地壳形变测量学发展的几个问题

本文从科学管理的角度,研究并提出了地壳形变测量学与大地测量学的区别和联系,笔者认为,从学科划分上讲,应将地壳形变测量学作为大地动力学的一个分支。笔者从几个基本理论问题、需要解决的实用问题以及为地震预报及其研究服务的地壳形变网的布设原则等方面,论述了地壳形变测量学的学科发展的一些问题。     

大地测量研究、应用与发展

本文扼要综述了国内外近四年来大地测量研究与应用的重要进展(主要侧重于地壳形变与地震领域)。现分以下六个方面阐述:大地测量理论研究的重要进展;空间技术的发展与地壳形变监测;地球自转与地震研究的新思路;现代板块运动及其新的全球模型;地震形变实例研究;未来的发展与任务。     

滑坡的区域性与地壳形变的相关性

本文讨论了我国大陆地区滑坡发育的区域性分布及滑坡发育与地壳形变的相关性问题,认为:1)我国大陆地区滑坡发育具有区域性特点,主要集中分布于我国北纬25°—38°和东经100°—115°的范围内;2)滑坡区域性分布与地壳形变具有相关性,滑坡发育区受地壳差异性形变速率、梯度和幅值变异等控制;3)滑坡发育区主要分布于中新生代断陷盆地边缘带附近。     

关中地区地壳形变综合分析与研究

利用关中地区1971~1996年垂直水准资料、1993~2005年流动重力测量资料和1999~2004年GPS观测资料,研究了关中地区地壳形变场的时空变化特征。结果表明:1)研究区地壳形变场变化与活动断裂构造密切相关,临潼-长安断裂是近期非常活跃的断裂;2)地壳形变总体表现为渭河断陷盆地沉降、重力增加,秦岭山区隆起、重力减少;3)垂直形变、水平运动和重力场变化有较好的一致性,显示出该地区现今构造活动的继承性及东、西部地壳运动存在一定的差异;4)西安地区由于过量开采地下水,引起地层压密效应,造成地面急剧下沉与重力值急剧增加。     

地壳形变分析的总体最小二乘配置方法

针对地壳形变问题中观测向量和趋势项系数矩阵均含有误差的情况,研究了总体最小二乘配置平差方法,在广义总体最小二乘准则下推导了具体的解算公式和迭代算法。利用模拟的地壳水平形变和2009年意大利L’Aquila实际地震数据进行分析,结果表明,总体最小二乘配置与传统的最小二乘配置方法在地壳形变分析中的效果基本一致,并给出了相关的理论依据。     

地壳垂直形变场的综合逼近模型

针对地壳垂直形变受多力源影响，单一逼近模型难以准确逼近地壳形变场的问题，提出了两步逼近综合模型和加权综合逼近模型，给出了模型应用实例并进行了验证。结果表明，综合逼近模型具有一定的理论研究和实际应用价值。     

地形变与仪器响应

本文通过对地壳形变频率信息的分析,探讨了地形变频率信息的取得与仪器响应的关系;论述了观测仪器的频率响应函数;并着重讨论了位移和倾斜测量仪器的频响问题。认为:如能进一步提高地形变仪器的观测精度和稳定性,获取确切的信息频率结构,就有可能监测和研究震前从高频至低频范围内的地面微小的形变信息。     

用速率面拟合法进行地壳水平形变模型的研究

速率面拟合法已应用于地壳垂直形变模型分析，本文利用这一曲面拟合理论研究了地壳水平形变模型，详细推导了相应的公式，并进行了模拟试算。     

地壳形变测量学之进展与展望

首先简述了当代地学前沿交叉新学科－－地壳形变大地测量学的形成和内涵。地壳形变大地测量学开拓了现今地壳运动与现今地球动力学研究新领域,使中国大陆现今地壳运动研究取得创新性成果,促进地球动力学等地学基础研究,证实地壳动力学的基本状态不是“SOC”而是“SO”,因而地震是可能预报的,有助于击破制约地震预报的“瓶颈”,从根本上推进地震预报。然后对当前的研究工作提出了7项建议,包括：将地壳形变监测系统建设为真正的“四维”快速测地系统,加速推进形变和重力的结合,地表与深部研究的结合,推进地壳运动“暂态信号”和“暂态过程”研究,研制和发布“数字形变信息产品”,深化中国大陆现今地壳运动和现今地球动力学研究,并在此基础上加速推进地震动力学和地震预报研究等。最后提出了对地壳形变大地测量学、现今地壳运动、现今地球动力学和地震预报未来发展的预测。地壳形变大地测量学正有力地推进地球科学创新和地震预报破关,激动人心的研究还仅仅是开始。     

自适应辩识在地壳形变建模中的应用和意义

本文使用自适应递推算法进行地壳形变模型的辩识,并就模型特征参数的意义进行了讨论。提出以形变准方向作为地壳形变系统特征量。根据该量的变化,有时可反映地壳介质弹性参数的改变。对于研究地震孕育过程,更充分地挖掘观测中的信息,不失为一个有益的探索。     

中国第三代地壳形变连续观测技术———地壳形变连续观测台网数字化网络系统

在评述中国地壳形变、应变连续观测技术３０年发展成就的基础上，论述和分析建立我国地壳形变、应变连续观测台网数字化网络系统的必要性及实施思路和方法。提出了该领域待深入研究的几个问题，为本领域跨世纪持续发展、跟踪国际前沿做好技术准备     

