地球模型对季节性负荷形变计算的影响——以川滇地区为例

利用川滇地区的GNSS和GRACE数据, 结合不同地球模型和负荷理论, 研究了地球模型对地表季节性负荷形变计算的影响, 该工作对于选取合适的地球模型开展负荷形变研究具有一定的参考价值。 研究表明: ① 川滇地区GNSS观测的地壳垂向季节性形变振幅为20 mm左右, GRACE反演的垂向形变与GNSS的结果相位一致, 振幅存在差异。 ② 区域地球模型的负荷勒夫数与其他地球模型的差异较大, 且负荷勒夫数h_n对地球结构的变化较为敏感。 ③ 区域地球模型可以改善GRACE反演的负荷形变结果, 从而减小与GNSS观测结果的差异。 ④ 川滇地区大部分GNSS测站的加权均方根比值减小量呈现由东北向西南方向逐渐增加的变化趋势。     

汶川地震前十年间龙门山区域顾及断层闭锁的地壳应变场

本文利用1997—2008年5月的汶川M_w7.9地震前川滇地区GPS水平速度场数据,采用负位错理论反演了汶川M_w7.9地震前龙门山断裂带的闭锁程度.在顾及断层闭锁影响下,获得了龙门山断裂带区域震前十年间地壳应变率场.结果表明在汶川地震前龙门山断裂带高度闭锁,在地表以下0~25 km范围内其平均闭锁程度为0.972±0.222,滑动亏损速率约为3 mm·a~(-1).震前龙门山断裂滑脱层的高度闭锁为汶川地震深部同震破裂提供了能量基础;在顾及断层闭锁影响下,龙门山断裂带附近应变积累缓慢,断层附近区域最大主应变率约为3.4~9.6 nanostrain·a~(-1),最小主应变率约为-2.5~-7.1 nanostrain·a~(-1);断层西北侧有明显的应变积累.     

GPS揭示的郯庐断裂带中南段闭锁及滑动亏损

利用华北地区2009—2014年GPS水平运动速度场数据,采用块体负位错模型反演了郯庐断裂带中南段断层深部滑动速率、断层闭锁程度分布、断层滑动亏损速率分布及地震矩积累率,结合地表应变率分布,对郯庐断裂带中南段深、浅部形变、应变特征以及华北地区的地壳形变模式进行了分析.结果表明:郯庐断裂中南段的北端主要为右旋走滑特性,南端则表现为右旋走滑兼拉张性运动,断层滑动速率在0.9mm·a~(-1)至1.2mm·a~(-1),且沿断层走向由北至南逐次增大.断层闭锁程度分布沿走向分布不均一,断层闭锁深度由最北端的27km增加到中段的32km,至最南端变为5km,断层闭锁最深处与1668年郯城MS8.5震中位置相对应.断层滑动亏损速率沿走向由0.9mm·a~(-1)增加到1.2mm·a~(-1),沿倾向由地表至深部逐渐减小为0mm·a~(-1).地震矩积累率在郯庐断裂带中南段郯城附近较大,而地表对应区域为第二应不变分量的低值区.华北地区地壳变形以块体运动为主,块体内部应变及断层闭锁产生的负位错效应次之;郯庐断裂带中南段断层形变沿走向呈条带状分布,形变宽度单侧小于50km,形变量不超过1mm·a~(-1),且上盘形变略大于下盘.     

基于GNSS观测资料分析乌鲁木齐地区形变特征

基于时间序列和速度场结果分析乌鲁木齐地区的水平和垂直运动特征。利用GAMIT/GLOBK10.6软件对乌鲁木齐及周边7个CORS站2012～2019年的观测数据进行处理,获取CORS基准站在ITRF2014框架下的三维坐标时间序列,并根据坐标时间序列通过最小二乘拟合获得该地区的GNSS速度场。结果表明:乌鲁木齐CORS站在ITRF2014框架下的东西向和南北向平均运动速率分别为32.05 mm·a~(-1)和5.13 mm·a~(-1)。垂直方向WJQZ站的下沉和上升的周期性变化量最大到达(-33.77±1.87) mm·a~(-1),FUKZ、CHJZ两个站亦有下沉趋势。西山断裂南侧4个站存在小幅向上抬升趋势,平均速率为1.47 mm·a~(-1)。7个CORS站数据结果与周围的IGS(URUM)站和"陆态网络"连续站解算结果进行对比验证,显示出较好的一致性。     

