负荷的改变，地幔和岩石圈作不断的形变响应，各地 的应力状态也不断发生变化，加拿大东南部冰后回 弹断层就及时记录了应力方位的变化［１４］．当冰后回 弹断层在９０００年前冰退结束时形成，水平主应力方 向几乎
负荷的改变，地幔和岩石圈作不断的形变响应，各地
的应力状态也不断发生变化，加拿大东南部冰后回
弹断层就及时记录了应力方位的变化［１４］．当冰后回
弹断层在９０００年前冰退结束时形成，水平主应力方
向几乎垂直于古冰盖边缘，但是，现今水平主应力方
向则沿着大西洋中脊扩张的北东南西向，这说明冰
后回弹应力曾经在冰退期扮演过重要角色，但是，现
在逐渐松弛，以致构造应力占主导地位．
根据岩石破裂的摩尔库仑理论，大的冰盖负荷
一般压制了地震，而快速的冰退过程则触发地震．根
据Ｗｕ ＆ Ｈａｓａｇａｗａ（１９９６）的研究［１５］，今天可以触
发地震的冰后回弹应力为１ ＭＰａ量级，这种应力水
平虽不足以破坏完整的岩石，却可以激活接近破裂
的断层，因此冰后回弹和过去的板块构造都对加拿
大东部、美国东南部的板间地震有重要的作用．一般
认为，冰后回弹应力已触发了加拿大东部的板间地
震，对触发美国东部板间地震和１８１１年的新马德里
地震也发挥了一定作用［５］．在现今的北欧，由于活动
断层的作用、沿海地区负荷的增强和减弱，地震触发
机制变得复杂．
２ ＧＩＡ 研究的科学目标
ＧＩＡ 研究不仅是为了解释ＧＩＡ 过程本身，更重
要的是，它具有非常重要的科学价值，主要包括探索
地幔流变性、估计末次冰期冰盖的规模、对板块运动
和全球变暖监测等提供重要改正，下面阐述ＧＩＡ 研
究的科学目标．
２．１ 探索地幔流变性
地幔的流变性在很大程度上决定了地球长期缓
慢的变形过程，因而为热对流和由之引起的板块构
造过程、板块俯冲和热柱上升等地球动力学过程提
供基本的约束，地幔的流变性还与地震活动、海平面
变化等关系非常密切．然而，理想的地幔岩石的蠕变
实验需要几千年进行观测，但温度压力条件在如此
长的时间内是不易实现的．幸运的是，ＧＩＡ 的观测
和研究提供了观测地幔流变的一种自然实验，通过
ＧＩＡ 模拟可以研究地幔粘滞度如何沿径向［３，１６，１７］和
横向［１８］分布，以及研究流变规律是线性还是非线性
等的问题［１９］．ＧＩＡ 响应除了固体地表的位移外，还
有ＲＳＬ 变化，大地水准面异常和自由空气异常，地
球自转速率变化（或犑
·
２ ）和极移等，均应强烈地依赖
地幔粘滞度的结构，使我们能利用ＧＩＡ 模拟理论，
对观测数据进行正演、反演解释，可揭示地幔的流变
性质．ＧＩＡ 研究是人类当前探索地幔流变性的重要
要手段之一，它能提供有利用价值的地幔粘滞度模
型，因此，ＧＩＡ 在定量地球动力学体系中占据重要
地位．大量研究表明，粘滞度在上地幔的结果比较
一致即１０２１Ｐａｓ，但在较深的地幔层上结果差异较
大（其范围在１０２１～１０２２Ｐａｓ之间）．最近几年来，人
们利用越来越好的ＧＲＡＣＥ 卫星重力计划、ＧＰＳ、
ＶＬＢＩ、卫星测高、地震层析数据和结果，同时利用全
球ＲＳＬ 数据作为约束，初步给出了横向非均匀的地
幔粘滞度［２０］．陈良君、臧绍先（１９９８）总结了研究地
幔流变的各种途径［２１］，包括ＧＩＡ、板块运动速度、大
地水准面异常数据的反演以及地幔矿物的流变实
验，可供有兴趣的读者参考．
２．２ 推测末次冰期冰盖的厚度
了解末次冰期冰厚度的历史对研究古气候学、
冰川学和古海洋学是有用的，传统上，估计冰厚度的
历史有两种方式，其一是，利用远离冰川消融中心且
基础稳固测站的海平面数据，能估计有多少水进入
海洋，或者等效地在盛冰期凝结了多少冰；其二是，
利用冰川终碛的位置和形成年龄，能推测过去的冰
盖扩张和退却的范围，冰川物理学能知道冰川在平
衡时的理论剖面，其中平衡冰盖厚度和水平范围与
冰盖底部条件关系密切，凝结冰体积与冰盖的面积
成正比．依此，Ｐｅｌｔｉｅｒ＆ Ａｎｄｒｅｗｓ（１９７６）［２２］构制了
北美劳伦冰盖和北欧芬诺斯坎底亚冰盖的冰退历史
（ＩＣＥ１），Ｈｕｇｈｅｓ （１９８１）［２３］也给出了南极冰盖的
演化模型．现在，科学家进一步利用ＧＲＡＣＥ 卫星重
力计划等不断积累的高质量观测数据和结果，通过
ＧＩＡ 的正反演模拟，可约束冰盖的厚度．ＩＣＥ２ 到
ＩＣＥ５Ｇ 系列冰盖模型是结合ＲＳＬ 变化数据和自由
空气重力异常的估计结果［３，２４～２７］．由于地球对冰盖
高度变化的响应慢，不可能记录到冰盖的波动或急
剧增加，因此这样所得到的冰盖剖面仅能提供大约
一千余年冰的平均高度［２８］．
２．３ 为板块运动、全球变暖监测等提供重要改正
由部分１可知，ＧＩＡ 对许多监测和研究有重要
的影响，因此，必须提供ＧＩＡ 的相应改正，这里以板
１９６１
地 球 物 理 学 进 展２４卷
块运动和全球变暖的监测加以说明．ＧＩＡ 引起的水
平运动为每年～ 毫米级，特别是垂直运动为～１０
ｍｍ 级，超过了ＧＰＳ 等观测的精度，对板块运动监
测的影响是非常直接的．此外，ＧＩＡ 还导致板块的
旋转运动［２９，３０］，例如，在北美板块旋转极（１３６．５°Ｅ，
３９．８°Ｓ），旋转速度每百万年０．０１５ 度，欧亚板块旋
转极（５６．７°Ｗ，１３．０°Ｓ），旋转速度每百万年０．００６
度，对全球板块监测的参考架有影响［３１］．全球变暖
通常由海平面变化和极冰质量变化的监测来确定．
由１９６１～２００３年验潮站监测到全球平均海平面长
期上升为每年１．８ｍｍ［３２］，其中已排除了ＧＩＡ 使海
平面上升减少的影响，根据我们的研究［９］，ＧＩＡ 的
影响可达每年０．２３ ｍｍ．最近还通过ＩＣＥＳａｔ测量
冰面高、ＧＰＳ测量冰下地壳变形和ＧＲＡＣＥ 卫星测(责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）
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