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地球物理学的回顾与展望 陈运泰 1，滕吉文 2，张中杰 2 &&&&&&& (1.中国地震局地球物理研究所, 北京 100081；2.中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 100101)(源自 地球科学进展, 2001,16)&1 引 言? 地球物理学是一门涉及面十分广泛的边缘科学，它涉及地球内部、大陆、海洋和宇宙空间。20世纪是地球物理学发展的极为关键的历史阶段，特别是从50年代起，陆续实施了一系列大型的、全球性的研究计划。如国际地球物理年、国际上地幔计划、国际地球动力学计划、国际岩石圈计划、国际地学大断面计划、国际减灾十年、大陆钻探计划、全球变化计划和大陆动力学计划、日地物理计划、地球空间环境计划、近磁层和磁爆计划等。这些研究计划的实施深化了人类对地球本体的认识，提供了有关资源、能源、灾害和环境形成、分布与发展的深层过程和空间要素的信息。日地空间物理的研究使得人们的视野扩大到宇宙空间（它是地球系统最外的圈层），极大地增强了对地球整体研究的思维与导向。这些研究计划激励了对空间和地球（包括大陆和海洋）以及生态环境之间的耦合研究，形成了对于人类生存空 间、社会进步与经济繁荣及可持续发展极为重要的，由固、气、液态物质组成的一个由地核到宇宙的立体领域，并在造福人类的进程中取得了辉煌的成就。 ?21世纪的地球物理学必将担负起解决地球科学中一系列重大科学问题的先导角色，这是因为在地表所观测到的一切地球物理、地球化学和地质现象，以及生物演化、环境变迁、全球变化和海洋的形成与演化等现象，都取决于发生于地球内部深部的动力过程。因此，地球物理学仍将在深化对地球本体和日地空间及其相互作用的认识，量化圈层耦合和深部物质状态及物质组成的错综组构，解决水、资源、环境（包括空间环境）等问题上做出贡献，成为更高效地支撑人类社会和经济可持续发展的科学上的中流砥柱。?总之，20世纪是地球物理学发展的关键性百年，它为21世纪的突破做了理论上和方法上的准备，提出了一系列的科学研究难题。21世纪的地球物理学必将为人类和地球科学的飞跃发展做出更加辉煌的贡献！2 20世纪的重大成就? 固体地球物理学是运用物理学的原理和方法，通过观测、实验、理论分析和计算模拟，研究与固体地球有关的物理问题的科学。固体地球物理学包括地球内部物理学、地震学、地磁学、重力学、地热学、电磁感应、物理&数学模拟、地球动力学等分支学科，它与地质学、大地测量学、空间物理学、海洋学、天文地球动力学等学科有着非常密切的关系。用物理学方法探测地下的资源和地质构造以及地震&孕育&的介质和构造环境，是固体地球物理学主要的应用领域。?在总结20世纪100年来重大的发现与成就，提出21世纪发展战略的时刻，我们注意到，世纪的交替给科学的发展带来了机遇，同时也使地球物理学面临新的挑战。地球是人类赖以生存的星球，对地球的认识与研究，不仅是为了解决诸如&天体演化&、&人类起源&等科学的前沿难题，而且是与人类生存环境和生活质量息息相关的，所以理所当然地受到社会的关注。在地球物理学发展的进程中，它的主体内涵便是了解地球，深化对地球本体的认识，并用来为人类生存与社会和经济的发展服务。科学的发展在总体上或者说在哲学上是由两个因素所决定的：& &&第一，科学发展本身必然要受到自然辩证法则的支配；& &&第二，科学发展定要受到在实践中所提出问题的解决、改进和新生长点的支配。对于地球物理学在20世纪的发展，特别是其在20世纪中叶、末叶以来的迅猛发展，其原影响因素还有：第三，人类生息、繁衍和社会与经济的高速发展必需的资源和能源；& &&第四，人们越来越清晰地认识到为使人类生存的环境、空间与可持续发展免受或少受自然灾害的袭击和大型构造运动的影响，必须深化对地球本体的认识；& &&第五，国防与国家权益的需求。?这表明，地球物理学已有的成就、前进与发展是与资源、能源、灾害、环境、国家权益及国防密切相关的。它是维系人类生存空间和社会与经济可持续发展的&知识源泉&。