CR-InSAR与PS-InSAR联合解算方法及在西秦岭断裂中段缓慢变形研究中的应用

本文结合CR-InSAR、PS-InSAR技术,将CR、PS点联合构网,采用LAMBDA方法进行相位解缠,研究西秦岭北缘断裂带中断的微小形变,结果得出断裂带表现出左旋走滑运动特征,断裂带南盘平均形变速率为2.3mm·a~(-1),北盘平均形变速率为-1.5mm·a~(-1),南北两盘平均形变速率差异为3.8mm·a~(-1),与其他学者GPS、地质测年研究成果相近.对研究区内的角反射器(CR点)安装、影像特征分析及形变解算进行了较为详细的论述,并对比分析了CR、PS点联合构网和PS点单独构网解算结果,得出对地质环境复杂的断裂带做永久散射体形变研究时,CR、PS点联合构网解算结果好、研究结果可靠.说明CR、PS点联合构网中,CR点由于其自身的高稳定特性,对整个解算网络起到了很好的整体控制作用,保证了解算结果正确.     

综合利用多种地壳形变观测资料计算鲜水河断裂带现今滑动速率

本文首先沿走向将鲜水河断裂带划分为炉霍、道孚、乾宁、康定和磨西五个断裂段,利用沿断裂带布设的跨断层短基线、短水准场地测量资料计算了近场的断层活动参数,利用覆盖断裂带相对较大区域的重力、GPS观测资料计算了重力场动态变化、GPS速度场.基于重力场动态变化和GPS速度场采用蚁群算法和粒子群算法(具有全局优化的优势)分别反演计算了五个断裂段断层活动参数,将结果中的走滑分量作为五个断裂段的现今走滑速率.通过对以上三类现今走滑速率及五个断裂段的地质平均滑动速率进行融合与对比分析,将重力资料反演计算结果作为断裂带整体走滑速率,与跨断层短基线、短水准测量计算的断层滑动速率结果进行对比分析,初步判定了各跨断层短基线、短水准场地所跨断裂的性质,最终给出了五个断裂段的现今整体左旋走滑速率和部分分支断裂左旋走滑速率,结果为:(1)炉霍段为9.13mm·a~(-1),虾拉沱区域西支断裂为2.46mm·a~(-1),东支断裂为5.84mm·a~(-1).(2)道孚段为8.57mm·a~(-1),东南段沟普区域西支断裂为1.78mm·a~(-1),东支断裂为6.79mm·a~(-1).(3)乾宁段为7.67mm·a~(-1).(4)康定段为6.14mm·a~(-1).(5)磨西段为4.41mm·a~(-1).本文还定性讨论了断裂带两侧重力、GPS测点覆盖范围内活动地块的三维弹塑性变形和古地震、历史地震造成的永久位错.     

GPS与PS-InSAR联网监测的台湾屏东地区三维地表形变场

联合高精度的GPS水平位移观测和高密度的PS-InSAR雷达视线位移测量,实现地表三维形变的精确反演.本文在准确计算卫星轨道方位角基础上,使用GPS观测位移与星载雷达LOS方向形变的投影转换模型,将雷达LOS方向形变转换为垂直方向位移,并基于地面GPS与SAR影像PS目标联合构建形变监测网,采用参数平差算法估计区域地表形变场.以地质构造活动极其活跃的台湾岛及其西南屏东高雄地区为例,联合屏东地区48个GPS监测台站与雷达PS目标,监测该地区从1995-1999年间由于板块构造挤压运动和地下水抽取导致的三维地表形变.结果表明,该地区年均水平位移量为向西30~50 mm/a,高雄沿海地区发生明显的逆时针西偏南的逐渐增大的水平位移;垂直位移为屏东平原南部呈现-10 mm/a~-15 mm/a的地面沉降,而平原北部和高雄地区呈现约+5 mm/a~+10 mm/a的地面抬升.     

