滇西地区GPS时间序列中陆地水载荷形变干扰的GRACE分辨与剔除

利用"中国大陆构造环境监测网络"在云南西部地区的13个连续GPS观测站和法国空间大地测量研究组Space Geodesy Research Group)的GRACE时变重力场资料,定量分析了该区域陆地水载荷所产生的非构造形变的量值和变化特点,探讨了利用GRACE分辨和剔除GPS观测中陆地水负荷所引起的非构造形变干扰的依据和模型.结果表明:滇西地区GPS坐标变化时间序列的垂向分量中,普遍包含有明显的年周期非构造形变波动,高值可达12mm,其中约42%源于陆地水迁徙变化所引起的负荷形变;通过主成份分析方法所获取的区域GPS共模误差与GRACE陆地水载荷形变序列的相关性高达0.87,若以GRACE扣除陆地水负荷形变,则滇西地区GPS网共模误差可消除约64%,且物理机制明确.然而,由于目前的GRACE只能有效分辨大约400km范围内陆地水载荷的整体变化,所以对于各GPS站点更加局部化的陆地水负荷非构造形变干扰,尚无法进行有效分辨.     

滇西地区GPS时间序列中陆地水载荷形变干扰的GRACE分辨与剔除

利用“中国大陆构造环境监测网络”在云南西部地区的13个连续GPS观测站和法国空间大地测量研究组Space Geodesy Research Group）的GRACE时变重力场资料,定量分析了该区域陆地水载荷所产生的非构造形变的量值和变化特点,探讨了利用GRACE分辨和剔除GPS观测中陆地水负荷所引起的非构造形变干扰的依据和模型.结果表明：滇西地区GPS坐标变化时间序列的垂向分量中,普遍包含有明显的年周期非构造形变波动,高值可达12mm,其中约42%源于陆地水迁徙变化所引起的负荷形变;通过主成份分析方法所获取的区域GPS共模误差与GRACE陆地水载荷形变序列的相关性高达0.87,若以GRACE扣除陆地水负荷形变,则滇西地区GPS网共模误差可消除约64%,且物理机制明确.然而,由于目前的GRACE只能有效分辨大约400km范围内陆地水载荷的整体变化,所以对于各GPS站点更加局部化的陆地水负荷非构造形变干扰,尚无法进行有效分辨.     

大规模GPS揭示中国现今地壳构造形变特征

利用全国260多个陆态网络连续站以及2 000多个陆态网络区域站2011—2015年观测数据,计算分析中国大陆现今整体地壳构造形变特征以及板内应变场空间分布特征。根据密集、大范围的GPS速度场可知中国大陆现今整体速度场依然呈现西强东弱的态势,其中最大值出现在喜马拉雅地区,一般速率在35~42mm/a之间,而川滇地区形成的右旋剪切带的形变特征最为醒目,其西南部最小速率在3~9mm/a之间,北部最大速率在17~23mm/a;由应变场的空间分布可以看出应力最大的地区主要是喜马拉雅、昆仑山中部、川滇地区的鲜水河断裂带、天山地区以及京津唐地区;东部沿海地区应变速率表现为东西拉张型,主要是由于2011年日本大地震对该地区的影响还未完全消退造成的。     

中国大陆非构造负荷地壳形变的区域性特征与改正模型

自20世纪90年代初以来,GPS空间大地测量学的迅速发展和全面应用,为全球范围各种规模尺度的地壳运动和构造形变观测提供了革命性的手段,使高精度、大范围、全天候、低成本的大地测量变成了现实。为及时把握GPS空间对地观测技术为防震减灾应用带来的机遇,我国先后于1997-2000年和2007-2012年实施了国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”和“中国大陆构造环境监测网络”,在中国大陆及周边建立了由260个连续GPS观测站和2056个非连续GPS观测站构成的高精度、高密度观测网络,为精细而定量地研究中国大陆不同构造区域的现今地壳运动方式和构造形变演化态势提供了至关重要的基础平台。     

GPS形变监测网起算点坐标对水平形变的影响

利用首都圈ＧＰＳ形变监测网的资料,用伯尔尼软件计算并分析了大规模ＧＰＳ地形变监测网中起算点坐标误差对水平形变计算结果的影响,给出了３种典型图形,利用速率动态平差结果,分析了不同固定点的情况,ＧＰＳ形变监测网的点位位移中误差的分布特点。     

青藏高原1993和1995年地壳运动与形变的GPS监测结果分析

根据1993和1995年对青藏高原地壳运动与形变的两期GPS监测结果的分析,得出初步结论:青藏高原各主要块体(地块)的水平运动速率和方向,与地质和地球物理学界近年来普遍的观点十分吻合;GPS监测精度的提高为定量分析研究青藏高原现代地壳运动与形变,提供了依据.     

GPS连续站水平位置坐标时间序列插值的一种新方法

GPS连续站多年的运行实践表明,其观测值在时间序列上并非时时连续,数据整体不完整率甚至已经达到了较高的比例。研究发现:在地壳形变的分析中,这样的结果直接影响着某种形变信息的正确提取。因此,插值已成为一项提高资料利用率、获取更多有效信息的必要途径。由于通常插值方法不注重空间上的联系,故对GPS的时间序列常难以给出恰如其分的插值结果。本文根据GPS连续观测资料各种信息的特征,提出了一种新的综合插值方法——"欧拉—周期—滤波—自噪"插值法。本文以天津GPS连续观测网为例,给出了实际操作方法,计算结果表明该插值法可以最大程度地保证各种信息不失真,较其它方法更为有效。     