然而也应当看到，尽管人类世世代代在地球上耕耘、生息繁衍，向地球不断地索取一切维系其生存的必要物质：水、资源、能源、粮食，然而对其赖以生存的地球的了解却很少。?&& 由上述地球物理学发展迅速的几点原因（尽管可能尚不全面）可见，不论是作用形态与形成和演化，还是其物理运移与作用的力源机制，均必须归结到地球内部物质与能量的交换、深层过程与圈层之间的耦合。因此在阐述地球物理学的主要成就中也就必然的会发现地球内部与物质运移及其深层动力过程在地球物理学发展中的作用与地位。?20世纪特别是近几十年来的地球物理学的重大成就大体上可以归结为以下12个方面。当然，其最为突出的成就，一为地球内部结构与动力学；二为板块构造；三为资源与能源的勘探。2. 1& 提出了一系列全球范围的地球物理研究计划和规划 ? && 这些全球性的行为使得世界各国的科学家必然卷入全球性地球物理的研究行列，如国际地球物理年、上地幔计划、地球动力学计划、岩石圈计划、大洋钻探计划、地学大断面计划、国际减灾十年、大陆动 力学计划等。世界许多国家也相应制定了自己的各类计划。这些计划的实施与完成在地球物理学乃至整个地球科学领域里产生了深刻的影响。事实表明： ?& &&(1) 对全球范围内重要构造地域的地壳、莫霍（Moho）界面、地幔盖层、软流层的分布特征、介质的基本物理属性和结构有了一个较全面的认识。?& &&(2) 为全球动力学研究和不同构造域的对比研究和规律性的认识提供了坚实的深部基础。& &&(3) 为资源、能源、灾害和环境研究给出了深、浅部的构造格局和耦合网络。&&& (4) 提出了&板块构造学说&，并对其驱动力源进行了探索。?&&&&(5) 为深化认识地球本体和地学难题的深入研究提出了问题。 2. 2& 发现了地球内部圈层结构的基本图像& 地球内部结构和构造是20世纪以来固体地球物理学最为重要的基础研究成果，这些成果在促进地球科学发展中做出了重要贡献。特别是：?& &&(1) 走时表的建立为地震学和地球内部物理学的发展起到了重要作用。1935年英国的杰弗瑞斯（H.Jefferys）和新西兰的布伦（K.E.Bullen）基于当时已有的地球内部和地震资料联合编制了全球走时表，该表包括直达波、折射波、反射波和转换波，给出了地球内部各层介质的P波和S波的速度分布，现称为J-B走时表。后来又依据核爆炸的走时，对该走时表进行了修正。1940年他们又根据地球内部地震波速度和密度的分布，将地球内部分为A、B、C、D、E、F、G共7层，并对每一层的属性进行了分析。后来综合利用新的地震体波走时，视速度、地震面波的频散以及地球自由振荡的本征周期等数据，反演地球内部的速度和密度，给出了新的地球内部分层结构与特征，即分为A、B（B&、B&P、B&&P）、C、D（D&、D&P）、E（E&、E&P）、F和G层。1968年美国重新编制了平均P波走时表。?& &&（2） 基于地球物理学的发展和地震学方法的应用，20世纪初开始陆续发现了地球内部一系列重要的物理界面。1906年奥尔德姆（R.D.Oldham）通过地震体波的研究，证实了地球铁核的存在。1909年南斯拉夫地球物理学家莫霍洛维奇（A.Mohorovicic）发现了地壳和上地幔的分界面，现称为莫霍（Moho）界面。1912年德国古登堡提出在2 900 km深处存在一个重要界面，它是液体地核与固体地幔的分界面。1936年丹麦的莱曼（L.Lehmann）在地震图上识别出P&和PKIKP震相，证实了地球内部固体内核的存在。在1940年问世的地震波走时表基础上，提出了地球内部分层模型，证实了上地幔低速层的存在。到50年代，人们对地球内部的分层结构大致有一个基本了解。?& &&（3） 1952年法国卡尼亚尔（L.Cagnird）应用大地电磁感应理论确定了层状地球内部的电导率，1954年前苏联甘布尔采夫（Г.&A.Гамбурцев）提出的深部地震探测方法用以研究地球内部结构后，从1957&1958年国际地球物理年开始，对地球内部结构的认识开始进入全球化的新阶段。60年代的&上地幔计划&，70年代的&地球动力学计划&，80年代的&岩石圈计划&的开展，对地壳和地幔结构及其横向不均匀性的认识取得了重大的进展，对板块运移的力源机制进行了有益的探索。?