北京市地震局GPS形变监测工作系统的建设

GPS技术在监测地震与地壳运动中已经得到应用，北京市地震局在北京市2002年启动建设的全球卫星定位综合应用服务系统基础上，于2003年开始GPS形变监测工作系统的建设，这是一个小区域连续的高密度GPS形变监测工作系统，获取高精度的北京市GPS基准站地心三维坐标，为地震监测和地壳运动的科学研究提供良好的GPS数据素材。     

华北GPS地形变监测网的建立

全球定位系统GPS是利用监测地壳运动进行地震预测的新手段。华北是一个重要的地震监视区。应用GPS技术在华北布设了一个四维地形变监测网。由于采取了一系列先进的方法和措施,首次观测获得了高精度的成果,为今后大震预测和地球动力学的研究奠定了基础。     

山西断裂带的地震活动与形变资料分析研究

用地震活动性和水平形变资料及定点地倾斜资料分析构造活动中岩层物理变化与形变位移之间对应关系,对以后GPS观测的形变应用于地震预报做一些尝试性工作。结果表明,GPS资料应用于地震预报是大有前途的。     

中国地壳形变连续观测的发展与展望

简述了我国地壳形变连续观测的由来与发以及在地震预报中的实际贡献，同时展望了未来潮汐形变、GPS与断层形变连续观测三结合，绘制大陆地壳应变图，实现地震物理预报的好途径。     

断裂区带变形分析方法及应用

应用GPS观测技术专门研究活动断裂区带的地壳形变及其服务于地震预测的数据处理方法目前还不够完善与充分。本文针对这一问题并结合实际的需求,从场的角度提出了适合于断裂区带活动特征分析的数据处理方法,并以川滇菱形块体东边界带为例,依据1999-2004年的GPS资料对其进行了简要分析。结果表明:①经过这种处理与描述可使人们从多角度更清楚全面地了解断裂及两侧的相对活动,及在空间上的演化特征;②走滑运动等值线显示川滇菱形块体东边界两侧相对活动量最大达15 mm/a,分布宽度约400 km,然而活动量的2/3只分布在断层两侧近100km的范围内,清晰而定量地显现了高剪切应变的积累与存在的空间;③走滑运动梯度显示川滇形块体东边界带南段变形大于北段;④张压性运动结果显示断裂两侧没有明显的差异变化。     

地形变监测地震能力的评价

利用中国地震局第二监测中心1992-2007年的年度地震趋势研究报告为统计样本,对青藏块体东北缘地区的年度地震预报进行了检验,从一个侧面评价了当前地形变监测地震能力.结果显示在16年中无中强地震漏报,其中报对地震4个,报错地震19个,对错比例为21%.这表明地形变对中强以上地震有较强的监测能力,但由于二者之间尚无确定的对应关系,导致了错报率较高的现象.     

地形变测量在我国地震预报中的应用研究及进展

介绍了地形变测量学的定义及其包括的内容,分别从大地形变测量、台站形变观测和重力观测方面,阐述了地形变测量应用于中国地震预报的研究进展。通过震例介绍具有较好预报效果的地形变测量手段,说明利用地形变测量可以做出具有一定减灾实效的地震预测预报。同时,提出了一些建议,以期地形变测量水平能有较大的提高,为地震预报提供更多支持。     

characteristics of recent crustal movement in the north section of north-south seismic belt

Tectonic activity is intense and destructive earthquakes occur frequently in the northern section of the North-South Seismic Belt(NSSB). After the May 12, 2008 Wenchuan earthquake, the North-South Seismic Belt enters a new period of high seismicity. On July 22, 2013, the Minxian-Zhangxian earthquake occurred, which broke the 10-years seismic quiescence of magnitude 6 of the area, indicating an increasing trend of strong earthquakes in the region. Earthquake is the product of crustal movement. Understanding the dynamics of the process of crustal movement may provide basis for earthquake prediction. GPS measurement can provide high-precision, large-scale, quasi-real-time quantitative crustal movement data, that allows us to explore the evolution of crustal movement and its relationship with earthquake, thus providing the basis for determining the seismic situation. Since 2009, the density of mobile GPS measurement stations has significantly improved in the Chinese mainland, and moreover, the Wenchuan earthquake has brought about adjustment of the regional crustal deformation regime. So the introduction of the latest repeat GPS data is important for understanding the features of crustal movement in the northern section of the North-South Seismic Belt. In this paper, we obtained the GPS velocity field, fault profile and baseline time series and analyzed the dynamics of recent crustal movement in the northern section of the North-South Seismic Belt using the 1999a-2014a GPS data of mobile and continuous GPS measurement stations. The results show that: the Qilianshan Fault has a high strain accumulation background. There are locked portions on the Liupanshan Fault, especially in the region of Jingning, Pingling, Dingxi, Longxi. In 2004-2009a, the degree of locking of the Liupanshan Fault got higher. In 2009—2013a, crustal movement on the northern section of the North-South Seismic Belt weakened compared with 1999-2004, 2004-2009, and showed some features as follows: ① The velocity field weakened more markedly near the Qilian-Haiyuan-Liupanshan faults; ②The velocity decreased more significantly in the region north of Qilianshan-Haiyuan Fault than that of the south, resulting in enhanced thrust deformation on the Qilianshan Fault in 2009-2013a and the decreased sinistral shear deformation on the Qilianshan Fault and Haiyuan Fault; ③the velocity field decreased more remarkably at 50km west of Liupanshan Fault, compared to the east region, which led to the locked range on the Liupanshan Fault extending to the range of 100km near the fault zone during 2009-2013 from the previous locked range of 50km near the fault. The GPS baseline time series analysis also reveals a number of structural features in the region: Yinchuan Graben is continuing extending, and the extension in the west is stronger than that in the east. On the southern end of Yinchuan Graben, the deformation is very small.     