甘肃岷县漳县6.6级地震前后区域地壳形变分析

利用陆态网GNSS连续站及流动站观测数据处理结果,从坐标时间序列、基线时间序列、速度场、形变场等方面分析岷县漳县地震前后青藏高原东北缘地区GPS形变场变化,得出以下结论:岷县漳县地震前GNSS测站时间序列没有明显变化,震前异常不突出;地震引起不同测点不同程度的永久性同震位移,最大值达到16mm;地震前后基线变化不明显,未发现明显的前兆异常;阿拉善及附近的祁连构造带存在顺时针运动的迹象,即运动方向由东侧的南西向逐渐变到西部的北西向,运动大小的范围基本保持在7mm/a之内;区域主压应变优势方向为东北-西南向,最大主压应变区呈带状分布于研究区域南部。     

巴颜喀拉块体东缘形变及九寨沟地震孕震环境数值分析

2017年8月8日四川发生九寨沟M7.0地震,是继2008年汶川M8.0地震后发生在巴颜喀拉块体东部的又一强震.现今GPS速度观测数据显示,2008年汶川地震前后的1999-2007年和2011-2016年两个时间段内巴颜喀拉块体东部地表速度场存在明显的差异.本文以实际GPS速度观测资料为约束,构建三维有限元地球动力学模型,分别计算分析了两个时段内震源区及周边现今地壳形变、弹性应变能和应力积累特征,进一步探讨汶川地震的发生对九寨沟地区变形及应力的影响.数值模拟结果显示,汶川地震之后(2011-2016年)巴颜喀拉块体东部的地壳形变、弹性应变能积累及应力积累速率均明显大于震前,增加量值达1.5-3倍;九寨沟地震发震断裂上库仑应力增长率在1999-2007年约为0.7 kPa·a~(-1),2011-2016年间增至1.2 kPa·a~(-1).上述结果表明,现今巴颜喀拉块体东部地壳应力积累过程有利于左旋走滑型九寨沟地震的发生,汶川地震的发生调整了区域应力状态,加速了九寨沟地震的孕育过程.     

基于GNSS观测的阳江地区形变特征分析

地壳形变监测与分析是研究区域构造活动性的重要手段.利用阳江地区GNSS观测资料,系统分析了各GNSS站点速度场、站点间基线时间序列及区域应变率场的数据;根据获取的阳江地区现今地壳水平运动状态,综合研究了阳江地区地壳形变特征.结果表明:阳江地区各GNSS站点水平运动方向都为东南向,与华南块体运动方向一致;东北部站点运动速...     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

全球平均海平面上升的瞬时速率

在确定海平面上升速率时,传统方法是利用最小二乘拟合获取特定时间段内的平均速率.事实上,由于海平面是一种非稳态变化,其速率随着时间变化.本文使用集成经验模态分解获取海平面变化在2002-2014年间的非线性趋势,然后通过三次样条函数平滑拟合非线性趋势得到连续的一阶导数,即为海平面变化的瞬时速率.结果表明,全球平均海平面的瞬时速率先降后升：从2002的2.7 mm·a^-1缓慢下降至2010年的2.5 mm·a^-1,然后上升至2014年的3.8 mm·a^-1.通过分析海平面上升各个贡献成分的瞬时速率,发现该上升主要由海水质量增加引起.在2002-2014年间,格陵兰岛冰川消融对海平面上升瞬时速率的贡献从0.51 mm·a^-1上升至0.85mm·a^-1,南极冰川消融的贡献则从0.12 mm·a^-1上升至0.34 mm·a^-1.陆地水储量对海平面上升起抑制作用,但该抑制作用呈下降趋势,其瞬时速率从-0.24 mm·a^-1增加到0.03 mm·a^-1.比容海平面的瞬时速率表现为下降趋势,从1.6 mm·a^-1减小至1.0 mm·a^-1.这表明在全球尺度上,海水质量对海平面上升的贡献正在增加,截止到2014年,海水质量的贡献已经接近70%.     

