GNSS连续站坐标的高程分量时间序列在地壳垂直运动研究中应用的若干问题

介绍GNSS连续站坐标的高程分量时间序列在地壳垂直运动研究中应用时需要解决的几个实际问题和具体的解决方法。

中国东部地区地壳垂直运动规律及其机制研究

本文根据我国东部地区３７５６个重复水准点资料，提出了与我国东部地质构造相结合的新的数据处理思想，分别绘制了我国东部地区陆地与地壳垂直运动速率等值线图。应用地球动力学观点，重点探讨了东部地区的地壳垂直运动特征及其机制，发现我国东部地区（东经１０８度以东）地壳垂直运动总体表现为以地块为单元的拼合构造运动，这些块体的垂直运动速率、倾角年变率及相对应的方位角均不一致，指出这个现象与中国大陆及其周边地区各板块水平运动密切相关。

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 。

中国大陆现今地壳垂直运动研究

报告了利用中华人民共和国成立以来 ,国家 3期高精度水准测量资料 ,研究中国大陆近 5 0年来垂直运动的方法与结果。论及了净化数据源与使用复测资料的方案。分析了除按大陆整体推求垂直运动速率外 ,按地块分区推求地壳垂直运动速率 ,地壳、地表垂直运动分离的必要性。提出了与地质构造相结合的数据处理方法和所采用的单点动态垂直基准。对使用多面函数逼近速率面 ,在全国范围的实用性实验作了说明。介绍了研究获得的中国大陆垂直运动的最新成果 ,并就运动的特征和趋势进行了论述。

中国大陆中轴构造带及其两侧的现今地壳垂直运动

利用中心年代分别为1964、1979及1993的3期精密水准复测资料研究中轴(构造)带及其两侧(东经90.5°至113.5°,北纬21.5°至42.0°)的现代地壳垂直运动。结果表明中轴带及其两侧近30多年的运动趋势与最近十几年运动趋势十分一致。而且与该地区的地势地貌有良好的相关性,几个垂直形变的高梯度带均分布在本区两个大盆地(四川盆地与柴达木盆地)周边。整个形变态势表现出明显的继承性运动特征。但在70年代,该区的垂直运动经历了一次明显的变化或反向。联系到同一时期中轴带南部的一系列7级以上强震的发生,提示大区域的垂直形变的趋势变化可能是强震活跃的一种指示。文中还利用得到的地壳垂直形变图研究了区内南—北、东—西向穿切几个主要构造单元的9条剖面的地壳垂直运动特征和它们的时空演化,结果进一步证明1969～1979年间,我国中西部比较强烈的地壳垂直运动与我国地震活动高潮期一致。纬向剖面的运动特征清楚地显示出东经100～105度的经向带内,整个研究区可分为地壳垂直运动速率西高东低的东、西两区;而经向剖面又可将这东、西两区分出以某些纬向高变化窄带为界的纬向区块。文中还详细讨论了这些区块所对应的构造单元的现今运动特征。

长江三角洲及其邻近地区的现代地壳垂直运动

本文根据50—80年代复测的精密水准成果,分析了长江三角洲及其邻近地区的地壳垂直运动,并与沿海海面变化在同一均衡基准下进行比较。本区近代地壳垂直运动受区域构造控制,形变速率不高,变化平缓,区内海岸带以下降为主。

昆仑山口西8.1级地震前后地壳垂直运动的负位错模型

利用昆仑山口西 8 1级地震震区外围格尔木—五道梁 30 0km长水准测线在 1 979,1 991和 2 0 0 2年 3期垂直形变资料 ,借助研究改进的负位错模型获取发震构造及其相关断裂的运动、变形特征及应力应变积累部位和强度 ,对与此次大震有关的区域构造形变背景及可能的震后影响进行了研究。结果表明 :1 991～ 2 0 0 2年相对 1 979～ 1 991年垂直差异运动及应变积累加速增强的特征与昆仑山口西 8 1级地震孕育有关 ;且这样的一个地壳垂直运动加速过程可能还未因地震发生而结束 。

