利用GRACE、GPS和水准数据研究西秦岭地区现今地壳垂直运动特征

利用GRACE卫星数据改正GPS连续站垂向位移时间序列中的周期变化,用主成分分析方法消除区域共模噪声误差,计算获取西秦岭地区GPS连续站的垂直运动速率,并将其作为速率参考基准,联合水准观测资料基于线性动态平差模型,处理得到西秦岭地区现今地壳垂直运动速度场。结果显示,西秦岭整体处于差异性的快速隆升,主要是由青藏高原东北缘的地壳缩短作用所致。六盘山和天水南侧均以3 mm/a速率抬升,是本区上升最快的地方;其次是陇西地块和鄂尔多斯地块南部,分别以2 mm/a和1 mm/a的速率上升;秦岭造山带和渭河盆地的西部表现为下沉,但渭河盆地下沉最快。西秦岭现今地壳垂直运动可能暗示青藏高原东北缘的现今横向逃逸运动通道已从早期的西秦岭-秦岭地块向北转移到六盘山构造带、鄂尔多斯地块南部。     

陕西中南部现今地壳垂直形变研究

收集陕西中南部1970年以来的多期精密水准测量数据，用基于GPS垂直运动速率约束的动态平差方法获得区域垂直运动速度场。分析表明，地壳垂直运动总体表现为山地、高原相对隆升，盆地相对下沉。相对于关中盆地，西部秦岭、陇山上升速率为4~5 mm/a，北秦岭造山带为2~3 mm/a，盆地北部的鄂尔多斯南缘为3~4 mm/a；相对于北秦岭，汉中盆地下沉速率为1.0 mm/a左右，安康等北大巴山裂谷下沉速率接近20 mm/a；秦岭北缘断裂垂直滑动速率为1.3~1.8 mm/a，华山山前断裂为2.0~2.8 mm/a，渭河断裂小于1.0 mm/a,渭河盆地北缘断裂为1.0~2.5 mm/a,南部断裂为0.7~1.1 mm/a。     

渭河盆地现今三维地壳运动及断裂活动性研究

渭河盆地GPS(1990~2015年)水平运动速率为4.3~11.6 mm/a，方向在107.8°E和110.5°E依次由西部的SEE转为中部的SE及东部的近E向。1980~2014年水准资料揭示，该地区垂向以继承性运动为主，速率-4.6~6.2 mm/a。鄂尔多斯地块以3 mm/a抬升，内部差异运动小于1 mm/a；盆地相对其以5 mm/a下沉，相对秦岭以4 mm/a下沉。垂向运动在凹陷和凸起区表现为四象限特征，断块/断裂交接处差异运动大、地震多发，西、南部断裂活动大于东、北部。岐山-马召等断裂以差异运动为主，渭河断裂中段达5 mm/a，其他断裂在3 mm/a以内。     

川滇地区现今三维地壳运动特征

利用1999~2018年GPS观测资料和1974~2014年2期（1974~1984、2013~2014）精密水准资料研究川滇地区现今三维地壳运动特征。结果表明：1）水平运动以继承性运动为主,近年滇西南地区旋转明显减弱;汶川地震导致龙门山断裂带西侧及川滇菱形块体东边界构造应力重新调整,近年震后调整明显减弱,正在向震前状态恢复;2）垂直运动总体表现为差异性隆升运动,且川滇西北部的上升运动速率明显大于东南部;龙门山断裂带北部高原地区的隆升速率为3~4 mm/a,川西高原的隆升速率为1~3 mm/a,滇西北地区的隆升速率为1~2 mm/a,滇西南思茅-江西村地区的下降速率为2~3 mm/a,川滇其他地区的运动速率基本在-1~1 mm/a;3）主要活动断裂两侧基本均存在一定的垂直差异性运动,鲜水河和龙门山断裂带差异性运动明显,并且具有分段性;4）川滇地区水平运动和垂直运动在地质构造上具有较好的一致性,近期龙门山断裂带西侧高原的水平运动减缓,挤压变形减弱,可能预示该地区将逐渐进入新一轮的能量积累时期,需要持续关注。     