（4） 70年代中期以来，全球数字地震台网的逐步建立及全球定位系统（GPS）、人卫激光测距（SLR）、甚长基线干涉测量（VLBI）、精密重力测量（包括相对（RG）与绝对（AG）精密重力测量）和干涉合成孔径雷达（INSAR）等高新技术的应用，使人类可以以过去未曾有的精度探测出自地球表面直至地心深处的地球内部结构。半个世纪以来，中国的曾融生等地球物理学家们与世界各国地球物理学家们一道在这一领域做出了重要贡献，特别是人工源深部地震探测和地震面波与体波以及核爆炸激发地震波场深部信息的应用，发现复杂地壳与上地幔为精细的层、块结构（沉积盖层、结晶基底、地壳低速层、莫霍面起伏、大型滑脱带），不仅存在着低速层，而且存在着高速层和不同产状的断裂，发现了特异深部结构及分区，提出了壳、幔的层块结构模型。美国加州理工学院、哈佛大学和麻省理工学院等的地球物理学家对地震面波和体波的三维速度结构和对地球物理层析成像（主要是地震层析成像）方法的应用从宏观上揭示了地球内部的结构、物质组成及深层过程，并获得了一系列新认识，包括岩石圈的结构、地幔盖层、地幔低速层、410 km间断面、670 km间断面、核&幔边界（D&P层）的全球分布与动力学效应；地球内核的各向异性和内核的自转速率比外核，地幔和地壳快；以及其对圈层耦合、地磁场起源的发电机理论乃至全球变化的响应，以及地幔热柱的发现等。?& &&（5） 大陆科学钻探是直接检测与获取深部介质结构和资源、灾害背景的唯一手段。自70年代以来已有前苏联、美、德、英、法等14个国家实施了大陆科学钻探计划。前苏联从70年代最早开始实施大陆超深钻井计划，完成世界上最深（深度达12km）的科拉半岛的超深井。德国于80年代后期开始了专门的大陆科学钻探计划，于1994年打完了世界上第二口深井（深度达9km）。我国在20世纪末亦进行了大陆深钻的准备工作，并在大别造山带和相邻地域进行了大量的前期工作。?&& （6） 中国地球物理学家在地壳低速层、壳幔边界、深部滑脱构造、地幔盖层和地幔低速层及其属性方面做了大量富有成效的工作，特别是青藏高原，南北构造带和地震活动地区及东部陆缘地带的地壳与地幔结构和动力学响应是有特色的。对岩石圈、地幔物质运移及其深层过程做出了显著成绩。我国已完成人工源地震深部探测剖面约5万km以上，进行了全国性的1∶20万、1∶50万和1∶100万的重力和航 空磁测，完成了11条地学大断面，在地球深部物质运移与深层过程方面进行了重要探索，这些成就在世界地球动力学的研究中均占有重要地位。& 2. 3 板块构造?& 板块构造是地球科学发展中的重要事件，地球物理学为该学说的建立提供了强有力的科学支撑。板块构造理论是固体地球物理学有史以来最为重要的科学成就，并被誉为&科学革命&来表征岩石圈板块大地构造的作用和意义。板块构造理论经历了大陆漂移、海底扩张和岩石圈板块构造发展的过程，它以活动论为基本内涵，动摇了一系列传统的观念，也触及了一些以前人们不敢触及的问题，并使得许多孤立的地学现象进一步得到规律性的认识。?（1） 大陆漂移概念的提出。1912年魏格纳（A.Wegener）写成了大陆移动假说的初稿，并于1月6日在缅因河畔的法兰克福向地质学会做了题为《大陆的水平移动》的报告，第一次把他的思想公布于众。他的这一假说的论文于1912年第一次发表在《彼得曼地理学报》上，并摘要发表在《地质评论》中。此后经历了一场激烈的讨论。由于机制问题，在很长的时期里遭到知名权威们的坚决反对。1930年11月，魏格纳在格陵兰内陆冰盖上探险时为营救伙伴以致心脏病猝发，以身殉职。差不多经历了半个世纪以后，他的假说获得了一系列的定量证据，如板块为岩石圈的固体介质部分，并在地幔软流层上移动；大陆边缘的拼合；古地磁的极移轨迹；大地测量的论据等。由此这一观点重新得到世界的公认。?& &&（2） 海底扩张说。1935 年日本和达清夫（K.Wadafi）指出日本深震的空间分布形成一个倾斜的地震带。1949年本尼奥夫（H.Benioff）将类似的研究推广到其他地区，指出这种倾斜的大陆边缘深源地震带（现在称为和达&本尼奥夫带）在全球范围内普遍存在。50年代中期人们又发现在世界各大洋存在高出洋底约2 km的中央海岭，其轴部洋中脊均有一纵向张性裂谷，并有热物质上涌。