北京及周邊地區(qū)固體地球三維結(jié)構(gòu)(正式-謝正觀)

1、北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目建 議 書項(xiàng)目名稱：首都圈固體地球可視化及地震危險(xiǎn)性分析所屬技術(shù)領(lǐng)域：資源與環(huán)境建議單位：中國科學(xué)院研究生院中國地震應(yīng)急搜救中心主管處室：北京市科委社會(huì)發(fā)展處項(xiàng)目建議書的組織方式：定向征集二八年五月十三日填 寫 說 明1建議書各項(xiàng)內(nèi)容應(yīng)當(dāng)實(shí)事求是，用鋼筆填寫或計(jì)算機(jī)打印填報(bào)（A4），字跡要工整清楚，頁面保持整潔。2建議書中各欄大小可隨內(nèi)容調(diào)整。不夠時(shí)，可以自行加頁。3填寫內(nèi)容涉及到外文名稱，要寫清全稱和縮寫字母。4市科技經(jīng)費(fèi)是指市科委管理的財(cái)政經(jīng)費(fèi)；國家有關(guān)部委撥款是指國家有關(guān)部、委、局所撥科技經(jīng)費(fèi)；經(jīng)費(fèi)預(yù)算中的“其他”一欄是指市科委以外的各級(jí)財(cái)政撥款和承擔(dān)單位融資、集資、入

2、股等各種形式的經(jīng)費(fèi)來源，本欄需具體填寫。5經(jīng)費(fèi)支出明細(xì)中各項(xiàng)開支范圍說明見北京市科技課題合同經(jīng)費(fèi)預(yù)算編制規(guī)定（試行）（文件下載網(wǎng)址：）。6項(xiàng)目建議書的組織方式分為：（1）公開征集；（2）定向征集。7本建議書中，凡無需填寫的條款，就在該條款填寫的空白處劃（/）表示。8本建議書一式三份報(bào)送市科委。一、項(xiàng)目的目的、意義和必要性目的：充分利用北京及周邊地區(qū)關(guān)于地球結(jié)構(gòu)的層析成像、地質(zhì)斷面、科學(xué)深鉆等不同類型屬性和精度資料，結(jié)合北京及周邊地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)研究適用的數(shù)據(jù)合成和圖像處理技術(shù)，借助科學(xué)計(jì)算可視化及三維GIS技術(shù)，建立北京及周邊地區(qū)固體地球可視化的三維結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析，從而為工程抗震的

3、設(shè)計(jì)規(guī)范和防災(zāi)減災(zāi)的理論與實(shí)踐提供新的方法和科學(xué)依據(jù)。北京及周邊地區(qū)是我國政治、經(jīng)濟(jì)、文化和科技發(fā)展的核心地區(qū)，因此加強(qiáng)該區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)建設(shè)是促進(jìn)首都現(xiàn)代化建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展、保障首都安全與穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。開展固體地球結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)合成和可視化應(yīng)用基礎(chǔ)研究及災(zāi)害危險(xiǎn)性分析，不僅對(duì)研究北京周邊地區(qū)地震發(fā)生與孕育的深部介質(zhì)環(huán)境、運(yùn)動(dòng)過程以及全國其它地區(qū)如喜馬拉雅地震區(qū)、唐山地震區(qū)、邢臺(tái)地震區(qū)等地震區(qū)帶的地震成因有重要的指導(dǎo)作用，而且對(duì)北京市未來的地震預(yù)報(bào)和決策支持系統(tǒng)的提供支持。意義：開展北京及周邊地區(qū)固體地球物理三維結(jié)構(gòu)可視化及地震危險(xiǎn)性分析，不僅具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且具有長遠(yuǎn)的科技示范意義。北京地

4、區(qū)位于唐山地震區(qū)、邢臺(tái)地震區(qū)之間，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。改革開放以來，北京的社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)繁榮日新月異，特別是2008年奧運(yùn)會(huì)在北京舉行，因此保護(hù)城市的安全與穩(wěn)定，做好防災(zāi)減災(zāi)工作，促進(jìn)北京地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中當(dāng)前面臨的重要任務(wù)，也是一個(gè)貫穿于整個(gè)城市發(fā)展進(jìn)程中的長期工作。開展此項(xiàng)工作，不但對(duì)于實(shí)現(xiàn)北京地區(qū)可持續(xù)發(fā)展、保障首都的安全與穩(wěn)定提供有力保證，而且是一項(xiàng)瞄準(zhǔn)未來國際地球科學(xué)發(fā)展趨勢的標(biāo)志性工程，也對(duì)今后北京和全國防災(zāi)減災(zāi)護(hù)工作產(chǎn)生科技導(dǎo)向及示范作用。必要性：為提高北京經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展能力，實(shí)現(xiàn)北京穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展，及時(shí)開展固體地球三維結(jié)構(gòu)可視化及地震危險(xiǎn)性分析是非常必要的。地球內(nèi)