跨关中地区现今地壳垂直形变剖面

本文收集跨关中地区2006~2018年13期一等精密水准观测资料,利用线性动态平差方法,通过整体平差获得跨区域长时间尺度的地壳垂直运动速率场图像,基于获得的垂直运动速率结果,对跨关中地区垂直形变趋势特征进行定量定性分析。结果表明,除西安地区以外的渭河盆地地区下沉速率不足1 mm/a,鄂尔多斯地块南部隆升速率为3~5 mm/a,秦岭构造带北麓隆升速率为3 mm/a,而秦岭腹地的隆升速率不足1 mm/a。利用矩形位错模型对区域内断层的滑动速率和断层闭锁进行反演,结果显示,口镇-关山断裂的倾滑速率为6.55 mm/a,闭锁深度为4.6 km;渭河断裂的倾滑速率为3.21 mm/a,闭锁深度为3.4 km;秦岭北缘断裂的倾滑速率为5.34 mm/a,断裂闭锁深度较大,为9.8 km。基于以上结论,结合前人对关中地区的研究成果,探讨分析研究区现今地壳垂直形变特征与动力机制之间的关系,为区域地震危险性判定及动力学研究提供一定的帮助。     

湖北地区现今GPS形变特征研究

选取中国地壳运动监测网络1998～2018年GPS观测数据,基于插值法计算湖北地区的形变和应变特征。初步研究结果表明,湖北地区地块运动稳定,无明显的形变梯度带,水平运动方向为东向微偏南,速率为5～9 mm/a,平均值为6.2 mm/a;垂直速度场平均值为-0.96 mm/a,以下降运动为主。面膨胀率结果显示,湖北地区具有4个面膨胀高值区和4个面挤压高值区。最大剪应变率场显示,在湖北中部地区形成一个高值环形带,湖北历史地震主要发生在应力应变高值区边缘带。巴东和秭归小震频发与长江三峡水库水位反复加卸载有关,GPS形变和应变无明显对应特征。     

中国西部地壳垂直运动引起的重力场空间变化特征

结合中国西部区域的数字高程数据以及地壳垂直运动速率数据,计算中国西部地区地壳垂直运动引起的重力场变化的分布,并与卫星重力观测结果进行对比。研究表明：中国西部区域的重力场变化与地壳垂直运动速率场变化有很强的相关性,青藏高原以南的喜马拉雅山脉地壳上升运动速率最大,其引起的重力变化为正的最大值;准噶尔盆地地壳下沉运动速率最大,其引起的重力变化为负的最大值;塔里木盆地及柴达木盆地地壳下沉运动速率相对较小,相应地引起的重力变化值相对较小。     

川滇地区垂直形变和主要断层活动性研究

利用1990~2016年水准观测资料,以GNSS点的垂向速率作为先验值约束平差,利用距水准路线上距离小于10 km的GNSS连续站的垂向速率检验,获取川滇地区的垂直运动速率场,可靠性优于0.87 mm/a,且误差分布相对均匀。研究表明,川西地区处于快速差异性隆升阶段,位于鲜水河南东段的贡嘎山地区隆升速率最快,约5~6 mm/a;四川盆地垂向运动不明显,约0~1 mm/a;滇西南地区以0~2 mm/a的速率下沉。同时,通过水准速率剖面分析了川滇地区主要断层的张压特性。     

天津北部地区现今构造活动性研究

收集整理天津北部地区1990~2012共23期水准复测资料和GPS连续站资料,利用拟合计算方法剔除水准沉降干扰和GPS周期干扰,计算宝坻断裂和蓟运河断裂的垂直形变量,分析本区地壳垂直形变趋势。结果表明,燕山山前的蓟县-宝坻地区垂直形变形态受燕山隆起带控制,研究区南部主要受华北平原坳陷带控制|现今宝坻断裂活动以逆断为主,蓟运河断裂以正断为主,这两条断裂带的垂直形变趋势变化与华北地区地震有一定的对应。     

安徽省CORS坐标时间序列噪声和速度场分析

利用GAMIT/GLOBK软件解算安徽省卫星定位综合服务系统（AHCORS）2013-01～2018-06数据,得到参考站坐标时间序列,并对其进行噪声分析。结果表明,安徽省境内参考站的最佳噪声模型为白噪声+闪烁噪声（WN+FN）模型。在顾及有色噪声影响时,AHCORS在ITRF2008框架下的平均运动速度为31.72 mm/a,方向为E22.76°S;以欧亚板块为参考的平均运动速度为6.28 mm/a,方向为E2.65°N。垂直方向上整体平均运动速率为-0.71 mm/a,以淮河为界呈现出南方隆升、北方沉降的趋势。其中,大别山地区的隆起速率大于江淮丘陵区和黄山地区,江淮丘陵区抬升速率相对平缓,淮河以南一带平均抬升速率为2.94 mm/a。淮北地区沉降明显,平均沉降速率为10.92 mm/a,最大沉降速率为32.82 mm/a,发生在宿州砀山（SZDS）站,可能是近年来开采矿产资源所致。     