中国大陆壳幔运动耦合作用分析

板块运动是地壳和上地幔变形的主要动力来源之一。因为只有地壳变形能被直接观测到,所以将上地壳变形场与下地壳和上地幔变形场比较是研究壳幔运动耦合作用的主要方法之一。利用中国大陆GPS观测结果,结合第四纪活动断层和由20世纪以来发生的地震资料反演获得的地球表层的水平应变率场,并将相关结果与Pn波各向异性及剪切波分裂的快波方向相比较,探讨中国大陆壳幔运动耦合作用。结果发现,总体来看活动性强的构造单元,其深部上地幔塑性剪切带的展布与上地壳脆性剪切带的方位有较大的差异;反之,活动性弱的构造单元,差异较小。活动构造单元其上地壳与下地壳—上地幔之间构造变形活动差异较大的原因,可能是在这个部位上、下地壳之间构造活动有一定程度的解耦,使下地壳以上部分的活动与其下“大地幔流”的运动趋势发生差异,从而产生构造应变能积累     

注重地质构造差异布局 提升地震形变监测能力

本文通过对我国西部地壳形变监测与地震预测实践的简要回顾, 结合2001年昆仑山口西8.1级、 2008年汶川8.0级大地震前区域地壳运动变形背景的已有研究结果, 分析阐述了在现今地壳形变观测技术不断向高精度、 高分辨和高效便捷发展的趋势下, 注重地质构造活动背景和构造变形模式差异布局, 提升地震形变监测能力的必要性和重要性。 进而根据鄂尔多斯西南缘区域构造动力背景和变形模式, 探讨了针对这一重点监视区优化监测布局、 有效捕捉地形变异常动态信息的一些思路和方法。     

岷县漳县6.6级地震前区域地壳运动变形背景与断层形变异常特征

利用甘肃岷县漳县6.6级地震区所在的青藏块体东北缘地区的区域水准、GPS、流动重力和跨断层短测线等地形变监测资料,结合地质构造、动力环境和已往的研究结果,分析了不同类型资料反映的震前区域性地壳变形背景、断层形变异常特征和可能的机理.结果认为：（1）岷县漳县6.6级地震前西秦岭、六盘山等构造区不同程度地存在着GPS水平挤压闭锁高应变积累、垂直隆升异常高梯度带和重力升、降差异剧烈变化等中长期背景;（2）震前到震时发震断裂附近及其外围相关构造区域断层形变异常在空间和时间上的起伏波动变化显著,尤其是汶川地震以来的波动变化在一定程度上反映了与本区构造比邻的龙门山断裂带剧烈右旋错动对本区的影响,与本次岷县6.6级地震过程有关;（3）本区有地形变监测资料积累以来缺乏6级以上震例,虽然存在不同程度的中长期形变背景异常,但何时进入短期-短临阶段确实很难把握,需要不断积累总结和探索提高.     

GPS水平形变面应变率梯度与强震危险区关系探讨

全球定位系统(GPS)观测和信息处理技术的发展, 为获取高精度地壳水平运动和相关的应用研究提供了良好的基础． 应用中国地壳运动观测网络中心提供的1999—2007年GPS水平形变速率观测结果, 研究了地壳水平形变面应变率梯度与强震发生的关系, 探索了地震中长期预测对强震危险区的判识方法． 结果表明, 中国大陆2001—2011年发生的大部分M_S6.8以上强震, 地震地点均位于面应变梯度高-低值过渡区与块体边界带相交汇的部位; GPS面应变率梯度可以作为中长期强震危险区判识的一种方法, 与最大剪应变率分布相比, 缩小了强震孕育地点的判识范围． 文章最后给出了中国大陆地区未来10年或稍长时间的强震危险区.      

Establishment of the GPS Monitoring Network in North China, the Relation of Horizontal Crustal Movement to Stress Field and Seismicity

In the paper, the establishment, measurement, data-processing program and monitoring accuracy of the GPS seismic monitoring network in North China, especially in the Capital-Circle area, have been presented briefly. The relation of horizontal crustal deformation to tectonic movement, stress-field variation and seismicity has been analyzed in detail. The results indicate that the accuracy of GPS measurement has reached the order of 10-9 and the annual rate of horizontal crustal deformation in North China is about 4 ~5 mm. Horizontal crustal movement is a direct indication of the regional stress field. Therefore, by monitoring the time-sequence variation of horizontal crustal motion, it would be possible to investigate the change in the stress field, to analyze the tendency of seismicity and to determine the seismogenic zones.     