5、部結(jié)構(gòu)，特別是速度結(jié)構(gòu)存在顯著的非均勻性、非線性和各向異性。面對(duì)北京地區(qū)復(fù)雜、隱蔽的地下物質(zhì)結(jié)構(gòu)，地球科學(xué)家必須盡可能利用所獲取的數(shù)據(jù)，勾畫地球結(jié)構(gòu)。三維數(shù)據(jù)合成和可視化技術(shù)相互結(jié)合，為研究固體地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)高效的技術(shù)基礎(chǔ)，也是2l世紀(jì)對(duì)地球重新認(rèn)識(shí)的一種必要手段。科學(xué)計(jì)算可視化將圖形生成技術(shù)、圖像處理技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)結(jié)合在一起，不但是地球科學(xué)研究中與觀測技術(shù)同等重要且互為補(bǔ)充的科學(xué)技術(shù)體系，而且是未來地球科學(xué)變革和發(fā)展的重要生長點(diǎn)。固體地球結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)合成、可視化應(yīng)用及地震危險(xiǎn)性分析，揭示北京地區(qū)固體地球結(jié)構(gòu)特征與演變規(guī)律，為工程抗震的設(shè)計(jì)規(guī)范和防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)，并將推動(dòng)我

6、國地球科學(xué)加快實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)在的監(jiān)測和評(píng)估工作方式向未來的模型預(yù)報(bào)和決策支持系統(tǒng)工作方式的變革。因此，開展此項(xiàng)研究工作十分必要。二、項(xiàng)目所屬領(lǐng)域國內(nèi)外研究開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢國外現(xiàn)狀與趨勢：地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)模型及其可視化應(yīng)用技術(shù)是21世紀(jì)具有開拓性的前沿研究領(lǐng)域。美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的首席地質(zhì)學(xué)家P. P. Leahy提出，面對(duì)變化的世界，地質(zhì)研究必須盡快由目前的監(jiān)測、評(píng)估向未來的模型預(yù)報(bào)和決策支持系統(tǒng)發(fā)展。建立決策支持系統(tǒng)、方案制定和模型預(yù)報(bào)都需要對(duì)以數(shù)據(jù)為主的資料和信息進(jìn)行合成和分析，進(jìn)而給出三維可視的圖像，以供決策者作為決策依據(jù)。如何將浩瀚的地質(zhì)數(shù)據(jù)（空間不均勻、精度不等、屬性不同、

7、存在斷層和間斷面）處理形成數(shù)據(jù)庫，如何將這些三維數(shù)據(jù)可視化，并進(jìn)行分析、模擬和預(yù)測，成為當(dāng)前突出和緊迫的問題。近年幾屆國際地質(zhì)大會(huì)的幾個(gè)專題中均有這些問題的反映，比如地質(zhì)體的數(shù)學(xué)特征和地質(zhì)災(zāi)害及礦產(chǎn)資源的定量預(yù)測、探礦中的信息科學(xué)、地球科學(xué)中的地理信息系統(tǒng)、地質(zhì)過程的數(shù)學(xué)模擬和計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)等都涉及地下三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理及可視化應(yīng)用問題。在最近一次的地質(zhì)大會(huì)上，美國的Davis討論了三維地質(zhì)資料的處理問題，提出了海量數(shù)據(jù)、多維數(shù)組區(qū)域化分類簡化數(shù)據(jù)的方法，并給出了應(yīng)用實(shí)例。美國的Mello討論了綜合應(yīng)用數(shù)據(jù)處理、最優(yōu)化和可視化技術(shù)進(jìn)行三維“活動(dòng)”盆地模擬問題。在更基礎(chǔ)的方面，美國作了NADM（北

