利用高精度复测GPS网进行中国大陆区域地壳运动特征分析

本文利用高精度复测GPS网,用多面函数拟合的方法计算出中国大陆地壳运动速度场模型,得到了有实用价值的中国地壳平面运动整体速度场图像和垂直速率等值线图像,同时计算出ITRF97参考框架下中国大陆地壳运动的区域背景场,该局域背景场与NNR-NUVELlA、Sillard、Larson 等全球板块运动模型所提供的欧亚板块的欧拉极方向和旋转速率在量级和大趋势上是一致的.据此对全球框架下的中国大陆区域地壳运动特征进行分析.     

基于ITRF2000的全球板块运动模型和中国的地壳形变

基于最新的国际地球参考架ITRF2000的速度场构建了一个新的现时板块运动模型ITRF2000VEL,比以往用空间测量技术或地质、地球物理资料建立的板块运动模型,更精确和更全面地反映现时全球板块运动的特点.同时发现了ITRF2000存在整体旋转,旋转角动量矢量为(0.12°/m@a,40.2°S,154.4°E),不符合协议地球参考架的定义.以ITRF2000VEL的欧亚板块运动为背景,计算了近10年来建立的中国地壳运动GPS监测网(全国网和部分区域网)和亚太网的300多个GPS测站在ITRF2000框架内的运动速度.给出和研究了中国大陆及周边地区相对于欧亚板块地壳形变的特点,中国大陆地壳形变具有南强北弱,西强东弱的特点.西部具有一致性的北向运动,而东部具有一致性的南向运动.     

由APRGP97～APRGP99的GPS联测资料确定的亚太地区地壳形变

使用伪无基准（pseudo nonfiducial）算法、利用GIPSY软件，归算了APRGP97、APRGP98 和APRGP99的GPS资料．对大多数站所得解的站座标的精度:南北分量是1～2mm，东西分量是2～5mm，垂直分量是5～10mm；并初步获得亚太地区84个站在ITRF97中的运动速度，其水平方向的精度约为1～4mm/a．基于ITRF97速度场建立一个新的现今全球板块运动模型ITRF97VEL，由此获得这些站相对于该模型的现今形变速度，并对这些站相对欧亚板块的运动情况作了初步分析．      

关于全球板块运动模型ITRF2000VEL若干问题探讨

利用最新的国际地球自转服务（IERS）发布的国际地球参考架ITRF2000速度场，建立了一个独立于任何其它模型、安全基于现代空间大地测量实测结果的现今全球板块运动模型ITRF2000VEL，较百万年平均地质模型NNR－NUVELIA更能真正反映全球板块现今运动特征，相比ITRF96,晚接近于百万年地质模型NNR－NUVELIA，而且ITRF2000参考架在定向、原点和尺度的定义较ITRF96和ITRF97参考架有了改进，但ITRF200VEL模型存在诸多问题：总角动量|L|=0.127，即不为零，与协议参考架（CTRF）不符，存在整体旋转，并建立无旋转NNR－ITRF2000VEL模型，台站不均匀分布全球板块、部分板块界线不明确以及有的板块不满足刚性特征等，这些对ITRF2000的高精度应用和长期维持、地球自转参数的长期变化都将产生一定的影响。     

基于ITRF2005的全球板块运动模型

利用最新的国际地球自转服务(IERS)发表的国际地球参考框架ITRF2005的速度场,建立了一个完全基于现代空间大地测量实测结果的现今全球板块运动模型ITRF2005VEL,并与地质模型NNR-NUVELlA及以往利用ITRF序列所建立的模型进行了比较.结果表明,从整体上看ITRF2005VEL与NNR-NUVELlA模型有较好的一致性,且较以往的ITRF序列的模型精度更高,但同时也存在着一定的差异性,这与观测台站、板块本身等相关因素都有关.本文还由ITRF2005VEL模型计算了构造板块的总角动量,结果不为零,说明ITRF2005框架有可能不满足无整体旋转的要求.     

基于GPS获得的中国大陆现今地壳运动速度场

利用国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”1999至2011年底的全部GPS观测资料,采用统一的数据处理策略和最新的地球物理模型,分别获取了中国大陆相对于全球ITRF2005参考框架和欧亚板块的现今地壳水平运动速度场。通过速度场分析,给出了中国大陆地壳运动的大背景和基本特征,为地震预测、地球动力学等相关学科的研究提供了基础资料。     

ITRF97下空间对地观测站速度矢量显示的全球构造运动

利用ITRF97的站速度矢量研究现代地壳运动特征，发现ITRF97站速度矢量与NUVEL-1A板块运动模型有很好的一致性. 它们共同显示，北半球以北大西洋为轴向北东、北西向裂开，欧亚大陆向北东、东、南东运动; 北美大陆向北西、西、南西运动, 但南半球板块运动状态截然不同, 南美、非洲、印-澳三板块各自的本体运动几乎全部指向北东-北北东, 三者之间以南大西洋脊和印度洋脊为界, 而且运动矢量逐次加大, 呈现南半球整体运动与洋脊张裂运动的叠加所造成的“落后式”拉张关系, 北半球和南半球之间速度矢量场的差异十分明显, 显示其间运动场不协调带, 此带内地质调查早已确定存在一组斜列式断续延伸的剪切破裂带. 沿此南/北半球之间的运动不协调带及其内部的大断裂带自1999年8月至2001年1月连续发生8次M≥7.8地震, 而环太平洋俯冲带内地震活动则明显降低, 充分显示了南/北半球之间的运动不协调带在全球板块运动中所显示的全球尺度的独立地位. 验算结果初步揭示了南/北半球之间的相对错动关系.     

