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大地测量与地球动力学 2021年第3期41卷 290-295页

作者：王东振赵斌余建胜谭凯中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室武汉市430071

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... 详细信息

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。

关键词：垂直形变流动gps观测连续gps观测残差

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利用gps、GRACE和地表负荷模型研究华北地区地表质量负荷变化及地壳垂直形变

利用GPS、GRACE和地表负荷模型研究华北地区地表质量负荷变化及地...

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作者：李舒雅武汉大学

学位级别：硕士

固体地球是一个弹性体,在大气、水文等地表质量负荷的作用下会产生季节性的弹性形变。20世纪70年代以来,华北地区由于大量开采地下水,在一些地区产生不可恢复的地面沉降,对华北地区的社会经济发展造成严重影响,因此研究华北地区地表质... 详细信息

固体地球是一个弹性体,在大气、水文等地表质量负荷的作用下会产生季节性的弹性形变。20世纪70年代以来,华北地区由于大量开采地下水,在一些地区产生不可恢复的地面沉降,对华北地区的社会经济发展造成严重影响,因此研究华北地区地表质量负荷变化和地壳垂直形变对于合理开发地下水和经济持续发展具有重要意义。全球定位系统(gps)作为一种有效的对地观测手段,随着其探测精度的提高,在监测地壳形变领域具有广泛的应用。地球重力恢复和气候实验(GRACE)卫星自发射以来,积累了大量的科学观测数据,由此获得的时变重力场信息,在监测陆地水储量变化等方面发挥了重要作用,其应用之一是可用来监测地壳的垂直位移。全球地表负荷模型(SLMs),包括大气负荷、非潮汐海洋负荷、陆地水质量负荷,可以反映地表负荷变化对地壳垂直位移的影响。本文收集了中国陆态网络华北地区30个连续观测gps台站的观测数据,利用GAMIT/GLOBK软件获取每个台站基于ITRF2008框架下的时间序列。利用经验模态分解方法(EEMD)对时间序列进行非线性信号分析,提取出周年信号、半年信号以及长周期信号。利用GRACE卫星重力反演得到每个台站位置对应的地壳垂直位移。通过对全球地表负荷模型得到的垂直位移时间序列进行傅里叶功率谱分析,对比gps时间序列功率谱图,分析了gps信号中季节性信号的机理,说明了该季节性信号主要是由地表负荷变化引起的。对比分析了30个连续观测gps台站超过5年的gps时间序列、GRACE质量负荷形变和全球地表负荷模型时间序列,发现三者都具有明显的季节性,对于大多数gps台站,它们的季节性信号的一致性较好,gps和GRACE的平均相关系数为90%,最大值达到99%;gps和地表负荷模型的相关系数平均值为88.7%。从gps时间序列中扣除GRACE模型得到的时间序列,计算得到加权均方根减数比(WRMS),gps和GRACE的WRMS计算结果均值为58%,最大值达到85.18%,其季节性信号表现出非常好的一致性,证实了用GRACE模型研究gps观测信号的非构造性形变的潜力;而gps与地表负荷模型的WRMS计算结果表现较差,所有台站的平均值仅为31%,表明gps与地表负荷模型观测到的季节性信号一致性较差,这与负荷模型与真实情形的偏差有关。利用最大似然估计法对30个连续观测gps台站进行垂直速度场估计,获取基于ITRF2008框架下的垂直速度场。根据GRACE卫星重力反演估计的水质量变化造成的地表垂直位移速率,分析gps信号中包含的陆地水负荷信号。分析了华北地区地壳垂直形变场,得出结论:GRACE反演得到的由于陆地水质量变化引起的地表垂直弹性形变长期趋势变化,在gps信号的中贡献很小;华北地区的地壳垂直形变与其地貌特征紧密相关。高原地区与造山带基本处于地壳隆升地区,而华北平原地区主要为沉降区。如太行山以西的山西高原和华北地区北部的燕山山脉和苏鲁造山带表现出地壳抬升,SXXX(夏县)站、SXGX(古县)站、HEZJ(张家口)站,地壳垂直抬升速率分别为1.57mm/yr、2.97mm/yr、1.08mm/yr。平原地区的TJBH(滨海)站和HECX(沧县)站,沉降速率非常大,分别达到-17.67 mm/yr、-25.25 mm/yr,反映了长期大量开采地下水引起的地表沉降。

关键词：连续gps观测 GRACE观测地表负荷模型观测季节性质量负荷变化地壳垂向位移

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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

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国际地震动态 2017年第9期38卷 44-46页

作者：葛伟鹏中国地震局地质研究所北京100029

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... 详细信息

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

关键词：青藏高原阿尔金断裂中段连续gps观测三维弹性后向滑移块体模型地壳减薄

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