8、美數(shù)據(jù)模型）進(jìn)展報(bào)告，法國的Ledru作了GeoFrance3D項(xiàng)目研究報(bào)告，都試圖在基本地質(zhì)數(shù)據(jù)和三維可視化分析方面進(jìn)行探討。固體地球結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)合成和可視化應(yīng)用是一項(xiàng)瞄準(zhǔn)未來地學(xué)變革和發(fā)展的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)的地質(zhì)工作方式是觀察和描述，現(xiàn)在的地質(zhì)工作方式是監(jiān)測和評(píng)估，而未來的地質(zhì)工作方式將以數(shù)字時(shí)代的數(shù)量模型和科學(xué)成果三維可視化為鮮明標(biāo)志。隨著對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的開發(fā)和對(duì)“數(shù)字地球”的日益重視，深部資料的數(shù)據(jù)分析合成與可視化技術(shù)應(yīng)用越來越顯示出對(duì)復(fù)雜地球科學(xué)問題的重要性，并逐步成為 “數(shù)字地球”戰(zhàn)略實(shí)施中的一項(xiàng)重要工作。近半個(gè)世紀(jì)，尤其是近20年來，地球物理的資料采集遍及全球，以其高密度的觀測、大

9、信息量的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和全球整體性的科學(xué)方法，使固體地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究受到普遍的重視。大量積累的地球物理數(shù)據(jù)，使人們得到不少新認(rèn)識(shí)、新概念和新理論，更提出了一系列新問題。在固體地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，地球科學(xué)家們尤其需要不斷深化和創(chuàng)新，在堆積如山的資料和海量的數(shù)據(jù)中尋求發(fā)現(xiàn)和突破機(jī)會(huì)。資料和數(shù)據(jù)的分析合成及其可視化研究乃是深入地球本體和逼近“真實(shí)”認(rèn)識(shí)的關(guān)鍵所在。地球科學(xué)總體上是一門觀測性的科學(xué)，觀測數(shù)據(jù)的合成與可視化技術(shù)的利用對(duì)于認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有重要的實(shí)際價(jià)值。揭示地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要大量的、直接的、量化的并有足夠精度的數(shù)據(jù)資料，更需要對(duì)海量的數(shù)據(jù)加工并通過可視化技術(shù)演示。探究地球這樣一個(gè)極復(fù)雜體系的內(nèi)

10、部結(jié)構(gòu)，必須利用當(dāng)代迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)及圖像處理技術(shù)對(duì)大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行合成，使之成為可視化的直觀圖像演示出來并進(jìn)行交互處理。這不僅大大提高地球科學(xué)家的工作質(zhì)量和效率，而且可以通過交互手段改變計(jì)算所依據(jù)條件并觀察其影響，為認(rèn)識(shí)和解釋地球內(nèi)部問題提供了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。科學(xué)計(jì)算可視化將圖形生成技術(shù)、圖像處理技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)結(jié)合在一起，不但是地球科學(xué)研究中與觀測技術(shù)同等重要且互為補(bǔ)充的科學(xué)技術(shù)體系，而且是未來地球科學(xué)變革和發(fā)展的重要生長點(diǎn)。三維數(shù)據(jù)合成和可視化技術(shù)相互結(jié)合，為研究固體地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)高效的技術(shù)基礎(chǔ)，也是2l世紀(jì)對(duì)地球重新認(rèn)識(shí)的一種必要手段。國內(nèi)現(xiàn)狀與趨勢：固體地球結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)

11、合成和可視化應(yīng)用，將推動(dòng)我國地球科學(xué)加快實(shí)現(xiàn)由現(xiàn)在的監(jiān)測和評(píng)估工作方式向未來的模型預(yù)報(bào)和決策支持系統(tǒng)工作方式的變革。幾十年來，我國在深部地球結(jié)構(gòu)方面取得許多成就，如青藏高原地球物理場與板塊構(gòu)造、攀西裂谷的深部地球物理場、塔里木盆地地球物理場、中國海洋地球物理調(diào)查、中國東部地球物理場與地震層析成像、重力場與地殼構(gòu)造、地震預(yù)測、動(dòng)力大地測量等一系列基礎(chǔ)研究受到世界各國地球科學(xué)家的重視，因此急需盡快開展地球結(jié)構(gòu)三維可視化應(yīng)用基礎(chǔ)研究。國內(nèi)的一系列深部地球物理工作以及一些國際合作計(jì)劃使數(shù)字地震觀測技術(shù)高速發(fā)展，并獲取了大量數(shù)據(jù)。如何利用這些觀測成果，從全球和區(qū)域的尺度上展示地球內(nèi)部橫向不均勻結(jié)構(gòu)是2l

