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．      

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.     

华北地区与青藏高原地区强震孕育过程相关性的动力学解释

根据不同学者对中国应力场的研究结果,普遍认为中国大陆板内构造变形活动的主要驱动力源来自印度板块与欧亚大陆的碰撞挤压作用,两大板块的汇聚作用主要发生在喜马拉雅碰撞带和帕米尔碰撞带,欧亚板块在这一碰撞带承受了印度板块的强烈挤压作用。全国GPS地壳运动观测结果也证明了以上的研究结论,基于国家攀登计划建立的全国GPS网21点的复测结果,     

中国大陆现今构造变形:三十年的GPS观测与研究

中国大陆的构造变形主要与印度和欧亚两大板块的碰撞有关。印度板块的北向推挤直接导致了世界上最宽旷、最活跃和最复杂的现今构造变形。GPS观测技术问世前,构造变形的定量化研究主要依赖活断层的形貌勘察和区域强震的震源机制解,其结果准确度不足且时空界限模糊。1988年中国地震局在滇西地震实验场首次开展GPS形变监测实验,后又经历国家“攀登项目”、“首都圈GPS地形变监测网”等诸多项目实践,直到“九五”重大科学工程“中国地壳运动观测网络”成功建成,中国大陆现今变形图像才逐步完整和清晰。特别是近年基于“中国构造环境监测网络”2000多站点及近30年累积的其他数据,一个覆盖中国大陆且衔接边邻、框架统一、毫米/亚毫米精度的速度场构建完成。这一基础图像对揭示中国大陆活动构造的运动学和动力学特征、深入研究青藏高原及其周边地区构造形成与演化提供了强有力的观测约束,也为地震危险性的定量化分析奠定了坚实基础。     

现今中国大陆地壳运动与活动块体模型

通过分析中国地壳运动观测网络GPS数据特别是1999年与2001年区域网数据, 我们初步得到了中国大陆地壳运动速度场, 并用统计分析的方法从高密度台站速度场中区分出9个独立活动块体和2个广泛形变带, 求出活动块体刚体运动欧拉极和相邻块体间相互运动速率. 结果显示中国大陆形变场似可分为3类区域 第1类区包括青藏高原内部区域和天山造山带, 形变在全区域内广泛分布; 第3类区包括塔里木盆地及南北带以东地区, 形变场表现为活动块体, 内部稳定, 形变局限在狭窄的边界带内; 第2类区则处在青藏高原的边缘带, 如柴达木、祁连、西宁、川滇菱形南块体等, 这类区形变场特征处在第1, 3类区之间, 虽然还能保持一定的块体完整性, 但块体的尺度和强度已不如第3类地区. 通过分析各类区域岩石圈结构以及形变模式我们可以得出初步推断 中国大陆地壳形变模式主要由地壳结构所控制. 中国大陆东部和塔里木盆地地区地壳介质有相当强度, 形变表现为刚性块体的相互运动. 而印度板块的北向挤压造成青藏高原和天山的隆起并产生巨厚地壳, 壳内温度上升, 下地壳低速高导层发育, 介质呈较强黏塑性, 地壳脆性层在下地壳塑性流变场作用下产生各种类型的、多层次的形变, 且分布广泛而不局限于少量块体边界地区. 青藏高原边缘的第2类地区地壳结构为第1, 3类地区之间的过渡区, 其形变特征也介于第1, 3类地区之间, 为强度较低的较小活动块体在边界作用力下的运动与变形.     

