第3章 區(qū)域地殼形變監(jiān)測(cè)-1-2014課件

《地殼形變》主頁第三章區(qū)域地殼形變監(jiān)測(cè)武漢大學(xué)許才軍區(qū)域地殼形變測(cè)量1，區(qū)域地殼形變測(cè)量的空間尺度

上百公里-上千公里

局部地殼形變測(cè)量的空間尺度

幾百米到幾十公里2，區(qū)域地殼形變測(cè)量的技術(shù)

GPS/INSAR/VLBI/SLR/GRAVITY局部地殼形變測(cè)量的技術(shù)

GPS/INSAR/LEVELING/GRAVITY國(guó)家測(cè)繪局、總參測(cè)繪局和中國(guó)地震局等部門在20世紀(jì)90年代先后建成了國(guó)家高精度GPSA，B級(jí)網(wǎng)、全國(guó)GPS一、二級(jí)網(wǎng)、和全國(guó)GPS地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)等三個(gè)全國(guó)性GPS網(wǎng)，共計(jì)2600多點(diǎn)。中國(guó)高精度的GPS觀測(cè)網(wǎng)三個(gè)較大規(guī)模的GPS大地網(wǎng)

框架：ITRF96歷元：1997.0精度約為：3*10-8框架：ITRF93歷元：1996.365精度約為：10-7一、二級(jí)網(wǎng)A、B級(jí)網(wǎng)框架：ITRF96歷元：1998.680精度優(yōu)于2mm地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中國(guó)A、B級(jí)網(wǎng)1991年國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)（IAG）決定在全球范圍內(nèi)建立一個(gè)IGS（國(guó)際GPS地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)）觀測(cè)網(wǎng)，并于1992年6-9月間實(shí)施了第一期會(huì)戰(zhàn)聯(lián)測(cè)，我國(guó)借此機(jī)會(huì)由多家單位合作，在全國(guó)范圍內(nèi)組織了一次盛況空前的“中國(guó)‘92GPS會(huì)戰(zhàn)”，目的是在全國(guó)范圍內(nèi)確定精確的地心坐標(biāo)，建立起我國(guó)新一代的地心參考框架及其與國(guó)家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；以優(yōu)于

量級(jí)的相對(duì)精度確定站間基線向量，布設(shè)成國(guó)家高精度衛(wèi)星大地網(wǎng)的骨架，并奠定地殼運(yùn)動(dòng)及地球動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)。這也是A級(jí)網(wǎng)的來源。B級(jí)網(wǎng)顧及了中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的現(xiàn)實(shí)狀況，以地形困難程度分區(qū)，按不同密度布網(wǎng)。顧及原有國(guó)家大地網(wǎng)改造升級(jí)和國(guó)家地心基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)建設(shè)等科學(xué)發(fā)展需要布設(shè)了800多個(gè)高精度GPS控制點(diǎn)，其中2/3重合了精密水準(zhǔn)點(diǎn)，1/3重合了國(guó)家I、II等三角點(diǎn)。以最少的投資實(shí)現(xiàn)全國(guó)的統(tǒng)一布網(wǎng)、構(gòu)網(wǎng)。中國(guó)GPSA、B級(jí)網(wǎng)三個(gè)較大規(guī)模的GPS大地網(wǎng)框架：ITRF93歷元：1996.365精度約為：10-7A、B級(jí)網(wǎng)<<邊長(zhǎng)相對(duì)精度水平分量<0.2m高程分量<0.3m水平分量<0.1m高程分量<0.2mITRF93框架下絕對(duì)地心坐標(biāo)精度50km～200km700km平均邊長(zhǎng)81828測(cè)站數(shù)B級(jí)網(wǎng)A級(jí)網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)中國(guó)GPSA、B級(jí)網(wǎng)全國(guó)一、二級(jí)網(wǎng)由總參布設(shè)。一級(jí)網(wǎng)由45個(gè)點(diǎn)組成，比較均勻地覆蓋了我國(guó)大陸和南海島嶼，除南海島嶼外，大陸上的點(diǎn)均為國(guó)家天文大地網(wǎng)點(diǎn)，同時(shí)也是水準(zhǔn)點(diǎn)或水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)點(diǎn)，相鄰點(diǎn)距最長(zhǎng)1667KM，最短86KM，平均680KM。。第一次平差于1994年完成，在ITRF91框架下進(jìn)行，1998年對(duì)該網(wǎng)重新進(jìn)行了平差，在ITRF96框架下進(jìn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，平差后基線邊長(zhǎng)相對(duì)精度為