12、世紀(jì)地球科學(xué)的一項(xiàng)重要課題。國內(nèi)外已經(jīng)產(chǎn)生的許多層析成像結(jié)果，提供了地下結(jié)構(gòu)的三維數(shù)據(jù)；地學(xué)大斷面則提供了地下結(jié)構(gòu)的二維圖像；鉆孔、特別是超深鉆則提供了一維但可靠的數(shù)據(jù)。這三種數(shù)據(jù)具有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和精度。而且，即使同是三維層析成像數(shù)據(jù)，也因研究范圍和方法、資料數(shù)量和質(zhì)量等的不同而各有差異。各個(gè)研究者給出的結(jié)果，或覆蓋全球但分辨率較低，或高分辨率但僅研究局部地區(qū)。因此，不同研究者給出的結(jié)果不可避免地存在差別。地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的，不同的地學(xué)家由于研究目標(biāo)的不同，對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺度的關(guān)注也不同。粗略地，可以分為全球、區(qū)域、局部三種尺度。使用者往往希望根據(jù)自己的研究需要，綜合這些不同來源、不同

13、范圍、不同精度的結(jié)果，利用綜合結(jié)果作為自己研究課題的基礎(chǔ)。對(duì)于一般研究者來說，不僅收集資料是繁瑣的工作，最主要的問題是如何對(duì)上述不同來源、不同范圍、不同精度的結(jié)果進(jìn)行客觀的分析、綜合和以三維可視化形式表現(xiàn)出來，從而真正能最有效的利用這些寶貴的成果。國內(nèi)已有一些工作，把自己的中國層析成像結(jié)果與國外全球?qū)游龀上窠Y(jié)合，給出中國及鄰區(qū)更大范圍和更深深度的三維速度結(jié)構(gòu)。例如，國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“中國及鄰區(qū)地球內(nèi)部各圈層三維結(jié)構(gòu)及地球動(dòng)力學(xué)”，在東經(jīng)10°-180°、北緯10°-80°、0-2800km深度范圍，使用人工地震測深剖面、重力資料、地震轉(zhuǎn)換波資料等

14、，先建立地殼與上地幔上部0-400km深度的速度結(jié)構(gòu)，然后參考全球三維體波層析成像結(jié)果，建立地幔下部400-2800km深度的速度結(jié)構(gòu)，最后綜合得出0-2800km深度的“歐亞大陸及西太平洋地區(qū)三維地球模型”。這種工作首次提供了整個(gè)中國及鄰區(qū)較大深度的完整的速度結(jié)構(gòu)，但由于對(duì)國內(nèi)豐富的層析成像結(jié)果只取一家，在兩類資料的銜接上又缺乏客觀的方法，因此在得到同行的廣泛認(rèn)可和使用上受到了一些限制。5 三、北京地區(qū)現(xiàn)有基礎(chǔ)、特色和優(yōu)勢地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是速度結(jié)構(gòu)存在顯著的非均勻性、非線性和各向異性。面對(duì)北京地區(qū)復(fù)雜、隱蔽的地下物質(zhì)結(jié)構(gòu)，地球科學(xué)家必須盡可能利用所獲取的數(shù)據(jù)，勾畫地球結(jié)構(gòu)。北京及周邊地區(qū)是

15、我國政治、經(jīng)濟(jì)、文化和科技發(fā)展的核心地區(qū)。多數(shù)地震專家認(rèn)為華北地震區(qū)已進(jìn)入公元1000年以來的第四活期的后期階段。在第四活躍期的后期階段，華北地震區(qū)還有沒有7級(jí)以上大地震發(fā)生？這個(gè)問題一直是地震預(yù)報(bào)工作者爭論的難題，而在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的地區(qū)又成為一個(gè)敏感的問題。1998原美國副總統(tǒng)戈?duì)柼岢觥皵?shù)字地球 (Digital Earth) ”的概念，數(shù)字地球也就是信息化地球，它是個(gè)地球信息模型，它是利用全球海量空間數(shù)據(jù)，對(duì)地球所做的，包括任何一點(diǎn)資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等在內(nèi)的多分辨率和三維數(shù)字化的描述。它是數(shù)字化的、又是網(wǎng)絡(luò)化的、智能化的和可視化的。1998年6月10日江澤民主席在接見兩院院士時(shí)特

16、別提到了這個(gè)概念，并提出中國發(fā)展“數(shù)字地球”的思路，講話指明了發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)，加快建設(shè)國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，早日實(shí)現(xiàn)中國的“數(shù)字地球”是我國走向21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向。1999年，劉淇市長在北京召開的“數(shù)字地球國際會(huì)議”上，正式提出北京市將要啟動(dòng)數(shù)字北京工程“數(shù)字北京工程”將為北京實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供重要的信息技術(shù)支撐。1999年12月，中共北京市委八屆四次會(huì)議上，“數(shù)字北京”工程項(xiàng)目列為首項(xiàng)重大工程。“數(shù)字北京”工程，即首都信息化，也就是建設(shè)服務(wù)于人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的信息基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng)，其本質(zhì)是建設(shè)空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，并在此基礎(chǔ)上深度開發(fā)和整合應(yīng)用各種信息資源。申奧成功

