利用GPS观测结果对我国地壳水平形变强度的分析

介绍利用中国地壳运动观测网络区域网(包括基本网与基准网)1999年与2001年2期GPS观测所获得的中国大陆地壳水平位移速率结果, 研究块体的划分、 块体位移与块体变形, 提出了用位移(速率)离散度分析块体或局部水平变形强度的方法, 分析了中国大陆现今地壳运动的基本特征及2001年11月14日昆仑山口西8.1级大地震前的地壳水平运动。     

中国大陆现今地壳水平运动基本特征

介绍利用中国地壳运动观测网络基本网、基准网1998年和2000年GPS观测结果所获得的中国大陆地壳水平运动信息．简要介绍这两次GPS观测概况，以及用GAMIT / GLOBK软件对所获得GPS观测数据的处理及精度分析．基准网与基本网各年观测结果得到的网内点位精度、水平分量精度平均为2mm左右，高程分量精度平均为5mm 左右，由两期观测得到的水平位移分量的精度平均为3mm 左右． 得到的1998年9月初至2000年6月中旬基本网、基准网中的地壳运动，包括以位于东部的一组稳定点为基准的各观测站位移、网内各部分的应变及部分地区的旋转量．根据所获得的我国大陆较为完整而详细的地壳水平运动图象，分析了中国大陆现今地壳运动的主要特征．在所述观测期间，我国东部地区变形较小，相对较为稳定．相对位于东部的稳定点组，东北块体向北运动，位移量约10mm；华南块体向东南运动，位移量约9mm．相对东部地区，西北部新疆地区以北西向运动为主，位移量约26mm；西南西藏地区以向北运动为主，位移量约32mm；西藏东部与云南地区形成非常明显的顺时针旋转构造运动，旋转中心位于26.5N，95.5E，旋转量为0.0045，旋转位移平均为12mm 左右．我国中部南北地震带是一强烈而复杂的变形带．GPS测量结果表明，印度板块向北挤压是影响我国地壳运动的主要因素．      

中国地壳运动观测网络基准站水平位移向量时间序列

根据中国地壳运动观测网络基准网1998年9月初至2002年6月底GPS连续观测结果，结合各基准站的水平位移的分量时间序列，试图利用空间上更直观、更清晰的水平位移向量方法进一步说明中国地壳运动观测网络基准网水平位移测量精度、水平方向点位稳定性及2001年11月14日昆仑山口西8．1级大地震前后的地壳水平运动时空演化过程。     

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．      

中国大陆构造块体的现今活动和变形

在重新对 1998年和 2 0 0 0年的中国地壳运动观测网络基准站和基本站的 2期观测资料进行预处理的基础上 ,得到了ITRF97坐标框架下 ,参考时刻分别为 1998年 9月 5日和 2 0 0 0年 6月 8日 ,分布在全国各主要构造块体上的 79个GPS站的坐标和协方差矩阵。分别以中国岩石圈动力学地图集 (马杏垣 ,1989)中的中国大陆主要构造单元 (称之为亚板块 )和张培震等 ( 2 0 0 2 )给出的中国主要活动块体为格架 ,用笔者提出的 1种推广了的QUAD方法对中国大陆的 2 0个主要构造块体逐个进行判别检验。那些现今无明显相对运动的相邻块体则被归并起来 ,从而确定了活动块体和它们的边界。采用刚体运动 +块体均匀应变 +局部变形的模型作为描述中国大陆构造块体的现今活动和变形的模型。求出了有明显相对运动块体的欧拉运动矢量和块体的整体均匀变形参数、各块体内部的不均匀局部变形以及活动边界的活动方式和强度。在此基础上 ,除了一般地指出中国大陆地壳运动西强东弱的特征之外 ,还对西部主要活动块体和边界活动强弱给出了定量比较结果 ,从而为强震危险区的判别提供了形变背景依据     

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.     

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.     