这些新现象的发现导致1961&1962年美国的赫斯（H.H.Hess）和迪茨（R.S.Diets）提出&海底扩张说&。这一假说极大地吸引了地球物理学家为找到定量判据而努力探索。1963&1964年首先在印度洋中脊裂谷带两侧测得了岩石古地磁极性倒转异常和对称于大洋中脊的磁条带随时间有序排列。大洋中脊处的重力异常低和地震深部探测的地壳与上地幔的特异结构，火山链和大地热流值分布等均证实了洋中脊新生地壳向两侧扩张的过程与展布，同时很快为大洋深钻中沉积物的时代及其古地磁测定所印证，据此编制了世界洋底地磁异常条带图。1965，威尔逊（T.J. Wilson）根据大洋新生洋壳区清晰的断裂系提出了&转换断层&的概念。从这一概念外延还认识了三联分叉，从而使得全球岩石圈板块运动可予以定量描述，并推算出板块运动的转动（欧拉）极。海底扩张的形成表明，洋底的主要构造形态，直接表征了地球内部的物质对流过程，通过国际间的一系列计划和国际合作，对世界大洋进行了广泛的地球物理探测，包括深海钻探计划，对海底扩张说进行了深入验证。&& （3） 板块构造是在大陆漂移和海底扩张的基础上发展起来的。正是以上这些重大成果，促成了1967&1968年间对全球世界六大板块的划分，建立了板块构造的基本格架。?自板块构造理论提出以来，经过70年代的地球动力学计划与80和90年代的国际岩石圈计划的推动，进一步证实了板块构造基本原理的正确性，特别是空间大地测量技术已经精确测定到全球各板块现今的运动速率，古地磁的极移轨迹可以详细地重建板块运动史，地震层析图像显示了驱动板块运动的地幔对流和地幔热柱及其在深部物质与能量交换和耦合过程中的动力效应。岩石圈板块的边界是地球表面经常发生地震和火山活动的地带（包括大洋中脊裂谷、海沟和转换断层）；它的离散边界为洋脊裂谷，即为海底扩张新生岩石圈增生的地方；它的汇聚边界为海沟，并与岛弧和弧后盆地共生；它的滑动边界为转换断层。基于板块构造的地球物理场效应和海陆边缘古老岩石圈的俯冲与消减，以及沟、弧、盆体系的深部构造背景和地体划分的边界场效应，促成了岩石圈物质的新陈代谢，即岩石圈板块好比是处于运动中的巨大传动带，从而导致了一幕一幕的大洋启闭与大陆离合的演化过程。?&&& （4） 板块构造说提出后，基于地幔对流、地幔热柱的发现，中国地球物理学家致力于板块运动的驱动机制、西太平洋俯冲带和板内俯冲与块体边界场效应的地球物理研究。近半个世纪以来，我国通过重力、地磁、大地电磁、人工源地震、天然地震等综合研究进行了多方面探索，发现了陆&陆碰撞挤压过渡带；给出了地体划分的地球物理标志；绘制了地震带和应力场分布特征图；提出了造山带与裂谷带和盆地地区的深部背景；给出了板内边界和陆内俯冲的深部判据及其与构造和资源的关系。在板块&登陆&和板内构造与深部物质运移方面，中国地球物理学家作出了重要的贡献。 2. 4& 全球地学断面（GGT）是高层次综合地球物理研究的产物& 在20世纪，全世界共完成了175条GGT断面，其中包括中国的11条全球GGT大断面计划。在GGT大断面编制过程中是以地球物理学为主导；在走廊域（宽100km，深抵软流层）内（跨越不同构造单元）进行单一地球物理场的深入研究和多种地球物理场的综合研究与解释。GGT大断面是综合地球物理研究的产物，它对构造界带的划分和深层过程的研究有着极为显著的作用，并对资源、能源和灾害深部背景和预测起着一定的指导作用。通过地学大断面的研究可以深化对以下问题的认识:?&&&& (1) 揭示了地壳与上地幔介质与结构在不同构造单元地域的不均匀性和复杂格局。?&&&& (2) 地体边界地球物理场效应和岩石圈与软流圈的界带。?&&&& (3) 构造活动、地震活动、地热活动及其间的相互作用。?&&&& (4) 断裂体系，特别是大型水平推覆和滑脱构造的追踪。(5) 岩石圈的形成与演化及其深层动力过程。 2. 5 地震活动和地震预测?& 1906年米尔恩（J.Milne）给出了全球地震图，1910年美国里德（Reid）根据1906年旧金山大地震与圣安德烈斯断层的现场考察，提出地震成因的弹性回跳理论，并成为地震断层说的支柱。拜尔利（P.Byerly）于1926年首次提出震源断层面解的方法。