17、，給北京帶來空前的發(fā)展契機(jī)，市政府在5年對(duì)北京城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和公共綠化投入1800億元人民幣；其中300億用于信息化建設(shè)。改革開放以來，地球物理的資料采集遍及全國，以其高密度的觀測、大信息量的數(shù)據(jù)系統(tǒng)和全球整體性的科學(xué)方法，使固體地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究受到普遍的關(guān)注，北京及周邊地區(qū)尤其受到地球科學(xué)工作者的重視。目前，北京及周邊地區(qū)已有的大量積累的地球物理數(shù)據(jù)，使人們得到不少新認(rèn)識(shí)、新概念和新理論，更提出了一系列新問題。在固體地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，需要不斷深化和創(chuàng)新，在堆積如山的資料和海量的數(shù)據(jù)中尋求發(fā)現(xiàn)和突破機(jī)會(huì)，對(duì)資料和數(shù)據(jù)的分析合成及其可視化研究工作還不夠。揭示北京及周邊地區(qū)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所需要大

18、量的、直接的、量化的并有足夠精度的數(shù)據(jù)資料尚不夠，同時(shí)需要對(duì)海量的數(shù)據(jù)加工并通過可視化技術(shù)演示。2006年中國地震局開始實(shí)施的“地下明燈研究計(jì)劃”，將獲得北京及周邊地區(qū)地球內(nèi)部不同深度情況下不同尺度的圖像、這些圖像是新型的地球內(nèi)部“三維地圖”。它將完善和改變我們對(duì)大陸動(dòng)力學(xué)、巖石圈結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的認(rèn)識(shí)。此外，以往的地震科學(xué)研究者在這個(gè)區(qū)域的研究工作也提供了豐富的理論知識(shí)與數(shù)據(jù)資料累積。這為我們?cè)诒本┘爸苓叺貐^(qū)北京及周邊地區(qū)開展固體地球可視化的三維結(jié)構(gòu)，建立在大規(guī)模（或超大規(guī)模）數(shù)值模擬和可視化基礎(chǔ)之上的數(shù)值地震（余震）預(yù)報(bào)，并進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析，成為了一個(gè)可能的科學(xué)研究發(fā)展方向。四、總體目標(biāo)、考核

19、指標(biāo)（具有明確的可考核性）、主要研究開發(fā)內(nèi)容（包括 要解決的主要問題、解決方案、技術(shù)關(guān)鍵、創(chuàng)新點(diǎn)）總體目標(biāo)：北京及周邊地區(qū)是我國政治中心、文化中心、以及未來的國際金融中心，是影響世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最重要地區(qū)之一。固體地球結(jié)構(gòu)可視化并應(yīng)用于地震危險(xiǎn)性分析，盡可能勾畫復(fù)雜、隱蔽的地下物質(zhì)結(jié)構(gòu)，揭示北京地區(qū)固體地球結(jié)構(gòu)特征與演變規(guī)律，為工程抗震的設(shè)計(jì)規(guī)范和防災(zāi)減災(zāi)工作提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)北京及周邊地區(qū)加快實(shí)現(xiàn)地震科學(xué)研究由監(jiān)測和評(píng)估向模型預(yù)報(bào)和決策支持系統(tǒng)的變革?？己酥笜?biāo)：（1）編制北京及周邊地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征圖、地震危險(xiǎn)性分析圖、地表地球物理場分布圖、地殼結(jié)構(gòu)和地球動(dòng)力學(xué)研究圖。（2）編制地表地形、地貌三

20、維可視化圖、地下固體地球三維結(jié)構(gòu)圖。（3）開發(fā)GIS平臺(tái)下的北京及周邊地區(qū)地表三維信息系統(tǒng)。（4）提交北京及周邊地區(qū)固體地球結(jié)構(gòu)的三維可視化成果。主要內(nèi)容：利用北京及周邊地區(qū)不同類型屬性和精度的地球結(jié)構(gòu)資料，結(jié)合北京及周邊地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)研究適用的數(shù)據(jù)合成和圖像處理技術(shù)，借助可視化技術(shù)，建立北京及周邊地區(qū)固體地球可視化的三維結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析，從而為工程抗震的設(shè)計(jì)規(guī)范和防災(zāi)減災(zāi)的理論與實(shí)踐提供新的方法和科學(xué)依據(jù)。全面了解認(rèn)識(shí)北京及周邊地區(qū)固體地球三維結(jié)構(gòu)，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。要解決的主要問題、技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點(diǎn)：1、各種數(shù)據(jù)量急劇增長，如何進(jìn)行各種格式數(shù)據(jù)的集中管理和開發(fā)應(yīng)用，成

