡学说。这一学说是从静力平衡原理进行描述地壳构造。根据这一原理，如果岩石圈漂浮在软流圈上处于平衡状态，那么大陆的质量过剩和海洋的质量亏损为岩石圈陷入软流圈的深度变化所抵偿，或为密度所抵偿。现在存在三种均衡抵偿模型：
（1）艾黎模型（1855）；（2）普拉特模型（1855）；（3）维宁-曼乃兹模型（1931）；现在讲地球大气：根据大气热状态特性大气圈分为：对流层（0-15km），平流层（15-50km）；中间层（50-85km）；热层（85km以上）；外层。最后讲了地球表面的各种构造形态。（1）沉积盆地：沉积盆地是不断下沉的，在他们的底层史上保存了若干亿年的地面垂直运动的记录，他的重力信息可以为盆地的区域地质构造提供有益的信息；（2）地盾：；（3）造山带；最后讲了断层运动形成的构造形态：（1）正断层：这种断层是一岩石块体向下滑动所沿行的一个倾斜面，是一地区的地壳中的水平张力所引起的。水平张力势必增加该地区的面积，这种断层运动的结果正是增加岩石块体所覆盖的面积。（2）逆断层：这种断层是一岩石块体向上滑动所沿行的一个倾斜面，是一地区的地壳中的水平压缩力所引起的。这种力使岩石层发生形变，如果岩石层没有只够的塑性，就会断裂，而不是褶皱。逆断层正是断裂的结果，在这种断层
上，一个岩石块体骑在另一个之上，以缩小该地区的面积。（3）平移断层：这种断层是一个岩石相对与另一个岩石做水平运动所沿行的一个面，是地壳中方向相反但不沿一条线作用的两个力引起的，其结果是使地壳扭曲，而不是改变面积。关于地震的成因目前有三种假说，但最受人们关注的是断层假说；根据这一假说，岩石圈的局部地区在长期构造里的作用下，积累了大量的应变能，当积累了能量超过了岩石圈能承受的限度时，该地区就出现弹性断裂和错动，形成断层，或者沿已有的断层发生突然的滑动，释放出大量的能量，其中一小部分以地震波的形式传播出去，形成地震。
现在说说“甚长基线干涉测量（VLBI）”这一章。这一章主要介绍了甚长基线干涉测量的原理及在实施观测时要注意的细节，讲了影响VLBI观测的各种因素，其中影响基线方向的因素有岁差，章动，地球周日自转，极移和周日极移；影响测站几何位置的因素是固体潮，天线结构，相对性论引力偏差和还有负荷；直接影响信号延迟的因素是设备的时间延迟和相位延迟，时钟的同步误差以及传播介质。接着讲了VLBI的精度估计，利用VLBI建立惯性坐标系。为了测定和研究各种地球动力问题，以及满足其他方面的需要，一国际协议原点（CIO）和国际时间局（BIH）定义的经度原点为参考所建立的地固坐标系已不适应。需要建立和保持两个基本坐标系：一是协议惯性坐标系CIS，他是一某种规定的方式与河外射电源联系，另一是协议地球坐标系CTRS，他是已某种规定的方式与若干个观测台站联系，并在某种平均一意义上随着地球运动和旋转，是一种地固坐标系；
地球自转这一章讲了很多以前没有认识的新知识。地球在空间运动是有三种运动来描述的：一是地轴方向相对于空间的变化；二是地轴方向相对于地球本体的变化；三是地球绕地轴自转速度的变化。第一部分变化的周期部分称为章动，长期部分称为岁差；第二项变化称为极移；第三部分成为地球自转速度变化或日长变化；极移和地球自转速度变化合成地球自转不均匀。地轴方向相对与空间运动主要是由于日月引力引起的，而日月引力也是引起地球自转不均匀的力源之一，此外地球弹性和液态外核对章动和地球自转不均匀都有影响。然后对岁差和章动做了理论上的分析，总结了地球自转的理论基础。现在主要说一下影响地球自转的各种因素。地球自转不均匀性有两个意义：一是地轴摆动也就是极移；二是自转速度变化。影响地球自转的主要独立因素有四：惯性力，大气层，海潮和日月引力。前三种属于地球系内部的力，是地球自由运动的起因，日月引力属于外力，是地球受迫运动的起因。大气层对地球自转的影响；潮汐摩擦对于地球自转运动的影响；核-幔耦合对于地球自转运动的影响。
