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。

中国大陆GPS连续观测站基线时间序列分析

本文根据中国地壳运动观测网络基准站1999年初至2010年9月底的资料,对中国大陆90条GPS基线时间序列进行了分析,讨论了这些基线在正常情况下的趋势性运动特征,总结了2001年昆仑山口西和2008年汶川两次8级大震前GPS基线时间序列的异常变化,并在此基础上分析了GPS基线近期变化情况。

华北地区水平形变场动态变化分析

为从整体上把握区域应变场的时-空变化态势并更加真实地描述区域运动场,本文在区域整体无旋转基准的基础上,从连续变化的角度出发,利用多核函数进行滤波与解析,对"中国地壳运动观测网络"在华北地区最近10年的GPS复测资料(1999年、2001年、2004年、2007年和2009年)进行了处理,结合各时段的形变结果分析形变场的动态变化。结果表明:①位于张—渤断裂带的京津及周围地区是一个与邻近地区运动不相同的差异运动地区,也是一个左旋运动相对亏损的部位,而且持续时间较长;②山西断陷带北段为左旋压性活动,南段为右旋压性活动,与地质上右旋拉张活动不完全吻合;③郯—庐断裂带的活动在空间上为左旋、右旋交替活动,并非完全是右旋活动,就断层的拉张性而言,该带为"北压南张";④太原—石家庄—济南—临沂以南的地区是当前形变的突出条带。

天津滨海新区潜在淹没区发展趋势研究

本文利用2006年以前天津地面沉降监测资料和塘沽、汉沽地区潜在淹没区RTK加密观测资料,以水准监测点为基本研究对象,深入分析研究了每个测点随时间的沉降变化规律,进而"以点带面"绘制了2005年和2011年天津滨海新区地面沉降速率等值线图。同时,还绘制了2005年塘沽、汉沽地区潜在淹没区地面标高等值线分布图,以及预测的2011年塘沽、汉沽地区潜在淹没区的时空分布和面积。最后,提出了应对地面沉降的相关建议,以供政府控制地面沉降时参考。

利用GNSS连续观测资料获取高精度动态速度场的研究

基于计算获取的ITRF2005下中国地壳运动观测网络工程GNSS连续观测站1999~2013年的站坐标时间序列结果,采用小波分析方法和加权最小二乘法评定顾及周期性非构造运动和不同噪声影响的GNSS连续观测站的月时段、半年时段、年时段速度估值和精度,探讨利用GNSS连续观测时间序列获取稳定速度场与时间序列时段长度的关系。研究结果表明：剔除年周期和半年周期运动后可得到更稳定且精度更高的年时段和半年时段速度场,但月时段速度场结果离散度大;采用小波滤波方法可提高GNSS连续观测结果的可靠性,通过小波滤波分析逐步剔除白噪声、闪烁噪声和随机漫步噪声后计算得到的月时段速度的精度和离散度改进显著,可得到较稳定的月时段速度场。

GPS连续观测站基线与地震危险性分析

根据中国地壳运动观测网络基准站1999—2009年的资料,文中应用小波方法对中国大陆的有关GPS基线时间序列进行了分离,通过对各个频段小波分解结果的分类分析,我们获得如下看法:①在2001年昆仑山口西Ms8.1级与2008年汶川Ms8.0级强震前,部分GPS基线小波分解中低频段(A8,D8,D7,D6,D5)在数月至1年以上的时间内发生较明显的变化,说明浅源大地震的孕育发生与大区域构造活动增强相关;②与北京十三陵(BJSH)相连的BJSH-YANC,BJSH-JIXN,BJSH-TAIN,HLAR-BJSH,CHUN-BJSH基线近期都存在一定程度的异常,显示北京周围地区压性活动增强,首都圈地区2006—2008年大面积垂直形变结果也反映该地区存在一定的异常。目前尚无足够的证据证明这种形变异常变化是否与汶川地震有关。但也许提示2008年华北北部地区的构造活动已从常态活动开始转向异态活动,有可能是强震孕育的信号,应给予密切跟踪研究。