区域地壳垂直运动研究中的模型误差及其影响

基于现今区域地壳垂直运动研究中几种主要技术手段的数据源特征和地壳垂直运动模型,讨论地壳垂直运动模型与所采用的数据源的非协调性(模型误差)对结果造成的影响,指出判别模型误差大小的依据、数据源中数据选择的原则和方法,并利用区域垂直运动研究结果讨论地壳垂直运动演变过程,进而提出对区域地震危险性判别时需要注意的问题。

利用GRACE、GPS和水准数据研究西秦岭地区现今地壳垂直运动特征

利用GRACE卫星数据改正GPS连续站垂向位移时间序列中的周期变化,用主成分分析方法消除区域共模噪声误差,计算获取西秦岭地区GPS连续站的垂直运动速率,并将其作为速率参考基准,联合水准观测资料基于线性动态平差模型,处理得到西秦岭地区现今地壳垂直运动速度场。结果显示,西秦岭整体处于差异性的快速隆升,主要是由青藏高原东北缘的地壳缩短作用所致。六盘山和天水南侧均以3mm/a速率抬升,是本区上升最快的地方;其次是陇西地块和鄂尔多斯地块南部,分别以2mm/a和1mm/a的速率上升;秦岭造山带和渭河盆地的西部表现为下沉,但渭河盆地下沉最快。西秦岭现今地壳垂直运动可能暗示青藏高原东北缘的现今横向逃逸运动通道已从早期的西秦岭-秦岭地块向北转移到六盘山构造带、鄂尔多斯地块南部。

中国西部地壳垂直运动引起的重力场空间变化特征

结合中国西部区域的数字高程数据以及地壳垂直运动速率数据,计算中国西部地区地壳垂直运动引起的重力场变化的分布,并与卫星重力观测结果进行对比。研究表明:中国西部区域的重力场变化与地壳垂直运动速率场变化有很强的相关性,青藏高原以南的喜马拉雅山脉地壳上升运动速率最大,其引起的重力变化为正的最大值;准噶尔盆地地壳下沉运动速率最大,其引起的重力变化为负的最大值;塔里木盆地及柴达木盆地地壳下沉运动速率相对较小,相应地引起的重力变化值相对较小。

中国大陆部分地区的地壳垂直运动

利用 195 2～ 2 0 0 2年间我国大陆部分地区 (90 .5°～ 12 7.3°E ,2 1.5°～ 4 4°N)的精密水准测量结果研究了这些地区的现今地壳垂直运动及其发展演变特点。将 5 0年的地壳运动分成两个时间段 :第一时间段的中心时刻 (资料观测时间的平均值 )为 1972 .87;第二时间段的中心时刻为 1983.17。对于这两期资料都采用了伪逆基准下的线性动态运动模型 ,求得的运动速率都归算到北京水准原点 (假定北京原点的运动速率为零 )。

区域网GPS观测得到的汶川大地震前后的地壳垂直运动

中国地壳运动观测网络1 000个观测站的GPS非连续观测区域网分别在1999年、2001年、2004年、2007年和2009年作了5次观测。2008年5月12日汶川8.0级地震震中(31.0°N,103.4°E)恰好在区域网GPS观测站密集的地区。区域网长期、多期GPS观测可降低年周期变化影响,有利于获取此次地震前后的垂直位移趋势变化。简要讨论了GPS垂直位移观测的精度。分析了垂直位移观测的主要干扰——地面沉降,特别是华北地区因大量抽取地下水产生的严重地面沉降。为获取汶川地震前垂直运动信息,首先剔除因大量抽取地下水产生的大幅度沉降干扰结果,通过趋势面分析中国大陆垂直位移空间分布,显示了3个垂直位移沉降最显著区域。对比分析表明,临近汶川震区的沉降区,未见大量抽取地下水干扰影响。汶川地震前1999—2007年区域网GPS观测站得到的垂直位移表明,汶川地震紧临显著沉降区的西北侧,龙门山断层北段垂直运动闭锁。该沉降区与另两个沉降区的时空变化明显不同,也与区域网水平应变异常区的空间分布不同,但该沉降区与区域网水平应变异常区同时出现。大幅度同震垂直位移集中在龙门山断层北段震前垂直位移闭锁区。这些事实表明,汶川地震前GPS观测到的紧临震中的沉降区及垂直运动闭锁区与汶川地震的发生存在密切关系。

