测定板块运动的空间大地测量方法

本文主要介绍空间大地测量测定板块运动的成果和最新进展并与地质学方法进行了比较，研究结果表明，地质学方法和空间大地方法获得的板块运动参数基本一致，说明板块运动三百多万年来在整体上有较好的确定性，但太平洋板块用空间大地测量方法获得的板块运动速率高于地质学结果，随着空间大地测量的不断发展，用空间大地测量测定精确的全球和区域性板块运行参数已经成为可能。     

中国大陆地壳水平运动速度场与应变场

收集了中国大陆及周边地区GPS网的有关数据，提出了GPS网速度场的不同融合方法；经过融合建立了中国大陆及周边地区统一的地壳运动速度场，该速度场使用的有效GPS站共423个，其覆盖面积为1200万km^2；初步总结出中国大陆及周边地区地壳水平运动空间分布的基本特征；建立了板内块体的刚性弹塑性运动应变模型，对其进行了块体应变参数唯一性与速度残差中误差最小检验；根据中国大陆及周边地区的速度场，估计了8个块体的应变参数，分析了这些块体的应变状态，估计出的各个块体的应变状态与地质学、地球物理学方法估计的结果具有很好的一致性。用喜马拉雅块体主压应变方向估计的印度板块向欧亚板块碰撞力的主方向为北东7．1度。     

南半球减速膨胀的定量分析

利用空间大地测量技术的长期观测资料，得出南半球纬线圈纬线长变化率和全球活动板块边缘扩张与汇聚运动速率，并与3Ma平均地质地磁模型NUVEL1A的估算结果进行比较：(1)空间大地测量技术测得南半球纬线圈纬线变化率均为正值；(2)南半球测站的垂向运动除了赤道附近几个测站下沉，其余91髎的台站全上升；（3）南半球相邻板块的现今汇聚和扩张运动速率均比3Ma平均地质模型NUVEL1A估值小，而北半球相邻板块的汇聚和扩张运动速率没有系统性的变化. 这些实测结果反映了南半球纬线圈方向在减速伸展，南北方向在减速拉伸，即南半球在减速膨胀.     

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.     

一种板块边界断层运动的力学模型

提出了一种描述板块边界断层运动的力学模型,即将板块边界的地壳运动表述为板块的相对刚体运动加边界断层面上的负位错分布。应用该模型描述北美板块与太平洋板块边界处的圣安德烈斯断层带,并用该地区近３０年的大地测量数据反演了模型参数。研究结果表明,运用该模型方法可利用测量数据确定沿板块边界断层带的相对闭销区,从而进行中长期地震预报。     

板块绝对运动模型及其研究方法综述

研究全球板块的运动对于地球动力学、地幔流动等具有非常重要的意义.目前常用来推断板块绝对运动模型的方法主要分为基于地质和地球物理的地学方法和空间大地测量方法.地学方法主要包括热点参考系框架,岩石圈无整体旋转、剪切波分裂法、古地磁及古气候资料推断古纬度变化法、海岭海沟法等;空间大地测量方法主要是包括采用VLBI、SLR、GPS以及DORIS等技术手段得到的观测数据进行计算推到全球板块的运动.随着观测技术的不断提高,数据的来源、数量、精度的到了不断的改善和优化,板块的划分也更加精细,不论是反应时间尺度在百万年量级的板块运动地学方法,还是能够反应现今板块运动的空间大地测量方法,给出的模型都随着数据的改善进行了不断的更新,本文综述了迄今为止这些板块绝对运动研究方法的发展历史以及最新进展,分析不同参考基准的特点,认为结合地学方法和空间测量两种方法对全球岩石圈板块的绝对运动研究具有重要意义.     

