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。

中国大陆GPS连续观测站测得的日本9.0级地震同震位移与震前变化

利用中国大陆GPS连续观测站资料,获取了2011年3月11日日本9.0级地震造成的连续站同震位移。计算结果表明,位于我国东部尤其是东北地区的台站在水平方向都有明显的同震位移,且离震中越近同震位移量越大,其中绥阳站的水平同震位移量最大,达到33mm。通过对时间序列分析发现,有明显同震位移的连续站,震前水平方向的运动速度都有放缓的趋势,可能是一种形变前兆现象。这些GPS观测到的同震位移及震前运动速度异常,对于进一步研究前兆地壳运动、地震动力学特征以及精化中国大陆地壳运动速度场都有重要意义。

东北地区GPS连续观测站的变化

根据东北地区GPS连续观测站数据计算位移变化量,将结果分离为线性趋势变化部分和非线性变化部分。据此分析了东北地区的地壳运动,异常特征及其与中强地震孕育发生的关系。结果显示,相对全球框架基准,东北地壳以27.06mm/a的速度向南东方向位移;GPS站点的非线性变化在地震前几个月至2年出现不同程度的异常变化,震级相对较大时,异常范围大,出现异常变化的站点也多;单个站点出现异常时,常常是站点附近地区有中小地震发生。无中、强地震孕育发生的时期,站点位移变化也相对稳定,一般无明显异常变化。

陕西GPS连续观测网站点时间序列去噪与速度场分析

利用GAMITL/GLOBK软件对陕西GPS连续观测网的站点2008-2014年近6 a的连续观测数据进行处理得到基准站原始时间序列;并采用Kalman、ARMA、BP这3种方法对原始时间序列进行滤波去噪分析,结果表明3种方法都有效地剔除了一定量的噪声,使站点在N,E,U这3个方向上的坐标趋势更加显现,尤其是在选定合适的状态噪声矩阵后Kalman方法要优于其他两种方法。同时去噪得到的陕西连续观测网站点在ITRF2008框架下的速度场精度更高,N方向的平均速度为-0.010 1 m/a,E方向的平均速度为0.033 8 m/a,整体往东南方向位移,渭河盆地和汉中盆地内几个站点沉降量较大。

流动GPS观测资料能否用于地壳垂直形变监测?——以中国大陆为例

长期GPS连续观测可获取高精度的垂直形变速度场,但多期GPS流动观测资料能否用于地壳垂直形变监测尚不明确。本文首先对中国大陆260个陆态网络基准站和2000个GPS流动站1999~2019年的观测资料进行高精度统一处理,获得各站点的时间序列和速度场,对筛选出的226个基准站和226个流动观测站的垂直形变速度场进行比较分析。结果表明,95%的连续GPS观测站的垂直形变速率误差小于0.5 mm/a,约50%的流动GPS观测站的垂直形变速率误差大于1 mm/a,约40%的流动站与连续站的垂直形变速率残差值大于2 mm/a,且约50%的流动GPS站点的垂直形变趋势与连续站不一致。西部地区的流动GPS观测站的垂直形变监测精度比东部高,这可能与东西部的观测环境和站点稳定性存在差异有关。对GPS连续站和流动站的垂直形变速度场的精度和残差进行分析认为,中国大陆流动GPS观测资料不适用于监测垂直形变小于2 mm/a的地区。

台风对GPS连续观测站天线相位中心影响研究

台风对于天线相位中心的影响有两种:一是因风力的作用产生偏移,台风过后即恢复原状;二是永久变形。在GPS数据处理时,第二种变形应尽量避免。对比福建地壳运动观测网络中的圆锥体与半球体两种天线罩,分析其相位中心在台风前后的变化情况,对台风对其影响作出初步评估。

TEQC检验在福建省GPS连续观测基准站勘选中的应用

介绍了福建省30个GPS连续观测基准站的勘选过程中,应用TEQC数据预处理软件,对勘选到的基准站进行24 h的测试,并做出质量分析。从而勘选出满足规范、可靠、安全、科学的GPS连续观测基准站站址,为下一步GPS连续观测基准站建站提供依据。