左右。二級(jí)網(wǎng)由534個(gè)點(diǎn)組成，均勻分布在我國(guó)大陸和南海島嶼，所有的點(diǎn)都進(jìn)行了水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，相鄰點(diǎn)距平均為164.8KM，野外觀測(cè)從1992年開始，歷時(shí)5年。全國(guó)GPS一、二級(jí)網(wǎng)在ITRF96框架下進(jìn)行平差，歷元是1997.0,據(jù)統(tǒng)計(jì)，平差后基線邊長(zhǎng)相對(duì)精度為

左右。全國(guó)GPS一、二級(jí)網(wǎng)三個(gè)較大規(guī)模的GPS大地網(wǎng)框架：ITRF96歷元：1997.0精度約為：3*10-8一、二級(jí)網(wǎng)<<邊長(zhǎng)相對(duì)精度水平分量<0.2m高程分量<0.3m水平分量<0.1m高程分量<0.2mITRF96框架165km680km平均邊長(zhǎng)53445測(cè)站數(shù)二級(jí)網(wǎng)一級(jí)網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)中國(guó)GPS一、二級(jí)網(wǎng)具有特色、適合中國(guó)國(guó)情的布網(wǎng)方案點(diǎn)位密度150-200公里點(diǎn)位密度100公里點(diǎn)位密度50-75公里GPSnetworkofChina三個(gè)較大規(guī)模的GPS大地網(wǎng)中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)示意圖（楊元喜，2009）

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)觀測(cè)技術(shù)為主，輔之已有的甚長(zhǎng)基線射電干涉測(cè)量(VLBI)和人衛(wèi)激光測(cè)距(SLR)等空間技術(shù)，結(jié)合精密重力和精密水準(zhǔn)測(cè)量構(gòu)成的大范圍、高精度、高時(shí)空分辨率的地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)綜合性、多用途、開放型、數(shù)據(jù)資源共享、全國(guó)統(tǒng)一的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，具有連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)功能。網(wǎng)絡(luò)從根本上改善了地球表層固、液、氣三個(gè)圈層的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方式。中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)最初的目的主要是用來監(jiān)測(cè)中國(guó)大陸的地殼運(yùn)動(dòng)，研究中國(guó)大陸的地殼運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)圖像，為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)地震研究提供重要的基礎(chǔ)和定量的數(shù)據(jù)依據(jù)。

觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)由基準(zhǔn)網(wǎng)、基本網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸與分析系統(tǒng)四大部分組成。中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)300個(gè)均勻分布700個(gè)地震危險(xiǎn)帶

1000個(gè)站（不定期復(fù)測(cè)）區(qū)域網(wǎng)塊體/塊體之間運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)大陸塊體運(yùn)動(dòng)作用500km1000km平均邊長(zhǎng)5625（27）測(cè)站數(shù)基本網(wǎng)基準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)三個(gè)全國(guó)性GPS網(wǎng)（共計(jì)2600多點(diǎn)）實(shí)際情況：1）三個(gè)GPS網(wǎng)由于布設(shè)的需求不同,因此它們的布網(wǎng)原則、觀測(cè)綱要、實(shí)施年代和測(cè)量?jī)x器都有所不同;2）三個(gè)GPS網(wǎng)在數(shù)據(jù)處理方面,如所選取的作為平差基準(zhǔn)的IGS站、歷元、坐標(biāo)框架和平差方法也不盡相同；3）三個(gè)GPS網(wǎng)的成果及其精度,包括同名點(diǎn)的坐標(biāo)值之間,存在差異。問題：如何充分利用三網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)揮其整體效益，

