从跨断层短基线观测计算地应变的方法探讨——以唐山台地形变数据为例

跨断层测量是研究断层活动特征的重要手段之一.本文介绍了一种利用台站短基线观测,通过刚体模型、弹性体模型和组合模型确定断层或断裂带附近应变的方法,并以唐山地形变台资料为例进行对比分析.通过对比同时间段的位移和应变时间序列的变化幅度和趋势特征,认为组合模型更符合实际情况.同时,分析了多条测段不同组合情况下的模型计算结果,探讨了跨断层观测资料与区域GPS数据计算结果之间差异的原因.并提出了基线过渡桩更可能位于断层东侧的认识.     

福建省GPS观测台网资料应用与研究

通过对福建省 GPS 台网的简介及 GPS 数据资料的分析处理方法的初步探索。重点讨论GPS资料时间序列、基线处理及GPS应变场的分析研究,获得福建地区主要构造块体内部的运动图像、速率及运动学参数等地球物理场信息。     

福建省GPS观测台网资料应用与研究

通过对福建省GPS台网的简介及GPS数据资料的分析处理方法的初步探索。重点讨论GPS资料时间序列、基线处理及GPS应变场的分析研究,获得福建地区主要构造块体内部的运动图像、速率及运动学参数等地球物理场信息。     

中国大陆GPS连续观测站基线时间序列分析

本文根据中国地壳运动观测网络基准站1999年初至2010年9月底的资料, 对中国大陆90条GPS基线时间序列进行了分析, 讨论了这些基线在正常情况下的趋势性运动特征, 总结了2001年昆仑山口西和2008年汶川两次8级大震前GPS基线时间序列的异常变化, 并在此基础上分析了GPS基线近期变化情况。     

中国大陆内部GPS连续观测站基线分析

根据中国地壳运动观测网络基准站1999年初至2010年4月的资料,对中国大陆内部80条GPS基线时间序列进行了分析,讨论了这些基线在正常情况下的趋势性运动特征,总结了2001年昆仑山口西MS8.1和2008年汶川MS8.0两次大震前GPS基线时间序列的异常变化情况,并在此基础上分析了GPS基线近期变化情况。     

最小二乘配置方法在提取GPS时间序列信息中的应用

通过对最小二乘配置方法的研究,应用该方法对GPS观测值时间序列和GPS基线时间序列进行分析,完成滤波并提取出不同频段的信息。首先,对最小二乘配置的具体解法进行了讨论。其次,对GPS基线计算方法进行了论述。最后,讨论了利用最小二乘配置在时间域进行信息提取的优势和应该注意的问题。     

多因素形变异常诊断方法及其动力学来源分析

气温的升降会造成介质的热胀冷缩,含水量的补充蒸发会导致介质的膨胀收缩,在将这两种因素同时考虑的情况下,提出了基于跨断层短基线测量的形变异常诊断方法,并将其实践于唐山地震台4个测段的短基线观测。研究结果表明,基于短基线观测的形变响应比序列在保持总体趋势稳定变化的同时,在不同的时间出现了显著的幅度变化。经过进一步分析,观察到:① 对于同一测段,形变响应比变化与温度-降雨的变换系数γ有关,当γ过小或者过大时,序列会保持稳定,失去观测分析价值;② 形变响应比幅度变化的动力学来源可能是台站周边的地震,而且是台站东北方向50 km以内的M≥4.0地震。对于不同测段,形变响应比幅值变化与地震的相关性有所差异,其中垂直于断层测量方向的两个测段得到的形变相应比与地震的相关性最好,与断层斜交但近乎平行断层走向的测段次之,与断层斜交的测段相关性最差。      

鲜水河断裂带北西段跨断层基线变化机理探讨

2013年芦山M_s7.0地震发生后,鲜水河断裂北西段的侏倭、虚墟等跨断层测点基线测项均出现不同程度的异常变化,异常核实结果认为基线异常属实.该异常变化是否与芦山地震的发生存在一定关联性,值得深入研究.本文首先分析芦山地震发生前后鲜水河断裂北西段不同基线长度的变化特征.基于鲜水河断裂带及邻区三维非线性黏弹性有限元模型,以GPS观测资料、同震静态滑移量作为约束,通过开展多组数值模拟实验,探讨下地壳不同流变特征下,芦山地震发生前后不同阶段,不同跨断层基线长度的时序动态变化特征.初步研究结果表明,1)侏倭、虚墟基线测点原始观测资料均表现出地震发生时基线长度减小,发生后短时间内反向快速恢复及增加的协同变化;2)在以GPS观测数据为约束的块体间差异性运动的动力学边界条件下,鲜水河断裂表现为左旋走滑运动;3)模拟结果显示,地震发生时测点间距离迅速减小,表现为断层右旋的特征,这与实际观测资料反映的结果一致;4)鲜水河断裂带两侧地块的下地壳黏滞系数分别取10~(18)Pa·s、10~(19)Pa·s时,由于黏弹性松弛效应的影响,造成基线长度在地震发生后短时间尺度内快速增加.对比分析认为,地震后短时间内实测资料反映的基线长度快速增加的特征可能是黏弹性松弛效应与构造作用共同作用的结果.     