1944年古登堡和里克特（C.F.Richter）提出了地震频度N与震级M的经验公式，lgN=a+ b（8-M） ，并于1945年提出了面波震级Ms和体波震级M B。1964年安艺敬一（K.Aki）引进了地震矩的概念。1966年前苏联的涅尔谢索夫（И.Л.Нерсесов）提出利用地震波速度变化来预报地震的方法。1973年肖尔茨（C. H. Scholz）提出了解释地震成因的膨胀（扩容）模式。&&& 1956年，由傅承义、刘恢先负责编写的研究计划&中国地震活动性及其灾害防御的研究&，纳入了&1956&1967年国家12年科学技术发展远景规划&，其中由国家制定的地震预报研究计划比西方约早10年。1957年，《中国地震资料年表》出版；1960年，《中国地震目录》出版。中国地震历史资料以其时间跨度大、覆盖范围广和内容翔实完整被国际地震学界称为&地震学家的必读文献和宝库&。1966年河北邢台地震后，我国开始大规模的地震预测研究。1975年中国地震学家对辽宁海城7.3级地震做出成功的临震预报。尽管这次预报是经验性的，但仍然是人类历史上第一次具有科学意义和社会效益的成功的地震预报。经过多年的努力，我国业已建立、发展和完善了全国、区域和地方三级地震观测系统和地震前兆观测系统，形成了我国自己的地震仪器和前兆测量仪器的设计与生产体系；发展了经验性和综合性的地震预报研究思路和渐进式的地震预报工作程序，对地震前兆现象的观测结果进行了系统的审核和研究；建立了京津唐张地震预报试验场和滇西地震观测试验场；对一系列破坏性地震进行了详细的现场调查，积累了丰富的基础资料；对地震波动理论、特别是各向异性介质中地震波的传播理论、震源理论、地球内部结构、地震构造学等基础地震学问题进行了深入的研究，并提出了一系列富于创新性的成果。我国地震学家从80年代初开始，致力于通过数字地震学的引进和发展，实现我国地震研究的现代化，并以数字地震观测技术、空间大地测量技术、地理信息技术等新技术为基础，向地震预测这一世界性的科学难题发起新的冲击。?中外地球物理学家们一系列工作和研究与探索中集中表现在以下4个方面：?& &&(1) 地震的全球分带特征。喜马拉雅&古地中海和环太平洋世界地震带的形成与板内地震活动的特异构造背景及其分区与分带特征。?& &&(2) 大地震&孕育&、发生与发展的深部介质和构造环境与震源的物理&力学过程和成因有了一定的认识。?(3) 防震、减灾、地震灾害评估和地震预测（包括地点、时间与震级），取得了重要进展。(4) 建立了全球地震数字台网和各个国家和区域的数字地震台网。 2. 6& 非均匀性、非线性与各向异性介质中的地震波动理论与计算方法& 地震波动的研究最早是建立在无限均匀、完全弹性和各向同性的原则下进行求解。然而介质实际上是非常复杂的，随着科学技术的发展，记录质量与精度的提高，使得人们对介质属性、地震波能量的衰减（或Q值）和矿物与岩石晶体组构的各向异性以及实际的需要，再不能沿用以前的这些原则。关于各向异性受到人们的重视是始于20世纪50年代。1991年，巴布斯卡（V. Babuska）和卡拉（M. Cara）出版了《地球的地震各向异性》一书，全面系统的阐述了地震各向异性的理论与观测结果的解释。基于此，我国地球物理学家提出了改进型的斯涅尔(Snell)定律和多相介质中的地震波动场效应。在地震波动领域里主要有以下4个方面的问题：?& &&(1) 成层介质中地震波的传播：反射波、折射波、衍射波和地震面波频散。?& &&(2) 非均匀性、非线性和各向异性介质中的地震波动理论与检测。?& &&(3) 多相介质中地震波的传播与分辨。?& &&(4) 地球物理反演与算法。在地球物理反演中，一维、二维、三维线性与非线性反演已形成了一个重要分支&&计算地球物理学。?(5) 非均匀性、非线性和各向异性在资源、能源、灾害和环境研究中的应用。 2. 7 资源与能源的地球物理勘探?& 地球物理勘探是一门观测性的技术科学。自20世纪中叶前后一系列地球物理勘探方法相继问世；特别是电法勘探、地震勘探、重力勘探、放射性勘探等，它们在世界范围内为科学进步，社会和经济的发展，即保证20世纪的发展与繁荣，为人类提供了大量的金属、非金属矿产和石油、天然气、煤、煤成气及地热等能源。