王 偉

中國大陸現(xiàn)今地殼運動的GPS分析與構造變形模擬

王 偉

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

中國大陸位于歐亞板塊東南部，受印度板塊、菲律賓板塊和西伯利亞—蒙古亞板塊的夾持，是全球巖石圈變形和地殼運動最強烈的地區(qū)之一，也是全球大陸地震多發(fā)區(qū)。因而，研究我國大陸內部的變形，對于認識長期的巖石圈動力學過程與變形模式，了解斷層的作用機制以及進行地震危險性評估都有十分重要的意義。

我國于20世紀80年代末開始用GPS監(jiān)測地殼形變，之后的20多年，先后在青藏高原、川滇、天山等地區(qū)陸續(xù)開展了流動GPS觀測，獲取了大量的GPS測站資料。隨著中國地殼運動觀測網(wǎng)絡（簡稱網(wǎng)絡工程）和中國大陸構造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡（簡稱陸態(tài)網(wǎng)絡）的實施和運行，我國的地殼運動監(jiān)測能力和相關研究取得了長足進步。

近年來，隨著GPS處理軟件模型精度和參考框架精度的顯著提高，較以往基于較短時期內解算的速度場結果，新的參考框架、軟件處理模型和觀測時間更長的GPS數(shù)據(jù)資料為我們獲取更為精確的速度場結果提供了可靠保障。本文工作以網(wǎng)絡工程的GPS資料為主，輔以陸態(tài)網(wǎng)絡部分站點的GPS區(qū)域站資料和國內外其他研究小組公開發(fā)表的速度場結果，對中國大陸的地殼運動和變形場進行研究。在對GPS數(shù)據(jù)進行處理時，與以往采用GIPSY或GAMIT軟件不同的是，本文的GPS數(shù)據(jù)處理采用的是BERNESE軟件，并使用最新的軟件模型進行統(tǒng)一處理。具體研究內容和結果包括以下3個方面：

（1）使用最大似然估計（MLE）方法對網(wǎng)絡工程1999—2010年的GPS基準站位置時間序列進行了噪聲分析，研究了基準站GPS時間序列的時間和空間相關性，定量評估了基準站速率的可靠精度。此外，除周年、半周年信號以外，還評估了其他異常周期信號對噪聲分析結果的影響，主要內容和結論有：

對網(wǎng)絡工程基準站位置時間序列空間濾波前、濾波后以及共模信號進行了噪聲分析。在空間濾波時使用了改進的加權疊加濾波方法進行空間濾波，以去除各測站位置時間序列之間的空間相關性，并且主要考慮了1 000km以內的測站殘差時間序列來形成共模誤差。通過MLE分析發(fā)現(xiàn)，共模誤差主要由白噪聲和閃爍噪聲組成，其中白噪聲在北向、東向和垂向幅度的均值分別為0.65、0.72、1.39mm，閃爍噪聲在北向、東向和垂直方向的幅度均值為2.86、2.98、10.11mm／a。此外，在“白噪聲＋閃爍噪聲”的組合噪聲模型假設下，空間濾波前、后測站速率之差在北向、東向和垂向的均值（及其相應的標準偏差）分別為0.04±0.09，0.06±0.15，－0.06±0.34mm／a。說明在空間濾波前、后，測站速率的結果具有很好的一致性。

通過MLE方法比較、分析各類不同噪聲模型，濾波前GPS位置時間序列有色噪聲的主要成分是閃爍噪聲，而濾波后時間序列有色噪聲的主要成分為冪指數(shù)噪聲。總體來說，對于濾波前的原始時間序列，純白噪聲模型得到的速率誤差與“白噪聲＋閃爍噪聲”或“白噪聲＋冪指數(shù)噪聲”相比，可能會被低估8～10倍；對濾波后的時間序列，純白噪聲模型得到的速率誤差與“白噪聲＋閃爍噪聲”或“白噪聲＋冪指數(shù)噪聲”相比，可能會被低估8～16倍。當使用“白噪聲＋閃爍噪聲”的模型時，濾波前GPS位置時間序列在北向、東向和垂直方向速率誤差中值分別為0.16、0.17、0.58mm／a，濾波后時間序列在北向、東向和垂直方向速率誤差的中值分別為0.09、0.10、0.40mm／a。

（2）采用網(wǎng)絡工程1999—2011年6期區(qū)域網(wǎng)GPS數(shù)據(jù)和陸態(tài)網(wǎng)絡2009—2011年部分測站的2期GPS數(shù)據(jù)構建中國大陸地殼運動的水平速度場；利用網(wǎng)絡工程近10年區(qū)域站GPS資料構建中國大陸長期的垂直運動速度場；綜合其他區(qū)域已公開發(fā)表的速度場結果，獲取了整個中國大陸及周邊地區(qū)更為完整、空間分辨率更高的現(xiàn)今地殼運動速度場。

本文垂直速度場結果表明：中國大陸大部分地區(qū)地殼的垂直運動速率較低，其中青藏高原地區(qū)地殼垂直運動趨勢整體表現(xiàn)為較低速率的隆升。青藏高原東北部的祁連山—阿拉善地區(qū)測站的垂直速率均值約為1.0mm／a；藏南拉薩地塊內部測站垂向速率均值約為1.6mm／a；巴顏喀拉地塊東部、龍門山以西的川西地區(qū)測站垂直速率均值約為1.9mm／a；天山塊體內部整體上表現(xiàn)為低速的隆升，該地區(qū)測站的垂直運動速率約為1.8mm／a；華南地區(qū)以及塔里木盆地內部的地殼垂直運動十分微弱，測站垂直運動速率小于1mm／a；在華北平原，有部分地區(qū)（如河北、山東、江蘇、天津等地）由于長期開采地下水，一些測站的垂直運動表現(xiàn)為十分顯著的沉降，個別測站下沉速率達到6～10cm／a；東北地區(qū)的北部地殼垂直速率相對較高，部分測站達到3～5mm／a。

（3）利用本文處理得到的中國大陸水平運動速度場結果，精化中國大陸活動地塊的運動學模型，在顧及地塊旋轉和塊體邊界斷層滑移所產(chǎn)生的彈性應變條件下，整體性反演實測GPS速度場，獲取了各活動地塊與邊界斷裂帶的運動速率。在GPS觀測精度內，該模型整體上較好地反映了中國大陸構造變形的主要特征，模型給出的主要斷層滑動速率在中國西部的青藏高原及周邊為5～20mm／a，在中國東部地區(qū)為1～2mm／a。例如：華南塊體的運動速率為6.4mm／a，華北平原運動速率為4.1mm／a，準噶爾塊體運動速率為4.5mm／a，塔里木塊體的運動速率為13.1mm／a。阿爾金斷裂帶中東段的左旋走滑速率約為6mm／a，海原斷裂帶左旋走滑速率約為6mm／a，東昆侖斷裂帶左旋走滑速率約為8～10mm／a，甘孜—玉樹—鮮水河斷裂帶的左旋走滑速率約為12～15mm／a，喀啦昆侖斷裂帶右旋走滑速率約為7mm／a，紅河斷裂帶右旋走滑速率約為8～12mm／a。

GPS；BERNESE；時間序列；噪聲分析；速度場；垂直地殼運動；構造變形；活動地塊；中國大陸

（作者電子信箱，王偉：wangweigps＠126.com）

P228；

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10.3969／j.issn.0235－4975.2014.02.013