GPS观测研究现今青藏高原地壳形变机制——来自阿尔金断裂三维运动场及高原地壳减薄的证据

自50~55 Ma以来,印度次大陆向北与欧亚大陆碰撞后形成喜马拉雅—青藏高原造山带,碰撞导致地壳增厚致使高原大幅隆升,改变了亚洲大陆岩石圈的构造格局,也对东亚地区的气候和环境产生了巨大影响。阿尔金断裂作为青藏高原北缘的主控边界断裂,其运动学性质在20世纪70年代备受关注,不同量级的滑动速率引出了块体运动与东向逃逸和连续变形与地壳增厚两种端元模型。约10~15 Ma以来,在青藏高原南部与北部出现地堑与裂谷,为高原东西向拉张运动提供了证据,表明青藏高原开始经历地壳减薄过程。青藏高原形成以来形变场经历怎样变化,长时间尺度的地质学构造过程与现今GPS观测是否能够统一?10~15 Ma以来青藏高原地壳减薄过程造成高原高程怎样的变化?青藏高原北缘,尤其是跨阿尔金断裂具有怎样的现今三维地壳变形场,地壳应变是如何在北阿尔金断裂、祁漫塔格断裂和阿尔金断裂之间分配的?青藏高原北缘与塔里木盆地具有怎样的力学性质,对跨阿尔金断裂构造形变场造成怎样的影响?最后,GPS观测得到的现今地表形变场能够对青藏高原形变模式的争论作出何种解答?上述科学问题的解答,对于研究青藏高原隆升与变形过程具有十分重要的意义。本研究分为两部分。第一部分是青藏高原北缘三维震间运动场的观测与研究。在青藏高原北缘跨阿尔金断裂中段自建9个GPS连续台站并开展观测,根据区域研究特点设计无人值守的观测台站,具有低成本投入、高质量观测的特点。上述连续GPS台站的建立填补了青藏高原北缘,尤其是在阿尔金无人区地壳形变观测研究的空白,积累了宝贵的连续GPS数据;截止2015年7月,共有4年的连续GPS观测。数据分析结果证明,设计建站方法行之有效,GPS台站稳定、观测数据质量稳定、数据连续性稳定。结合使用中国大陆构造环境监测网络在研究区及邻域GPS连续台站数据作位置时间序列与速度场解算,获得青藏高原北缘地区跨阿尔金断裂中段现今三维形变场。使用三维线弹性后向滑移(backslip)块体运动模型,反演塔里木块体、北阿尔金块体、柴达木块体和祁漫塔格块体的三维块体运动。结果表明,北阿尔金山相对于塔里木盆地有(1.32±0.2)mm/a的抬升速率,相对于柴达木盆地具有(0.73±0.3)mm/a的抬升速率,可解释为北阿尔金块体存在显著的造山过程;阿尔金断裂有(8.21±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(0.66±0.60)mm/a的缩短速率;祁漫塔格断裂有(0.53±0.60)mm/a的左旋走滑速率、(1.53±0.60)mm/a的缩短速率;北阿尔金断裂有(0.87±0.60)mm/a的左旋速率、(0.69±0.60)mm/a的缩短速率。同时,阿尔金断裂中、西两段滑动速率基本一致,约为8.0~10.0mm/a。定量研究结果支持连续形变与地壳增厚模型,表明相对塔里木块体,青藏高原北缘地区正在抬升、增厚,以北阿尔金山地区最为明显,抬升速率约达1.3mm/a。跨青藏高原北缘的阿尔金断裂、北阿尔金断裂和祁漫塔格断裂近200km的宽泛变形带内,南北向地壳缩短并不明显,缩短量仅约为2.9mm,且近一半缩短量发生在祁漫塔格山南侧。GPS观测阿尔金断裂车尔臣河段(~86°E)剖面表明,断裂两侧存在非对称变形特征。