印度与欧亚板块碰撞的数值模拟和现代中国大陆形变

将大陆岩石层视为由幂指数律控制的一薄层,它上伏在粘滞性较低的软流层之上蠕变流动,其运动限制在与东亚大陆构造形态较相似的梯形边界模型框架之中．设印度板块以一恒定的速度向北推进,其被视为青藏高原挤压隆升的主要动力．用数值模拟的方法研究了青藏高原的挤压隆升和中国大陆形变的演化过程．模拟结果表明,计算得到的现代水平形变与现代空间大地测量技术（GPS）观测的水平形变格局较好吻合,说明印度板块与欧亚板块的碰撞、挤压是构成中国大陆内部岩石层水平形变的主要驱动力．模型计算还表明,大陆水平形变受多种因素,如岩石层的力学参数,特别是边界条件的制约．      

中国大陆现今地壳运动的动力学机制

用有限元方法对中国大陆及邻区地壳与岩石圈运动进行动力学模拟. 以一个黏性薄板（牛顿黏滞、非牛顿黏滞）比拟中国大陆岩石圈，通过解力平衡方程得到中国大陆地壳相对于欧亚板块的运动速度分布，并与最新观测的GPS测量资料比较. 结果表明，造成中国大陆及邻区现今地壳运动及形变的主要动力来源为印度-欧亚板块碰撞及中国西部地区，特别是青藏高原的巨大重力位能. 相对而言，前者的贡献大于后者. 同时，构成中国大陆岩石圈的介质具有较强的非均匀流变特性，呈现出分块特征.     

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.     

依据GPS数据建立中国大陆板内块体现时运动模型的初步研究

中国大陆被认为是研究大陆地壳运动和动力学的最理想地区．过去基于地面观测技术,很难对时间尺度为数年的大空间范围的陆内块体运动作定量研究．本文根据中国国家攀登计划现代地壳运动和地球动力学1994～1996年GPS全国复测数据,提出了一种完全基于实测资料,通过卡尔丹角计算块体间现时运动欧拉矢量的理沦方法．尝试性地初步建立了刻划中国大陆西藏、川滇、甘青、新疆、华南、华北和黑龙江等7个主要块体现时运动模型PBMC-1(present-time blocks movement model on the Chinese continent),首次在数年时间尺度内给出了中国大陆块体相对运动的点位速度场及边界带运动．模型结果表明:各块体的运动速率由南向北、由西向东逐次减少;运动方向由北北东逐步转向东以致东南和东东南．印度板块的碰撞对中国大陆内部诸块体运动起主导作用;而诸块体运动又决定着块体边界带————断裂带的活动方式与速率．模型给出的数年尺度的现时运动,总体上与地质学给出的百万年以来的平均状态相似,与地球物理学和天文学观测结果也较符合．GPS等空间测地结果已初步具备揭示正在进行中的地壳运动的能力．      

关于2001年昆仑山8.1级大地震前后中国大陆地壳水平运动的讨论s

中国地壳运动观测网络基准网GPS连续观测，获得了2001年11月14日昆仑山8.1级大地震前后中国大陆，特别是西部地区的地壳水平运动信息．以东部长期相互间相对水平位移很小的几个站组成的一组稳定点作为基准， 据此获得水平位移分量时间序列．2000年11月上旬起中国西部的GPS基准站开始出现显著的异常位移，此后在云南及四川发生多次6级左右的地震．自2001年4月中旬开始，中国西部GPS基准站向北的水平位移速率明显减小，甚至反向，临震前及震后略有恢复，但震后向北的水平位移速率仍减小，并有明显的向西运动．近几年中国大陆西部（相对东部）的地壳运动过程表明，印度板块的向北挤压是昆仑山8.1级大地震的主要力源，大地震释放了大量的能量，印度板块对中国大陆的作用力明显降低，大震后至2002年底中国大陆的地震活动也明显降低．      

Temporal variations and scaling of streamflow and baseflow and their nitrate-nitrogen concentrations and loads

The patterns of temporal variations of precipitation (P), streamflow (SF) and baseflow (BF) as well as their nitrate-nitrogen (nitrate) concentrations (C) and loads (L) from a long-term record (28 years) in the Raccoon River, Iowa, were analyzed using variogram and spectral analyses. The daily P is random but scaling may exist in the daily SF and BF with a possible break point in the scaling at about 18 days and 45 days, respectively. The nitrate concentrations and loads are shown to have a half-year cycle while daily P, SF, and BF have a one-year cycle. Furthermore, there may be a low-frequency cycle of 6–8 years in C. The power spectra of C and L in both SF and BF exhibit fractal 1/f scaling with two characteristic frequencies of half-year and one-year, and are fitted well with the spectrum of the gamma distribution. The nitrate input to SF and BF at the Raccoon watershed seems likely to be a white noise process superimposed on another process with a half-year and one-year cycle.     