基于有色噪声模型的GPS速度场精度与时间序列长度相关性研究

利用2010—2015年陆态网络GPS连续观测站的三维站坐标时序资料,在采用最大似然估计MLE方法计算得到云南地区GPS基准站三维站坐标分量最优噪声模型的基础上,进一步定量对比分析了有色噪声和白噪声模型下陆态网络GPS连续站速度场稳定性与时间序列长度的关系。结果表明:在闪烁噪声模型下,中国大陆大部分地区GPS连续站1a时段的速度不确定度大。而随着时间的逐年累积,闪烁噪声模型下的速度不确定度与同时段白噪声模型下的差异逐步减小,闪烁噪声模型下3~4a时段的速度不确定度与同时段白噪声模型的差异小于0.2mm。研究说明在有色噪声模型下要获得高精度的速度场需要3~4a的观测数据,白噪声模型下GPS速度场精度可靠可信的前提是采用不少于3~4a的数据。

北京天津地区垂直形变剖面复测结果的GPS检验

利用北京和天津地区的28个GPS连续观测站资料（资料截至2008年8月）计算得到的垂直向时序结果，分析各个GPS连续观测站垂向分量的变化特征，计算得到2007～2008年北京天津地区GPS站垂直运动速率，并与水准测量计算得到的2007～2008首都圈地区垂直形变速率进行比较；通过寻找水准测量路线附近的GPS站点，相应于水准的初测和复测时段，计算得到GPS路线剖面图，将GPS与水准2个时段的剖面结果进行对比分析。通过水准和GPS结果的这种“由面到线”的综合比较分析，得出初步的结论：从趋势上看，GPS与水准的结果是相似的，GPS结果同样反映了2008年北京东南附近区域有隆升的迹象，但量值比水准结果小，水准结果所反映的“南升北降”的特征在GPS结果中得到一定程度的验证和体现。

中国大陆内部GPS连续观测站基线分析

根据中国地壳运动观测网络基准站1999年初至2010年4月的资料,对中国大陆内部80条GPS基线时间序列进行了分析,讨论了这些基线在正常情况下的趋势性运动特征,总结了2001年昆仑山口西MS8.1和2008年汶川MS8.0两次大震前GPS基线时间序列的异常变化情况,并在此基础上分析了GPS基线近期变化情况。

有色噪声模型下云南地区GPS基准站速度与周期估计

基于2010-2014年云南地区25个GPS连续观测站的三维站坐标时间序列结果，通过不同噪声模型对其进行分析，结果表明：各坐标分量具有不同的噪声特性且最优噪声模型存在多样性，闪烁噪声＋白噪声和幂律噪声＋白噪声为该区主要的噪声模型，垂向分量最优噪声模型的分布表现出以NW向红河断裂带为分界的地域性。噪声模型与测站运动参数的定量分析表明，噪声模型对测站速度不确定度和年周期振幅不确定度影响较大，有色噪声模型下的速度不确定度和年周期振幅不确定度分别是白噪声模型下的3—7倍和2-3倍；噪声模型对速度及年周期振幅产生少量影响，有色噪声模型和白噪声模型下的线性速度估值偏差一般小于1mm／a，少数测站垂向分量差异超过1mm/a，年周期振幅估值偏差一般小于0．5mm／a，且垂向分量偏差大于水平分量，东向分量偏差大于北向分量。

近几年山西断裂带水平形变的初步分析

以沿山西断裂带布设的GPS监测网的6期复测资料（1999-2004）所计算的近期趋势性运动速率为基础,获得了2005、2006年山西断裂带相对于近期趋势性运动的偏离结果。结果显示：（1）趋势性差异运动信息不显著,运动信息明显的点数只占十分之一,它们分别是S21、S20、S30和S33（位于太原以南）,量级最大约6mm/a;（2）尽管单站趋势性运动信息不显著,但整体模拟计算表明,1999-2004年似乎有南北相对运动的迹象,相对变化最大约2.0mm/a;（3）2005年有偏离趋势运动的迹象,且背离趋势运动方向,最大量级约7mm;（4）截至2006年的累计偏离量最大约6mm;这表明2006年基本未发生累计偏离。由于变化相对平稳,这可能预示着山西断裂带内近期地震活动强度不太可能明显提高。