GPS监测的中国及其周边现时地壳形变

利用多个全国性的GPS监测网、中国地壳运动主要活动带的区域性GPS监测网以及亚太地区大地测量计划(APRGP)的GPS监测网自1991年以来近10年的GPS资料,通过旋转变换将不同方法得出的各个子网的速度解进行统一,给出一个自恰的、完整的ITR一7框架下的速度场综合解.为了研究中国现时地壳运动在欧亚板块内形变的特征,基于一个现时板块运动模型ITRF97VEL,给出了3类网共260多个站的形变速度场.结果表明中国地壳运动有明显的不均匀性,以南北地震带为界,西强东弱;中国西部受印度板块强烈的冲挤,地壳运动由南向北逐渐减慢,呈现南北向缩短,东西向伸展,有明显的块体特征;喜马拉雅和天山西部分别提供了约15mm/a和9-13mm/a的汇聚速率;拉萨块体有(20.2±1.2)mm/a的伸长;喀喇昆仑一嘉黎断裂的右旋走滑速率和阿尔金断裂的左旋走滑速率分别为2-3mm/a和4-6mm/a,穿过龙门山断裂带的缩短速率小于7mm/a,这些都支持地壳增厚学说;沿阿尔金断裂带到喜马拉雅存在一个NNE弥散带,它是形变速度有东和西分量的分界线,是一个有特殊意义的动力学带.中国东部以走滑为主,东北块体是中国最稳定的地区,华北块体具有较大走滑性,是东部较易变形区.     

ITRF2000的无整体旋转约束及最新全球板块运动模型NNR-ITRF2000VEL

由IERS最新公布的ITRF2000地球协议参考架中, 用54个台站维持参考架的定向. 它有两个不足, (ⅰ) 54个台站只分布在全球14个大板块中的9个, 其中有3个板块只有1个台站, 因此这些台站不能很好地维持全球地壳无整体旋转的条件; (ⅱ) 虽然ITRF2000公报中称ITRF2000相对于NNR-NUVEL1A 地质模型为无整体旋转约束, 但计算结果表明ITRF2000不满足地球协议参考架相对于地壳无整体旋转的条件. 结合实测速度场与地质板块模型, 导出产生ITRF地球协议参考架的无整体旋转的条件, 给出选择维持地球协议参考架无整体旋转条件的核心站条件. 同时在建立ITRF地球协议参考架过程中获得新的地球板块运动模型, 可作为ITRF的产品.     

利用GPS观测结果反演中国大陆及邻区现代构造变形运动

通过模拟水平应变率场获得了中国大陆地区相对于稳定欧亚大陆的现今地壳运动速度场.用此方法得出的应变率解相当于一个牛顿体薄壳在水平作用力下的反应.在模型中印度板块和阿拉伯板块相对于欧亚板块的速率采用了由NUVEL-1A模型的欧拉矢量所定义的速度值作为约束,对每一个单元格中的模型应变率张量通过地震矩张量和第四纪活动断层滑动速率加以约束.模拟结果表明,在各向同性的不均匀体中由NU-VEL-1A模型所定义的印度板块相对于欧亚板块的运动绝大部分都被近南北向的地壳缩短变形所吸收,走滑运动只占了非常小的比例.在各向异性模型中,走滑运动分量增大,但最大不超过总量的25%,说明在调节整个青藏高原构造变形的过程中,逆断和地壳增厚起了主要的作用.     

关于ITRF96参考架整体旋转性的探讨

利用国际地球自转服务IERS发布的国际地球参考架ITRF96的速度场 ,建立了一个基于现代空间大地测量实测结果的全球板块运动模型ITRF96VEL ,该模型与NNR -NUVEL1A模型有着较好的一致性 .利用该模型 ,本文对ITRF96参考架相对无整体旋转参考架是否存在一个整体旋转的问题进行了初步的探讨 ,结果表明ITRF96参考架相对无整体旋转参考架有一个整体旋转 ,旋转角速度为 0 1 61°/Ma ,旋转极指向南纬 50 5° ,东经 65 5°,这与要求ITRF96无整体旋转的定义不相符 ,这个整体旋转将会对国际地球参考架的高精度应用和长期维持 ,特别是对地球自转参数长期变化的研究产生一定的影响     