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。     

弹性板块运动模型研究进展

传统板块构造理论认为板块是一个刚体,实际上板块是可变形的.板块内部几年到几十年时间尺度的变形主要是弹性变形,因此应当用弹性模型描述板块运动.推导了板块的弹性运动方程,由空间大地测量新的观测成果建立了菲律宾海、太平洋和澳大利亚板块的弹性运动模型.发现三个板块内部都存在明显的水平形变.板内应变场的空间变化有明显的规律：板块边界附近的应变率最大,从边界向内部逐渐减小;在板块扩散边界附近,主张应变率大于主压应变率,主张应变轴基本上与边界的扩张方向一致;在俯冲边界附近,主压应变率大于主张应变率,主压应变轴基本上与板块的俯冲方向一致;在走滑兼有俯冲性质的边界附近,最大剪应变的方向与边界断裂的走向基本一致.由GPS观测得到的主压应变轴与由震源机制解得到的主压应力轴方向具有很好的一致性.板内的应力－应变场基本上遵循广义胡克定律.     

板内块体的刚性弹塑性运动模型与中国大陆主要块体的应变状态

建立了板内块体的刚性弹塑性运动应变模型，并对其进行了块体应变参数唯一性与速度残差中误差最小检验．根据中国大陆及周围地区的速度场，估计了8个块体的应变参数，分析了这些块体的应变状态．本文估计的各个块体的应变状态与地质学、地球物理学方法估计的结果具有很好的一致性．由喜马拉雅块体主压应变方向估计的印度板块向欧亚板块碰撞力的主方向为北东7.1．      

堪察加地区现今地壳运动与变形特征研究

利用俄罗斯堪察加地区1995～2005年的GPS观测数据,研究了该区现今地壳水平运动速度场特征.在球坐标系中解算了各应变率分量,分析了应变率场的空间分布特征,并与地震学和地质学研究结果进行了综合对比分析.结果表明,堪察加半岛北部的微板块边界并不明显,堪察加南部测站运动速度大于中部和北部地区,愈靠近东部板块汇聚区,测站速度越大.从东海岸到西海岸,测站水平速度存在明显的梯度衰减特征,水平运动方向与太平洋板块向西北的俯冲方向基本一致.各应变率分量具有东部海岸大于中部和西海岸、从东至西呈梯度衰减的特点.堪察加大部分地区处于EW和NS向压缩状态,局部存在拉张.面应变率结果显示绝大部分为压缩区;刚性转动结果表明大部分地区表现为顺时针转动,北部地区和南端顺时针旋转性明显.东部有效应变率明显大于西部地区,东西向梯度衰减关系明显.主压应变率明显大于主张应变率,特别是在东海岸地区.主压应变率方向与中等以上地震的主压应力轴在水平方向的投影方向基本一致.地壳变形场在空间分布上的不一致性主要与太平洋板块在堪察加半岛东南侧的俯冲深度、俯冲方位角、俯冲倾角和俯冲带的耦合强度有关.     

中国大陆地壳水平运动统一速度场的建立与分析

收集了国内外中国大陆及周边地区GPS网的有关数据，并根据所收集的GPS网的不同数据，提出了GPS网速度场的不同融合方法．经过融合建立了中国大陆及周边地区统一的地壳运动速度场．该速度场使用的有效GPS站共423个，其覆盖面积为1200万平方千米．分析该速度场，初步总结出中国大陆及周边地区地壳水平运动空间分布的基本特征，并讨论了印度板块向欧亚板块碰撞力对中国大陆速度场的影响范围和印度板块作用力的主方向等问题．      

地幔对流与岩石层板块的相互耦合及影响──（Ⅱ）地幔混合对流理论及其应用

观测到的板块运动包含两种能量分布几乎相等的运动形态：极型场和环型场．纯粹的由热驱动的地幔自由对流不能预期和解释环型运动的产生．本文提出地幔混合对流理论，既考虑了热驱动的自由对流，也考虑了由板块自身激发的强迫对流．根据板块处于动力学平衡状态的观测事实，建立了相应的模型．数值结果表明，根据混合对流模型所预期的板块速度场，既能产生极型场，也能产生环型场，而且在空间分布特征及功率谱分布上与观测资料符合相当好．地幔物质的上升流动基本和洋脊对应，而下降流动和俯冲带对应．     

地幔对流与岩石层板块的相互耦合及影响──（Ⅱ）地幔混合对流理论及其应用

观测到的板块运动包含两种能量分布几乎相等的运动形态：极型场和环型场．纯粹的由热驱动的地幔自由对流不能预期和解释环型运动的产生．本文提出地幔混合对流理论，既考虑了热驱动的自由对流，也考虑了由板块自身激发的强迫对流．根据板块处于动力学平衡状态的观测事实，建立了相应的模型．数值结果表明，根据混合对流模型所预期的板块速度场，既能产生极型场，也能产生环型场，而且在空间分布特征及功率谱分布上与观测资料符合相当好．地幔物质的上升流动基本和洋脊对应，而下降流动和俯冲带对应．     

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.     