天津滨海新区地面沉降预测方法研究

利用1985～2008年天津地面沉降监测资料,以水准监测点为基本研究对象,在分析其时间沉降的变化动态基础上,采用分段权函数线性模型提取沉降信息并进行外推预测,展示了天津滨海新区地面沉降现状,编绘了2008年天津滨海新区地面沉降年度沉降分布图和2008～2013年间地面沉降总量的预测分布图研究成果可供政府及有关部门制定和实施控沉管理决策参考,同时对存在类似问题的区域也有一定的参考价值。

GPS观测结果反映的尼泊尔M_w7.8地震孕震特征

针对2015年4月25日尼泊尔Mw7.8地震的孕震特征,本文首先对覆盖尼泊尔及周边地区的5套GPS水平速度场结果进行了融合,得到了近似统一参考框架下的速度场结果;在此基础上通过对此次地震震源区及周边地区的速度场、应变率场、基线时间序列分析,识别了震前变形特征.GPS应变率场结果显示,喜马拉雅主边界断裂存在大范围挤压应变积累,震源区处于近南北向应变积累高值过渡区.跨喜马拉雅构造带的GPS基线时间序列结果表现为持续缩短现象,表明印度板块与欧亚板块之间的持续挤压变形特征,2012年以来的缩短增强现象反映了印度板块对青藏块体的推挤增强作用明显.距离震中较近的西藏南部GPS同震位移结果以南向运动为主且指向震中,反映了青藏高原存在逆冲应变释放现象.综合此次尼泊尔地震前变形和同震应变释放特征,认为此次地震的孕震区域和同震应变释放区域均较大,将会对青藏高原的地壳变形与强震孕育产生深远影响.

郯庐断裂带中南段闭锁特征与地震危险性分析

利用华北地区1999~2007、2013~2017两期GPS水平运动速度场数据,采用块体负位错模型,分别反演了郯庐断裂带中南段不同段的断层闭锁程度和滑动亏损速率分布;结合地表应变结果,综合分析了郯庐断裂带前后两期的变形差异特征,并探讨了其与日本3·11地震间的可能关系。研究结果表明:日本地震后,郯庐断裂带中南段郯城以北的段落闭锁程度有所减弱,中南段东部地区主张应变率增强,处于拉张状态;日本大地震的发生对郯庐断裂带中南段的应变积累起到一定的缓解作用。2013~2017最新一期反演结果显示莒县以北断层闭锁程度仍较高,闭锁深度较深,为右旋挤压亏损,是1668年郯城地震的未破裂段;莒县以南到泗洪附近断层闭锁程度较低,无滑动亏损积累;泗洪以南到嘉山段断层闭锁程度较高,是历史地震的未破裂段,同时该地区小震不活跃,易于应力积累,地震危险性值得关注。

汶川地震前后山西断陷带的地壳运动

依据GPS结果,采用"块体加载"有限元方法对汶川地震前后山西断陷带的地壳运动进行数值模拟。结果显示:震前该区呈相对均一的NW向拉张,震后以构造挤压为主,南端为强烈拉张,主压应力最高值为前期5～6倍,主张应力最高值为前期的2倍,主压应力方向自北而南由NW向转为NEE向。这些与跨断层短水准、长剖面水准、GPS长基线时序曲线等解算结果一致,表明汶川地震后鄂尔多斯与华北平原块体之间相对挤压、扭错增强,并导致山西断陷带地壳形变与构造应力场变化明显。

