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.     

利用GPS与GRACE监测陆地水负荷导致的季节性水平形变：以喜马拉雅山地区为例

地表陆地水负荷变化是引起重力场和地壳形变呈现季节性特征的主要因素,并且能够利用地表及空间大地测量技术对其进行有效的监测.本文通过对质量负荷形变效应的理论模拟,描述了水平分量的形变指向以及垂直与水平分量的幅值比可以提高对负荷区域的辨别程度,并且联合GPS坐标时间序列及GRACE模型对喜马拉雅山地区的季节性负荷形变进行了详细对比分析,研究结果显示两者垂直分量的季节性变化具有较好的一致性,且GPS周年项幅值要大于GRACE.而由GRACE解算得到的水平分量结果表明该地区季节性形变主要受东南亚及印度东北部地区的陆地水负荷控制,位于喜马拉雅山地区多数GPS台站的垂直分量及北向分量的初相位与GRACE模型解算结果相近,而部分GPS台站的东向分量与GRACE模型存在明显不同,由此导致GPS与GRACE监测到的形变指向存在差异.通过对GRACE估算精度以及GPS垂直与水平分量幅值比的深入分析,发现GPS对局部周边地区的河流、谷地及农田灌溉等负荷变化造成的形变效应较为敏感,而GRACE由于截断阶次及平滑滤波等影响因素,不仅造成在水平分量上的分辨率远低于垂直分量,而且整体估算精度要低于GPS观测得到的形变信息.     

南极半岛地区GPS坐标时间序列噪声分析及形变模式初探

有色噪声广泛存在于各种连续GPS站坐标时间序列,对GPS时间序列分析有重要影响.利用GAMIT/GLOBK软件解算了南极半岛地区8个GPS测站2010—2014年的实测数据,对坐标时间序列使用主分量分析法(PCA)进行了空间滤波,利用CATS软件估计了不同噪声模型下和空间滤波前后的噪声量级、站坐标时间序列参数及其不确定度,最后对南极半岛地区水平和垂向的形变模式进行了分析和讨论.结果表明,南极半岛地区GPS时间序列不仅存在白噪声,还存在较大量级的闪烁噪声,部分测站E方向在滤波前可能存在随机游走噪声;空间滤波能够有效降低这三种噪声的量级,从而有效减小线性项和周期项估计的不确定度;南极半岛地区在水平方向主要表现为板块运动,还可能存在局部性构造运动;在垂直方向上由冰川均衡调整(Glacial Isostatic Adjustment, GIA)因素引起的抬升较小,主要表现为现今冰雪质量损失引起的弹性抬升运动.     

非构造形变对GPS连续站位置时间序列的影响和修正

GPS观测得到的地壳形变场通常包含有构造形变与非构造形变二类信息, 去除其中的非构造形变信息对于有效运用GPS数据研究构造形变场至关重要. 本文运用国际卫星对地观测资料及各类地球物理模型, 定量计算海潮、大气、积雪和土壤水、海洋非潮汐4项负荷效应造成的地壳非构造形变, 并以此研究和修正这些非构造形变对中国地壳运动观测网络GPS基准站位置时间序列的影响. 研究发现此4项负荷效应, 特别是大气、积雪和土壤水, 对于测站垂向位置的影响显著. 通过模型改正可以使测站垂向位置的RMS降低～1 mm, 占其总量的～11％. 对于垂向时间序列的周年项部分, 这一改正可降低其振幅的37％. 研究还表明经过地球物理模型改正和周年、半周年谐波拟合改正的时间序列比起仅经过周年、半周年谐波拟合改正的时间序列更为平滑, 表明地球物理模型改正对于消除非构造形变场的作用不是周年、半周年谐波拟合改正所能替代的.     

