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 10 0 5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 ) .

由空间大地测量得到的太平洋板块现今构造运动与板内形变应变场

推导了板块的弹性运动方程．根据太平洋板块（PCFC）上空间大地测量的观测结果，建立了PcFC的弹性运动模型，该模型与板块实际运动状态的符合程度明显地优于刚体运动模型．研究表明：PCFC现今旋转的角速度比过去3Ma的平均值大0．0370／Ma；在PcFC内部存在明显的水平形变，在15°s以北和204．5°E以西地区存在一致的向西形变，北西与南西方向的形变速率分别为0．8～3．5mm／a与1．0～3．4mm／a；在板块的东南区存在一致的向东形变，北东与南东方向的形变速率分别为1．5～1．8mm／a与2．8～9．1mm／a．PCFC内部水平应变场的空间变化是有规律的，在PCFC的西北部，主压应变轴为NW—SE方向，主压应变率大于主张应变率；在PCFC的东南部，主压应变轴为NE—SW方向，主张应变率大于主压应变率；PCFC的东南边界是扩张边界，边界附近的主张应变率最大（平均为1．51×10^-9／a），主张应变轴基本上与洋中脊的扩张方向一致；PCFC的西北边界是俯冲边界，边界附近的主压应变率最大（平均为0．75×10^-9／a），主压应变轴基本上与太平洋板块的俯冲方向一致．

汶川M_s8.0地震孕育发生的机制与动力学问题

2008年5月12日四川省汶川县发生了M_S8.0强烈地震.发震断层是龙门山断裂带的映秀—北川断裂.分析震前的UPS速度场发现,从巴颜喀拉块体西部到龙门山断裂带沿大约N103°E方向的缩短速率为13.0mm/a,龙门山断裂带的右旋走滑速率1.1mm/a,断裂带处于闭锁状态.四川盆地沿大约N103°E方向有少量的压缩变形,而沿SW方向有少量的拉张变形.同震位移场显示,这次地震可能是巴颜喀拉块体SE向逆冲与四川盆地NW向俯冲同时发生的.应变场分析发现,震前震中区的主压与主张应变率分别为—30.840×10^(-9)/a与13.956×10^(-9)/a,主压应变轴N105.4°E与震源机制解得到的主压应力轴的方向N103°E一致.由本文提出的应力-应变机制得到的断层滑动方向和走向与地表破裂调查和震源机制解得到的结果一致.印度、太平洋和菲律宾海板块与欧洲板块的相互作用是龙门山断裂带积累弹性应变能和孕育汶川地震的长期作用力.苏门达腊大地震使青藏高原和华南块体的相互作用加强,促进了汶川地震的发生.

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.

菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型与板内形变-应变场

用菲律宾海板块上7个站ITRF2000的速度建立了菲律宾海板块的整体旋转线性应变模型.结果认为菲律宾海板块的现今运动是顺时针方向旋转,与NNR_NUVEL_1A估计的旋转方向一致,但与NNR_NUVE_1A估计的旋转极位置和旋转角速度有较大差别.本文模型与Sella等建立的刚体运动模型相比能更精确地描述菲律宾海板块的现今构造运动与板内形变.菲律宾海板块内部存在强烈的形变-应变场.在板块上存在一致的向东形变,形变速率在中央构造线附近小,东、西边界附近大,南、北两端小,中部大,在Mariana弧上向东的形变速率达到48.4 mm/a.板块上南北方向的形变,东、西部存在明显差别,东部的南北向形变速率很小,西部在Manila海沟附近南北向形变速率较大,北端向北的形变速率为11.3 mm/a,南端向南的形变速率为29.3 mm/a.板块的中央构造线把板块的主应变场分为东、西两个区.东区存在非常强烈的张应变,压应变则很弱.主张应变为近东西方向,从中央构造线向东主张与主压应变率逐渐增加,板块东南边界附近(148°E,15°N)主张应变率最大为8.58×10-8/a.在西区,存在很强的主压应变而主张应变则较弱,主压应变为NW-SE方向,主压与主张应变率呈现从中央构造向西逐渐增加的特征,在板块西北边界(122°E,23°N)附近,主压应变率最大为5.71×10-8/a.菲律宾海板块主应变场的空间变化与板块内部及周围的构造背景密切相关,是构造应力场的反映.

台海地区的地壳运动与变形

利用福建沿海GPS网和台湾-吕宋GPS网站速度数据和两个网数据处理中共用的IGS永久站数据,实现了两个GPS网参考框架和速度场的统一.分析台海地区的速度场发现,福建沿海、台湾海峡与台湾岛北部地壳的水平运动完全一致,运动方向约为东偏南26.0°,运动速率约为39mm/a;台湾岛东部的海岸山脉地区发生了相反变化,运动方向为北偏西30.0°,运动速率约为33.3mm/a;在台湾岛的南端存在南偏西50.0°方向的运动,运动速率约为13mm/a.若以福建沿海的几何中心为参考基准,台湾岛存在一致的（岛的北端除外）北西向运动,方向北偏西约50.0°,东海岸的速率最大为61mm/a,向西逐渐减小.应变场分析表明,台海地区存在统一的应变场,主压应变方向为北西48.0°,主张应变方向为北东42.0°.主压应变速率,台湾岛的东海岸为3.436X10-7/a,向西逐渐减小,到福建沿海减小到1.861X10-8/a.菲律宾海板块在台湾岛东部与欧亚板块的碰撞俯冲是台海地区地壳运动、变形和发生大地震的主要驱动力.本区的主压应力方向约为北西55.0°.