21、為信息技術(shù)的突出問題。我們將對(duì)數(shù)據(jù)采用網(wǎng)格化預(yù)處理，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式管理各類空間上離散的數(shù)據(jù)，并通過坐標(biāo)變換、消除噪聲、平滑、插值等處理方法精練和選擇原始數(shù)據(jù)。這既是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，也是具有挑戰(zhàn)性的創(chuàng)新點(diǎn)。2、在數(shù)據(jù)和應(yīng)用之間建立一條快捷通道，是數(shù)據(jù)使用中急需解決的難題。我們將通過建立各種原始數(shù)據(jù)的接口模塊解決這一技術(shù)難題。將輸入輸出函數(shù)庫單獨(dú)編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫，供各種數(shù)據(jù)后處理軟件動(dòng)態(tài)調(diào)用，實(shí)現(xiàn)以最小的代價(jià)、最快的速度獲取最豐富的信息。3、交互干預(yù)和引導(dǎo)是實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算可視化的主要問題。我們將借助已有的圖形軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境之間的數(shù)據(jù)、圖形輸入和輸出的實(shí)時(shí)操作，以交互處理方式演示和輸出常

22、用投影坐標(biāo)下各種比例尺的等值線、等值線填充、暈渲圖和光照?qǐng)D，并以旋轉(zhuǎn)和電影方式實(shí)現(xiàn)三維速度結(jié)構(gòu)圖像的連續(xù)演示和變換?？梢暬男畔⑹潜卷?xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵。五、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析、推廣應(yīng)用前景分析、項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)分析（含市場風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、政策風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)等）技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析、推廣應(yīng)用前景分析：1、 北京及周邊地區(qū)固體地球三維結(jié)構(gòu)可視化是建設(shè)“數(shù)字北京”的重要內(nèi)容。“數(shù)字北京”工程，即首都信息化，也就是建設(shè)服務(wù)于人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的信息基礎(chǔ)設(shè)施和信息系統(tǒng)，其本質(zhì)是建設(shè)空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，并在此基礎(chǔ)上深度開發(fā)和整合應(yīng)用各種信息資源。在固體地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，需要不斷深化和創(chuàng)新，在堆積如山

23、的資料和海量的數(shù)據(jù)中尋求發(fā)現(xiàn)和突破機(jī)會(huì)，對(duì)資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析合成及其可視化。2、 做好北京及周邊地區(qū)防災(zāi)減災(zāi)護(hù)工作是提高北京經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展能力，保障奧運(yùn)會(huì)順利進(jìn)行、實(shí)現(xiàn)北京穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展的工作重點(diǎn)。北京及周邊地區(qū)是我國政治、經(jīng)濟(jì)、文化和科技發(fā)展的核心地區(qū)。多數(shù)地震專家認(rèn)為華北地震區(qū)已進(jìn)入公元1000年以來的第四活期的后期階段。在第四活躍期的后期階段，華北地震區(qū)還有沒有7級(jí)以上大地震發(fā)生？這個(gè)問題一直是地震預(yù)報(bào)工作者爭論的難題，而在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的地區(qū)又成為一個(gè)敏感的問題。3、 利用現(xiàn)代信息技術(shù)和手段、以大規(guī)模數(shù)值模擬、可視化及三維GIS為平臺(tái)的數(shù)字化空間數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)成圖，已成為當(dāng)今

24、地球系統(tǒng)科學(xué)主流工作模式。通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，建立固體地球三維可視化結(jié)構(gòu)，分析該北京及周邊地區(qū)近斷層地表運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)加速度的空間變化特征和規(guī)律，通過比較峰值加速度空間分布特征與地震動(dòng)衰減關(guān)系，估算分析概率地震危險(xiǎn)性，從而為工程抗震的設(shè)計(jì)規(guī)范和防災(zāi)減災(zāi)的理論與實(shí)踐提供新的方法和依據(jù)。綜上，本項(xiàng)目的實(shí)施具有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，其推廣應(yīng)用尤其是基于數(shù)值模擬及三維GIS平臺(tái)的北京及周邊地區(qū)地表三維信息系統(tǒng)及固體地球結(jié)構(gòu)的可視化成果，將在城市地球物理與地震風(fēng)險(xiǎn)研究中開拓一個(gè)全新的研究領(lǐng)域。項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)分析：在數(shù)據(jù)處理方面，我們將用系統(tǒng)誤差補(bǔ)償法對(duì)系統(tǒng)因素造成的條帶狀假異常進(jìn)行糾偏，并用DSI方法模擬地