本文采用非对称变形模型反演GPS速度剖面数据,获得断裂两侧塔里木盆地和青藏高原北部的地壳介质剪切模量差异。结果显示,塔里木盆地地壳介质剪切模量约为青藏高原北部剪切模量1.53倍,相应S波波速比值为1.24,与Yang等人得到的地壳和上地幔三维VSV模型结果一致。地震学研究结果认为,青藏高原北部与东部地区在中地壳存在低速层,局部区域可能发生部分熔融;Hacker等进一步确认羌塘地块中地壳到深部地壳存在熔融现象。本文的研究运用了与地震学完全不同的资料,通过大地测量方法推导青藏高原北部与塔里木盆地的地壳介质力学性质差异,得到与地震学研究得到的S波波速比及其构造物理学解释相当一致的结果。成果为青藏高原力学演化模型提供新的约束。本论文第二部分内容是使用覆盖青藏高原及周边的GPS速度场,计算青藏高原内部应变率场。GPS观测速度场不仅显示了南东东-北西西向的地壳拉张过程,也揭示了青藏高原内部更加重要的地壳减薄过程。结果显示,青藏高原北部和南部的垂向应变率(减薄应变率)分别为(8.9±0.8)nanostrain/a和(7.4±1.2)nanostrain/a,青藏高原西南部的垂向应变率为(12.0±3.2)nanostrain/a,表明青藏高原内部大尺度范围应变率测量结果的一致性。并且青藏高原内部的拉张应变率观测也相当一致,青藏高原北部,沿着N114±1°E主应变方向的拉张应变率为(21.9±0.4)nanostrain/a;高原南部沿着N93±1°E主应变方向的拉张应变率为(16.9±0.2)nanostrain/a;高原西南部沿着N74±3°E主应变方向的拉张应变率为(22.2±1.8)nanostrain/a。如果地壳减薄开始于10~15 Ma,并且现今观测得到应变率适用于整个时间跨度,那么地壳累积减薄5.5~8.5km。应用Airy地壳均衡理论,青藏高原的平均高程将下降~1km。青藏高原北部、南部和西南部相似的垂向应变速率也表明,在3个区域的地壳拉张、正断裂运动和地壳减薄过程由相同的物理机制所支配。综合上述两部分研究成果,发现青藏高原现今垂向运动在高原内部和边缘地区存在很大差别。高原内部地区正在经历地壳减薄,而高原边缘地区正在经历不同程度的增厚与隆升。青藏高原北缘地区的垂向应变率约5~20nanostrain/a,如果考虑重力均衡作用,对应的垂向隆升速率在0.04~0.14mm/a左右。但是,对于局部地区如北阿尔金块体,其底部受到塔里木盆地南缘下插挠曲板块的支持,在没有重力均衡情况下,垂向隆升速率可能达到1mm/a。喜马拉雅地区呈现不同水平的垂向形变,垂向应变强烈(约10~80nanostrain/a),山脉底部受到印度下插板片的支持,无法通过重力均衡假定由垂向应变率估计隆升速率。但由GPS与水准数据约束的俯冲板片模型推测山脉隆升速率达到约7mm/a。而对于祁连山地区,GPS应变率推测得到垂向应变率约20~40nanostrain/a,应用地壳均衡理论,平均隆升速率为0.15~0.3mm/a;而由于逆冲推覆构造与褶皱变形带的存在,中下地壳有可能仍存在弹性变形,不能实现完全重力均衡,实际隆升速率有可能高于这一估计。本文研究给出青藏高原不同地区三维形变场与形变速率的定量估计,是对连续形变与地壳增厚形变模型的重要修正。结果并不支持块体运动与东向逃逸模型,并认为高原南北双向俯冲模型中的塔里木块体南向俯冲几乎不存在。

