利用最小二乘配置在球面上整体解算GPS应变场的方法及应用

通过对位移与应变微分公式的分析,给出了球坐标系下应用最小二乘配置法由GPS数据整体解算应变场的方法.首先,对模拟数据的理论应变场与采用全部采样数据和随机抽取50%限定采样数据的应变场结果的对比分析,初步验证了最小二乘配置球面整体解应变场方法的有效性.然后,利用1 999～2001和2001～2004两期中国大陆区域网GPS速度场数据给出了基于最小二乘配置球面解获得的应变率场结果,概要分析了此期间中国大陆应变率场的动态变化.最后,讨论了最小二乘配置在球面上计算应变场需要注意的问题和建议.

用球谐函数整体解算GPS应变场方法研究

探讨利用球谐函数方法整体解算大区域应变场的方法。用该方法对1999—2004年中国大陆区域网GPS速度场数据进行了分析,给出了该期间的中国大陆应变率场分布,并从残差分布规律角度讨论了球谐函数方法的有效性。针对该方法产生的边缘效应问题,提出了对研究区域外部进行插值后再进行应变计算的解决办法。

基于多尺度球面小波解算GPS应变场的方法及应用

提出了利用多尺度球面小波解算GPS应变场的方法,该方法通过建立不规则分布的小波基函数以凸显测站非均匀分布的特征,获取不同空间尺度的应变场.通过对模拟数据进行对比分析验证该方法的有效性,模拟结果显示,多尺度球面小波应变计算方法稳健性较好.在位移场中加入高斯随机误差(均值为0.0mm,标准差为0.5mm)对应变计算结果的影响可忽略不计.从原有位移场随机抽取的60%的数据解算应变场时,仍然能够获取比较可靠的结果,但如果出现大范围的数据空缺,则会对应变结果产生明显影响.基于华北地区GPS测站原始观测数据,通过高精度数据处理方法解算了该区域GPS速度场,根据多尺度球面小波方法,解算了该区域的应变率场及其误差,并分析了其空间分布特征.

基于GPS应变与震源机制解应力反演喜马拉雅构造带现今地壳形变特征

喜马拉雅构造带及其临近区域是印度板块与欧亚大陆板块挤压碰撞的前缘地带.本文利用GPS实测速度场与震源机制解数据分别计算了研究区域现今地壳岩石圈表面的GPS应变场及岩石圈内部的主应力分布,研究了印度板块持续挤压作用下板块边界带地壳岩石圈现今地壳形变的空间分布特征.结果显示,南北向的剧烈挤压变形与东西向的拉伸变形是现今青藏高原南缘地壳岩石圈的主要变形特征.其中南北向的地壳挤压变形主要集中在主前缘冲断带与雅鲁藏布江缝合带之间.东西方向上,南北走向的亚东—谷露断裂是区域地壳东西向伸展变形的重要分界断裂.75°E是研究区域地壳形变的另一条显著不连续边界,其西侧地壳主压应变强度低、方向弥散且最大主压应力方向一致性较差,而东侧地壳主压应变方向与主压应力方向以及地壳水平运动速度场方向均具有较好的一致性.布格重力异常的小波多尺度辨析结果显示该分界带与循喜马拉雅西构造结楔入欧亚大陆的印度板块密切相关.

基于GPS应变、地震应变率与震源应力场对帕米尔高原现今构造变形特征的分析

研究帕米尔高原的构造变形特征对于理解印度板块向北推挤过程中的应变分配方式以及应力转换模式具有重要的意义.本文利用区域GPS应变场、地震应变场与震源应力场分析帕米尔高原的构造形变特征.主要结论为:(1)该区域变形主要以NNW-SSE或近N-S向的挤压为主,在高原内部伴有明显的近ENE-WSW或E-W向拉张,应力方向在帕米尔高原与塔吉克盆地区域呈现逆时针旋转的趋势,而在塔里木盆地则显示几乎与帕米尔高原的一致的应力状态,这可能与两侧盆地块体的强度差异有关.(2)安德森断层参数A∅显示帕米尔高原北缘与西侧区域为逆断层应力状态,在高原内部为正断层应力状态,这与GPS应变的结果显示的应变主要集中在主帕米尔断裂与阿莱谷地附近而在高原内部应变较低是一致的,另外应力在喀喇昆仑断裂北段的方向基本平行于断层走向,以及断层北端较低的滑动速率,这说明了地壳挤压缩短可能是帕米尔高原主要的的构造变形特征,并不支持由于边界走滑断裂导致的应变分异或者块体挤出的模式.(3)综合考虑地震应变方向与SHmax从帕米尔北部NNW-SSE方向到天山北部的近N-S方向的转换,GPS应变方向在帕米尔高原两侧盆地都存在不同程度的旋转,应力场安德森参数A∅显示的应力状态以及SKS的结果显示的近ENE-WSW方向,我们认为印度板块向北推挤与天山造山带碰撞导致帕米尔高原不对称的径向逆冲是帕米尔高原现今构造变形的主要成因与构造模式.