当今全世界可供开采的资源约有400种，其中石油与天然气的勘探已成为重点，世界石油工业已有130多年的历史，累计发现45 000多个油气藏，累计采出700多亿吨左右的石油。水资源的勘探开发与合理使用迫在眉捷。资源与能源的勘查、开采与利用，对全球各国的科学进步，社会与经济的发展做出了重要贡献。?我国是世界上最大的发展中国家，20世纪是我国经济迅速发展的阶段，资源的勘探与开发已成为我国国民经济发展中的重要领域。松辽平原的反射地震勘探，为大庆油田的发现做了先导性研究。后来在大庆油田、胜利油田、大港油田、新疆塔里木油气田区、江汉油田、东海油气田、南海油气田等一系列大型油田的发现和开发中，地球物理勘探方法均占有重要地位。?&& &&(1) 基于上述，在勘探理论方法、技术和成效中，均取得了重大成就。在勘探方法中，金属与非金属矿产主要为磁性勘探、重力勘探、电法勘探、电磁勘探以及放射性勘探和井下地球物理测量。对于能源则以地震勘探、电法勘探和测井技术为主体。对于水文与工程勘探以电法勘探为主导，辅以重力与磁法勘探。城市与环境勘测则以电法勘探、放射性勘探、重力勘探和磁法勘探为主。当前，在石油与天然气的勘探中，发展很快，除一些常规方法外，三维地震技术已广为应用，地热勘探，井中垂直地震测量（VSP测量）不仅可以提高井旁横向细结构的成像精度，而且可以提高垂直分辨率，测井技术已发展为以岩石学、核物理学及声学为基础的比较完善的测井技术系列。?&& &&(2) 偏移技术得到广泛发展。70年代前地震勘探的资料处理中，重心是共深度点（CMP）叠加和滤波问题；70年代以后则转为波动方程偏移。声波波动方程偏移有：有限差分偏移、积分求和偏移和弹性波有限元偏移；80年代进入了逆时偏移，有限元偏移、三维偏移和叠前偏移等，并发展了矢量波动方程偏移技术。弹性波克希霍夫（G.Kirchhoff）积分偏移和弹性波有限元偏移，主要用于研究复杂结构情况下偏移成像介质的不均匀性，特别是存在横向不均匀和各向异性情况下的弹性波方程偏移。?&& (3) 地震层析技术，偏移成像需要预先知道速度分布才可以用偏移的方法确定界面的细结构。用这种技术可以求得波速和物性结构。层析成像技术与波动方程反演理论的结合是当今的主流。?&& (4) 地震地层学、定量岩性反演和盆地动态模拟。地震地层学是在经过反复处理后的地震反射剖面结合钻井资料和生物地层资料，将地震震相转化为沉积相及沉积系列，借助于环境分析确定盆地沉积记录。在这一研究中应深入进行定量岩性反演和盆地定量动态模拟。?(5) 多波多分量和高分辨率地震勘探。为了取得地下介质结构和构造的多源信息，仅利用P波是远远不够的，而必须利用P波、S波和PS型转换波的信息，以获取更多的参量参予反演、分析与解释。另外在地震勘探中，特别是在复杂构造地带，为取得清晰可靠的记录，并做出正确判别就必须提高分辨率，以获取详细的地下信息。 2. 8 地球物理学与军事和国防?& 在军事需要和国防建设及维护领土主权方面，地球物理学起到了中坚作用，如：①大陆的自由延伸与国土海域的划分界带；②地下、地面与空中核监测与核侦察；& &&③中、远程导弹飞行轨迹与落地点的轨迹计算；& &&④海中下潜物与它的海底停卧的探测；&& &⑤飞行器的空中姿态；& &&⑥核泄漏的监测与防护导向；& &&⑦海中沉潜船舶的勘查。 2. 9& 全球范围内最具典型性地域的地球物理研究 在全球范围内，板块（板间和板内）的构造格局与深层动力过程十分复杂，而且不尽相同，因此对一些典型的构造域必须有比较详细的分析，因为它们在地球动力学的系统研究中起着控制作用，如：?（1） 青藏高原被誉为世界层脊，它的形成与演化不仅改变了东亚地区的人文与气候，而且形成了独特的地质构造。多年来，中外地球物理学家倾注了大量心血为揭开高原之秘做出了巨大贡献。青藏高原地壳巨厚，块体边界具有显著的地球物理标志，是陆&陆碰撞、造山和深部物质与能量强烈交换的场所；并且由于其深部物质的侧向流动延展，对川、滇地带地震活动和构造应力场有强烈影响，至今深部物质仍在运移，高山尚在继续隆起。?