福建省30个GPS连续观测基准站选址的研究和实现

介绍了福建省30个GPS连续观测基准站的勘选情况。勘选过程中，应用TEQC数据预处理软件，对勘选到的基准站进行24小时的测试，并做出质量分析，勘选出满足规范、可靠、安全、科学的GPS连续观测基准站站址，为下一步GPS连续观测基准站建站提供了依据。

福建省GPS连续观测基准站的选址

介绍了福建省30个GPS连续观测基准站的勘选过程。在勘选过程中,应用TEQC数据预处理软件,对预选的基准站进行24小时的测试,并做出质量分析。从而勘选出满足规范、可靠、安全、科学的GPS连续观测基准站站址,为GPS连续观测基准站建站提供依据。

GPS连续站的基线变化与青藏块体的现代活动

基于近10年的GPS观测资料,计算了青藏块体及周边的GPS连续观测站点间的基线变化,并以此研究了空间大尺度的地壳块体和构造带的活动。青藏块体的西部北西方向的基线表现为伸长,地壳在该方向上呈现拉张变化,东部北东方向的基线缩短速率较大,表明该方向地壳压缩强烈。在昆仑山口西8.1级地震前和汶川8.0级地震前,基线在数月至1年以上的时间内出现显著的异常变化,反映出浅源大地震的发生与大区域构造活动增强有关。

印尼8.7级大震前后GPS观测站的地壳水平与垂直位移时间序列结果

利用IGS及中国地壳运动观测网络GPS连续观测站6年多时间的观测结果,以中国大陆东部的稳定点组作为水平位移与垂直位移解的参考基准,得到了2004年12月26日印尼苏门答腊8.7级与2005年3月28日8.5级大震前后GPS观测站的地壳水平及垂直位移时间序列的结果。尽管所采用的GPS站点少,且分布范围大,但仍可看到在如此大的地震震前、同震与震后地壳运动的特征,为今后观测研究提供了十分有意义的结果。文中所采用稳定点组基准有效消除水平位移场的平移与旋转,而局部椭球面的不平性对计算区域地壳运动结果,特别是对垂直位移的影响很小,说明了位移解所描述的大范围区域位移场是合理的。这两次地震的同震水平位移及震后的垂直位移影响量级达数厘米,范围达远离8.7级地震震中4 500 km之外,甚至更远。

GPS观测得到的汶川地震远场地面运动

通过对汶川地震时天津12个GPS连续站上的每秒采样的GPS观测资料和蓟县地震台上宽频带地震计实时记录资料,采用单历元精密定位方法研究了在这些GPS连续站在汶川地震观测到的远场地面运动。结果表明,利用每秒采样的连续GPS观测资料可以有效地记录到汶川8.0级地震在1500km以外的远场地面水平运动。而且在震中距大体相同的的情况下,地面运动的强烈程度主要受同样观测墩高度及观测墩基础地质条件的影响。但目前的精度水平下尚不能得到远场地面垂直运动的可靠信息。

GPS垂向年周期运动的精确获取与方法评估

分别选用负荷模型方法、GRACE模型方法、空间加权法和多核函数法分析GPS垂向年周期运动参数的精确获取问题,以云南26个陆态网络GPS连续站2010—2015年观测数据得到的垂向年周期参数为标准,评估了这4种方法的效果。这4种方法与GPS连续站实测的振幅差异平均值分别为4.97,3.31,1.38,1.43 mm,4种方法的WRMS减速比平均值分别为0.70,0.84,0.95,0.94。结果表明:由于云南地区GPS连续站密度较高且区域垂向年周期运动空间一致性较好,空间加权法和多核函数法效果最好,GRACE模型方法次之,负荷模型方法最差。建议在GPS连续站较多的区域,采用空间加权法或者多核函数法;在GPS连续站较少的区域,建议采用GRACE模型方法。

应用TEQC软件对勘选到的GPS基准站进行质量分析

本文介绍了福建省30个GPS连续观测基准站的勘选过程中,应用TEQC数据预处理软件,对勘选到的基准站进行24小时的测试,并做出质量分析。从而勘选出满足规范、可靠、安全、科学的GPS连续观测基准站站址,为下一步GPS连续观测基准站建站提供依据。

GPS连续观测资料小波变换质量评价探讨

小波变换在处理GPS噪声的应用中有较好的效果。本文研究利用GPS连续观测资料的小波变换去噪结果进行质量评价,通过对分析资料采用不同的小波基函数、对同一小波基函数下的小波变换各尺度结果进行比较,并结合实例分析得出了初步的结论:对GPS连续观测资料进行小波变换去噪,采用sym6、sym8和coif4小波,分解尺度在4～6之间是合适的。