基于震源应力与GPS应变分析喜马拉雅东构造结及其邻区地壳变形特征

利用1976—2020年喜马拉雅东构造结及邻区M_(L)≥2.0地震的震源机制解反演了研究区域的震源应力场,并结合区域GPS应变率场,分析了该区域现今地壳构造变形特征。结果表明:在川滇菱形块体东边界以及块体内部,最大水平应力SHmax方向与GPS主压应变方向基本一致,且方向变化具有一定的连续性,表明此处上地壳浅部与深部受到相同方向的驱动力;在川滇菱形块体西边界,最大水平应力方向与GPS主压应变呈现出较明显的差异性,分区均值最大可达42°,表明该处上地壳深浅部可能具有不同的驱动机制。

最小二乘配置与REHSM求解GPS应变场的方法

首先在最小二乘配置方法中,通过多项式函数、高斯函数、似高斯函数、希尔沃宁函数、空间调和函数（2个）共6种协方差拟合函数,在WGS-84椭球面上比较获得最优的区域速度场信息。然后在研究区域进行划分与编码,通过块体的整体旋转及均匀应变模型（REHSM）解算得到应变场。最后对运城盆地2007～2010年19个基于＂数字地震网络工程＂的监测数据进行分析,给出该区域的应变场分布。

基于弹性薄片格林函数的GPS应变求解方法对青藏高原东北缘三维构造变形特征的研究

基于弹性薄片格林函数的GPS三维应变求解方法,对青藏高原东北缘地区的构造变形特征进行研究。结果表明,青藏高原东北缘的应变主要集中在边界断裂上,而在断裂之间的内部块体应变分布相对较小,垂直应变最大值位于日月山断裂以东和海原断裂以南的区域,与块体旋转及物质东向运移有关,且很可能受中下地壳流的影响。本文用三维GPS应变分析为理解大陆内部构造变形动力学过程提供了新的视角。

GPS应变场云图方法识别地震形变场异常初步分析

介绍一种获取地震形变场异常的应变场云图方法。首先在指定时间窗内对GPS位移时间序列进行拟合速度值、插值速度场和计算应变场处理,然后以一定步长滑动得到时空连续的应变场动态变化图像,进而提取形变场异常信息。通过分析门源M_(S)6.4地震与震前应变场时空演化对应关系,说明本方法对预测地震有一定的指示作用。在2019年年终会商中,对嫩江M_(L)4.5地震提出预测意见并检验了实用性。研究认为,应变场云图是一种有效、直观识别震前形变场异常的方法,可在地震会商工作中推广应用。

利用多面函数整体求解GPS应变场的方法及应用

通过对位移与应变微分公式的分析,提出了利用多面函数整体解算大区域应变场的方法,给出了模拟数据的理论应变场,并对该模拟数据进行了分析。分析过程中,采用1°网格采样数据和50%限定输入数据,通过对比理论结果和计算结果,验证了文中方法的有效性。对1999～2004年中国大陆区域网GPS速度场的结果进行了分析,给出了该期间的中国大陆应变场分布,讨论了多面函数方法的特性,并给出了应变计算的建议。

GPS水平形变面应变率梯度与强震危险区关系探讨

全球定位系统(GPS)观测和信息处理技术的发展,为获取高精度地壳水平运动和相关的应用研究提供了良好的基础.应用中国地壳运动观测网络中心提供的1999—2007年GPS水平形变速率观测结果,研究了地壳水平形变面应变率梯度与强震发生的关系,探索了地震中长期预测对强震危险区的判识方法.结果表明,中国大陆2001—2011年发生的大部分MS6.8以上强震,地震地点均位于面应变梯度高-低值过渡区与块体边界带相交汇的部位;GPS面应变率梯度可以作为中长期强震危险区判识的一种方法,与最大剪应变率分布相比,缩小了强震孕育地点的判识范围.文章最后给出了中国大陆地区未来10年或稍长时间的强震危险区.