固体潮对于我来说是一个崭新的名词。其含义是固体在日月引潮力作用下所产生的周期性变化。地球是刚性的，也有一定的弹性，地幔物质具有某种粘滞性，地核外面是液态。因此实际地球是一个滞弹性体，由于日月引潮力引起地球形变是弹-滞形变。引潮力是作用与地球内一单元质点上的日月引力与地球绕地-月（地-日）公共质心旋转所产生的惯性离心力的合力。随着作用点的不同和日月相对于地球的位置的变化，引潮力的大小和方向也发生变化。基于地球是一个弹滞体，提出平衡潮理论和引潮力位。所谓的平衡潮理论就是说假设地
球是一个绝对的刚体，其表面全部被静止的和不可压缩的海水所包围，形成一个重力位水准面；这个面在日月引潮力和重力 下产生潮汐运动，研究这种运动的理论称为平衡潮理论。引潮力为是一个标量，将其求导就是引潮力。影响固体潮观测的各种干扰因素可分为两类：一是与固体潮同频率的；二是非周期性的。前者在时间序列观测列中同真正的固体潮信号混在一起，他的各个分量的频率同信号频率一样。与固体潮同频率的干扰因素主要是海潮和大气潮影响。非周期的干扰因素是天然的和人为的非周期性地面运动，海水水位变化和长期的气候变化等。最后测站所在地的局部效应可能对固体潮观测结果带来重大的影响，如空洞效应，地形不规则性，地质不均匀性和地下水位变化等。研究固 体潮的重要意义在于，对于固体潮，人们可以从理论上精确计算其作用力以及刚体地球因此产生的形变，并于实际的地球的形变比较，有两者之差来研究地球内部构造和动力现象。对于其他的动力现象，人们无法建立这样的数学模型，从理论上推算其影响的大小，有的动力现象甚至连其激发机制还不清楚，这一情况说明了研究 固体潮的首要意义。就大地测量来说，他的观测精度已经足以满足监测各种地球动力现象，但观测结果中混杂有各种动力效应。显然大地测量的观测结果只有消除了固体潮影 响之后，才能用于研究其他的动力现象。
“板块大地构造学说”这是综合有关地球上层运动的若干假说而形成的一种统一的学说，她提供地球上层的运动模型，用于解释目前地球上层中发生的构造运动和地震活动而这些运动则是由于以地震带为其边界的全球若干个刚性块体相互作用的结果。关于板块构造学说的起源，可以追溯到德国的韦格纳于1912年提出的大陆漂移说。他的设想是这样的：大约3亿年前，北美大陆同欧亚大陆是相连的，南美大陆和非洲是相连的这个巨大的块体称为范古陆，南半球大陆也附在其上。大约在2亿年前开始漂移。关于大陆漂移的驱动机制，霍姆斯最早提出地幔对流说，并用于解释大西洋的成因。地幔热对流在开始时，上升的对流住朝着范古陆的中心冲击，并朝着相反的方向分成两股，有把大陆撕裂的趋势。当对流足够强烈时，大陆终于被撕裂，分成两半载于方向相反的两对流住上，并被他们带到向左右两方漂移。在地幔对流层中，热对流是由地幔物质内部密度差或温度差所驱使的。海洋研究的进展从三个方面支持了地幔对流说：一是海底地壳热流量测量；二是深海地震测深，三是海洋重力测量。赫斯与1961年提出了海底扩张说，他认为中央海岭是地幔对流物质的出口，新的海底地壳由这些上涌的物质在这里形成，同时向海岭两侧扩张。迪茨也是大约在1961年提出海底扩张学说，而且更为明确，他认为不仅地壳是刚性的，直到地球表层以下约70公里都是为刚性的岩石圈，而且它的下面还有一个软流圈，岩石圈能够在它上面比较自由的运动。全球板块分布模型。板块边界并非大陆边缘，全球板块分布于大陆和海洋 的分布无关，在六个大板块中，除了太平洋板块完全是水域外，其余五个板块都兼有海洋和陆地。建立全球板块运动模型是为了测定各板块相对于某一参考标架的运动，是了解发生在板块边界上的各种构造现象和解释板块大地构造的基础。以某一板块为参考的板块运动，称为板块相对运动包括两个参数：速度，方向。测定板块相对运动速度的方法有文因-马修斯法，二是地形法，三是布鲁内法。测定板块相对运动方向的方法有转换断面法，二是断层面解法，前者适合板