燕郊等测点迁移优化与地磁观测研究

为优化地磁观测条件，开展了燕郊、夏垫等测点迁移工作；按照测眯迁移原则与实施技术方案，完整地收集并整理了地质构造与地球物理等方面的基本资料；进行了野外实地勘察，磁场梯度的测量，确定了新测点，在新老测点上进行了较长时间的地磁场对比观测；应用多种方法分析研究了地磁对比观测资料，结果表明，新老测点与有关测点的地磁变化具有良好的一致性，并得到了新老测点之间的地磁数据的按点差。     

东、南洞庭湖的径流、泥沙特征及冲淤规律

通过实地调查并对1957年以来水文、泥沙观测资料做系统分析和计算,探讨东、南洞庭湖出、入湖水量、沙量的年际和年内变化特征,以及长江下荆江段裁弯对湖区径流和泥沙的影响。提出了湖区泥沙汛淤枯冲的变化规律及水位升降与湖区泥沙冲淤的关系;论证了丰、平、枯年湖区淤积严重,面积日益缩小对径流的调节作用正在减弱。     

Seismics and optics: hyperbolae and curvatures

We rederive and generalize hyperbolic moveout formulae for the common-midpoint (CMP) gather and for the zero-offset (ZO) section that can be efficiently used for macro-model-independent reflection imaging in two-dimensional media. The hyperbolic moveout formulae for the common-midpoint gather are obtained from different Taylor series expansions of a particular parametric moveout surface defined in the multicoverage data space. Such a moveout surface involves three kinematic wave-field attributes of two hypothetical waves, which have to be determined by a coherency analysis. By using hyperbolic moveout curves in the CMP gather and in the ZO section one can determine these attributes in two steps. The relationships between the local shapes of the interfaces and the attributes of the hypothetical wave-fields attributes are considered by means of geometrical optics. The determination of these attributes allows to perform a macro-model-independent ZO simulation and a subsequent inversion.     

GIS与防灾减灾

地理信息系统(GIS)在我国已得到广泛的应用。在简要介绍G1S的发展历程、特点和发展趋势的基础上，重点从防灾减灾的角度介绍了GIS在气象灾害、地震灾害、地质灾害等领域的应用成果。     

Assessing Groundwater Depletion and Dynamics Using GRACE and InSAR: Potential and Limitations

In the last decade, remote sensing of the temporal variation of ground level and gravity has improved our understanding of groundwater dynamics and storage. Mass changes are measured by GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) satellites, whereas ground deformation is measured by processing synthetic aperture radar satellites data using the InSAR (Interferometry of Synthetic Aperture Radar) techniques. Both methods are complementary and offer different sensitivities to aquifer system processes. GRACE is sensitive to mass changes over large spatial scales (more than 100,000 km²). As such, it fails in providing groundwater storage change estimates at local or regional scales relevant to most aquifer systems, and at which most groundwater management schemes are applied. However, InSAR measures ground displacement due to aquifer response to fluid‐pressure changes. InSAR applications to groundwater depletion assessments are limited to aquifer systems susceptible to measurable deformation. Furthermore, the inversion of InSAR‐derived displacement maps into volume of depleted groundwater storage (both reversible and largely irreversible) is confounded by vertical and horizontal variability of sediment compressibility. During the last decade, both techniques have shown increasing interest in the scientific community to complement available in situ observations where they are insufficient. In this review, we present the theoretical and conceptual bases of each method, and present idealized scenarios to highlight the potential benefits and challenges of combining these techniques to remotely assess groundwater storage changes and other aspects of the dynamics of aquifer systems.