青藏高原是研究岩石圈形成演化,探讨地壳运动机制的理想区域。自新生代以来,青藏高原的隆升及其对周边地区气候与资源的深刻影响,一直为科学界所瞩目,成为国际上地球科学的研究热点。研究青藏高原的动力学机制,对揭示地球上生态演化规律和人类文明发展具有重要的科学意义。相比于其它现代大地测量技术,如GPS、InSAR和卫星重力技术,用地面重力数据研究青藏高原的动力学机制能够提供与其它大地测量技术互补的物质迁移信息,比如,能够探测到GPS和InSAR技术难以观测到的地球深部物质运动信号,与常用的GRACE卫星重力数据相比对地球局部浅层质量的形变迁移更加灵敏,能够捕获地震波层析成像技术难以捕捉到的深部物质的动态运动信号。岩石圈结构的(剪切波)低速结构通常被认为是强度较低的部分,因此在印度-欧亚板块的碰撞过程中更容易发生形变,理论上更容易产生显著的重力变化信号。本文的研究思路就是提取岩石圈低速结构在欧亚-印度板块碰撞过程中引起的地面重力信号,并建立利用提取到的重力变化信号研究深部物质迁移的理论和方法,将提取的重力信号与地震波层析成像模型(即青藏高原岩石圈结构)对比寻找两者的相关性,联合多种数据构造和分析青藏高原的动力学模型。以往缺乏类似的研究,本文提出系统的研究方法和理论,主要内容总结如下：(1)提出联合地面重力数据、地表位移观测数据和岩石圈速度结构模型研究青藏高原动力学机制的策略。研究了提取上地幔重力变化信号的方法,收集其它各类数据和模型,从总重力变化信号中改正和扣除各种不关心的重力变化信号分量。(2)在各种重力变化分量中,重点研究了估计地壳应变引起的重力变化,构建了相应的数学模型,利用地面GPS水平速度计算面应变,然后用面应变计算重力变化。(3)将青藏高原的地面重力测站划分为22个子区域,计算它们的上地幔重力变化、面应变和地表垂向位移,用于定量分析和辅助构建青藏高原的局部区域动力学模型。根据地表位移、岩石圈速度结构和提取的上地幔重力变化,本文提出相应的动力学模型,概括如下：(1)青藏高原北部存在一个大尺度的低速结构,这些低强度物质形成一个倒三角形状,很可能在印度-欧亚碰撞过程中上涌,在遇到地壳下表面以后沿莫霍面水平向扩散,由此形成青藏高原北部大范围的正重力变化信号。(2)青藏高原内陆的正重力变化在南部呈现一个突起,几何形态与地表拉张断层走向十分符合,表明与地表结构的形成具有密切的联系。本文倾向于认为是印度板块撕裂的结果。具体地,印度板块俯冲到欧亚板块下撕裂,板块裂隙被自北向南扩散的上地幔物质填充,引起正重力变化。(3)祁连山北部的低速结构对应一个明显的负重力变化信号,可能是由于低速结构受到南北向挤压下沉侵入地幔中形成。(4)青藏高原东南部岩石圈中存在多个低速结构,包括位于中-下地壳(26°N纬线以北)的两个低速带和位于上地幔(26°N纬线以南)的一个低速结构。本文认为26°N纬线以北的两个低速带是受到松潘-甘孜块体向南运动的挤压而增厚,形成正重力变化信号；26°N纬线以南的低速结构遵循Airy均衡调整的动力学模型,并释放青藏高原的重力势能。(5)青藏高原东南部的条带状低速结构延伸至龙门山断裂西南端,这里的中-下地壳低速构造受到挤压增厚,上地壳由于四川盆地的阻挡受到挤压和增厚,两者的共同作用导致龙门山断裂带西南端抬升。龙门山断裂带东北端的地壳受到挤压、缩短而堆积侵入地幔。因此,龙门山两端的重力势能差增大,并且方便两端之间的断层走滑运动,引发地震(如2008年汶川地震和2013年芦山地震)。