基于K-Means++的省内子块体划分及中国大陆水平相对运动速度场模型的建立与分析

省市级区域CORS(Continuously Operating Reference Stations）系统是当代城市数字化、信息化和智慧化的重要组成部分,便于获取各类物体的时空信息及其相关动态变化．为了进一步实现区域框架基准的现代化与自主化,全面提升现代测绘基准综合服务水平和应急保障能力,同时为了提高中国大陆区域水平速度场的精度,并精细地刻画其自身的局部运动特征,本文利用陆态网上千站2011—2017年的连续观测数据,采用GAMIT/GLOBK软件,获得高精度的定位和速度成果,进而提出和构建了基于欧拉矢量模型的中国大陆省级块体相对运动模型和部分省内子块体相对运动模型,并与欧亚板块、大陆整体和二级板块相对运动模型进行对比分析;结果表明,欧亚板块相对运动模型仅能描述大陆的部分运动趋势,中国大陆整体板块相对运动模型能够较好地展现大陆整体运动趋势,二级板块和省级块体相对运动模型均能够较为精细地反映区域的局部运动特征,且两者水平相对速度的内符合精度均小于2mm·a~(-1),其外符合精度均小于3mm·a~(-1),其中前者物理意义更为明显,后者使用更为简便,但在青藏、川滇等地壳运动复杂的地区两者精度仍有欠缺．因此,本文提出利用K-Means++算法对地壳运动复杂区域的水平速度场进行聚类分析,以快速准确地对这些区域进行子块体划分;结果表明,划分成果与现有部分二级块体成果相符合．为了兼顾省内复杂地质构造与地形地貌的影响,同时提高省级块体划分的物理意义,对地壳运动复杂的省份再细分块体,进而对各子块体构建欧拉矢量模型;结果发现,该模型平均误差和中误差均小于2mm·a~(-1),提高新疆、西藏、川滇等地区的速度场模型精度至2mm·a~(-1)左右,在确保精确度的同时,满足使用简便性的要求．     

天山地震带境内外主要断层滑动速率和地震矩亏损分布特征研究

本文搜集、整理1998—2013年境内外天山及周边地区(包括中国新疆、哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦等)500余个GPS观测点数据,采用GAMIT/GLOBK软件对其进行解算和平差计算,并利用了弹性块体模型计算区域块体边界断层闭锁深度、块体运动参数和主要活动断层的滑动速率.研究结果表明,东、西昆仑地震带闭锁深度最大(19km),其次为南天山地区,闭锁深度达到17km,闭锁深度最小的为哈萨克斯坦(13km);各块体相对欧亚板块作顺(逆)时针旋转,旋转速率最大(-0.7208±0.0034°/Ma)为塔里木块体,其围绕欧拉极(38.295±0.019°N,95.078±0.077°E)顺时针方向转动,旋转速率最小为天山东段(0.108±0.1210°/Ma),而天山东、西两段无论是在旋转速率上还是在旋转方向上都有显著的区别.西昆仑断裂带的滑动速率(10.2±2.8mm·a-1)最大,南天山西段滑动速率为9.5±1.8mm·a-1,其东段为3.9±1.1mm·a-1;而北天山东段滑动速率(4.7±1.1mm·a-1)高于北天山西段(3.7±0.9mm·a-1);塔里木盆地南缘的阿尔金断裂带平均滑动速率为7.6±1.4mm·a-1,其结果与阿勒泰断裂带滑动速率(7.6±1.6mm·a-1)基本相当;天山断裂带运动方式主要以挤压为主,而阿尔金、昆仑、阿尔泰以及哈萨克斯坦断裂带均是以走滑运动方式为主,除阿勒泰断裂带走滑方式为右旋以外,其余几个断裂带均为左旋运动.最后,利用主要断裂带的滑动速率计算出各地震带的地震矩变化率以及1900年以来地震矩累计变化量,其结果与利用地震目录计算所得到的地震矩进行比较,判定出各地震带上地震矩均衡分布状态,研究结果显示阿尔金、西昆仑、东昆仑和北天山东段断裂带存在较大的地震矩亏损,均具有发生7级以上地震的可能性,南天山东段和哈萨克斯坦断裂带地震矩亏损相对较小,具有孕育6~7级地震的潜能,而天山西段、阿勒泰地震矩呈现出盈余状态,不具在1~3年内有发生强震的可能.     

陕西中南部现今断层滑动速率和闭锁深度反演

位于华北板块和扬子板块之间的陕西中南部由渭河盆地、秦岭造山带和汉中盆地构成,其新构造运动主要形式为山脉隆升、盆地断陷,因此以重复水准测量为手段的地壳垂直运动研究尤为重要.基于研究区1970年以来的多期精密水准测量数据,用GPS垂直运动速率约束的动态平差方法获得了区域垂直运动速度场.以此为基础,用倾滑位错模型、网格搜索方法反演了研究区主要断层倾滑速率和闭锁深度,结果显示:秦岭北缘断裂倾滑速率为2.25～4.53 mm·a~(-1),闭锁深度为7.7～10.0 km;华山山前断裂倾滑速率为2.35～2.71 mm·a~(-1);闭锁深度为2.8～5.0 km,反映了该断裂在华县大地震之后,可能还没有完全闭锁,发生大震的应变能积累条件不足;渭河盆地北缘断裂的倾滑动速率为2.0～2.5 mm·a~(-1),闭锁深度仅为3.0 km左右,说明该断裂以蠕滑运动为主;略阳断裂倾滑速率为3.02 mm·a~(-1),闭锁深度6.7 km,是陕南较活动的断裂.     