利用GPS连续观测资料进行强震危险性预测的探讨

中国地壳运动观测网络基准站自1999运行以来已经积累了8年多的观测资料,目前针对地震预测、观测对象和数据处理方法,广义地提出了"点、线、面"的分析方法。实际应用表明,利用"线"的分析方法可能是比较好的方法,它最大的优点是在恰当的空间范围内不但可降低噪声,而且可突出异态信息。在目前较低测控能力的基础上,可通过全空间扫描与现象分析发现:①距昆仑山口西地震震中最近的德令哈观测站相对于拉萨观测站在震前较早的时间,其EW向就出现了缓慢变化,乃至闭锁(或无差异变化),直至地震发生为止,持续时间超过2年,闭锁数值10 mm以上,震后恢复正常;②云南地区数次强震震前下关观测站相对于泸州观测站EW向出现了闭锁或低于正常的变化,2003年强震之后恢复正常;最近的普洱强震自2006年初EW与SN向均出现了相对闭锁,两个方向的数值分别接近和达到10 mm;此外,每阶段异常的持续时间均超过1年;③塔什—乌什间EW向在新疆巴楚地震前出现了闭锁性活动,时间2年以上,数值约10 mm,震后恢复正常;目前SN向有相对闭锁迹象,并正在趋于明朗;④鼎新—西宁间EW方向有相对闭锁的迹象,但时间尚短;⑤通过寻找相对"闭锁"区段有可能成为判定强震危险性存在与否的主要方法。由此推测,若普洱6.4级地震后闭锁不解除,川滇菱形块体的西边界构造带及周围地区仍是近期强震最有可能发生的地区,其次是新疆的西天山地区,目前青藏高原东北缘尚不明朗。

GNSS参考框架点的选取对时序位移的影响

针对GNSS数据处理中框架点的选取,以及GNSS数据处理与全球解绑定和相似变换参数的选取问题,设计4种计算方案,分析了各种尺度GNSS观测网下不同计算方案得到的时序位移差异。结果显示:对于各级GNSS网,在与全球H文件联合解算并满足相同相似变换要求的前提下,选择IGS05的全部框架点和从中较均匀地挑选部分框架点得到的结果差别并不显著。而对于大区域GNSS网,绑定全球解和不绑定全球解得到的结果有显著差别,ITRF2005下水平速度差别可达4 mm/a;对于中、小区域GNSS网,绑定全球解和不绑定全球解得到的整体相对运动差别不明显。

应变计算与分析的若干问题及有关偏差的修正

对多种平面与球面应变场计算模型进行分析,指出何种模型属于无偏差应变计算模型,何种模型为有偏差应变计算模型,何种模型偏差可以修正,何种模型只适用于均匀介质的应变计算而不能外延,何种模型可以用于作连续应变场的求解与分析;给出利用应变结果计算球面差异运动(位移)的修正关系,并论证了球面应变模型中非微分项的含义。

汶川地震对华北地区水平形变场影响及有关含义的讨论

通过2008年华北地区的GPS监测资料处理,初步分析表明:①华北地区(山西断陷带以东地区)水平形变在汶川地震(MS8.0)临震前数个月及同震时段(震后数个月)内整体有序且与地震相关的差异变化不明显,基本上继承了上一时段(2004—2007年)的运动方式;②从震后偏离上一时段运动方式的偏离结果来看,汶川地震的影响主要体现在山西断陷带的南端,此外也发现华北地区似乎有微弱的动态变化,其东北地区存在某种程度的偏离背景变化,东南与西北地区略有加速的迹象。从信息显著性的角度来看,由于其信息的信噪比不高,所以有关讨论则更侧重于可能性或形变迹象。

水平运动场滤波试验与应变计算

GNSS观测资料为揭示地壳形变提供了必要依据,但由于噪声的存在使得地壳形变信息难以恰当地被利用或获取。从连续变化的角度出发,提出利用多核函数进行滤波与解析。该方法有如下特点:1)可实现对水平运动场进行不同层次的滤波与信息分离;2)可获得水平运动场的数学解析;3)可便利地计算连续应变场的各类应变参量。利用华北地区GNSS结果,给出利用该方法进行滤波与应变计算的实际算例。