（2） 大陆边缘与海洋地球物理场和深部结构及俯冲带的研究深化了人类对地球本体的认识，为板块学说奠定了关键性基础，为资源、能源开发和利用及大陆自由延伸和国防建设等提供了重要信息。?（3） 南极地磁场、重力场和岩石圈结构是全球地球动力学的重要组成部分。(4) 太平洋东西海域和陆缘地域的深部结构，构造的对比研究与构造格局、资源、能源、灾害和全球变化。 2. 10 大陆科学钻探与深部结构和深层过程? 在大陆深部的钻探中，不论是超深钻井还是深钻井均在重要的地表地质构造部位。它是直接检测与获取深部介质结构与资源和灾害背景的唯一手段，但在开钻前又必须进行详细的深部地球物理探测。这不仅对检验深部结构与深层过程十分重要，而且对证实与修正地球物理反演结果以及对应力、应变和深部流体作用等也是至关重要的。当今世界上最著名的超深钻井有两处：①前苏联科拉半岛超深钻井，井深已钻到12.262 km；②联邦德国上法尔茨超深钻井，井深计划打到14.0 km，现已打到9& km。美、日、加、中等国亦准备进行这项工作，即在进行计划、酝酿和选址等前期工作。 2. 11 地球动力学? 板块驱动机制与深部构造及动力过程乃是地球物理学对介质与构造运动研究的重要组成部分。因为深部物质与能量的交换，深部热物质运移、上涌以及其构成的特异背景将是对在力源作用下深浅物质运动和许多构造现象形成的制约。&&& &①板块构造驱动的动力源和机制及边界地球物理场效应；&&&& ②地热活动、地震活动和重力均衡补偿的深部异常场形成的要素；&&&& ③地幔对流&猜想&的提出对物质和构造运动的分析、解释以及对全球地球动力系统的认识；④410 km、670 km 间断面，核&幔边界与D&层、地幔对流和地幔热柱的形成及深部物质上涌；⑤天体运动，如地球自转、极移与九大行星之间的相互作用和地球内部物质分异、调整与响应。2. 12& 地球物理观测系统的不断完善与全球观测体系的初步形成 ? 地球物理学在本质上是一门观测的科学，但它与大量的理论、实验研究是相辅相成的，而且对当今高新科学与技术的发展有着很强的依赖性。为此世界各国在这一方面均十分重视，并给予了极大的投资，以建立高分辨率的观测网络。这是因为可靠信息与信息量的缺乏或不足则是任何数学技巧所无法弥补的。为此观测台网的建立、记录质量与技术水平以及动态范围乃是一个国家地球物理学发展的重要标志之一。当今，①全球数字地震台网布局的初步完善与实施；②大动态、宽频带、三分量数字化地震观测系统与台阵的提出及其在大陆、海洋与海底的观测已在逐步实现；③全球定位系统（GPS）、人卫激光测量（SLR）、甚长基线干涉仪（VLBI）、精密重力测量（包括相对（RG）与绝对（AG）精密重力测量）和干涉合成孔径雷达（INSAR）观测网已初见成效；④中国数字地震台网、地磁固定台网和流动观测网络已初具规模。3& 21世纪展望? 在现实世界，无论是自然界还是人类社会，均普遍存在各类复杂系统，对复杂系统的研究，已经并将继续促进一些新概念、新理论和新观点的产生，并将极大地影响到科学和社会的发展，地球物理学即属于这一范畴。?地球物理学必须在科教兴国和可持续发展的战略框架下，从国情出发，遵循&有所为，有所不为&的原则，着眼于精度和质量，深化对地球本体的认识，以提高理论水平和效益为重点，强化学科的交叉、渗透和认识集成，以凝炼对国家经济、社会发展具有带动性的，兼具区域特色和全球意义的发展方向的重大科学问题，进行创新性研究，为人类社会的发展做出重大贡献。?如今地球物理学在宇观、宏观和微观三个前沿上发展着，探索着地球这颗行星形成与演化的奥秘和精细结构与深层过程，这不论从难度上、涉及学科与高新技术之广度上均日益增强。面对21世纪对地球物理学的挑战和时代赋予的机遇，在21世纪上、中叶地球物理学的主要前沿与难题如下：3. 1 主攻方向、研究中心、目标与目的?& & &主攻方向：地球内部圈层结构、物质&能量的交换和耦合及深层要素。?& &研究中心：地壳、地幔、壳&幔边界、核&幔边界及地核和其形成与演化的深层过程及响应。?& &研究目标：深部物质运移与板块（特别是板内构造与物质运移）运动和力源机制及新的地球动力学模型的建立。?&研究目的：深化对地球本体的认识，为资源、灾害、环境和全球变化提供地球深层物质运动的要素，并对其潜在前景进行预测。 