日、月对孕震区的水平引潮力与震源机制的关系

根据计算日、月对孕震区水平引潮力方位角的表达式及美国哈佛大学提供的全球 Mw≥7.0的矩张量地震目录 ,选取了 1 980年 1月至 1 999年 1 2月全球发生的 (Mw≥ 7.0 ) 2 4 2次地震。利用地震目录中提供的地震矩张量参数 ,计算了每次地震发震应力场 P轴、T轴的方位角。同时计算了每次地震时日、月对震中区水平引潮力的方位角。将此方位角与 P轴、T轴以及二组断层面的走向进行对比分析。结果表明 ,日、月对震中区的水平引潮力方向与 P轴、T轴的方位角及二组断层面的走向互相平行或互相垂直 ,其平行或垂直的一致性非常好。平行或垂直相差在1 0°、2 0°、30°之内的发震概率分别达到了 0 .41 4、0 .736、0 .945。这个结果表明 ,日、月对孕震区的水平引潮力与大地震的发生密切相关。并进一步讨论了日。

太平洋板块俯冲对中国大陆的影响

在中国大陆及周边地区ITRF2000速度场的基础上,建立欧亚板块整体旋转与线性应变运动模型,得到中国大陆及邻区的局部形变场,分析此形变场发现东北块体和华北块体东部地壳存在一致的向西或北西西向运动,平均运动速率东北为2.9 mm/a,华北东部为1.4 mm/a,推测这是太平洋板块向欧亚板块俯冲的影响。其影响范围仅限于东北和华北块体,影响较大的是120°E以东和40°N以北地区。并分析太平洋板块俯冲对中国大陆影响的表现形式和形成机制。

应用地基GPS技术遥感大气柱水汽量的试验研究

从理论上分析了 AN(Aske and Nordius)大气柱总水汽量 (W)计算模型的偏差 ,探空试验结果证实了理论分析的结论 .作者经过推导 ,建立了新的 W计算模型 ,与探空方法获得的 W值具有很好的一致性 .1 998年进行了一次“GPS暴雨观测试验”.试验结果发现 :可降雨量的高值时段与降雨过程高度相关 ;大的降雨过程 ,在降雨前 ,可降雨量一般都有一段递增过程 ,在降雨结束过程中 ,可降雨量一般都有一个递减过程 ,在突发暴雨事件发生前往往发生可降雨量突然大幅度递增现象 ;在大暴雨事件发生前 ,存在一个长时间的十分明显的孕育阶段 .

鄂尔多斯的逆时针旋转与动力学

根据鄂尔多斯块体及周围地区的GPS数据,计算了鄂尔多斯相对于蒙古地台和欧亚板块的旋转参数,表明鄂尔多斯相对于蒙古地台和欧亚板块存在逆时针旋转。用GPS方法与地质学方法得到的鄂尔多斯相对于蒙古地台的旋转参数相同,证明鄂尔多斯自晚新生代以来的运动是稳定的。分析周围地区相对于鄂尔多斯的运动以及鄂尔多斯周围边界断裂带两侧的相对运动,发现鄂尔多斯主要受两对力作用:鄂尔多斯北部北西向拉张与南部北东向推挤形成的力矩作用,以及燕山块体对鄂尔多斯的NW向拉张作用力与华南块体对鄂尔多斯SE向拉张作用力。这两对作用力是促使鄂尔多斯发生逆时针旋转的驱动力。

由GPS网融合得到的中国大陆及周边地区的地壳水平运动

提出将不同GPS网融合为一体的方法,实现中国大陆及周边地区高精度GPS网的融合,获得中国大陆及周边地区ITRF2000水平运动的速度场。在此基础上,得到了中国大陆及周边地区相对于具有整体旋转的欧亚板块的速度场和相对于具有整体旋转和均匀应变的欧亚板块的速度场。分析了中国大陆及周边地区速度场的基本特征,并探讨了该地区水平运动与变形的动力源。

华北地区GPS监测网建设、地壳水平运动与应力场及地震活动性的关系

简要地介绍了华北地区、特别是首都圈ＧＰＳ地震监测网的布设、观测、数据处理方案和监测精度等，较详细地分析了地壳水平形变与构造运动、应力场变化以及地震活动性的关系。分析表明：ＧＰＳ测量的精度达到了１０－９量级，华北地区地壳水平形变年速率约为４～５ｍｍ，地壳的水平运动是区域应力场的直接反映，监测地壳水平运动的时序变化可以研究应力场的变化、分析地震活动趋势、判定地震的孕育地区。