流动GPS观测资料能否用于地壳垂直形变监测？——以中国大陆为例

长期GPS连续观测可获取高精度的垂直形变速度场,但多期GPS流动观测资料能否用于地壳垂直形变监测尚不明确。本文首先对中国大陆260个陆态网络基准站和2 000个GPS流动站1999~2019年的观测资料进行高精度统一处理,获得各站点的时间序列和速度场,对筛选出的226个基准站和226个流动观测站的垂直形变速度场进行比较分析。结果表明,95%的连续GPS观测站的垂直形变速率误差小于0.5 mm/a,约50%的流动GPS观测站的垂直形变速率误差大于1 mm/a,约40%的流动站与连续站的垂直形变速率残差值大于2 mm/a,且约50%的流动GPS站点的垂直形变趋势与连续站不一致。西部地区的流动GPS观测站的垂直形变监测精度比东部高,这可能与东西部的观测环境和站点稳定性存在差异有关。对GPS连续站和流动站的垂直形变速度场的精度和残差进行分析认为,中国大陆流动GPS观测资料不适用于监测垂直形变小于2 mm/a的地区。     

福建地区地块运动时空变化特征研究

为了研究福建地区活动地块边界带的运动及块体内部变形规律,利用5期GPS观测资料(1995、1997、1999、2001、2003年)计算了福建块体的趋势性差异运动年变速率、优势水平运动年速率,以及在区域无整体旋转基准下各GPS测点运动速率。GPS网5期观测的不同测点速率随时间序列变化结果显示福建活动块体整体向东南方向运动,而块体内部形变量较小(约1mm/a)。     

新疆富蕴地区近五十年形变场研究

根据20世纪50～60年代高等级三角测量资料和2004～2005年GPS复测数据,计算了新疆富蕴地区近50年的区域形变场。结果表明:富蕴断裂带中部的相对位移最大,约300mm,中误差约为60mm,平均形变速率最大达6mm/a;不管是采用GPS分析得到的断裂长期滑动速率(2mm/a)还是采用地质资料得到的滑动速率(4mm/a),根据弹性应变积累模型,扣除断裂长期构造运动的影响后还有较大的剩余形变场。富蕴地区近50年的区域形变场可能是地壳长期构造运动和强震(例如1931年富蕴8级地震)震后粘弹性松弛共同影响的结果。     

海原断裂东段至六盘山断裂西段GPS剖面地壳变形与应变积累分析

利用2004~2013年3期GPS速度场数据,从断裂两侧的水平挤压、拉张与走滑等3方面,对海原断裂东段至六盘山断裂西段GPS剖面变形与应变积累进行研究。结果表明：1)海原断裂东段与六盘山断裂西段在运动方式上具有较强的一致性;2)在近10 a时间尺度上,该活动断裂整体表现为以左旋走滑为主,兼顾压性变化的运动特征,在上、下盘的相对运动差异速率上,走滑方向上达到2.0~5.5 mm/a,断裂垂直方向上约为0.5~3.0 mm/a。     

阿尔金断裂乌尊硝段的现今活动速率

利用GPS和水准观测资料 ,对阿尔金断裂的现今活动速率进行研究。阿尔金断裂西段的活动水平普遍高于东段 ,水平分量存在自西往东减弱的趋势。乌尊硝段左旋走滑的断错地貌极为发育。GPS测量表明乌尊硝段断裂相对左旋运动 ,目前最大的走滑速率是 (9± 5 )mm/a ,和东段安南坝附近的观测结果一致。水准测量反映断裂附近并无明显抬升 ,垂直断裂的最大水平缩短速率在 (3± 1)mm/a以下 ,说明阿尔金断裂现今仍以水平运动为主     

南海及周围地区的现今构造运动

利用南海及其周围地区的GPS数据,分析南海及周围地区速度场和应变场的空间变化,以及相邻块体之间的相对运动.研究发现,南海现今仍在继续扩张,西部是从其北边缘向南沿NW-SE方向逐渐扩张的,东部是从中心向北与向南逐渐扩张的.由主张应变率计算的中央海盆近SN方向的平均扩张速率为3.1 mm/a.在南海东部(117.0°E),南北之间(11°～22°N)SN方向的扩张速率为9.3 mm/a,小于65Ma以来NNW-SSE方向13.0 mm/a的平均扩张速率.南海的扩张运动是印度板块、太平洋和菲律宾海板块与欧亚板块之间的相互作用,以及南海地区地幔物质上涌共同作用的结果.     