汶川地震震后短期青藏高原东北缘地壳变形特征成因讨论

2007—2009年时段GPS数据资料显示青藏高原东北缘地区地壳运动较前期(1999-2007年时段)发生明显变化.本文分别对汶川地震同震影响、震后粘弹性松弛影响和震后余滑影响进行了分析.结果表明,同震对该区域地壳变形特征的形成存在一定影响,而震后粘弹性松弛和余滑产生的影响均可忽略不计.分析认为,对于中国大陆这种多块体系统而言,现有的震后变形机制并不能充分解释震后短期某些区域地壳运动变形特征的形成,汶川地震震后短期青藏高原东北缘的地壳变形特征的形成可能主要与震后块体运动调整有关.     

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。     

GPS初步结果揭示的中国大陆水平应变场与构造变形

根据中国大陆不同来源的多个GPS区域监测网1991～1999年间的观测资料和“中国地壳运动观测网络”基本网1998～2000年的观测资料，联合处理得到中国大陆地壳水平运动速度场结果，通过最小二乘配置法建立中国大陆水平运动速度场模型，获得了基于连续介质假设的中国大陆水平应变场（或称为视应变场）初步结果. 分析了水平运动、应变场空间分布特征及其与强震的关系，并简要分析了2001年11月14日昆仑山口西8.1级大地震的区域构造变形背景. 结果表明：中国大陆中西部构造变形强烈，应变速率值高，又以青藏块体及其边缘和新疆西部最为显著. 除川滇、新疆西部外，大部分地区的近东西向断裂存在左旋剪切变形，近南北向的断裂存在右旋剪切变形. 而东部地区构造变形相对较弱. 强震通常发生在剪切应变率的高值区及其边缘，尤其是与构造变形背景相一致的剪应变率高值区. 昆仑山口西8.1级地震发生在最显著的东西向左旋剪切应变率高值区，从该区域的应变状态分析，具备近东西向断裂产生巨型走滑破裂错动的构造变形背景.     

基于K-Means++的省内子块体划分及中国大陆水平相对运动速度场模型的建立与分析

省市级区域CORS(Continuously Operating Reference Stations）系统是当代城市数字化、信息化和智慧化的重要组成部分,便于获取各类物体的时空信息及其相关动态变化．为了进一步实现区域框架基准的现代化与自主化,全面提升现代测绘基准综合服务水平和应急保障能力,同时为了提高中国大陆区域水平速度场的精度,并精细地刻画其自身的局部运动特征,本文利用陆态网上千站2011—2017年的连续观测数据,采用GAMIT/GLOBK软件,获得高精度的定位和速度成果,进而提出和构建了基于欧拉矢量模型的中国大陆省级块体相对运动模型和部分省内子块体相对运动模型,并与欧亚板块、大陆整体和二级板块相对运动模型进行对比分析;结果表明,欧亚板块相对运动模型仅能描述大陆的部分运动趋势,中国大陆整体板块相对运动模型能够较好地展现大陆整体运动趋势,二级板块和省级块体相对运动模型均能够较为精细地反映区域的局部运动特征,且两者水平相对速度的内符合精度均小于2mm·a~(-1),其外符合精度均小于3mm·a~(-1),其中前者物理意义更为明显,后者使用更为简便,但在青藏、川滇等地壳运动复杂的地区两者精度仍有欠缺．因此,本文提出利用K-Means++算法对地壳运动复杂区域的水平速度场进行聚类分析,以快速准确地对这些区域进行子块体划分;结果表明,划分成果与现有部分二级块体成果相符合．为了兼顾省内复杂地质构造与地形地貌的影响,同时提高省级块体划分的物理意义,对地壳运动复杂的省份再细分块体,进而对各子块体构建欧拉矢量模型;结果发现,该模型平均误差和中误差均小于2mm·a~(-1),提高新疆、西藏、川滇等地区的速度场模型精度至2mm·a~(-1)左右,在确保精确度的同时,满足使用简便性的要求．     

高精度GPS测量得到的中国西南地区构造块体运动模型的初步结果s

利用国家攀登计划所属的重大项目现代地壳运动和地球动力学研究课题所布设和施测的GPS网的高精度观测结果，研究了中国西南地区构造块体的运动模型．认为目前高精度GPS观测资料已可以提供有关中国大陆构造块体水平运动的可信信息．得到的运动模型的初步结果为中国大陆地壳运动的动力学机制研究提供了直接的证据，并在此基础上分析了复测区域的运动特征以及这些特征与地震活动、地震危险性的关系．认为初步的观测结果是令人鼓舞的．      