GPS跟踪站观测的初步结果所揭示的板内及板缘地壳水平运动

利用ＧＰＳ跟踪站的观测结果,首次获得了东亚地区板内及板缘地壳水平运动较准确的运动速率,据此分析了我国大陆及周围地区地壳水平运动的特征。结果显示：我国大陆存在着明显的向东运动趋势,从西向东位移速率逐步减小;南北向的运动差异很大,西部青藏高原存在明显的向北运动,东部存在明显的向南运动趋势。探讨了地壳水平运动的动力学问题,认为板内及板缘地壳水平运动的最直接、最主要的推动力是板块之间的相互作用力,重力势能差也是板内地壳水平运动的一个重要驱动力。     

地形变连续观测技术基本问题的思考

地形变连续观测的总体技术和有共性的基本问题都源于连续精密观测的特点。从分析这些特点出发，就下述基本问题作了初步讨论：1)电调零及机械调零与量程的关系；2)电调零与电放大的匹配原则；3)如何准确描述观测系统的工作特性与信号传递的内在过程；4)对标定的技术要求及在一些基本技术术语的定义方面还存在有待明确的一些问题。在讨论中也涉及了新技术、新器件的引入给观测技术的基本理念与工作方式带来的冲击与推动。     

东昆仑断裂的震后粘弹性松弛效应对地壳变形的影响

通过构建粘弹变形模型,对东昆仑断裂带附近近百年来发生的6个M≥7地震的震后粘弹性松弛效应进行数值模拟,分析该效应对区域地壳变形的影响。结果表明： 1) 离逝时间较短的1997年玛尼7.5级地震和2001年昆仑山口西8.1级地震造成的震后松弛效应对现今地壳变形的影响最为显著,在2次地震发生10~20 a后(2010~2020年)仍能造成最大约7.6 mm/a的地壳变形,跨断层变形速率最大约8.4 mm/a; 2) 2021年玛多7.4级地震震后粘弹效应在未来10 a内(2021~2030年)预计能造成最大约3.9 mm/a的地壳变形,2025~2030年跨断层变形速率可达2.6 mm/a。模拟结果表明,强震的震后粘弹性松弛效应对长期地壳变形和相关断层参数反演的影响不容忽视; 3) 考虑震后粘弹性松弛效应,采用跨断层GPS速度剖面反演的东昆仑断裂中段的滑移速率与地质学研究结果具有更好的一致性,若不考虑震后粘弹性松弛效应,则会明显高估30%的断层滑移率。     

地壳形变测量用于地震预报的研究

本文给出了一个用形变资料预报大陆地震的基本模式：①用大面积形变资料进行地震背景的研究，确定地震危险区，并综合各种手段对危险区震情的发展进行监测；②在重点监视区内布设形变监测台网，寻找形变敏感点，利用形变测量手段（如跨断层短水准。短基线测量手段等）捕捉中短期地震前兆信息，进行中短期震情预测，为短临形变监测手段提供依据。③建立固定形变监测台站进行连续形变的观测（如连通管、倾斜仪、伸缩仪、应变仪等），以捕捉临震的形变前兆信息，用于震前的短临预报。本文对以上三个步骤以实例作了简要的介绍，并简单地介绍了一些形变数据处理及提取形变前兆信息的方法，同时给出了预报地震的实例。     

利用复测水准资料寻求反映地壳纯形变的定量指标

地壳纯变形分为剪切变形和扩张变形。在前人研究的基础上提出了仅利用复测水准资料求出描述地壳剪切变形和扩张变形指标的方法和步骤，所得的定量指标不受基准的影响，受测量累积误差的影响亦很小，能客观地反映地壳变形的特征。通过理论和实例证明：以一点周围变形分量的最大值代表该点周围垂直面的变形程度比其平均值更能突出变形信息。最后根据实例计算结果分析了剪切变形分量、扩张变形分量与形变速率、构造地震的关系。     

水平形变场的函数描述及其实现方法

本文利用近代数值逼近理论,给出了描述水平形变场的函数形式及其实现方法。这一方法可削弱通常数据处理中的模型误差。最后给出了算例,验证了本方法的可行性和有效性。     

汶川地震地形形变监测与分析

地形形变监测与分析对于研究汶川地震对震区及青藏板块地形变化的影响有重要意义。通过收集相关监测点的汶川地震前后地形形变数据,采用统一模式进行数据处理,将震前与震后的形变监测成果归算到ITRF2005参考框架和2008.363(2008年5月12日)历元,计算得到震中区域的大地基准造成严重破坏,监测点形变位错,水平位移量达243 cm,沉降量达68 cm,隆起量达36 cm。并对汶川地震地形形变监测进行分析,认为位于"映秀镇—北川—青川"断裂带西侧块体呈现向东南方向移动并呈现隆起趋势;东侧块体向西北方向移动并呈现下沉趋势;北侧块体向东北方向移动,南侧块体向西南北方向移动,块体两侧形成了明显挤压形态。上述研究为进一步揭示汶川地震产生的机理和龙门山断裂带的活动提供了良好基础。     

永登5.8级地震的地形变异常分析

总结了１９９５年７月２２日永登５．８级地震前的地壳形变异常特征，研究了跨断层形变异常及其与地震的对应关系，地震发生在隆起区边缘的形变高梯度带上，有明显的地形变前兆，说明大面积地形变与断层形变观测相结合对一些较大地震作出预报是可行的