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。     

基于迭代PCA的GPS时间序列震后形变估计方法和应用

GPS时间序列的震后形变分析对于研究区域震后形变机制和岩石圈流变学特性以及维持国际动态地球参考框架具有重要意义.本文在现有参数估计方法的基础上,提出兼顾震后形变衰减特征空间相关性和整体建模的"迭代PCA参数估计方法",并利用模拟数据证实了新方法可以获取更稳健可靠的震后形变、同震形变和震间速度参数.最后,以37个新西兰GPS连续站坐标时间序列为例,利用迭代PCA方法提取了2016年11月13日Kaikoura地震共性的震后形变时间演化过程和各站点的震后形变,并定量分析了震后形变对地表速度的影响.结果表明各站的震后形变在时间域上以衰减常数τ为4天的对数模型持续松弛;空间域上南岛北东部和北岛最南部震后形变较大,其中,最大震后形变点为cmbl站,截至2017年6月10日NEU方向累计的震后形变分别达到107 mm,135 mm和187 mm,地表速度分别达到133.58 mm·a-1,112.05 mm·a-1和175.58 mm·a-1,仍高于稳定的震间速度.     

GPS坐标时间序列中非构造噪声的剔除方法研究进展

GPS台站坐标解算中包含多种地球物理参量造成的不确定性、系统误差和随机噪声.回顾了GPS台站坐标噪声分析的研究进展,包括功率谱分析、最大似然估计、区域叠加滤波、主成分变换以及质量负荷下的地壳弹性形变模拟等,并讨论了各种方法在分析噪声的类型和强度、共模误差(common-mode errors)的物理起源等方面的作用及局限性,展望了下一阶段的研究思路.     

Kinematic model of crustal deformation of Fenwei basin,China based on GPS observations

Using high precision GPS data for the period of 1999–2007 from the China Crustal Movement Observation Network, we have constructed a plate kinematic model of crustal deformation of Fenwei basin, China. We have examined different kinematic models that can fit the horizontal crustal deformation of the Fenwei basin using three steps of testing. The first step is to carry out unbiasedness and efficiency tests of various models. The second step is to conduct significance tests of strain parameters of the models. The third step is to examine whether strain parameters can fully represent the deformation characteristics of the 11 tectonic blocks over the Fenwei basin. Our results show that the degree of rigidity at the Ordos, Hetao, Yinshan and South China blocks is significant at the 95% confidence level, indicating the crustal deformation of these blocks can be represented by a rigid block model without the need to consider differential deformation within blocks. We have demonstrated that homogeneous strain condition is suitable for the Yinchuan basin but not for other 6 blocks. Therefore, inhomogeneous strains within blocks should be considered when establishing the crustal deformation model for these blocks. We have also tested that not all of the quadratic terms of strain parameters are needed for the Yuncheng-Linfen block. Therefore, four kinds of elastic kinematic models that can best represent the detailed deformation characteristics of the 11 blocks of Fenwei basin are finally obtained. Based on the established model, we have shown that the current tectonic strain feature of the Fenwei basin is mainly characterized by tensile strain in the NW–SE direction, and the boundaries betweem the Ganqing and Ordos blocks and the Shanxi graben possess the maximum shear strain. A comparison between our results and past geological and geophysical investigations further confirms that the model established in this paper is reasonable.     

Research on present crustal deformation in the southern Tianshan (Jiashi) region by GPS geodesy

IntroductionSinceaMs=6.9earthquakeoccurredinArtux,Xinjiang,ChinaonMarchl9,l996,7earth-quakeswithmagnitudeofMs>6werefollowedsuccessivelynearbyJiashi,southemnanshan.Thephenomenonthatagroupofstrongearthquakes(Jiashiearthquakeswann)concentratedwithinashorterperiodoflyearormoreisanunprecedentedeventsincetheinstrUmentalrecordofseis-micityinthecontinent,drawingconsiderableattentionofseismologists.TheJiashiearthquakeswarmhaPpenedonthenortheastemflankofthewestCmsyntaxofHimalayancollisionbeltwheret…     

基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.     

地震前兆形变场研究

假设在均匀弹性介质半空间中，存在一单一力源F^→，通过求解弹性静力学方程，得到地球表面位移解3个分量（u、v、w)的解析表达式。讨论了理论垂直形变场的基本特征。力的大小是决定形变幅度的基本因素，力越大，形变幅度亦越大，反之，则越小。力源深度h越大，形变幅度越小，影响范围越大，反之，形变幅度大，影响范围小。力源倾角为正时（向下），形变中心区下降，倾角为负（向上）时，形变中心区隆起。力的方位角是决定形变场图像形态的重要因素。利用大同地区（1984－1987年）和张北地区（1984－1991年）水准测量资料反演这二个地区震前力学参数，结果表明，力源中心与实际震中位置相差小于40km，力的方位角近于水平，理论形变图与实测形变图基本相似。     

基于CORS站网监测三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响

三峡地区水资源丰富,加上三峡水库蓄放水的影响,水动力环境复杂,对该区域陆地水负荷变化影响的研究还比较薄弱.本文基于CORS站网,辅以少量重力台站数据,采用负荷形变和重力场球谐分析方法,研究了三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响.本文研究发现：①基于CORS站网能够监测陆地水负荷引起的地壳形变和地面重力时空变化.②陆地水负荷对垂直形变的影响达厘米级,对水平形变的影响较小,对地面重力的影响可达数百微伽.③2011年1月至2015年6月陆地水负荷对垂直形变影响的年变化趋于平衡,对地面重力变化影响主要集中在三峡水库和重庆市附近.④基于CORS站网确定的三峡地区陆地水地壳垂直形变,与GRACE卫星重力成果在分布规律和趋势上具有较高的一致性,但在部分区域存在差异.本文研究成果可用于水动力环境监测与水资源保护利用,为高程基准和重力基准的动态维护提供支持.