Question

地球物理模型及其应用

Answer 1

1.地球物理模型的概念

地球物理模型不是客观存在的复杂地质现象本身，而是不同的人对它的认识和描述的集合。由于观测与分析技术的有限性和主观认识之间的差异性，地球物理模型可能有许多个，但是只有一个与真实的情况符合。所以在进行地球物理反演时，不仅要研究某一个可能的模型，而且要研究所有可能模型的总体，并进行综合分析，求得其中一个最符合真实的模型，以作为反演问题的解答。地球物理模型在数学上可以用有限个有序函数的集合表征。对于不同的模型，函数集中各个函数的表达式可以不同，由于任何一个有限的函数集都可以表示成无穷维抽象空间的一个元，则所有可能的模型可组构为一个无穷维的抽象空间——模型空间。也就是说：地球物理模型或某种地球现象的模型，它是以数学公式或数值形式来表征地球的某种性质或规律，是对复杂研究客体的合理抽象和高度概括。经过这样的抽象或简化，在理论上或概念上应该更能反映或逼近于客体的实质。

2.模型方法的应用

因为地球物理现象的复杂性，地球内部的介质与结构无论在纵向上还是横向上都是不均匀的和各向异性的。为此对实际地球物理问题必须加以简化，否则在极其复杂的多因素干预下，很难进行研究和计算。然而，为了在简化后既不失真又不烦琐，故在地球物理的计算与分析研究中常常使用模型方法。

例如，考虑地球公转时，把地球看成一个质点，因为它的大小远小于其公转半径，可由开普勒定律确定它的运行轨道；在考虑地球自转时，可分别把地球视为一个刚体、弹性体、弹塑体，分别讨论它的欧勒周期（10个月）和钱德勒周期（14个月）等现象；在考虑地球形状时，不去研究它的自由表面形状，而是研究重力位等于常数的大地水准面形状，大地水准面不是一个球面，也不是一个简单的椭球面，而是一个反映地球深部质量分布的复杂曲面。这些例子表明，对于同一个客体——地球，根据研究问题的不同，所取的模型也不完全相同。

地球物理模型的建立与完善是与资料的积累、可靠信息与足够信息量的获取密切相关的。例如，震源的破裂模型，最先有单侧破裂线源模型和双侧破裂线源模型，最近又有一个流变介质中平面剪切裂纹的稳态扩展模型。另外，如地球的速度模型，曾有过三层模型（地壳、地幔、地核）、七层模型（从地面到地心，以A、B、C、D、E、F、G字母排列的层序）和九层模型（以布伦模型为代表）。最近杰旺斯基和安德森又提出了PREM全球参考模型以及地球层析图像。这便表明，地球速度模型会随着观测资料的丰富、解释方法的增加、反演精度的提高，不断地得到改进和完善。

应当认识到：假说是建立模型的前提，而模型则是假说的定量形式。