利用GPS研究当前鄂尔多斯地块周缘地壳变形状态

利用陆态网络GPS基准站资料,计算鄂尔多斯地块周缘24条GPS基线时间序列,并基于均匀应变模型获得3个变形显著区域的6类应变参数时间序列,结果表明:1陆态网络基准站观测数据质量较高,能够在一定程度上反映鄂尔多斯周缘的地壳微动态变化特征;2利用GPS连续观测资料获得的区域应变状态与地质研究给出的区域构造应力状态一致性较好;3 2011年以来,鄂尔多斯东北缘的晋冀蒙交界区域呈现一种压应力作用下的右旋剪切状态,鄂尔多斯西北缘处于右旋剪切应变状态,与2015年4月该区域发生的阿拉善M 5.8地震的震源机制较为一致。     

中国大陆GPS连续站时序结果处理与分析

<正>利用网络工程一期和陆态网络二期共253个GPS连续观测站的资料,首先用GAMIT/GLOBK/QUCA软件计算得到了各个GPS连续观测站的单站三维站坐标时间序列。在进行GPS基线和区域应变时间序列计算分析前,对单站坐标时间序列进行剔除粗差、大震同震位移改正、线性拟合、周期改正的后期精化处理。在此基础上,计算得到了中国大陆916条GPS基线时间序列结果,并对主要构造带和重点地区:鲜水     

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。     

Analysis of Anomalous Characteristics of Regional Crustal Deformation before the September 16th, 2019 Zhangye MS5.0 Earthquake, Gansu, China

To study the crustal movement in the vicinity of the epicenter before the Zhangye M_S5.0 earthquake in 2019, the characteristics of crustal deformation before the earthquake are discussed through the GPS velocity field analysis based on the CMONOC data observed from GPS. The baseline time series between two continuous GPS stations and the strain time series of an area among several stations are analyzed in the epicenter area. The resulting time series of baseline azimuth around the epicenter reflects that the energy of the fault in the northern margin of Qilian Mountain is accumulated continuously before 2017. Besides, the movement trend of azimuth slows down after 2017, indicating the stress accumulation on both sides of the seismogenic fault zone has reached a certain degree. The first shear strain and EW-direction linear strain in the epicentral area of the Zhangye M_S5.0 earthquake remain steady after 2017, and the surface strain rate decreases gradually after 2016. It is illustrated that there is an obvious deformation loss at the epicentral region three years before the earthquake, indicating that a certain degree of strain energy is accumulated in this area before the earthquake.     

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     

基于GPS观测的北天山主要断裂现今构造运动特征研究

借助分布在北天山地区最新GPS点位的运动观测资料, 利用GAMIT/GLOBK数据处理软件获取了北天山地区现今地壳的运动位移场． 以该位移场为基础, 利用弹性半空间位错理论, 估算了研究区内博罗科努—阿其克库杜克断裂和准噶尔盆地南缘断裂两条具有代表性的主要断裂的现今活动速率． 结果表明: 博罗科努—阿其克库杜克右旋走滑断裂东、 西两段滑移速率的差异性不明显, 1944年3月10日乌苏南M_S7.2强震发生后, 该断层现今表现为震后微蠕滑运动, 东、 西两段滑动速率均在1—2 mm/a之间; 准噶尔盆地南缘断裂现今滑动速率为(5.6±1.0) mm/a．      

小波分析在GPS位移时间序列特征中的应用

使用福建GPS台网2004年3月—2008年10月的连续观测资料,对各基准地震站原始数据进行处理,得到位移时间序列,进行初步分析。在此基础上,采用小波分析方法提取时间序列的时频特征,从而得到非线性变化信息,为GPS在大地震前获取前兆资料提供探索方向,进而通过对位移时间序列异常变化与区域地壳运动关系的研究,探讨两者间的内在联系。     

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.     

汶川8.0级地震前GPS与跨断层资料反映的运动与变形演化特征

为了研究与总结2008年5月12日汶川8.0级地震前GPS与跨断层资料反映的龙门山断裂带及其周边地区的运动、构造变形、应变积累演化过程,以及汶川地震临震阶段可能的物理机制,本文综合1999~2007期GPS速度场、1999~2008年大尺度GPS基线时间序列、1985~2008年跨断层短水准等资料进行了相关分析与讨论。结果表明:(1)GPS速度剖面结果显示,宽达500km的川西高原在震前有明显的连续变形,而四川盆地一侧和跨龙门山断裂带基本没有变形趋势,表明震前川西高原在持续不断地为已经处于闭锁状态的龙门山断裂带提供能量积累。(2)GPS应变率结果显示,震前龙门山断裂带中北段的NW侧EW向挤压变形明显,变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小,而断裂带变形微弱;龙门山断裂带西南段周边形成了显著的EW向挤压应变集中区,应变积累速率明显大于中北段。(3)断层闭锁程度反演结果显示,除了汶川地震的震源位置闭锁相对较弱,且西南段有大概20km宽度断层在12~22.5km深度为蠕滑状态以外,震前整条龙门山断裂基本处于强闭锁状态。(4)大尺度GPS基线结果显示,跨南北地震带区域的NE向基线从2005年开始普遍出现压缩转折,反映NE向地壳缩短的相对运动增强。(5)跨断层短水准场地结果显示,震前年均垂直变化速率和形变累积率很低,表明断层近场垂向活动很弱、闭锁较强。通过以上分析认为,在相对小尺度的地壳变形中,震前龙门山断裂带深浅部均处于强闭锁状态,断裂带水平与垂直变形都很微弱,这可能经历了一个缓慢的过程,而且越是临近地震的发生,微弱变形的范围可能越大;在相对大尺度的地壳变形中,震前龙门山断裂带西侧的巴颜喀拉块体东部地区经历了地壳缓慢且持续的缩短挤压变形,为龙门山断裂带应变积累持续提供了动力支持。     