地震前兆探测对观测技术要求的再思考

将地震前兆探测分为依赖地震孕育过程中漏能释放的第一类检测方法和不依赖漏能释放的第二类检测法二种,当前,除改进第一类方法外还应积极发展第二类前兆检测技术,根据地壳运动观测频域的高频端已建立测震台网,低频端正在建设ＧＰＳ密集台网,极重要的中频段台站稀少的现实,提出当前应积极建设定点形变观测密集台风,填补中频段的监测弱视盲区,同时定点形变观测仪器要打好基础,进一步提高观测精度和信噪比。     

地壳形变与地震预报问题

在对形变科研成果研究的基础上分析了地形变监测方法用于地震预报研究的现状和进展，对其效能作了肯定性评价。总结了这一研究领域２０余年的得失和教训，并结合当前的体制和管理现状，改革开放对地震科研的新要求，提出了一系列改善本学科生存环境，增强其效益的建议。从自然科学和社会科学的不同视角，对本学科面临的阻力和困境进行了估计，最后展望了地壳形变在地震预报中的应用前景。     

张北6.2级地震地形变前兆演化特征

分析了张北6.2级地震前后华北地区水准、GPS、重力、定点形变、流动形变、地应变观测资料及前兆的演化过程。结果表明,深大构造对背景场起着控制及传递的作用;震中区位于经历了剧烈地壳运动后近年处于相对平静的地区;背景场与前兆异常动态过程的密切配合,是作出正确震情判定的关键;前兆异常在震后的新发展,在震后趋势预测中有重要作用。     

推进地学创新的地壳形变大地测量学

现代大地测量学是当今信息时代最具活力的一门地学基础学科,它在地震预报中的应用促进了一门前沿交叉新学科－－地壳形变大地测量学的形成。地壳形变大地测量学是击破地震预报两个“瓶颈”－－“时空信息不足”和“应用基础研究薄弱”的有力武器。它证实地壳动力学的基本状态不是“自组织临界状态”而是“自组织”,因而地震是可能预报的;它开创了“时空图像动力学预报的新途径,发现了几种可望具有重现性的地震前兆。在论述地壳形变大地测量学的形成,给出学科初步定义,评估成绩和问题的基础上,该文当前的研究工作提出了7项建议。     

2021年甘肃阿克塞5.5级地震前区域地壳变形异常特征分析

为研究2021年甘肃阿克塞5.5级地震前震中周边的地壳变形运动特征,根据CMONOC提供的GPS观测资料,通过GPS速度场、面应变率场和站间基线时间序列分析,探讨了震前的地壳变形特征。研究结果表明,震中处于发震断层西南侧远场速度大、近场速度小且断裂两侧速度场方向明显不同的位置,同时位于与发震构造类型一致的面应变率场的压缩高值区,即挤压应变累积区。跨发震断裂的基线长度在震前3年多时间出现的转折变化,表明震前发震断裂两侧左旋走滑速率明显减缓;而断裂两侧的挤压速率有所加快则反映出本次地震前震中区域存在一定程度的应变能积累。研究结果有助于认识该地震的孕震过程,并可为相似构造类型区域的强震预测提供参考依据。     

GPS应变率场计算方法研究进展

基于大地测量资料获取地壳运动与应变积累定量结果一直是国内外重视的地震中长期预测的技术途径。 针对地震变形过程的准确描述问题, 国内外学者基于GPS资料, 发展了多种应变率场解算方法。 本文首先简要介绍了GPS应变率计算的基本原理, 然后系统梳理了国内外多种计算方法的优势和不足, 结果表明: 应变率计算的数学方法只考虑几何关系, 其中整体方法主要适合数据密度和分布较好条件下获取区域地壳变形分布与趋势, 局部方法主要适用于数据较为稀疏情况下描述构造块体的变形特征; 应变率计算的物理方法既考虑几何关系又考虑物理关系, 其中, 位错方法根据主要适合于研究区域存在主控断层的情况(研究区域的变形主要由少数断层控制); 数值模拟方法(如有限元法)主要适用于区域地质、 地球物理的资料比较完备的情况。     

地壳形变与地震前兆探索回顾和展望

本文回顾了我国地震预报中地壳形变观测技术、 数据处理方法和软件及地壳形变前兆观测研究进展。 1966年邢台地震后, 我国地震预报工作经历了难得的成功、 更多惨痛失败和“地震不可预报论”等干扰, 发展曲折。 尽管2008年汶川和2011年东日本大地震预报失败,但这两次和其他大地震前后GPS和其他观测得到的地壳形变表明, 大地震是有前兆的, 是可以预报的。 比较了我国地震预报所采用的主要的地形变观测技术和分析方法, 讨论了观测和数据处理方法的特点, 简要介绍了地壳形变地震前兆新近的研究结果, 重点阐述了GPS观测技术多方面的优势。 事实证明, GPS观测得到的汶川大地震前的形变异常或前兆, 是我国地壳形变观测与地震前兆探索最突出的成果。