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.     

利用中国地壳运动观测网络研究中国大陆相对于ITRF97板块模型形变

在建立全球ITRF97板块运动模型的基础上,利用"中国地壳运动观测网络"79个GPS基本站的数据,建立我国新的地壳运动方向图和块体运动模型.通过与NNR-NUVEL1A地质模型比较认为,ITRF97板块运动模型反映了现今十几年跨度的地壳运动,在研究我国现今几年到十几年时间跨度的地壳形变时,地壳运动背景场应采用基于ITRF97实测速度场建立欧亚板块运动模型.     

论珠穆朗玛峰地区地壳运动

珠穆朗玛峰位于欧亚板块和印度板块边缘的碰撞地带，地壳运动活跃，３０余年来，共进行３５次大规模的大地测量．根据这些大地测量成果对该地区的地壳运动进行了研究和探讨，认为珠峰地区地壳垂直运动在时间上和空间上都可能存在非平稳性，并发现在时间上的非平稳性与地震学家提出的地震活跃幕似有一定相关性；在空间上的非平稳性可能和地壳介质的非均匀性及地应力的非均匀吸收有关；珠峰地区的地壳水平运动以每年６～７ｃｍ速度向北东东方向运动，印度板块和青藏块体在冲撞边缘呈现明显的走滑运动趋势．     

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     

日本东海地区再次发生特大地震的概率:根据古地震、板块构造、海啸研究以及微震活动和大地测量新进展的再评估

根据在近年来人们担心发生8级左右特大地震的日本中部东海地区最新获得的有关孕震的地球物理资料,对不久的将来发生地震的概率作了重新评估。评估中用到的许多数据依赖于古地震、海啸研究及GPS大地测量取得的最新成果。用新的维伯尔分布对东海-南海地震带所作特大地震再次发生趋势的分析表明,该地震带特大地震的平均复发周期约为109 a,标准偏差为33 a。这些值与以往的研究(Rikitake,1976,1986;Utsu,1984)结果相差不大。把最近在东海-南海地震带不同部位测到的菲律宾海板块的运动速度考虑进去,得到了板块边界破裂的极限位移。维伯尔分布分析得到的平均极限位移为4.70 m,标准偏差为0.86 m。利用极限位移平均值除以相对板块速度得到骏河湾处的特大地震发生周期为117a。利用海啸研究确定的断层模型检验了该地震带不同部位与特大地震有关的累积地震滑距的增加。结果表明,该地震带特大地震发生模式采用滑动可预测模型要比采用时间可预测模型更为适宜。根据包括GPS观测在内的大地测量工作的最新进展估算的东海地区累积的地壳应变,与根据以上两种模型推测的极限应变相似。利用从以上讨论的4种情况得到的维伯尔分析参数,估算了东海地区...     

多种驱动力作用下东亚大陆形变及应力场演化

将印度板块持续地向北推进、下伏地幔小尺度对流对增厚大陆岩石层的搬离作用以及剥蚀作用视为形成现今东亚大陆形变和应力场格局的主驱动力。在一梯形区域内，利用数值模拟的方法，研究了东亚大陆在不同的边界条件、不同的剥蚀率系数及不同的岩石力学参数条件下的形变及应力场格局。与现代空间大地测量技术 CGPS)以及利用地震观测得到的结果进行了对比。结果表明，本文模型预测的结果与上述的观测结果有较好的吻合，其西部地区比东部吻合得更好。说明控制东亚大陆西部形变和应力场基本格局的主驱动力，来源于印度板块对欧亚板块的碰撞、挤压，而对东部地区还应当考虑其与太平洋板块和菲律宾板块的相互作用。与此同时，下伏地幔小尺度对流对增厚大陆岩石层的搬离作用以及风化剥蚀对应力场的演化过程也不可忽视。