基于GPS和SBAS-InSAR的阳原盆地北缘断裂现今地表形变特征

基于2009~2017年阳原盆地及周边区域GPS观测数据和2017~2019年升、降轨Sentinel-1卫星SAR图像,使用SBAS-InSAR技术精确反演阳原盆地北缘断裂现今地表形变速率场。统计跨断层剖面线上指定间隔点的垂直滑动速率得出,阳原盆地北缘断裂东段、中段和西段两侧垂直滑动速率差值分别约为1.04 mm/a、1.43 mm/a和0.72 mm/a。右所堡-松枝口断裂的左旋走滑运动特征和该断裂与阳原盆地北缘断裂中段空间分布上呈交切关系是导致阳原盆地北缘断裂中段断层活动水平高于东段的主要原因,阳原盆地北缘断裂西段活动性不明显。GPS资料显示,阳原盆地北缘断裂在水平方向上具有右旋走滑运动特征。     

联合GPS与重力资料反演福建地区地壳运动

联合福建省近几年的GPS基本网、基准站观测数据和重力复测数据,反演福建块体的分块运动参数和主要活动断裂运动状态。结果显示,受欧亚板块、菲律宾海板块和太平洋板块相互碰撞的影响,福建地区块体的运动样式大体呈现顺时针方向的运动,造成北东向断裂作左旋走滑运动,而北西向断裂以右旋走滑为主。其中,长乐-诏安断裂带、邵武-河源断裂带和永安-晋江断裂带是块体内最活跃的断裂带,其左旋走滑速率分别为0.7±1.3、0.7±1.7和0.6±1.8mm/a,九龙江下游断裂带具有0.5±1.7mm/a的右旋走滑速率。     

用GPS测量结果研究华北现今构造形变场

用华北及邻区近十多年GPS测量结果和欧亚板块的弹性运动模型研究华北地区的水平形变场和局部水平形变场 ,发现华北地区水平形变场存在比较一致的SE向运动 ,且运动方向绕顺时针方向逐渐旋转 ,从西向东运动速率逐渐增大。鄂尔多斯、华北平原和鲁东 黄海地块的运动速率分别为 4 .8mm/a、5 .0mm/a、5 .2mm/a ,运动方向分别为SE5 0°、4 0°、35°。鄂尔多斯、华北平原和鲁东 黄海地块的局部形变方向分别为SE方向、SSE方向和SSW方向 ,而华北局部形变场的形变速率大约为水平形变场的 5 0 %。应用地块的整体旋转与线性应变模型计算了华北主要断裂带两侧的相对运动和各地块内部的主应变场。华北EW向和NWW向断裂基本上为左旋走滑型 ,滑动速率从东向西逐渐减小 ;NNE向和NE向断裂基本上为右旋走滑型 ,从北向南滑动速率逐渐减小。华北地区应变场的基本格架是NEE SWW方向压缩与NNW SSE方向扩张 ,主压应变率从西向东逐渐增大而主张应变率从西向东逐渐减小。根据全区水平形变场与应变场的基本特征推测 ,华北地区构造运动与形变的主要驱动力为 :青藏高原NE方向的推挤力 ,太平洋板块向欧亚板块俯冲对华北地壳产生的西向推挤力 ,以及地壳上隆所产生的NW SE方向的扩张力     

红河断裂带闭锁程度与滑动亏损分布的GNSS反演

使用1999~2007年及2009~2013年2期GPS速度场，利用TDEFNODE负位错-块体模型反演红河断裂带的闭锁程度和滑动亏损速率。结果表明，红河断裂带以右旋走滑为主，兼有部分拉张和挤压，2008年以前红河断裂平均走滑速率为3.8±2.5 mm/a，平均倾滑速率为1.2±2.5 mm/a，北段和中段表现为拉张，南段则为挤压。红河断裂带北段和中段0~15 km的闭锁系数在0.8~0.99之间，滑动亏损速率为4.5 mm/a，易于应变能的快速积累；南段0~10 km的闭锁系数在0.8~0.95之间，滑动亏损速率为4 mm/a。2008年以后，中段闭锁程度和滑动亏损速率有所减小，南段闭锁程度与亏损速率有所增大。