空间大地测量测定板块运动的新进展及其与地质学成果的比较

阐述利用空间大地测量测定和研究板块运动的基本方法、研究成果及最新进展，并和地质学方法进行了比较，结果表明，用地质学方法与用大地测量方法建立的板块运动模型参数在整体上具有很好的一致性，但对某些板块而言两者相差甚大，超出了模型误差的范围，其中，所有大地测量得到的太平洋板块速率都大于地质模型，极位置经度都偏小。不同作者利用空间大地测量建立的板块运动模型参数也存在着一定的差异，这种差异与所利用的数据类型，板块及其边界划分方案、测站的数量与分布状态及测站取舍的原则有关，尤其是与测站的分布 变形（非刚性板块运动）测站的取舍有关。在研究区域性地壳运动时，采用不同的板块运动模型将会得到不同的背景场，从而会得到不同的区域运动图像，因此选择合适的背景场模型是至关重要的。     

板块绝对运动模型及其研究方法综述

研究全球板块的运动对于地球动力学、地幔流动等具有非常重要的意义.目前常用来推断板块绝对运动模型的方法主要分为基于地质和地球物理的地学方法和空间大地测量方法.地学方法主要包括热点参考系框架,岩石圈无整体旋转、剪切波分裂法、古地磁及古气候资料推断古纬度变化法、海岭海沟法等;空间大地测量方法主要是包括采用VLBI、SLR、GPS以及DORIS等技术手段得到的观测数据进行计算推到全球板块的运动.随着观测技术的不断提高,数据的来源、数量、精度的到了不断的改善和优化,板块的划分也更加精细,不论是反应时间尺度在百万年量级的板块运动地学方法,还是能够反应现今板块运动的空间大地测量方法,给出的模型都随着数据的改善进行了不断的更新,本文综述了迄今为止这些板块绝对运动研究方法的发展历史以及最新进展,分析不同参考基准的特点,认为结合地学方法和空间测量两种方法对全球岩石圈板块的绝对运动研究具有重要意义.     

论珠穆朗玛峰地区地壳运动

珠穆朗玛峰位于欧亚板块和印度板块边缘的碰撞地带，地壳运动活跃，３０余年来，共进行３５次大规模的大地测量．根据这些大地测量成果对该地区的地壳运动进行了研究和探讨，认为珠峰地区地壳垂直运动在时间上和空间上都可能存在非平稳性，并发现在时间上的非平稳性与地震学家提出的地震活跃幕似有一定相关性；在空间上的非平稳性可能和地壳介质的非均匀性及地应力的非均匀吸收有关；珠峰地区的地壳水平运动以每年６～７ｃｍ速度向北东东方向运动，印度板块和青藏块体在冲撞边缘呈现明显的走滑运动趋势．     

南半球减速膨胀的定量分析

利用空间大地测量技术的长期观测资料，得出南半球纬线圈纬线长变化率和全球活动板块边缘扩张与汇聚运动速率，并与3Ma平均地质地磁模型NUVEL1A的估算结果进行比较：(1)空间大地测量技术测得南半球纬线圈纬线变化率均为正值；(2)南半球测站的垂向运动除了赤道附近几个测站下沉，其余91髎的台站全上升；（3）南半球相邻板块的现今汇聚和扩张运动速率均比3Ma平均地质模型NUVEL1A估值小，而北半球相邻板块的汇聚和扩张运动速率没有系统性的变化. 这些实测结果反映了南半球纬线圈方向在减速伸展，南北方向在减速拉伸，即南半球在减速膨胀.     

一种板块边界断层运动的力学模型

提出了一种描述板块边界断层运动的力学模型,即将板块边界的地壳运动表述为板块的相对刚体运动加边界断层面上的负位错分布。应用该模型描述北美板块与太平洋板块边界处的圣安德烈斯断层带,并用该地区近３０年的大地测量数据反演了模型参数。研究结果表明,运用该模型方法可利用测量数据确定沿板块边界断层带的相对闭销区,从而进行中长期地震预报。     

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。     

国际板块运动估算的定量方法科学讨论会概况

《国际大地测量与地球物理联合会记事报》1980年第139期登载一篇题为《国际板块运动估算的定量方法科学讨论会》的报道,摘译如下:板块运动估算的定量方法科学讨论会是国际大地测量与地球物理联合会于1 979年12月2日至15日在堪培拉召开的第十七届全体大会期     