25、質(zhì)體對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，在數(shù)據(jù)網(wǎng)格化中注意網(wǎng)格參數(shù)（網(wǎng)格邊界、網(wǎng)格間距等）的設(shè)置、數(shù)據(jù)搜索方向及范圍的選擇等技術(shù)問題。利用專業(yè)可視化軟件，實(shí)現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)可視化圖像的有效管理。在實(shí)施過程中，市場風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、政策風(fēng)險(xiǎn)、管理風(fēng)險(xiǎn)等都很小。7六、項(xiàng)目的課題分解初步方案（每個(gè)課題限200字，按課題數(shù)目調(diào)整篇幅） 貨幣單位：210萬元序號(hào)課題名稱市科技經(jīng)費(fèi)1題目：地表三維結(jié)構(gòu)的GIS應(yīng)用單位：中國科學(xué)院研究生院2008年2009年2010年合計(jì)250025目標(biāo)與內(nèi)容簡介借助于先進(jìn)的GIS軟件的三維可視化分析模塊和AutoCAD建模工具，結(jié)合北京及周邊地區(qū)最新的航片（衛(wèi)片）數(shù)據(jù)、地形圖、土地利用現(xiàn)狀圖資料

26、及有關(guān)地表信息，來構(gòu)造區(qū)域的三維仿真空間環(huán)境，開發(fā)出基于GIS平臺(tái)下的北京及周邊地區(qū)地表三維信息系統(tǒng)。序號(hào)課題名稱市科技經(jīng)費(fèi)2題目：地下三維結(jié)構(gòu)可視化與模型分析單位：中國科學(xué)院研究生院2008年2009年2010年合計(jì)900090目標(biāo)與內(nèi)容簡介（1） 建立原始多數(shù)據(jù)接口和系統(tǒng)內(nèi)部多數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，提取所有的數(shù)據(jù)種類，以地震波速資料為重點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分布范圍和質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)分析，合成北京及周邊地區(qū)固體地球結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)；利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的管理和利用，通過數(shù)據(jù)與成圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，將經(jīng)過合成處理的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可供繪制的幾何圖素和屬性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理及可視化映射。（2） 通過計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，分

27、析近斷層地表運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)加速度的空間變化特征和規(guī)律，通過比較峰值加速度空間分布特征與地震動(dòng)衰減關(guān)系，估算分析概率地震危險(xiǎn)性，從而為工程抗震的設(shè)計(jì)規(guī)范和防災(zāi)減災(zāi)的理論與實(shí)踐提供新的方法和依據(jù)。序號(hào)課題名稱市科技經(jīng)費(fèi)3題目：地震層析成像與地震危險(xiǎn)性分析單位：中國地震應(yīng)急搜救中心2008年2009年2010年合計(jì)700070目標(biāo)與內(nèi)容簡介建立北京及周邊地區(qū)3-D地殼模型。收集北京及周邊地區(qū)鉆孔、重磁勘探、人工地震勘探、水文地質(zhì)、工程地震、斷層、層析成像等資料，以及使用地脈動(dòng)反演技術(shù)和地震波形反演技術(shù)，建立首都圈地區(qū)的沉積層、基巖密度、速度和衰減的3-D地殼模型。在首都圈地區(qū)的沉積層、基巖密度、速度和衰減

28、的3-D地殼模型基礎(chǔ)上，結(jié)合第四紀(jì)地震地質(zhì)調(diào)查，開展北京及周邊地地震危險(xiǎn)性分析，為北京工程防災(zāi)減災(zāi)服務(wù)。序號(hào)課題名稱市科技經(jīng)費(fèi)4題目：華北與臺(tái)灣地震危險(xiǎn)性對(duì)比單位：北京海峽兩岸民間交流會(huì)2008年2009年2010年合計(jì)250025目標(biāo)與內(nèi)容簡介通過民間交流，邀請(qǐng)兩岸專家學(xué)者，開展華北與臺(tái)灣地震危險(xiǎn)性對(duì)比分析，探討北京及周邊地區(qū)大地震的潛在危險(xiǎn)，為領(lǐng)導(dǎo)提供科學(xué)的決策依據(jù)。8七、項(xiàng)目年度目標(biāo)和年度實(shí)施計(jì)劃年度分年度目標(biāo)和實(shí)施內(nèi)容二零零八年2008年1月起2010年12月止：項(xiàng)目共計(jì)三年時(shí)間其中：2008年01月2008年12月：野外實(shí)地調(diào)研，觀測，收集、整理資料。研究各種資料的分布特征、數(shù)據(jù)格式

