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.     

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．     

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。     

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.     

曲线坐标系下的块体运动与应变模型研究

本文建立了顾及地球扁率和局部切标架随点变化特性的椭球坐标系下的刚体运动模型和块体运动与应变模型,以及球坐标系下顾及局部切标架随点变化特性的严密的块体运动与应变模型,分析了球坐标系下块体运动与应变模型及椭球坐标系下的块体运动与应变模型间的差异;通过计算具体讨论了地球扁率和曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对欧拉矢量与应变张量的影响.结果表明：地球扁率对刚体欧拉矢量和应变参数的影响甚小,具体计算时可以不予考虑,但曲线坐标系的局部切标架随点变化特性对两者的影响较大,在建模过程中需要顾及,常用的Savage模型需要修正.     

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．      

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．      

区域构造形变不均匀分布与强震地点

强震的孕育、发生涉及大尺度的地壳运动和构造形变的分布.中国大陆西部现今构造形变强烈,一些强烈活动的深大断裂的分布,把地壳分割成了若干活动地块.GPS观测获得的大范围的水平运动速度场分布具有较好的空间有序性和协调性.大区域水平相对运动和变形的协调与平衡,主要是通过一些大的断裂带(活动地块的边界带)的剧烈运动和变形来调整实现的.大区域的继承性构造运动决定了这些大的活动断裂带的相对运动与变形的性质及其空间分布趋势.强震前局部区域的相对运动和变形的异常是与大区域的地壳运动和整体变形相联系的.强震活动引起的调整总体上是维护大区域地壳运动和变形的协调与平衡的趋势.研究大断裂带构造变形的趋势背景和识别异常区段,是预测未来强震地点的重要途径.     

基于最小二乘配置的板块边界地壳形变应变特征分析

北美板块边界属于地震高风险区域,为了更好地了解该区域地壳形变及应变的变化特征,本文利用北美板块边界PBO网络1997-2008年的GNSS高精度速度场信息,基于欧拉旋转矢量扣除背景场刚性运动后,顾及区域速度场的统计学原理,利用球面最小二乘配置算法拟合推估该区域地壳连续速度场,最后基于速度场与应变场的微分关系在球面上解算...     

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。     

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。     

顾及抗差性的GNSS多尺度地壳运动场构建方法

精准提取应变率场是利用GNSS(Global Navigation Satellite System)观测资料开展区域地震危险性分析工作的重要环节,而其中的关键点是构建精确的地壳运动场模型.本文提出一种顾及抗差性的多尺度地壳运动场构建方法,在多尺度球面小波方法的基础上,考虑到测站观测数据质量不优或观测环境不好等因素产生的局部非构造变形对提取地壳形变场的影响.通过在实际观测资料中加入粗差的模拟分析验证本方法具有好的抗差性.通过对观测数据高精度统一解算,获取川滇地区最新的震间GNSS速度场,抗差迭代算法从中检测出20%的降权站点和2%的除权站点,而这些测站的观测标墩均建设在土层上,且数据解算的误差较大,表明存在明显的局部非构造变形,如果在解算应变率场时与其他测站作等权处理或基于解算的形式误差确定权重,必然会在解算的应变率场产生显著粗差,进而影响到地震趋势判定或危险性分析等重要工作.     

应用最小二乘配置建立地壳运动速度场与应变场的方法

简要论述了应用最小二乘配置原理,利用GPS资料建立水平运动速度场统一模型和应变场的方法.讨论了建立基于不同参考基准和几何变形含义的地壳运动模型及空间不同尺度和频率域应变场等问题.对中国地壳运动观测网络区域网资料进行了处理、分析,并分别以中国大陆区域整体及首都圈地区不同空间尺度的区域作为研究区对本文提出的模型和方法进行了实际应用和讨论.     

中国大陆地壳运动与汶川MS8.0级地震孕育的关系

根据网络工程的GPS站点观测资料,计算相对中国大陆整体1999～2007年的趋势运动速率和2004~2007年的动态运动速率,用青藏亚板块和华南亚板块的参数计算龙门山断裂带的活动参量,研究了中国大陆运动场和其变化,分析了地壳运动场的特征与汶川M_S8级地震的孕育关系.结果揭示出：现今地壳的运动分区与地质新构造单元基本一致,显示现代地壳构造活动是新构造运动的继承和发展;中国大陆地壳运动的动力主要与印度板块、太平洋板块与欧亚板块的相互碰撞俯冲产生的作用力有关.汶川M_S8级地震的发生,主要是由于印度板块对青藏亚板块的向北推挤、产生侧向运动,致使龙门山断裂带遭受挤压产生能量积累所致.2004～2007年的地壳动态运动,使龙门山断裂带走滑活动加强,从稳定的压应变积累状态转入了剪切作用下的易活动状态.     

中国大陆地壳运动与汶川Ms8．0级地震孕育的关系

根据网络工程的GPS站点观测资料,计算相对中国大陆整体1999～2007年的趋势运动速率和2004～2007年的动态运动速率,用青藏亚板块和华南亚板块的参数计算龙门山断裂带的活动参量,研究了中国大陆运动场和其变化,分析了地壳运动场的特征与汶川Ms8级地震的孕育关系.结果揭示出:现今地壳的运动分区与地质新构造单元基本一致,显示现代地壳构造活动足新构造运动的继承和发展;中国大陆地壳运动的动力主要与印度板块、太平洋板块与欧亚板块的相互碰撞俯冲产生的作用力有关.汶川Ms8级地震的发生,主要是由于印度板块对青藏亚板块的向北推挤、产生侧向运动,致使龙门山断裂带遭受挤压产生能量积累所致.2004～2007年的地壳动态运动,使龙门山断裂带走滑活动加强,从稳定的压应变积累状态转入了剪切作用下的易活动状态.     

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.     

黑龙江省GNSS数据多路径误差分析

应用TEQC和TEQCSPEC软件,得到陆态网络黑龙江省GNSS连续观测站数据多路径误差RMS变化,并分析其特征.结果显示:各测站多路径误差均满足中国地壳运动观测技术规程的要求;设置数据处理时截止高度角为15°,可抑制多路径影响;相邻两天多路径效应重复性较强;相关系数随间隔天数衰减较快;频谱分析结果显示,测站多路经误差主要成分集中在低频段;黑龙江省各测站多路径误差可以归结为随机信号,应从统计意义上进行研究.     

GNSS垂向分量用于地壳动态形变的研究

GNSS (GPS)对地观测技术在我国发展迅速,“中国地壳运动观测网络”和“中国大陆构造环境监测网络”等重大工程项目均将GNSS作为主要技术观测手段之一.目前GNSS用于地壳水平运动的监测比较成熟,精度高、应用广,产出了一大批基础研究和应用研究成果.