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。     

滇西地区强震与地形变异常的前兆特征

以形变(倾斜、应变)观测资料,采用经过实效检验分析后有效率较高的形变前兆参量及异常判别方法,以近年来发生在滇西地区的6级以上地震：武定地震、丽江地震、宁蒗地震以及姚安地震的震例,用滇西及川滇交界地区形变观测网的资料进行综合分析,重点对该地区强震前兆异常的时空演化及特征进行分析研究,对其在强震前中短阶段的前兆异常变化的基本特征进行了探讨。     

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.     

2011年日本9.0级地震前后GPS基线时间序列分析

利用1999年初至2011年9月中国地壳运动观测网络基准站及中国大陆周边包含日本境内的IGS基准站的资料,分析了2011年3月11日日本9.0级地震前日本境内及周边IGS基准站基线时间序列的变化情况。讨论了该地震对中国大陆GPS基准站的同震影响,并对地震后中国大陆GPS基线时序结果的变化情况进行了总结分析。通过分析认为,日本大震后我国东部地区部分GPS基线开始转折拉伸,因而一定程度上缓解了这些基线的趋势性缩短,但是东部地区仍然有部分GPS基线的变化趋势基本不受日本地震的影响,近几年以来的趋势性异常至今仍然存在。     

滇西地区中强地震的余震衰减

研究了滇西地区8次中强地震余震序列的衰减特征，得出了余震序列频度衰减符合修正的大森定律：（n）t=k/(t c)^p关系；余震衰减的快慢与大地热流值成正相关关系；强余震前中、小余震活动会出现平静或增强现象，即频度残差小于（平静）或大于（增强）其二倍方差，且持续一段时间，其后发生强余震的可能性较大。     

利用GPS和水文负载模型研究云南地区垂向季节性波动变化和构造变形

去除GPS垂向位移中水文负载引起的非构造形变是获取云南地区地壳构造运动垂向成分的必要过程.本文利用云南地区在2011年1月—2020年9月间观测的27个GPS连续站数据和0.5°×0.5°的格网全球地表流量模型(Land Surface Discharge Model,LSDM)得到的水文负载形变数据,详细分析了 GP...     

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…     

联合GPS和GRACE观测研究日本MW9.0地震震后变形机制

利用GPS和GRACE观测数据研究了日本M_W9.0地震的震后变形特征.GPS观测显示,区域震后位移呈现随指数函数变化特征,变化速率符合大森公式的衰减特性;近五年的震后水平位移累积已达到东向60~165 cm,南向20~65 cm的量值,距震中较远站点已超过同震变化量,且震后变形仍然持续.GRACE观测到显著的震后重力变化,地震破裂两侧的重力变化总体均呈上升趋势,但海洋侧的变化速率较快.联合震后余滑和黏弹性位错理论对震后变形进行了模拟,探索了GPS和GRACE观测的综合应用方法.研究发现,综合考虑震后余滑和黏滞性松弛效应可以对日本地震的震后变形做出较合理的解释,震后初期余滑起主要作用,1至2年以后逐渐减弱,黏滞性松弛作用逐渐增强.在震后变形模拟和区域黏滞性结构反演中形成GPS和GRACE观测结合应用的方法,先基于震后GPS形变估算区域黏滞性结构,而后利用GRACE观测修正深部的黏滞系数,并综合利用这两种观测微调浅层黏滞系数,最终确定区域黏滞性结构.基于该方法反演了日本震源区的地幔黏滞性结构,地震断层破裂两侧的流变参数存在差异,大陆侧的地幔顶层黏滞系数在1.0×10¹⁹ Pa·s量级,而海洋侧的则略小于大陆的,在6.0×10¹⁸ Pa·s量级.

     

GRACE估算陆地水储量季节和年际变化

利用最新公布的GRACE GFZ RL04数据,分析了2003年1月～2007年12月全球27条流域和陆地水储量的季节性和年际变化.结果表明,相近流域季节性变化相位接近.2003年1月～2007年12月陆地水储量季节性变化为1572.4 km3,其中变化最大流域为亚马逊河,其次分别为鄂毕河、尼罗河和尼日尔河等流域.5年来 GRACE陆地水储量的年际变化为-75.4±40.3 km3/a,其中亚马逊河、勒拿河和马更些河等流域的年际变化呈现正增长,而刚果河、密西西比河、恒河、育空河和雅鲁藏布江等流域则相反.GRACE与GLDAS数据均表明2006年后陆地水储量年际变化存在明显增加.     