地壳垂直运动的均衡理论及其分析模型

介绍了地壳垂直运动均衡理论并根据全球通量均衡假说建立了地壳垂直运动的动力学模型 (具有第二边值条件的 L aplace方程 ) ,在球面近似下运用该模型模拟了渤海湾地区的地壳垂直运动形变场并编制了等值线图 ,获得了满意的结果。

高精度绝对重力测量在地壳垂直运动研究中的作用和应用前景

对现代高精度绝对重力仪器的发展作了回顾，着重就高精度绝对重力测量在地壳垂直运动监测及其力学机制研究中的能力和作用等进行了分析，总结了我国目前绝对重力测量研究现状，并讨论了高精度绝对重力测量在我国地壳运动监测和研究中的应用前景。

GRACE数据反演中国西部地壳垂直运动速率

在固定的坐标系下,建立了地壳垂直运动与地球外部重力场变化的数学模型.根据此模型,将中国西部地区(经度80°～97.5°,纬度27.5°～47.5°)按2.5°×2.5°划分成(8行7列)共56个直立长方体,以2008年1月和2009年1月的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)卫星数据计算地球外部重力场变化,基于PSO算法(Particle Swarm Optimization Algorithm)反演中国西部地区地壳垂直运动速率.反演结果表明中国西部地壳垂直运动具有整体不均匀的特点,总的趋势是南升北降.在南部喜马拉雅山脉地壳上升幅度最大,速率达10 mm/a;在北部准噶尔盆地的南部地壳垂直运动速率-3～-5 mm/a,向北沉降速率有加大趋势,最大速率为-9 mm/a.

由海平面变化推求中国沿海地区地壳垂直运动

地壳垂直运动可直接由几何水准重复联测求得,但重复联测实施起来非常困难。本文给出了由验潮得到的平均海面变化推求地壳垂直运动的新方法,从理论上和实际观测数据的分析结果说明了用该方法求地壳升降运动是可行的。本文得出了中国沿海近几十年均衡意义下的平均海面上升速度为1.3mm/a,误差为±0.25mm/a;并给出了中国沿海各验潮站地壳垂直运动毫米级的年变化数值,其年平均升降值为0.02mm/a是可忽略的。

利用平均海面推定青岛水准原点地区的地壳垂直运动

通常利用平均海面所求某点地壳垂直运动是一种视运动 ,如若干年平均海面实际升降变化为V ,陆地实际垂直运动为U ,则视垂直运动为 (U V )。在推定地区地壳垂直运动 ,使用平均海面数据时应注意其区域性和周期性的变化。文中以有代表性的平均海面变化结果为依据 ,求出青岛国家水准原点地区地壳垂直运动速率λu =( + 2 .2 ± 0 .5)mm/a。

基于通量均衡基准的地壳垂直运动模型

介绍了地壳垂直运动的均衡理论 ,基于全球通量均衡基准 ,建立了任意坐标系下描述地壳垂直运动的动力学模型。该模型可表述为 L aplace方程的第二边值问题。将此模型与调和分析模型做了比较 ,认为此模型拟合精度较高 。

富氏谱分析法模拟地壳垂直运动的地学依据及其策应力模型

应用地壳波浪与镶嵌构造学说对富氏谱分析法提取地壳垂直形变信息的科学性做了地质学意义上的阐释 。

调和多项式拟合法应用于地壳垂直运动研究的几点讨论

在理论分析和实例验证的基础上对“调和多项式拟合法”应用于地壳垂直运动研究的可靠性进行了讨论。