3. 2 优先发展的领域?& (1) 地球内部复杂系统和界面属性。?& &圈层耦合：壳&幔边界和核&幔边界（特别是D&层）的结构、属性和动力边界场效应；&高分辨率二维和三维速度结构与地震层析成像； ?& &地球内部与地表和大气的耦合及海陆耦合与灾变。?（2） 地球内部介质与结构的不均匀性、非线性、各向异性和地震波在复杂介质中的传播。（3） 地球内部物质、能量的交换与上涌，地幔对流与模型，地幔热柱和其动力机制与地球动力学地震活动、&孕育&、发生和发展的深部介质和构造环境，非线性过程、预测与成因。(4)地球内部物质与圈层分异、调整，物质运动与造山带，板内构造、边界地球物理场效应和深层动力过程。?& &地球内部流体作用与成岩、成矿和幔源烃物质的形成；?& &油、气、矿产和水资源的地球物理勘测与新参数和新方法的提出；?& &航空、海洋和卫星地球物理探测；?& &地球物理学与环境研究（特别是城市环境）和全球变化；?&地球物理学在国防、军事和权益斗争中的作用； ?& &地球物理特异构造地带的对比与综合研究；?& &极地地球物理场与全球动力体系；?& &现代标准化地球物理高新观测系统的建立；?& &建立新一代的地球物理理论体系和反演方法以及非线性的应用；?& &多参量约束下的物理与数字模拟；?& &计算地球物理学和实验地球物理学；?& &高层次的综合地球物理研究与建模；?& &数字地球及其应用。?以上优先发展的领域乃是当前地球物理学的前沿。在这些领域中，许多的理论问题尚待解决，一系列科学需要实验与检验，还有一些尚未认识的问题有待探索。解决这些问题有相当的难度。通过21世纪上、中叶的深入研究与探索，要有实质性的突破、高层次的综合研究具有特别重要的意义。4 结 语? &&& 地球内部各圈层的结构、深部物质与能量的交换、圈层耦合、深层过程，以及地球动力学模型的建立乃是当代地球物理学发展的前沿和生长点，是21世纪上、中叶地球物理学发展的主体走向。显然，在它们发展过程中，其基本点是从基础研究出发，且具有强烈的定向性和应用性。为此，必须十分重视其理论价值，因为提高对自然过程的认识，则必然要提高对今后的预测能力。这就一定要建立在科学认识的升华和新理论指导的基础上。同时又必须十分重视其所产生的或潜在的经济效益和社会效益，并主动迎接人类社会的发展和未来的挑战。要分析、研究和探索未来发生的新问题、新动向，并提出对策，要高度重视科学的统一性，配合、交叉、渗透、熔融和单一学科的深入与高层次的多学科综合，这可能是当代地球物理科学创新的必由之路。为此，发展的总特点则表现为强调把地球作为一个整体来研究，但又必须首先着手于深入剖析典型的地区与事件，并通过综合与对比研究，以取得成效、新的发展与新的发现，建立起富有创新性的新模式。当今，地球物理学的发展正进入一个崭新的时代，向纵深发展已成为必然的趋向，地球物理学家应全方位的去揭示地球内部的奥秘，将地球深部介质结构，物质组成、运动与行为，力源与机制，视为一个地球物理学的系统工程来探索，并用来为人类服务，以完成新的历史时期所赋予的神圣职责。?人类社会正面临着世纪之交的时代更迭，从现在起到21世纪的上中叶，将会是人类社会发展史上的一个巨大变革时期。地球物理学在经历了以活动论为内涵的板块构造和行星际探测双重革命的重大发展时期以后，现在正处在一个新的起点上。从全球地球科学发展的整体趋势来看，它的未来正面临着比以往任何时候都更富有挑战性的复杂格局，即展现出前所未有的发现和突破的机会，同时也正处于一个充满希望与前景的转折点上。为此，世界上很多国家均把21世纪看作是全球地球物理学发展的关键历史时期，并提出了许多前沿性科学研究领域。我们有理由相信，随着时代的进步，研究的深化，地球物理学在21世纪不仅会出现许多崭新的成果，而且必然会形成一系列新的科学思维、理论、方法和概念。在造福于人类的征途上，作出更加辉煌的贡献。
&&&&中国地震局科技委汶川地震一周年科学研究进展学术交流研讨会5月13日在京举行。来自各部委的17位院士参加会议。刘玉辰副局长参加会议并做重要讲话。我所前所长王椿镛研究员应邀做关于汶川地震的深部构造环境的报告。胡聿贤院士、许绍燮院士参加了会议。