Precision calculation of crustal deformation induced by radial steady laminellar flow of underground water from single well in multi-layered structural aquifers

Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｒｕｓｔａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙｒａｄｉａｌｓｔｅａｄｙｌａｍｉｎｅｌａｒｆｌｏｗｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｆｒｏｍｓｉｎｇｌｅｗｅｌｉｎｍｕｌｔｉ┐ｌａｙｅｒｅｄｓｔｒｕｃ...     

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.

     

太原盆地地面沉降时序InSAR监测与季节性变形小波分析

太原盆地长期过量超采地下水,区域地下水位持续下降,导致了严重的地面沉降. 地面沉降的时空演变特征与地下水位的动态演化具有很强的相关性. 本文使用2015—2020年的Sentinel-1卫星数据进行时序SBAS-InSAR处理,获取了太原盆地地表形变速率和时间序列,并采用季节性形变模型分离形变时间序列中的线性趋势和季节性周期信号. 基于小波变换分析方法,定量分析了地表沉降与地下水位的周期演化特征以及两者之间的时间滞后关系. 研究发现：(1)地面沉降主要发生在太原盆地中部(小店—清徐—交城—祁县—太谷一带,速率达到-70.0 mm·a^-1)、西侧边山(清徐—交城一带,速率达到-63.4 mm·a^-1)和南部(孝义—介休一带,速率达到-72.2 mm·a^-1);(2)由于地下水压采和“引黄入晋”引水工程等一系列水资源管理措施的实施,太原市区地下水位回升,地面由沉降转变为抬升,整体抬升速率约9 mm·a^-1;(3)太原盆地中部(清徐—祁县—太谷一带)地表形变随着地下水位的季节性“开采—补给”作用而呈现出明显的“沉降—反弹”周期变化特征,年周期形变振幅达到26.2 mm;(4)盆地内季节性地表形变和地下水位变化之间的时间滞后关系不明显(仅为22天),说明该区域低渗透粘土对延缓含水层系统压实的影响有限. 本文结果可为太原盆地地面沉降防控和水资源可持续开采利用方案的制定提供科学依据.

     

The deformation pattern and fault rate in the Tianshan Mountains inferred from GPS observations

Based on GPS measurements conducted from 1992 to 2006, we present the current crustal movement velocity field for approximately 400 sites in the Tianshan Mountains and their adjacent areas, and estimate slip rates on the major faults using a 2-D elastic dislocation model. Our studies show slip rates within the range of 1―4 mm/a on the NW-SE trending strike-slip faults (such as Talas-Fergana fault) in the Tianshan Mountains. We also found the slip rates on the approximately WE-SN trending gently-dipping detachment fault vary from 10―13 mm/a for the southwest Tianshan Mountains to 2―5 mm/a for the eastern Tianshan Mountains, and to 6―12 mm/a for the Kyrgrz Tianshan. The GPS velocity field reveals that the total convergence is not uniformly distributed across the Tianshan Mountains, with 80%―90% of the N-S shortening absorbed along the southern and northern edges, and relatively little deformation accommodated within the interior. This first-order feature of strain pattern is explained best by underthrusting of adjacent blocks beneath the Tianshan Mountains along a basal detachment fault. We found the occurrence of historical M7―8 earthquakes somewhere in the locked ramp that connects the creeping and locking segments of the detachment, thereby resulting in elastic strain concentration and accumulation around it. The elastic strain confined in the upper crustal layer above the detachment ultimately releases through infrequent great earthquakes in the Tianshan Mountains, resulting in considerable folding and faulting at their margins. The Tianshan Mountains propagated outward and rose progressively as a wedge-shaped block.