华北（北部）地区的地壳水平运动特征及其模型——GPS测量结果的初？…

根据两次ＧＰＳ测量结果，研究了华北（北部）地区的现今地壳水平运动的特征。其主要特征可以用１个４块体的构造运动模型来描述。利用构造单元内的最大相对稳定点组求出了模型中的运动参数，并据此研究了构造边界带上的差异运动和应变积累方式。同时还用两种不同的方法求得了相当一致的构造块体内的局部变形。最后讨论了这种运动特征对地震危险性预测的意义。     

华北北部GPS观测(195～1996)及其结果解释

利用１９９５和１９９６年华北地区两期ＧＰＳ复测资料,计算研究了该区现阶段的构造块体运动。结果说明,该区现阶段的构造运动可用鄂尔多斯块体、晋冀鲁块体、胶辽块体和阴山 燕山块体４块体运动模型进行描述和分析。鄂尔多斯块体与晋冀鲁块体之间差异活动较强烈,阴山 燕山块体与晋冀鲁块体之间较弱,郯庐断裂带居中。结果还表明渤海可能仍有一定的扩张活动。若以鄂尔多斯块体为本区参照,其东部各块体均向东移动     

中国大陆及周边地区的水平应变场

推导并建立了块体的两种弹性运动方程：块体的整体旋转与均匀应变方程和块体的整体旋转与线性应变方程. 应用统计学原理,使用西域、青藏和华北块体上的GPS站速度数据,对这两种弹性运动方程与刚体运动方程模拟块体站速度的无偏性和有效性进行了统计检验. 检验结果表明,块体的整体旋转与线性应变方程是描述块体运动的最优模型. 将中国大陆划分为10个块体,应用块体的整体旋转与线性应变方程和块体上的GPS站速度估计了各个块体上的旋转与应变参数,按照1°×1°的间距计算了中国大陆及周边地区上1005个点的应变参数,分析了中国大陆及周边地区应变场的基本特征. 用本文方法得到的主压应变方向与地质学方法和测震学方法得到的主压应力轴方向具有很好的一致性(华南块体除外).     

构造块体的相对运动和应变

在确定构造块体在球面上相对运动参数的基础上,进一步给出了描述构造块体内的应变变化及参数的确定这些参数的方法,讨论了将相对运动和应变变化综合起来以更充分地描述地壳运动和变形的模型。结合相对运动参数,提出了一种逐步趋近的变形分析方法。     

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.     

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     

求解模型对欧拉矢量的影响

利用GNSS水平运动场求解欧拉矢量时,待估参数的个数会对欧拉矢量结果产生影响,针对该问题本文分别从理论推导和具体算例角度进行了分析.首先从理论上推导出不同的求解模型得到的欧拉矢量的差异;然后以2004 ～2007年中国大陆GNSS水平运动场为基础,选用两种常用的求解模型(块体整体旋转模型和块体的整体旋转与均匀应变模型),讨论了求解模型对欧拉矢量及后续研究的影响.结果表明,两种模型下块体整体旋转的差异最大可达2.60mm·a-1,是不能忽略的.因此认为选用不同的块体运动模型会得到不同的地壳水平运动图像,在地壳水平运动分析中对此需加以重视.     

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．      

青藏块体东北缘弹性块体边界负位错反演与强震地点预测

利用青藏块体东北缘1993——1999年、1999——2001年和2001——2003年3个时段的GPS水平运动速度场成果,通过研究建立的弹性块体边界负位错模型反演,给出该区构造块体及其边界断裂运动与变形差异、构造应变场时空分布、高应变能积累部位以及强度的定性分析和定量描述. 在充分考虑区域构造及块体应变的前提下,研究与该区6级左右及6级以上地震地点预测相关的背景性前兆的共性特征.      

新疆北天山地区盆山交界主要构造带运动特性研究

利用2009~2013时段的GPS速度场数据,基于块体运动模型和GPS剖面研究了新疆北天山地区盆山交界构造带的运动特征。结果表明:均匀应变模型可以较好地描述天山块体整体运动特性;刚体旋转模型可较好地描述准噶尔块体的整体运动特性;准噶尔南缘断裂、博格达北缘断裂的走滑速率小于1mm/a,挤压缩率为3~4mm/a;博格达北缘断裂表现出应变积累水平较高特征,需关注其强震危险性。     

磁流变阻尼器的两种力学模型和试验验证

本文根据我们设计制作出的磁流变阻尼器的阻尼特性试验结果，提出了描述阻尼器动态特性的两种新的力学模型。一种称之为修正的Bingham模型，它由Bingham单元（库仑摩擦单元与粘滞单元并联）与弹簧单元串联组成。该弹簧单元与磁流变液屈服前区的初始剪切模量和蓄能器的刚度等有关。另一种称为修正的Dahl模型，它采用Dahl模型来模拟库仑摩擦力，克服了常用的Bouc-Wen模型需要确定的参数过多的缺点。为了使模型在阻尼器的电流强度（磁场强度）改变的情况下仍然有效，引入一个内变量描述模型参数与电流强度（磁场强度）的关系。最后，通过理论分析与试验结果的比较，证明本文提出的两种力学模型能够较为精确地描述大多数的磁流变阻尼器在改变电流强度（磁场强度）情况下的动态特性。     

模拟地震的弹簧滑块模型的混沌运动

我们构造了一种自由度为２的双弹簧滑块系统，讨论模型参数的不均匀性和滑块间的相互作用与复杂现象的关系。假定滑块在所受力小于其静摩擦力时保持静止，因此，只有发生了滑动，两滑块所受力之差才改变。如果我们以两滑块受力之差为变量，就可以构造一种一维的映射。这种映射直观地显示了系统的演化，反映了方程终态解的形态。结果表明，用混沌运动来描述地震现象可能是较为合理的。     