北半球压缩的空间大地测量技术检测

利用现代空间大地测量技术测出北半球活动板块边缘会聚、扩张和滑动速度．北半球板块间南北方向运动总体上呈现会聚类型，反映北半球在南北方向处于收缩状态；北大西洋中脊扩张速度明显小于南大西洋中脊；纬度为7.7,23.3,34.8,42.0和51.0的闭合环纬线长变化率分别为－20.0,－15.5,－3.5,－4.1和－5.8 mm/a，均为负值，表明北半球纬向运动在收缩．另外，利用板块欧拉运动定律得出北半球同纬度板块回路速度闭合差为负值，进一步验证了北半球压缩．      

根据GPS大地测量资料计算的板块运动和地壳形变

我们使用了全球定位系统（GPS）4年的大地测量资料计算了：（1）6个主要板块之间的运动；（2）板块边界带上10个点的相对板块运动。大地测量速率与刚性板块之间的统一性的标准误差，对水平速率（一维）约为2mm/a，我们根据GPS估算结果描述成对板块之间运动的15个角速度中的每一个角度，与全球板块运动模型NUVEL－1A中的响应角速度无明显的不同，而后者是取过去3Ma的运动均值。观测到太平洋板块相对于欧亚板块和北美板块的运动比采用NUVEL－1A预测的要快得多，支持了甚长基线干涉测量（VLBI）得到的太平洋板块运动在过去的若干Ma中加快的结论。欧亚－北美的转极处于NUVEL－1A的北端，与这样的一种假设是一致的，即：极点最近向北穿过东北亚朝勒拿（Lena)河三角洲（俄）附近迁移，位于卡斯凯迪亚消减带的主要冲断层上的维多利亚，以消减板块速度的30％作相对于主要板块内部运动，支持了冲断层在大陆架和陆坡下面被锁住的观点。     

1982年日本茨城地震序列表现出的局部板块俯冲动态过程

板块构造的运动和动力学是地学研究的前沿课题．板块边缘强震是板块运动的直接结果．分析1982年日本茨城地震序列发现，震源断层面存在分阶段沿走向扩展、倾向调整的特殊图象．结合震源机制的走向、倾向以及滑动方向等资料，确认属于日本海沟下方的俯冲带逆冲地震．文中讨论了地震序列过程的成因，认为采用介于年尺度的空间大地测量结果与秒尺度的强震矩张量分析之间的地震序列时空分布研究，表明太平洋板块向欧亚板块局部下方俯冲的动态过程．根据地震平均错距和板块运动速度，推测近年当地可能再次发生强震．      

关于全球板块运动模型ITRF2000VEL若干问题探讨

利用最新的国际地球自转服务（IERS）发布的国际地球参考架ITRF2000速度场，建立了一个独立于任何其它模型、安全基于现代空间大地测量实测结果的现今全球板块运动模型ITRF2000VEL，较百万年平均地质模型NNR－NUVELIA更能真正反映全球板块现今运动特征，相比ITRF96,晚接近于百万年地质模型NNR－NUVELIA，而且ITRF2000参考架在定向、原点和尺度的定义较ITRF96和ITRF97参考架有了改进，但ITRF200VEL模型存在诸多问题：总角动量|L|=0.127，即不为零，与协议参考架（CTRF）不符，存在整体旋转，并建立无旋转NNR－ITRF2000VEL模型，台站不均匀分布全球板块、部分板块界线不明确以及有的板块不满足刚性特征等，这些对ITRF2000的高精度应用和长期维持、地球自转参数的长期变化都将产生一定的影响。     

珠穆朗玛峰地区的地壳运动及有关问题的探讨

珠穆朗玛峰位于欧亚板块和印度板块边缘的碰撞地带．近３０年来，中国对珠穆朗玛峰及其北部毗邻地区进行了３次大规模的大地测量，其中包括天文、重力、平面、高程和大气折射等测量工作．根据这些大地测量结果，对该地区地壳的水平和垂直运动进行了定量研究；并对这一板块边缘地区的若干地球动力学问题，诸如碰撞地带地壳运动的特点、板块碰撞和挤压力的不稳定性。张性山谷冰川、地壳厚度等问题进行了探讨．     

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．      

印度与欧亚板块碰撞的数值模拟和现代中国大陆形变

将大陆岩石层视为由幂指数律控制的一薄层,它上伏在粘滞性较低的软流层之上蠕变流动,其运动限制在与东亚大陆构造形态较相似的梯形边界模型框架之中．设印度板块以一恒定的速度向北推进,其被视为青藏高原挤压隆升的主要动力．用数值模拟的方法研究了青藏高原的挤压隆升和中国大陆形变的演化过程．模拟结果表明,计算得到的现代水平形变与现代空间大地测量技术（GPS）观测的水平形变格局较好吻合,说明印度板块与欧亚板块的碰撞、挤压是构成中国大陆内部岩石层水平形变的主要驱动力．模型计算还表明,大陆水平形变受多种因素,如岩石层的力学参数,特别是边界条件的制约．      

