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1、第19卷第1期地壳形变与地震Vol.19,No.11999年2月CRUSTALDEFORMATIONANDEARTHQUAKEFeb.,1999X重力场与构造应力场内在关系的理论研究向 文 李 辉(中国地震局地震研究所,武汉 430071)摘 要 根据地球动力学原理,提出了重力异常变化量向构造应力场应力降转化的理论模型,推导了简明的应力降值及其方位角的实用计算公式。考虑到研究的是动态场,涉及到的时间范围短,在做理论分析时,可以忽略地形改正和莫霍面深度起伏改正。从而,能够应用重力测量研究监测区域的动态应力场特征。根据应力分析方法,阐明了重力场和应力场的异常变化与孕震过程存在密切关系。主题词 重
2、力异常 应力降 动态分析STUDYONTHEINNERRELATIONOFGRAVITYTOTECTONICSTRESSFIELDSXiangWenandLiHui(InstituteofSeismology,CSB.Wuhan430071)AbstractInthispaper,theinnaterelationbetweenthegravityfieldandthetectonicstressfieldisstudied.Accordingtothedynamicsoftheearth,themathematicalrepresentationongravityanomalychangei
3、ntotectonicstressdropiseffectivelyestablished.Theformulagivesthequantityandthedirectionofthestressdrop.Itisshownthatthereexiststhecloserelationamongabnor2malchangeofgravityfieldandstressfieldandseismogenicprocess.Theinformationaboutanomalousgravitycouldbeusedtostudythetectonicstresscharactersinthesa
4、meareas,whichisverysignificantintheearthquakepredictionandthepartitionofriskstrongearthquakeregion.Keywords:gravityanomaly,stressdrop,dynamicanalysis.1 引 言组成宇宙万物的物质都处在永恒的运动之中,地球内部的物质,特别是地壳和上地幔的物质作为其中一分子,自然存在着大规模的、持续的和有规律的运动。引起运动的力源相当复收稿:1998-03-30;修回:1998-05-28X“九五”国家科技攻关资助项目(96-913-04-01-03).第1期
5、 向文等:重力场与构造应力场内在关系的理论研究 33杂,有地球内部原因,有来自宇宙空间诸因素,其中重力是最强大的力源。重力能够使地球上一切物体尽可能地取其最小位能,从而地球处于一种相对稳定状态。但是由于地球物质在不同深度、不同尺度上具有纵横向非均匀性,使得地球总是处于一种不稳定状态,重力的作用又要使它恢复到稳定状态,这样,地球物质将产生大规模垂直与水平物质运移,密度不均成为构造驱动力。地球密度的变化包含了地球动力学信息,精密重力测量能够反映出这种密度变化,也就是说重力观测值蕴涵着构造驱动力信息,重力变化与构造应力之间有着密切的联系。重[1]力测量是研究不同深度地球
6、物质纵横向非均匀性的有效手段,地球物质的质量分布可以探讨应力状态和物质运动的基本特征,据此我们可以探索我国大陆地区一些重要的地震区重力场特征及其与构造应力和地震成因的关系。重力场向应力场过渡有着特殊的意义,许多科学家致力于这方面的研究,做过静态转换。本文将重点放在动态转换上,所有的工作都围绕着动态展开。由于在转换过程中取的是重力变化量值,可以不考虑地形改正、地壳莫霍面起伏等因素的影响,并且动态精度要高于静态精度。在实现了重力场向应力场转换之后,重力演化过程与地震孕育过程的对应关系就不再是建立在概率统计意义上,而是建立在物理意义的基础之上,为地震预报从经验统计预报向客观物理预报的过渡打下良好的基
7、础。2 重力与构造应力的内在关系重力的不稳定性引起均衡调整过程,制约着大地构造的发育,表现为各种吸引与排斥,如挤压和拉张、活动与稳定等运动形式。重力均衡的建立、破坏、再建立旋回性发展构成了统一[2]的地球动力学过程,研究地球动力学过程中的重力作用具有十分重要的意义。在物体的平衡运动方程中能够建立起重力与应力的函数关系。我们将地球内部物质划分成一个个长方体微元,其在直角坐标系中的平衡方程如下:5σi