新疆地区现今地壳形变特征与地震活动分析

新疆地区GPS区域站1999—2007年、 2009—2011年观测资料分析结果表明, 该地区水平运动速率分区性明显; 2011年6月以来该地区中强地震增强. 该文在分析区域站水平运动速率特征的基础上, 对2011年1月—2012年3月20个GPS连续观测站基线变化时间序列进行了分析. 结果表明, 各观测站坐标变化量在2011年4月后整体上变大, 新疆地区地壳运动增强, 但具体到不同的山区和盆地, 基线变化趋势各异． 其中, 塔里木盆地和准噶尔盆地内部变形相对较小, 主要变化发生在天山中南部, 出现明显的南北向挤压缩短．      

Deformation Evolution Characteristics Revealed by GPS and Cross-fault Leveling Data before the MS8.0 Wenchuan Earthquake

Based on GPS velocity during 1999-2007, GPS baseline time series on large scale during 1999-2008 and cross-fault leveling data during 1985-2008, the paper makes some analysis and discussion to study and summarize the movement, tectonic deformation and strain accumulation evolution characteristics of the Longmenshan fault and the surrounding area before the M_S8.0 Wenchuan earthquake, as well as the possible physical mechanism late in the seismic cycle of the Wenchuan earthquake. Multiple results indicate that:GPS velocity profiles show that obvious continuous deformation across the eastern Qinghai-Tibetan Plateau before the earthquake was distributed across a zone at least 500km wide, while there was little deformation in Sichuan Basin and Longmenshan fault zone, which means that the eastern Qinghai-Tibetan Plateau provides energy accumulation for locked Longmenshan fault zone continuously. GPS strain rates show that the east-west compression deformation was larger in the northwest of the mid-northern segment of the Longmenshan fault zone, and deformation amplitude decreased gradually from far field to near fault zone, and there was little deformation in fault zone. The east-west compression deformation was significant surrounding the southwestern segment of the Longmenshan fault zone, and strain accumulation rate was larger than that of mid-northern segment. Fault locking indicates nearly whole Longmenshan fault was locked before the earthquake except the source of the earthquake which was weakly locked, and a 20km width patch in southwestern segment between 12km to 22.5km depth was in creeping state. GPS baseline time series in northeast direction on large scale became compressive generally from 2005 in the North-South Seismic Belt, which reflects that relative compression deformation enhances. The cross-fault leveling data show that annual vertical change rate and deformation trend accumulation rate in the Longmenshan fault zone were little, which indicates that vertical activity near the fault was very weak and the fault was tightly locked. According to analyses of GPS and cross-fault leveling data before the Wenchuan earthquake, we consider that the Longmenshan fault is tightly locked from the surface to the deep, and the horizontal and vertical deformation are weak surrounding the fault in relatively small-scale crustal deformation. The process of weak deformation may be slow, and weak deformation area may be larger when large earthquake is coming. Continuous and slow compression deformation across eastern Qinghai-Tibetan Plateau before the earthquake provides dynamic support for strain accumulation in the Longmenshan fault zone in relative large-scale crustal deformation.     

2013年甘肃岷县漳县M_s6.6地震前地壳形变特征研究

基于2013年岷县漳县M6.6地震震源区及其邻区1999年以来的GPS观测资料,通过应变率动态特征分析、多期次GPS剖面分析和基线变形速率的分析讨论了地震的震前变形特征.GPS速度场和块体应变率表明,汶川地震的发生导致了柴达木地块运动与变形状态发生明显调整,但由于西秦岭北缘等深大断裂的存在,岷-秦地块对其响应不明显;GPS连续应变率显示,在汶川地震引起的区域地壳变形调整过程中岷县漳县地震震源区附近的应变积累速率有减缓的迹象;GPS剖面显示,平行于岷县漳县主破裂带的运动分量对汶川地震响应显著,汶川震后表现为剪切变形速率的增强,而垂直于主破裂带的运动分量则对汶川地震响应不明显;震中周边GPS基线变形速率表明,基线伸缩变化率总体呈现NW向拉张、NE向压缩状态,且拉张量明显小于压缩量.上述地壳变形动态特征表明西秦岭北缘断裂及其附近地区的应变积累水平和断层闭锁程度可能处于较高水平,在岷县漳县地震前该区表现出局部“硬化”迹象.