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利用高频GPS数据研究中国大陆短周期地壳形变特征

黄勇  
【摘要】:二十世纪70年代以来,以GPS、VLBI、SLR为代表的空间大地测量技术,能以大空间、短时间尺度,高精度地监测全球板块运动和区域地壳形变,GPS等空间大地测量技术的发展,为传统大地测量学带来了深刻变革。随着高频(1Hz)和超高频(20Hz-50Hz)GPS接收机的相继出现,GPS的观测精度和对形变谱的敏感性朝着测量地壳动态瞬时变化的方向不断发展,目前已出现大地测量学与地震学观测谱范围逐渐合并的趋势。连续观测的高频GPS接收机,结合高速通讯传输和高效率的GPS数据处理软件,使得高频GPS接收机已逐渐成为实时监测地壳运动的GPS地震仪,对记录速度和加速度的地震仪起到了重要补充作用,缩小了地震学和大地测量学研究的频带界限。由于高频GPS不仅可以观测到周期大于1秒的位移量,还可以监测到超长周期的地壳运动,且没有饱和现象和限幅约束,因此高频GPS不但可以用来观测大动态的静态位移,而且可以用来观测大地震震时的动态位移。高频GPS的出现为研究地震前后地壳形变的短周期变化过程提供了一种新的重要工具。 本文简要介绍了高频GPS定位的基本理论和基本方法,分析了高频GPS定位中的主要误差源,针对定位结果中存在的多路径误差和空间共模误差,采用改进的恒星日滤波法和空间滤波法予以消除,以提高定位时序精度。 2008年5月12日,四川省汶川县境内发生Mw7.9地震,本文根据四川连续GPS观测站提供的1Hz GPS数据,以上海站(SHAO)作为参考站,采用GAMIT/GLOBK的TRACK运动学分析模块进行长距离动态数据处理,获取并分析了汶川地震引起的动态地壳形变。分析结果表明,汶川地震发生前,各1HzGPS站点并没有明显的异常变形出现。地震发生时,距断层最近的郫县站(PIXI)动态变形最为显著,东西向最大振幅达到1.083m,南北向最大振幅达到0.654m。从水平运动轨迹图上可以看出,郫县(PIXI),绵阳(MYAN),中江(ZHJI),成都(CHDU)站具有N45°W方向的运动趋势。 2011年3月11日,日本本州岛东部海域发生Mw9.0地震,本文采用GAMIT/GLOBK的TRACK运动学分析模块对中国大陆构造环境监测网络和IGS提供的8个1Hz GPS数据进行处理,获取并分析了日本地震引起的动态地壳形变。从1Hz GPS动态位移时序中可以看出,地震发生时各1Hz GPS站点均朝东南方向运动,位于日本境内的MIZU和USUD站动态变形最为显著,其中MIZU站东西方向振幅达到3.11m,南北方向达到1.87m;USUD站东西方向振幅为0.677m,南北向振幅为0.297m。为验证1Hz GPS在监测震时动态地壳形变方面的有效性,本文选取吉林延吉GPS站(JLYJ)邻近的延边地震台站(JLYB)作为参考,通过与地震仪记录积分结果进行比较,发现两者具有较好的一致性。


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