基于最小二乘配置在椭球面上解算喜马拉雅地区GPS应变分布

随着空间大地测量技术不断发展,GPS观测的地壳水平形变速度场精度也在不断提高,更加严密的GPS应变分析模型将有助于促进更高精度的地壳运动模型的构建.大地线长度与对应球面弧长之间的差异与纬度、经度变化均有关,并且与纬度变化影响最为显著,纬度越低,相应的椭球面效应约显著.本文在最小二乘配置模型的基础上进一步研究并推导了基于椭球坐标系的GPS应变分析模型,通过该模型进一步计算了青藏高原南部喜马拉雅构造带及阿萨姆构造结地区现今GPS应变分布.最大、最小主应变的显示喜马拉雅山脉中部的南北向压缩变形最强,西部次之,东部最弱.在印度板块的俯冲推挤作用下,喜马拉雅构造带内部地壳的变形过程并不统一.本文研究发现雅鲁藏布江缝合带与亚东—古鲁断裂带是该区域地壳水平形变的两条重要分界构造,雅鲁藏布江缝合带南部、亚东—古鲁断裂西侧的条带状地区可能是青藏南部吸收来自印度板块俯冲挤压作用的主要区域,最大剪应变分布及面膨胀值分布均表明亚东—古鲁断裂带是喜马拉雅构造带东西向拉伸变形过程中的一条重要的分界构造.沿喜马拉雅构造带分布的地壳剧烈变形区域集中分布在断裂以西,向东跨过该断裂的GPS应变场大幅减弱.青藏高原东南缘以阿萨姆构造结为中心的顺时针旋转变形存在旋转内、外圈层速度不一致现象,旋转速率由内向外逐渐增强.

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.

GPS资料反映的日本东北M_W9.0地震的孕震特征

在对海洋板块俯冲型地震孕震模式的分阶段变形特征进行分析的基础上,结合同震位错反演结果分析了MW9.0级地震的同震变形特征,分析过程中通过精度检验讨论了该反演结果的可靠性.通过对震前和同震GPS结果的对比分析,讨论了二者的差异性.GPS应变(率)结果表明,震前日本岛应变积累主要反映了太平洋板块和菲律宾板块的俯冲作用,同震结果表现为指向震源方向拉张应变的释放,对日本岛的主要影响区域介于35°N和43°N之间.震前和同震GPS剖面结果反映的变形特征具有互补性,但量值相差上百倍.震前的GPS速度、应变率剖面和时间序列结果表明靠近日本岛东海岸一侧可能存在变形趋于极限现象.通过对此次地震可能前兆的分析表明,中长期预测方面、震前GPS时间序列的趋势性偏离、前震活动、震源区b值降低等现象在一定程度上反映了此次地震的孕震特征.

GPS观测与数值模拟揭示的滇西北地区地壳形变特征及主要断层运动变化

滇西北地区地质构造复杂,强震孕育背景显著。本文利用滇西北地区不同期次(1999~2007期、2013~2018期)GPS观测数据解算地壳应变率场,分析地壳应变率场的动态演化特征。以不同期次GPS观测数据作为边界约束,利用二维有限元接触计算,模拟给出滇西北主要断裂带运动学特征与应力积累速率的变化;并结合汶川、芦山等历史强震和近场跨断层观测等资料,探讨滇西北地区地壳变形特征及其变形机理。结果表明:滇西北地区现今地壳变形特征表现为近东西向的拉张和近南北向的挤压,同时还叠加了南西—北东向的剪切变形,地壳应变率场在不同时段经历了动态调整,但最大主压应变方向在两个时段未发生改变,为NNW向。汶川地震前,滇西北地区主要断裂带的运动速率、运动性质与现有地质、形变结果较为一致;汶川、芦山等地震后,部分断裂带的运动性质与受力状态发生变化,本文分析认为与汶川等远场强震及断裂带近场中强震的发生有关,这些地震对滇西北地区局部应力场产生一定的影响,是部分断层运动性质发生变化的原因之一。