根据现代地壳垂直运动划分中国大陆活动地块边界的尝试

研究了中国大陆地壳垂直运动的特征 ,提出利用中国大陆现代地壳垂直形变速率图划分活动地块的思路和原则 ,并把中国大陆划分为东西 2个 I级地块 ,东北、华北、华南、西藏、甘青藏和新疆 6个 级地块和 1 6个 级地块 .本文划分的活动地块边界与新构造活动的图象在总体上是一致的 ,局部地区有些差别 .这表明 ,中国大陆地壳现今活动是第四纪以来新构造活动的继续 。

GPS监测网数据处理方案研究

处理大尺度ＧＰＳ监测网多期复测成果的时候，数据处理方案是一个重要问题。作者在处理首都圈ＧＰＳ地形变监测网数据的过程中，经过长期探索和大量试算，提出了制定数据处理方案的基本原则：要采用一个自洽的地球参考框架和常数系统；要采用精度最高的同一种精密星历和相应的地球自转参数；要采用最先进的同一种数据处理软件以及采用同一的参考基准和约束条件。由于地壳处于运动之中，大尺度ＧＰＳ监测网的参考基准应是动态基准。研究表明，选择３个以上观测历史长，具有精确地心坐标和稳定精确位移速率的ＧＰＳ跟踪站组成的参考基准可能是一个最佳选择。首都圈ＧＰＳ地形变监测网在数据处理中采用了最佳的技术方案，获得了高精度的定位结果。

南海及周围地区的现今构造运动

利用南海及其周围地区的GPS数据,分析南海及周围地区速度场和应变场的空间变化,以及相邻块体之间的相对运动。研究发现,南海现今仍在继续扩张,西部是从其北边缘向南沿NW-SE方向逐渐扩张的,东部是从中心向北与向南逐渐扩张的。由主张应变率计算的中央海盆近SN方向的平均扩张速率为3.1 mm/a。在南海东部(117.0°E),南北之间(11°～22°N)SN方向的扩张速率为9.3 mm/a,小于65M a以来NNW-SSE方向13.0 mm/a的平均扩张速率。南海的扩张运动是印度板块、太平洋和菲律宾海板块与欧亚板块之间的相互作用,以及南海地区地幔物质上涌共同作用的结果。

一种由地心直角坐标到大地坐标的直接转换

在分析大地坐标与地心直角坐标几何关系的基础上,建立了地心直角坐标与大地纬度正切的4次方程,由此方程可直接解算大地纬度。这种解算4次方程的算法简单,解算精度和效率优于已有的迭代算法和直接转换方法。

渤海盆地的现今扩张运动

关于渤海盆地的扩张,前人已有很多研究成果.但是,对渤海盆地现今扩张的主方向,扩张的速率和笵围迄今还不清楚,本文试图探讨之.根据中国地壳运动观测网络GPS网1998～2004年的观测结果,建立了渤海盆地周围地区相对于欧亚板块的速度场.将该区划分为8个块体,建立了各块体的速度模型,得到该区的水平形变速度场和应变场.分析形变速度场和应变场的空间变化,发现渤海及周围地区呈现明显的NW-SE方向的双向扩张运动,扩张速率为2.5±1.8mm/a.NW-SE与NE-SW方向扩张范围分别为310 km与410 km.渤海盆地扩张的范围与华北地壳最薄的区域基本一致,这表明上地壳的扩张变形与上地幔的隆升密切相关,岩石圈减薄和岩浆上涌使上地壳发生拉张变形,使渤海地区发育成一个拉张盆地.

渤海盆地及邻区现今构造运动的基本特征

摘要根据近十多年来渤海盆地周围地区GPS网的观测资料，分析了这一地区的现今构造运动、内部形变与应变场。渤海盆地及周围地区相对于欧亚板块发生了逆时针旋转，存在一致的SE向运动，速率为2．2—7．2mm／a。该地区的水平形变场是不对称的四象限分布，渤海西区存在比较一致的NE向形变，渤海东北区存在一致的SW向形变，这两个区呈现NE-SW方向的压缩状态；渤海南区存在比较一致的SE向形变，渤海西北区存在比较一致的NW向形变，这两个区呈现NW-SE方向的拉张状态。渤海盆地及周围地区主压应变轴基本上为NEE-SWW方向，主张应变轴基本上为NNW-SSE方向，这与由地球物理学方法得到的该地区的构造应力场主压应变轴的优势方向完全一致。自1969年至今，该区的现今构造应力．应变场的主方向是稳定的。

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.

华北地区GPS形变监测网的建立与精度分析

高精度、大规模的GPS网在观测中采集了大量的数据。为了从中获得高精度的成果，在数据处理中有许多问题需要探讨。本文提出了建立误差函数对数据进行筛选的方法收到了较好的效果。在网平差前，对平差网进行优化设计是必要的。本文提出了平差网优化设计的三条原则和优化程序。它对于确定平差网的最佳方案，提高平差后成果的精度具有普遍意义。