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．      

近10年华北地壳水平运动的若干特征

根据近10年华北网高精度GPS复测资料、“中国地壳运动观测网络”GPS复测资料、山西断陷带的GPS资料等，分析了华北地区最近10年来地壳水平运动状态与演化，结果表明：①燕山构造带(张渤带)是华北地区水平应变最大的活动构造带，相邻块体的趋势性差异运动以燕山块体与华北平原块体之间为最大，约2mm／a(左旋)；②华北地区周边差异性水平运动最显著的特征为该区西界中北段(银川等活动构造带组成)呈右旋走滑活动，南段以压性活动状态为主，该区北界西段的阴山断陷带以拉张活动为主，其它各界带的差异活动均不太明显；③从整体上看，每个时段的结果均有所不同，这其中除了误差因素外，可能还包含着运动的非线性成分。与此同时，文中也给出了华北各个块体、边界带不同时段的相对运动和应变结果。     

2014年2月12日于田7.3级地震对青藏东北缘地震活动的影响分析

首先, 利用“中国地壳运动观测网络”和“中国构造环境观测网络”截至2013年的GPS区域站观测资料, 结合地质构造, 简要分析了2014年2月12日新疆于田7.3级地震前大区域地壳水平运动变形背景; 接着, 对青藏块体东北缘地区GPS和精密水准两种不同类型资料反映的地壳运动变形与应变积累状态进行了对比分析研究; 最后, 结合地震活动动力环境, 研究和探讨了于田7.3级地震的发生对青藏块体东北缘地震活动的可能影响。 我们认为, 此次于田7.3级地震发生在近年来中国西部边邻强构造活动环境和内陆地壳强烈差异运动显著的背景下, 同时也是青藏块体及其边缘构造应力场较强的时段; 于田7.3级地震左旋走滑错动和应力传递, 可能会加速青藏块体东北缘具有高应变积累的构造断裂部位(尤其是祁连山构造带、 西秦岭以南的甘青川交界)破裂释放。     

用速度场得到的华北地区活动块体及变形

利用1992～2001年华北地区多次GPS测量得到的该地区144个测站的水平运动速率和它们的误差估计，研究了该地区的水平形变，确定了华北现今主要活动地块的运动、整体变形、局部变形和边界带的活动强度和方式，并据此估计了强震危险性.在研究中水平位移观测值被分解成3部分位移的叠加，即第一部分是整个华北地区跟随欧亚板块的运动，这一部分可由NUVAL-IA模型确定；第二部分是研究区内各次级构造块体的相对运动和变形，它可以由本文推广的QUAD方法所确定一组点的位移观测值确定；第三部分是次级块体内的局部变形和误差，这一部分的变形可以用块体的非均匀应变来描述.文中详细介绍了方法和结果.      

祁连山中东段三维构造物理模型及其在地震预报中的应用

利用近年来在祁连山中东段地区取得的丰富、完整、系统、可靠的地表活动构造定量化数据和测震学资料建立了本区新世活动构造的三维构造物理模型,定性或半定量地描述了该区活动的块的运动状态,解释了不同活动块体的运动性质及块体之间的运动转换关系,归纳总结了不同块体内前兆异常及地震活动性特点。     

地幔岩石圈热结构差异与中国大陆岩石圈均衡分析

观测表明,大陆地区存在很多传统均衡模型无法解释的现象,其根本原因在于传统均衡理论中没有考虑地幔岩石圈部分由于热结构差异导致密度差异的影响.本文基于岩石圈尺度的质量平衡模型研究了中国大陆20个构造单元地壳及地幔岩石圈对地形海拔的贡献,以及各块体的均衡状态.计算结果表明,在一些地区,如塔里木盆地、北山和柴达木盆地,尽管岩石圈均衡模型和Airy模型得到了一致的海拔值,但岩石圈均衡模型更能体现均衡过程的物理本质;除青藏高原造山带外的多数块体,岩石圈均衡模型的计算结果更接近观测海拔和地表垂直运动状态;总体上,考虑地幔岩石圈热结构影响后,中国大陆各地区的均衡结果普遍优于传统的均衡模型.通过对均衡状态分析,我们得到以下主要结论：(1)构造稳定地区均衡程度较高;(2) 青藏高原及周边造山带现今地壳运动主要为区域构造过程及深部动力学过程所控制,均衡调整过程不是主要控制因素;(3) 现今地壳垂直运动比较明显的块体处于均衡调整阶段,地表垂直运动的大小反映了该区所受的均衡力作用的程度;(4) 构造稳定地区基于岩石层均衡的理论计算海拔与观测海拔之差值和现今地壳垂直运动速率有较好的相关性,据此我们可以通过均衡分析研究构造块体的运动趋势和动力学性质;(5) 地幔热结构对现今地形、海拔及地壳垂直运动有显著影响,在处理均衡问题时,地幔岩石圈热结构是我们必须考虑的重要因素.     

板内块体的刚性弹塑性运动模型与中国大陆主要块体的应变状态

建立了板内块体的刚性弹塑性运动应变模型，并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．根据中国大陆及周围地区的速度场，估计了8个块体的应变参数，分析了这些块体的应变状态．本文估计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．由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．      

板内块体现今刚性运动模型研究

应用欧拉矢量方法,建立了板内块体运动模型。根据运动模型,应用全国ＧＰＳ地壳运动监测网２期观测结果,计算了我国大陆板内块体的现今运动量。