基于迭代PCA的GPS时间序列震后形变估计方法和应用

GPS时间序列的震后形变分析对于研究区域震后形变机制和岩石圈流变学特性以及维持国际动态地球参考框架具有重要意义.本文在现有参数估计方法的基础上,提出兼顾震后形变衰减特征空间相关性和整体建模的"迭代PCA参数估计方法",并利用模拟数据证实了新方法可以获取更稳健可靠的震后形变、同震形变和震间速度参数.最后,以37个新西兰GPS连续站坐标时间序列为例,利用迭代PCA方法提取了2016年11月13日Kaikoura地震共性的震后形变时间演化过程和各站点的震后形变,并定量分析了震后形变对地表速度的影响.结果表明各站的震后形变在时间域上以衰减常数τ为4天的对数模型持续松弛;空间域上南岛北东部和北岛最南部震后形变较大,其中,最大震后形变点为cmbl站,截至2017年6月10日NEU方向累计的震后形变分别达到107mm,135mm和187mm,地表速度分别达到133.58mm·a-1,112.05mm·a-1和175.58mm·a-1,仍高于稳定的震间速度.     

1994-2014年南极沿岸验潮站海平面绝对变化确定与分析

鉴于卫星测高技术在南极周边海域会受到海面浮冰影响,且在利用测高序列分析海平面周期性动态变化时还会受到潮汐周期混叠效应的影响,为此,本文开展了基于GPS和验潮数据联合的南极大陆附近海域从1994-2014年间海平面的绝对变化研究.研究结果显示：在围绕南极大陆及附近海域的15个验潮站中,海平面绝对变化速度最大的是Diego Ramirez验潮站,达到11.10±0.04 mm·a^-1;在西南极南极半岛的德雷克海峡,海平面变化最为活跃,变化均值在8.31±0.05 mm·a^-1;在东南极,从Syowa站依次到Casey站,海平面的绝对变化速度相对平稳,四个潮位站海平面变化均值为3.35±0.04 mm·a^-1;在罗斯冰架右下侧的罗斯岛附近,由于冰川崩解入海导致Scott Base站处的海平面上升速度较快,达到了9.61±0.07 mm·a^-1.综合15个验潮站计算结果可得南极半岛德雷克海峡和罗斯岛附近海域,海平面绝对变化速度要高于同期南大洋海平面绝对变化速度,而东南极4个潮位站海平面绝对变化均值则与其相当.这也进一步反映了南极不同海域间海平面变化的差异性,相比较于对南大洋海平面变化的一个整体研究,分区研究海平面变化更具针对性,能更好地了解南极不同区域冰盖、冰架崩解和消融的情况.     

利用GRACE时变重力场反演青藏高原的隆升速率

青藏高原隆升对中国、亚洲乃至世界的气候都有着重要影响,研究青藏高原地壳隆升速率具有重大意义.本文利用2004—2015年期间高覆盖度的卫星重力数据,通过去除陆地储水的重力效应获得地壳隆升引起的重力变化速率,基于直立长方体垂直运动与重力变化的关系模型反演了该区域的地壳隆升速率分布.研究结果表明在300 km的空间尺度下青藏高原隆升速率分布具有不均匀的特点,表现为以冈底斯山—唐古拉山—鲜水河断裂带为界线,其两侧的速率差异较大.位于界线以南,沿喜马拉雅推覆构造带的区域平均隆升速率为2.01±0.87 mm·a^-1,其中西侧的印度板块与东侧的缅甸板块隆升速率分别为~2.43 mm·a^-1、~2.89 mm·a^-1,位于两板块之间的区域隆升速率为~0.69 mm·a^-1;位于界线以北,除了天山区域和华北板块的隆升速率为~1 mm·a^-1,其他区域隆升现象不明显,其速率为~0 mm·a^-1.我们发现存在两条均穿过正断裂带区域的隆升速率梯度带,其中一条为从加德满都到塔里木盆地,其恰好穿过青藏高原内部的正断裂带,另一条为从那加山到四川盆地,其恰好穿过大理正断裂带.本文反演的青藏高原隆升速率与以往观测到的GPS结果有很好的一致性,为青藏高原隆升、地壳增厚等科学问题提供理论支持.