利用GRACE数据反演现今青藏高原地壳垂直形变速率

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青藏高原的隆升及气候变化,对区域及全球气候环境具有重要的影响,东亚季风系统的形成和演变与青藏高原的垂直形变密切相关,在其驱动下造成西北地区黄土开始沉积、亚洲内陆的持续干旱化、地震、滑坡和泥石流等地质灾害频频发生,因此研究青藏高原垂直形变速率的相关问题有助于我们了解全球气候演变和大陆碰撞的机理,对气象学、地质学等具有重大的意义。本文主要以青藏高原及其周边区域为研究对象,以卫星重力数据、水文模型、湖泊数据、冰川数据和冰川均衡调整模型为基础资料,采用球谐系数转换、高斯滤波、去相关滤波、最小二乘、直立长方体模型等方法对研究区域的重力变化速率及其垂直形变速率进行研究。主要研究内容及结论如下:(1)利用2004-2015年的GRACE RL06卫星重力数据,对青藏高原重力变化速率的分布特征进行分析,结果发现在青藏高原及其周边区域重力变化速率呈现出分布不均匀的特点:在印度板块、青藏板块内部、四川盆地和缅甸板块重力呈增加的趋势,而天山、喜马拉雅山脉、华北板块均为重力减小的区域。其中印度板块南部重力变化速率约为0.32μGal/a,青藏板块内部重力变化速率约为0.17μGal/a,四川盆地重力变化速率约为0.1μGal/a,缅甸板块重力变化速率约为0.21μGal/a。而印度板块与青藏板块交界处的喜马拉雅山脉重力变化速率约为-0.56μGal/a,天山区域重力变化速率约为-0.3μGal/a,华北板块重力变化速率约为-0.1μGal/a。(2)假设GRACE检测到的信号只包括陆地储水和地壳构造运动,因此利用水文模型、湖泊、冰川和冰川均衡调整等数据,计算得到2004-2015年陆地储水引起的重力变化速率分布,并将其从GRACE数据得到的重力变化速率中去除,从而得到地壳构造运动引起的重力变化速率。结果发现青藏高原南部区域重力变化速率为负值,北部区域重力变化速率为正值,其中印度板块北部与青藏板块的交界处重力变化速率约为-0.5μGal/a;印度板块、缅甸板块和青藏板块的交界处重力变化速率为-0.3μGal/a;而青藏板块与塔里木盆地交界处重力变化速率约为0.35μGal/a;其它区域重力变化速率较小,天山区域约为-0.1 5μGal/a,四川盆地约为0.1μGal/a。(3)假设得到的地壳构造运动信号只是由地壳垂直形变造成的,而不包括地壳水平运动造成的信号,因此利用直立长方体垂直运动与重力变化的关系模型反演出研究区域的地壳垂直形变速率分布。研究结果表明青藏高原地壳垂直速率分布具有不均匀的特点,表现为以冈底斯山-唐古拉山-鲜水河断裂带为界线,其两侧的速率差异较大。位于界线以南,沿喜马拉雅推覆构造带的区域平均隆升速率为3.2mm/a,其中西侧的印度板块与东侧的缅甸板块隆升速率分别为4.3mm/a、3mm/a,位于两板块之间的区域隆升速率为1.2mm/a;位于界限以北,除了天山区域和华北板块的隆升速率为1mm/a,其它区域隆升现象不明显,其速率为0mm/a。研究发现存在两条均穿过正断裂带区域的隆升速率梯度带,其中一条为从加德满都到塔里木盆地,其恰好穿过青藏高原内部的正断裂带,另一条为从那加山到四川盆地,其恰好穿过大理正断裂带。本文的结果对研究青藏高原隆升等科学问题提供了一些理论支持,并有助于了解大陆板块碰撞机理及其过程。
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