29、及觀測精度。二零零九年2009年01月2009年12月：計(jì)算、分析。對(duì)各種觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，開展結(jié)合北京及周邊地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征、數(shù)據(jù)來源特點(diǎn)的網(wǎng)格插值方法研究，進(jìn)行并行數(shù)值模擬，構(gòu)建并行有限元計(jì)算模擬程序平臺(tái)。二零一零年2010年01月2010年12月：整理成果，建立北京及周邊地區(qū)固體地球三維可視化系統(tǒng)，進(jìn)行北京及周邊地區(qū)地震危險(xiǎn)性分析，提交成果報(bào)告。撰寫學(xué)術(shù)論文。11八、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算 （單位：萬元）（1）項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)來源： 來 源2008 年2009 年2010 年2011 年2012 年合 計(jì)市科技經(jīng)費(fèi)21000國家有關(guān)部委撥款依托單位匹配經(jīng)費(fèi)課題承擔(dān)單位自籌經(jīng)費(fèi)銀行貸款其 他 合 計(jì)210

30、00（2）項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支出：科 目2008 年2009 年2010 年2011 年2012 年合 計(jì)人員費(fèi)用6000外協(xié)費(fèi)2500野外試驗(yàn)費(fèi)3000合作交流費(fèi)2000設(shè)備購置費(fèi)2000能源材料費(fèi)500資料、印刷費(fèi)1500調(diào)研費(fèi)1000租賃費(fèi)2000其他相關(guān)費(fèi)用500合 計(jì)21000（3）擬購置的儀器設(shè)備：（單價(jià)在5萬元以上，含5萬元）名 稱型號(hào)數(shù)量金額經(jīng)費(fèi)來源購買時(shí)間主要用途合 計(jì)（4）項(xiàng)目實(shí)施所需的其他配套條件九、項(xiàng)目組織管理措施及實(shí)施方案（含與參與部門的分工、組織協(xié)調(diào)措施、課題分解方案及項(xiàng)目運(yùn)行機(jī)制）中國科學(xué)院研究生院、中國地震應(yīng)急搜救中心為本項(xiàng)目的組織者和參加者。項(xiàng)目分解為四個(gè)課題：課題1：

31、地表三維結(jié)構(gòu)的GIS應(yīng)用與分析，由中國科學(xué)院研究生院承擔(dān)。負(fù)責(zé)人：王超凡課題2：地下三維結(jié)構(gòu)的可視化與模型分析，由中國科學(xué)院研究生院承擔(dān)。負(fù)責(zé)人：史保平課題3：地震層析成像與地震危險(xiǎn)性分析，由中國地震應(yīng)急搜救中心承擔(dān)。負(fù)責(zé)人：尚紅課題4：華北與臺(tái)灣地震危險(xiǎn)性對(duì)比，由北京海峽兩岸民間促進(jìn)交流會(huì)承擔(dān)。負(fù)責(zé)人：郭理“中國科學(xué)院研究生院”和“中國地震應(yīng)急搜救中心”分別負(fù)責(zé)各自項(xiàng)目的具體實(shí)施及經(jīng)費(fèi)的使用，本著“相互合作，各自負(fù)責(zé)”的原則，各自組織野外調(diào)研、室內(nèi)資料整理、模擬計(jì)算分析，人員調(diào)配及儀器、車輛的安排。最后，分別提交最終成果。十、預(yù)期主要成果形式、知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬與管理預(yù)期主要成果：1. 紙質(zhì)圖件： 北京及周邊地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特征圖、地表三維可視化圖、固體地球三維結(jié)構(gòu)可視化圖、北京及周邊地區(qū)地震危險(xiǎn)性分析圖。2. 計(jì)算機(jī)軟件：GIS平臺(tái)下的北京及周邊地區(qū)地表三維信息系統(tǒng)。北京及周邊地區(qū)固體地球結(jié)構(gòu)可視化系統(tǒng)。知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬與管理：1、 知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬：北京市科委