断层带及周围块体系统的非连续运动变形模拟

从工程块体系统非连续变形分析的基本理论出发，在严谨的运动学、力学基础上，给出了利用大地测量数据（包括空间大地测量，跨断层测量，形变测量等）分析断层带及其周围块体系统非连续运动变形的基本方程和方法。此方法除具有有限单元法的优点外，还能根据具体情况采用各种形状的弹性块体划分，对不同的断层和块体间的接触、滑动、张开选取不同物理参数，并把系统的大位移和大变形视为小位移和小变形的迭加。文中给出了计算公式和正反分析算例。     

非洲裂谷近期不活跃

过去十年,全球定位大地测量(GPS)的研究目标已涉及从火山和地震灾害到板块运动及全球海平面变化等一大批构造问题。当GPS数据中出现大于一般为1cm误差的信号时,这些研究就会使研究者得益。研究板块运动要经几年测定之后才有可信性,全球海平面研究也许要几十年,要取得火山喷发和地震的值得一提的成果只有其发生在现有的大地测量网之内才行。简言之,地球物理学家已把他们的GPS网张好,现在只等大地运动了。构造活动不活跃性很少受到人们注意。对在地质上的昨天已戏剧性地形成火山构     

强震变形的地震大地测量监测与研究

地震大地测量是将大地测量（特别是空间大地测量）与地震学及构造地质学进行融合的新兴交叉学科,其可用于监测地震孕育的地球物理背景场及动态变化过程,对相关形变实现了10²a～10^-2s的宽频带监测,基本弥补了地震学与构造地质学间的频率空白。以多频带的地震大地测量技术（GNSS、InSAR、高频GNSS）为支撑的陆态网络工程,不仅获得了中国大陆长期的地壳运动图像,而且在强震形变监测中发挥了重要作用。汶川、芦山、尼泊尔廓尔喀及九寨沟等地震的研究成果表明,高频/静态GNSS、InSAR、精密水准相融合的多频大地测量,极大地拓展了地震形变监测的时空频域,促进了大陆型地震的相关研究,为地震预测预警研究奠定了基础。然而,目前使用的地震大地测量资料有限,同时,我国地震大地测量监测网络也有待不断加密和优化。     

弹性板块运动模型研究进展

传统板块构造理论认为板块是一个刚体,实际上板块是可变形的.板块内部几年到几十年时间尺度的变形主要是弹性变形,因此应当用弹性模型描述板块运动.推导了板块的弹性运动方程,由空间大地测量新的观测成果建立了菲律宾海、太平洋和澳大利亚板块的弹性运动模型.发现三个板块内部都存在明显的水平形变.板内应变场的空间变化有明显的规律：板块边界附近的应变率最大,从边界向内部逐渐减小;在板块扩散边界附近,主张应变率大于主压应变率,主张应变轴基本上与边界的扩张方向一致;在俯冲边界附近,主压应变率大于主张应变率,主压应变轴基本上与板块的俯冲方向一致;在走滑兼有俯冲性质的边界附近,最大剪应变的方向与边界断裂的走向基本一致.由GPS观测得到的主压应变轴与由震源机制解得到的主压应力轴方向具有很好的一致性.板内的应力－应变场基本上遵循广义胡克定律.     

青藏高原印度板块向欧亚大陆俯冲速率的研究——GPS观测资料的反演结果

利用近年来中外几个研究单位在青藏高原的GPS观测结果，根据印度板块向欧亚大陆 俯冲模型，采用二层弹性自重半空间内断层运动的位错模型，对印度板块向欧亚大陆俯冲的 速率进行了反演，给出了在大地测量观测结果约束下的现今印度板块向欧亚大陆俯冲的速率 . 反演结果表明，现今印度板块约以8.1°的倾角、21.8 mm/a的速率向欧亚大陆俯冲. 本文 结果与从地质推断的在过去2～３Ma时期内，印度板块向欧亚大陆俯冲速率平均为18mm/a,有 较好的一致性,表明在较长时间内，印度板块向欧亚大陆俯冲的速率仍然是稳定的.     

现今板块,块体运动定量模型的发展

从简单的几何不描述到刚性板块假设下的最小二乘法拟合,转动角速度的级数展开,弹性平面和球壳有限元模型,各向同性弹性地球的格林函数方程和粘弹－重力层状地球模型等数学力学模型的引入和发展,从地质数据的不断完善到空间大地测量数据的应用等方面阐述了现今板块运动定量和模型不断完善的发展过程。