福建GPS台网观测位移时间序列特征的初步研究

使用福建GPS台网2004年3月至2006年10月的连续观测资料,对已作卡尔曼滤波后的时间序列观测值进行了初步分析。经数据处理估算各测站的运动速率,对连续观测结果综合分析获得位移,选取区域相对水平位移变化量较小的5个台站组成的一组稳定点作为基准;讨论了各测点连续时间序列与测站运动速率变化特征,除出现一次较明显的分量位移异常变化(可能与台湾强震活动有关)外,没有明显的水平位移异常现象。表明现今福建地壳运动趋势仍十分缓慢且整体较为平稳,是随同中国大陆地块较均匀地向东南方向运动。     

中国大陆主要构造块体现今运动的基本特征

为了研究中国大陆现代地壳运动和地球动力学,在９０年代初布设了由２２个站组成的全国ＧＰＳ监测网,测站均匀布设在中国大陆不同块体上,１９９２、１９９４和１９９６年对该网进行了３次观测,本文主要评述了３次观测的资料处理和精度,分析了３次测获得的中国大陆现今块体运动的基本特征。研究结果表明,ＧＰＳ网３次观测获得的资料精度均达到１０＾－８～１０＾－９,能满足地壳运动监测的需要,利用３次复测资料结果所建立的我国大陆块体运动模型,有效地检验了地质学和地球物理学的研究结果,在全球框架中,我国大陆整体存在着明显的向东运动,相对于西伯亚的区域性运动特征是：我国西部地区主要受印度板向北的俯冲和推挤的影响,青藏高原在南北向压缩的同时,存在着明显的向东的侧向滑移,这对大陆逃逸模型是较为有利的支持;东部地区的块体运动,同时受到印度板以及太     

福建GPS台位移时间序列分析

使用福建GPS台网2004年3月到2006年9月的连续观测资料,经数据处理获得时间序列分析结果。初步估算了各测站的运动速率和定位精度,水平向在1.5~3.2 mm,垂直向在6.6~8.2 mm。选取区域相对水平位移变化量较小的5个台站组成的一组稳定点作为基准,讨论了各测点的相对运动速率及时空变化特征。从水平位移结果分析表明,现今福建地壳运动的趋势仍十分缓慢且整体较为平稳,与华南地块同中国大陆其他地区比较呈相对稳定相吻合。     

福建省GPS资料与地壳运动研究

使用福建GPS台网2004年3月-2009年6月的连续观测资料,结合国际连续观测数据中的中国台湾桃园基准站数据,经联合处理取得各测站的运动速率,并对观测结果获得的位移时间序列、速度、重心基准下运动矢量图进行了初步分析。讨论了福建省GPS资料与地壳运动之间的关系,表明没有明显的水平位移异常现象,显示出福建地壳运动趋势仍十分缓慢且整体较为平稳,并伴随华南地块较均匀地向东南方向运动。     

由GPS观测结果推断中国大陆活动构造边界

利用“中国地壳运动观测网络”基本网1998年和2000年两期观测数据,得到分布在全国各构造块体上的79个GPS观测站速度场，对中国大陆主要活动构造块体间的相对运动显著性进行了分析和检验. 分析结果表明，西部活动构造块体的边界有较明显的相对运动，而东部运动不明显. 根据分析得到的活动边界，将中国大陆归并为11个活动块体，逐一计算了这些块体边界的活动量大小，确定了它们最新活动的方式.     

基准站GPS连续观测得到的垂直位移时间序列

利用1998年9月至2004年3月上旬中国地壳运动观测网络基准站GPS连续观测结果所获得的垂直位移时间序列,讨论了基准的选择,分析了基准站垂直位移的特点。取中国东部一组垂直位移变化形态基本一致、年速率较小的6个基准站作为垂直位移时间序列的基准。计算结果表明,每周的垂直位移解的精度可达3mm。与基准站的水平位移年速率相比,垂直位移年速率普遍较低;而与基准站的水平位移时间序列相比,一些基准站的垂直位移时间序列有非常显著的年周期变化,幅度达20～50mm。中国大陆西部基准站的年周期变化与地球自转有明显的相关性,并且符合地球自转守恒。基准站垂直位移的变化值得多方面深入研究     

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.     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.