块生成边界，后者适合板块消失边界。为了求定绝对板块运动，过去采用两种方法：1.古地磁学法；2.古气候学法。前者所用的参考标架是与地磁偶极子轴发生关系的；后者采用的参考标架则与地理轴发生联系。板块构造学说有两项基本原则：其一是板块内部是刚性的；二是板块边界是狭长的。板块大地构造学说认为，板块是作为一个刚性整体而运动的，它的形变主要发生在边界上。在大陆的内部，岩石圈的断裂和褶皱是很剧烈的，远不能把板块看成一个刚体。在大陆板块内部，个别地区地震活动也很剧烈，震中的分布范围相当宽。因此不论是发生在板块边界还是内部的地震，实质上都是板块运动的结果，其主要的力源是地应力。最后讲了研究板块大地构造活动的重要意义：一是寻找矿产资源；二是减灾。
下面是地壳运动的监测，这章是整本书的核心。涉及到很多地壳形变的概念。是研究地学的基础。所谓地壳形变就是在地球内部构造应力的作用下所引起的地壳一些元素的相对运动。他们可以是垂直运动，水平运动也可以是倾斜运动。综合表现为大面积的地壳形变。监测地壳形变运动的目的有四：1.测定板块运动的参数。2是测定大陆板块和海洋板块的内部形变；3.是测定板块边界与大陆地震有关的区域形变和应变积累；4.是测定其他地震活动区的区域形变和局部形变。为了达到上述目的需要建立三级地壳运动监测网：1.全球板块运动监测网；2.区域地壳运动监测网；3.局部地壳运动监测网。为了建立全球板块运动监测网，用于测定板块运动参数和板块内部形变，一般要求每一块上的稳定部分，至少布设三个测站。空间尺度由几百公里到1000公里的瞬间构造运动，一般是区域地壳运动，为了建立区域地壳形变运动监测网，现在都采用空间大地测量技术。区域地壳形变监测网对于应变积累情况有着重要的意义。为了测定现代地壳垂直运动，传统上都采用重复精密水准测量。但这一方法存在缺陷：1.是作业效率低；2.是由于地面折射引起的系统误差的积累；3.是重复水准测量所得到的高程变化不完全是地壳垂直运动，含有因地壳质量迁移引起的大地水准面变化。要想改进方法，必须要精确测定大气层的传播延迟的影响。地壳运动监测的现状。为了监测板块边界变形所需要的较高空间分辨率是利用VLBI和激光测卫流动站来实现。到1985年全球板块运动监测网已经包括拥有VLBI和激光测卫系统的44个固定台站（包括上海天文台）参数获取，处理和分发的各家科学机构共有41家。地壳应变分析。应力的概念，地壳是具有一点弹性的，当作用于它的地应力不超过地壳岩石的弹性强度时，就产生弹性应变，成为地应力。应力分为法向应力和切应力，若通过一个面的法向应力为正，则成为张应力，为负就是压应力。张应力将该面的质量从负方的质量拉开，压应力使正方向的质量向负方向的质量压缩。应变有两种量度：一是一条线的长度变化，二是两条线的之间的角度变化分别成为线应变和切应变。应变的第三种形式是面膨胀，第四种形式是刚体旋转角。
最后一章是地震预测。地震是由于地球内部由应力所积累的应变能的突然释放。在这种冲击下，地壳或地幔的岩石突然破裂，产生地震波，从而在相当范围内引起地面震动。一次地震所需要的能量是长期积累起来的。当这种积累的能量超过岩石的强度时就已地震的形式在很短的时间内被释放。按震源的深度，分为浅源地震（
震是构造地震。火山喷发前地下岩浆冲动，或者喷发时火山口内气体大爆炸所构成的地震叫火山地震。由于人类活动（水库蓄水，深井注水，地下核爆炸）破坏了局部的地壳稳定性所导致的地震称为诱发地震。按照强度（以震级M表示）可以划分为小地震（M8）.全球化分为三个地震带：环太平洋地震带，释放地震能量占全球总量的75-80%；地中海-南亚地震带，释放地震能量占全球总量的20%；全球断裂的地震带；中国位于欧亚板块的东南部，为印度洋板块，欧元板块，太平洋板块和菲律宾板块所挟持，又处于环太平洋地震带与地中海-南亚地震带之间。但中国地震并不属于这两个地震带（台湾东部和西藏云南局部地区除外），而是自成体系，显示出许多独有的特征，如分布广，强度大，频度高，震源钱，复发周期长等。根据对地震孕育的物理过程以及在此过程中地壳岩石物理性质和力学状态变化的认识，预测未来地震发生的时间地点和强度，称为地震预测。根据地震发生的地质构造条件宏观估计地点和强度，并据此以在大范围内划分未来各种不同强度的地震危险区，称为预测地震的地质方法。