2016年熊本M_W 7.1地震前GPS形变特征分析

利用日本九州岛地区连续GPS观测数据,分析了2016年熊本M_W7.1地震前的区域地壳变形演化特征。GPS速度场和应变率场显示,熊本地震前右旋剪切应变积累区主要集中在断层上盘的九州中部块体(CKY)内,断层下盘的南海弧前块体(NFY)和九州南部块体(SKY)表现为显著的绕块体中心的逆时针刚性旋转运动;熊本地震发生在右旋剪切应变率高值区的边缘,且发震断层附近区域GPS应变时序结果显示自2014年后右旋剪切应变呈逐渐增强趋势;平行断层方向的GPS速度剖面结果显示发震断层上盘右旋剪切应变积累特征显著,表现为越靠近断层处的滑动速率越小,且断层西北侧站点速率随离开断层距离的增加呈非线性趋势变化。另外,GPS剖面结果显示,日奈久断层近场存在1~2 mm/a的相对滑动,可能存在浅层蠕滑运动。

中国大陆应力、应变率场方向特征分析

基于World Stress Map(WSM)计划与GPS观测结果,利用最小二乘配置方法对中国大陆及周边应力方向和应变率场进行了研究,结果表明二者分布总体一致,在青藏地块东部存在一定差异,应力方向表现为近NE向而GPS主压应变率表现为近EW向;另一差异区域位于西域地块西部,应力方向表现为自西向东由NW向NE的转变,GPS主压应变率以近NS向为主。

广义应变花方法及其在川滇地区地应变率场计算中的应用

提出将工程测量中的平面应变花分析方法推广到地球球面上的广义应变花方法 ;并通过对已知位移和应变场的特例下的数值实验 ,比较常用的最小二乘配置法和广义应变花方法计算应变的精度 .结果显示广义应变花法应变的计算精度比最小二乘配置法高 .最后以中国川滇地区为例 ,利用GPS观测资料计算了地应变率场 ,并对计算方法和结果进行了分析讨论 .

GPS观测的2015年尼泊尔M_S 8.1级地震震前应变积累及同震变形特征

2015年4月25日,在印度板块与欧亚板块交界区的喜马拉雅地震带上发生了尼泊尔MS 8.1级大地震.震前GPS速度场和应变率场显示,喜马拉雅地震带整体表现为15.94±1.82 mm/a的压缩特征,同时还具有分段活动特征.此次地震发生在速度场顺时针旋转和逆时针旋转的分界带,该处最大主压应变率的量值在喜马拉雅地震带并非最大.GPS观测的同震位移场揭示了尼泊尔MS 8.1级地震引起的地壳变形特征,分别有9和6个测站观测到明显的水平向和垂向同震位移,其水平分量的运动方向整体表现为南向运动,位于震中东南侧的3个测站垂直分量表现为上升,其余测站为下降.中国境内距离震中最近的5个测站的垂向同震位移显示,此次地震造成珠穆朗玛峰的沉降量约为4mm.依据GPS观测到的同震位移场,利用非负最小二乘方法反演震源断层面上的滑动分布.反演结果表明最大滑动量为6.84 m,滑动量较大的区域分布在加德满都附近及其以北区域的下方,这可能是造成加德满都地区具有较大破坏的原因之一,该滑动分布模型能够很好地解释GPS观测到的同震位移.利用此滑动分布模型计算的地震矩为8.21×1020 N m,对应的矩震级为MW7.9.

山西断裂带跨断层形变观测资料动态特征分析

利用多种分析方法对山西断裂带跨断层形变观测资料进行了分析。长趋势分析结果表明,山西断裂带南北两段以拉张变形为主,中段以剪切变形为主。时间分段结果表明,1989—2000年间,位于山西断裂带中部的下达枝、代县、广胜寺3个测点出现断层逆继承性转折变化,断层垂直运动速率绝对值明显减小,反映下达枝、代县和广胜寺地区断层活动呈闭锁状态。另外,跨断层形变观测资料和GPS应变率场结果均表明山西断裂带以近NW向拉张变形为主,但由于观测尺度不同,在量值上二者不具有可比性。