GPS观测揭示的芦山Ms7．0地震前龙门山断裂带南段变形演化特征

横跨龙门山断裂带南段的连续GPS测网记录到了2013年4月20日芦山Ms7．0地震孕育过程相关的地壳变形信息，为研究此次地震前孕震区地壳变形动态演化过程提供重要的基础资料．研究表明，汶川地震的发生导致茂县一汶川断裂南段及以东地区挤压应变和左旋剪切应变加载．GPS跨单条断裂的基线平均缩短速率约为1～2mm／a，跨越整个断裂带的基线平均缩短速率约为8～10mm／a，且均表现出随芦山地震临近年均缩短速率逐渐减小的特征；多站组合的应变参数时序结果显示，龙门山断裂带南段主压应变率自西向东逐渐减小，主压应变方向为N30°～45°w近似垂直于断裂带；北川-映秀断裂以东地区以挤压变形为主兼有明显的左旋剪切变形，且面应变和第一剪应变随着芦山地震的临近应变率逐渐减小；北川-映秀断裂以西则表现为在时间进程上逐渐增强的右旋剪切变形．区域GPS变形场结果显示汶川震后龙门山断裂带南段挤压应变积累速率显著大于震前，且茂县-汶川断裂以东地区表现出左旋剪切应变积累特征．综合分析认为，汶川地震后巴颜喀拉块体东向运动加速，运动速度自西向东递减，致使在汶川地震中未破裂的龙门山断裂带南段的挤压应变积累水平进一步增强．

2011年日本M_(W)9.0地震对首都圈地壳形变场的影响

1研究背景2011年日本M_(W)9.0地震对我国华北地区地壳形变产生了显著影响。首都圈地处华北地区,一方面,太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用是华北地区地震活动的重要动力来源之一,位于太平洋板块俯冲带的日本地区强震活动对我国华北地区的地震活动具有重要的影响,目前华北地区6级地震平静已达25年,地震形势依然严峻;另一方面,大地震发生会引起发震断层本身、邻域活动构造及岩石圈内部应力应变场的快速调整,包括发震断层面上的震后滑移、邻域活动构造活动性的改变和下地壳上地幔的弛豫形变等,因此,跟踪研究日本M_(W)9.0地震前后首都圈地区地壳形变场特征,有助于深刻理解此次地震对于研究区域地壳形变场的应变状态、活动构造运动方式的影响,从而为首都圈地区的震情跟踪和地震预测预报工作提供参考信息。

2011年日本东北大地震（M_W=9.0）震间与震前变形场特征及其对强震预测的启示

强震震前(preseismic)动力学过程的研究对于地震预测具有十分重要的意义,但由于观测资料的限制,目前对强震前孕震区力学状态及其演化过程的认识还非常有限.2011年日本东北9.0特大地震(Tohoku-Oki)发生在GPS观测台站最为密集的地区,为研究特大地震震间(interseismic)与震前的变形状态提供了难得的机会.文中将利用日本东北大地震之前连续的GPS观测资料,分别计算震间与震前的速度场与变形场.通过对比分析发现,日本东北地区(Tohoku)震前的应变状态与震间的有很大的不同,震间的变形主要受到太平洋板块向日本海沟北西西向的俯冲挤压作用所控制,其主压应变以近东西向压缩为主,日本东北地区的运动方向与太平洋板块的运动方向大体一致.但是,临近地震前(震前)日本东北地区的运动方向发生了很大变化,震前30天的连续GPS观测结果显示,速度场的优势方向经常变换,间歇性地出现与太平洋板块运动方向相反的情况.这意味着震前孕震区的力学状态发生了很大的改变.这种变化可能与震前破裂成核或慢滑移及慢地震等过程有关,这些过程将加速或促进大地震的发生,从而为大地震的发生准备了力学条件.值得特别强调的是,这些现象都是可以通过直接观测能够发现的大地震之前的异常现象.由此可见,加密GPS站点进行连续观测,寻找震前变形异常区以及探索异常的物理机制对于地震预测预报有重要的科学意义.

利用CORS数据计算重庆InSAR对流层延迟

利用了重庆市CORS数据,计算了该地区InSAR对流层延迟,分析了重庆地区对流层延迟对InSAR技术的影响。