Crustal deformation of Asia-Pacific area determined by the GPS data of APRGP97～APRGP99

IntroductionSince 1997, Asia-Pacific Space Geodynamics (APSG) has carried out the survey campaigns every year called Asia and Pacific Regional Geodesy Project (APRGP) by means of various space technologies, such as Very Long Baseline Interferometry (VLBI), Satellite Laser Ranging (SLR), Global Position System (GPS), Doppler Orbitography and Radio-positioning Integrated by Satellite (DORIS), Precise Range and Range rate Equipment (PRARE), etc. Many countries in Asia and P…     

平均热点参考基准的建立和岩石圈西向漂移的研究

对于大地测量应用来说,目前IERS机构在定义地球参考系时推荐采用岩石圈无整体旋转(No-Net-Rotation-NNR)约束条件,然而对于地球物理应用来说,相对于NNR参考基准的绝对板块运动数据可能会对地幔对流等研究结果产生误导.考虑到热点的运动,提出建立平均热点(MHS-Medial HotSpot)参考基准的方法,给出建立该基准的约束准则,分别以地学模型NNR-NUVEL1A和实测模型ITRF2005VEL为基础,建立了平均热点参考基准MHS-NUVEL1A和MHS-ITRF2005,并与其它基于热点的绝对板块运动模型进行了比较和分析;讨论了岩石圈的西向漂移,给出了岩石圈相对于下地幔整体旋转的更精确的定量估计,即基于实测的热点参考架MHS-ITRF2005和地学模型NNR-NUVEL1A之间的整体旋转为0.26°/Ma,旋转极在(50°S, 62°E),这与由板块的受力模型给出的岩石圈的整体旋转的旋转极很接近,旋转速率大致快了10%.     

中国大陆地壳的应变应力场研究

根据全国ＧＰＳ网１９９４年和１９９６年两期测量结果,研究了中国大陆地壳现阶段的水平形变应力场。结果显示,西部青藏块体与新疆块体主压应力场为近南北至北 北东向,而南北地震带以东、长江以及北地区为北东东至近东西向,华南块体上为北 北西至北西向,与滑线场理论模型基本吻合。反映出中国大陆地壳变形的压应力主要来自印度板块与欧亚板块的俯冲碰撞。而太平洋板块与菲律宾板块对欧亚板块的作用力以及地幔向上的作用力总体     

NNR constraint in ITRF2000 and the new global plate motion model NNR-ITRF2000VEL

There are 54 sites employed by ITRF2000 for ITRF2000 orientation. The deficiencies are obvious. First, these sites cannot well represent the rotation rate of the earth crust because there is no selected site in five out of fourteen tectonic plates and three of fourteen plates only have one site each. Second, the total angular momentum of the crust is non-vanishing in ITRF2000, even though it is declared that No Net Rotation (NNR) with respect to NNR-NUVEL1A is imposed on ITRF2000 construction according to the documentations of ITRF2000. So the NNR condition in conventional terrestrial reference system (CTRS) realization cannot be satisfied in ITRF2000. In this paper, the criteria of site selection for estimating the Euler vectors are suggested; the Tisserand system constraint equation in ITRF construction is derived; and as a product, the global plate motions can be obtained from the ITRF2000 construction.     

亚太网三期GPS观测数据处理结果及地壳形变特征分析

本文对亚洲太平洋地区地球动力学计划(APRGP,简称亚太网)在1999-2001年采集的三期GPS观测数据,利用GAMIT/GLOBK软件进行了分析处理,得出各期的观测站在ITRF97框架下的三维直角坐标,并根据三期观测数据中的重复观测站进行了速度场计算和地壳形变特征分析。结果表明亚洲大陆板块具有明显的顺时针旋转运动特征;印度板块和澳大利亚板块从西南方向对亚洲大陆板块进行挤压;而西太平洋地区各观测站则向西北方向运动。这些特征与国内GPS区域网观测数据处理得出的结论是一致的,而本文则揭示了更大范围的亚洲太平洋地区地壳形变信息。     

NNR constraint in ITRF2000 and the new global plate motion model NNR-ITRF2000VEL

There are 54 sites employed by ITRF2000 for ITRF2000 orientation. The deficiencies are obvious. First, these sites cannot well represent the rotation rate of the earth crust because there is no selected site in five out of fourteen tectonic plates and three of fourteen plates only have one site each. Second, the total angular momentum of the crust is non-vanishing in ITRF2000, even though it is declared that No Net Rotation (NNR) with respect to NNR-NUVEL1A is imposed on ITRF2000 construction according to the documentations of ITRF2000. So the NNR condition in conventional terrestrial reference system (CTRS) realization cannot be satisfied in ITRF2000. In this paper, the criteria of site selection for estimating the Euler vectors are suggested; the Tisserand system constraint equation in ITRF construction is derived; and as a product, the global plate motions can be obtained from the ITRF2000 construction.