地震预测研究迄今没有得到突破，但是人们对于地震的了解比过去深入，表现为三个方面：第一，人们已经辨认出西北太平洋板块消失带史前大地震的地址证据，地壳应变的大地测量结果与两次地震间的弹性应变积累一致。第二，史前地震的地质研究以及人们对于地震周期的认识的提高，使得某些地区发生地震的可能性作区域性估计成为可能。第三，对于一些地区与分布在板块间的形变相联系的地震风险有了更好的评估能力。异常地壳构造运动是脱离了刚性板块运动模型的地壳构造运动。他们可以归纳为两类：一是大尺度或区域尺度非刚性状态的运动，例如板块形变和板块边界地区的形变；二是瞬变运动或非恒定运动，主要表现为形变的时变变化，例如震后形变和无震形变。地壳形变的时空变化，以及应变积累和在岩石圈内的传播，是与地震预测密切相关的两个问题。两个板块沿转换断层的相对运动可能不受阻挡，也可能被沿断层额摩擦力暂时阻滞，由于岩石圈板块具有一定的弹性，这种阻滞导致应变积累。在板块挤压边界上，也产生这样的应变积累。应变积累可以在地面上观测出来，他表现为地面点相对位移和地壳垂直运动（地面隆起或沉降），而伴随这些运动的质量迁移又引起重力变化，这种变化是可以测量的。根据边界应变累积的观测结果得到：1.最大长期应变积累率（板块相对运动速度除以应变积累地带的宽度）的典型值是3×10-7/年；2.应变积累过程很大一部分可以认为是地下深处板块断层边界的滑动；3.在应变积累过程中，会引起宽度为100km或更宽的地带中的某种弹性形变。根据长期的地壳形变观测结果，人们认识到与地震活动有关的地壳形变一般可以分为长期平稳，震前异常，发震和余震四个阶段。第一阶段的特征是应变积累平稳而缓慢，经历时间长；第二阶段的特征是应变积累速度快，方向改变，但经历的时间 不长；到了第三阶段，积累达到极限，介质破裂应变能量突然释放；第四阶段释放剩余应变能量，速度转慢，逐渐恢复正常。大地测量为地震预测研究提供的信息是多方面的，主要包括：1.以高精度和严密的措施实施重复水准测量；2.在各种规模的检测区中布设基线网或辐射状的测距边，用电磁波测距仪测定他们的长度变化，以提供水平应变积累数据。3.地壳运动的检测包括板块边界的检测，区域监测
和局部监测，以提供全球，区域和局部范围内应变传播和积累的信息。4.在适宜的地点设置伸缩仪和倾斜仪内固定观测站，进行连续观测。5.在重点监测区设置GPS固定观测站网，进行连续观测。为此，需要建立卫星 定轨系统，以提供精密星历。6.除了精密水准测量需要伴随有重力测量之外，凡是地壳运动显著的地区，需要由重复重力测量推求重力变化。7.系统地分析有关天文台站用经典光学天体测量仪器所得到的时间和纬度观测结果，主要异常现象。从预测的时间来划分可以分为长期预测，中期预测，短期预测。震前异常现象主要要7类：地壳形变异常以及伴随重力变化异常；地震活动异常；地磁异常；地电异常；地下水异常；地声与地光异常；动物习性异常。
上面就是这本书的全部内容的总结，里面是一些我认为比较经典和重要的知识点，虽然有些以前是了解的，但通过阅读本书，对这些概念和理论有了更进一步的认识。从中学到了很多的新知识。但是这些知识整本书的很小一部分，里面有太多的详细解释和实例，可以帮助我们进行理解。动力大地测量这门课与空间大地测量以及大地构造与地壳形变紧密相连，是一个相辅相成的有机整体。因此学习本书也就间接学习了空间大地测量以及大地构造与地壳形变的内容。
这本书博大精深，每阅读一次就有不同的收获，里面有很多知识点比如说，极移，章动，正断层，逆断层，固体潮，地壳形变，地震预测等等。尤其是地壳形变监测这一章，里面介绍了如何对地壳形变进行监测，交代了许多形变的特征，比如说应变，应力，剪应力，面膨胀等，对我的专业研究方向指明了道路。作为一门研究生课程，这本书真正做到了深入浅出，通俗易懂的效果。里面的很多内容代表了当时的研究水平和科学方向，对当时的科学研究是一种指导，就是现在，仍然具有其实用意义和参考价值。
以上就是我的阅读心得，有什么不妥之处，希望老师批评指正，若此，我将不胜感激。
学生：张永奇
2009.6.2