更好地服務(wù)國(guó)家和社會(huì)？2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)示意圖2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)建立2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)：1）三個(gè)GPS網(wǎng)必須統(tǒng)一基準(zhǔn);2）采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理理論和方法,統(tǒng)一進(jìn)行整體平差；3）建立我國(guó)統(tǒng)一的、可靠的、高精度的2000國(guó)家GPS大地

網(wǎng),作為實(shí)現(xiàn)我國(guó)高精度地心3維坐標(biāo)系統(tǒng)的一個(gè)坐標(biāo)框架。經(jīng)過國(guó)家測(cè)繪局、總參測(cè)繪局和中國(guó)地震局的共同努力，于2003年建成了2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)（2600多點(diǎn)，精度3cm）。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系已經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)于2008年7月1日在全國(guó)正式啟用。平均三維點(diǎn)位中誤差優(yōu)于25mm

平均平面點(diǎn)位中誤差約為5mm平均高程中誤差約為20mm2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)的缺陷2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)的密度遠(yuǎn)不如全國(guó)天文大地網(wǎng),僅為后者的1/20左右.2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)所提供的低密度的3維地心坐標(biāo)框架不能完整實(shí)現(xiàn)中國(guó)的3維地心坐標(biāo)系.解決辦法2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)+全國(guó)天文大地網(wǎng)

進(jìn)行聯(lián)合平差,將后者納入3維地心坐標(biāo)系,并提高它的全國(guó)天文大地網(wǎng)的精度和現(xiàn)勢(shì)性。使我國(guó)的大地坐標(biāo)框架在密度和分布方面實(shí)現(xiàn)我國(guó)3維地心大地坐標(biāo)系的跨越式進(jìn)步！（5萬個(gè)點(diǎn)的3維地心坐標(biāo)）2000國(guó)家大地控制網(wǎng)3）2000國(guó)家重力基本網(wǎng)1）2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)2）新全國(guó)天文大地網(wǎng)與2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)聯(lián)合平差后的全國(guó)天文大地網(wǎng)國(guó)家重力基準(zhǔn)方面,我國(guó)在20世紀(jì)先后建立了1957國(guó)家重力基本網(wǎng)和1985國(guó)家重力基本網(wǎng)，后者的精度為,與前者相比提高了一個(gè)數(shù)量級(jí),并消除了波斯坦重力起始值的系統(tǒng)差。1985國(guó)家重力基本網(wǎng)存在3個(gè)問題:

①對(duì)中國(guó)國(guó)土的覆蓋不完整,網(wǎng)點(diǎn)少,網(wǎng)型結(jié)構(gòu)也不理想;②至20世紀(jì)末,該網(wǎng)點(diǎn)毀損嚴(yán)重,竟達(dá)40%左右;③精度難以滿足當(dāng)代發(fā)展的需要。85重力網(wǎng)85重力網(wǎng)（基準(zhǔn)點(diǎn)6、基本點(diǎn)57），以相對(duì)重力測(cè)量為主，±25×10-8ms-2（微伽）2000國(guó)家重力網(wǎng)（基準(zhǔn)點(diǎn)21，基本點(diǎn)259），絕對(duì)重力測(cè)量輔以相對(duì)重力測(cè)量，±7.4×10-8ms-2（微伽）全國(guó)天文大地控制網(wǎng)約50000點(diǎn)2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)2500多點(diǎn)IGS站和永久跟蹤站27點(diǎn)3mm3cm3dmCGCS2000的定義

CGCS2000符合IERS（國(guó)際地球旋轉(zhuǎn)和參考系服務(wù)局）ITRS（國(guó)際地球參考系）的下列定義：

原點(diǎn)在包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心；

長(zhǎng)度單位為米（SI），這一尺度與地心局部框架的TCG（地心坐標(biāo)時(shí)）時(shí)間坐標(biāo)一致；

定向在1984.0時(shí)與國(guó)際時(shí)間局（BIH）定向一致；

定向隨時(shí)間的演變由整個(gè)地球水平構(gòu)造運(yùn)動(dòng)無整體旋轉(zhuǎn)（no-net-rotation）的條件保證。CGCS2000的定義右手地固直角坐標(biāo)系，它的原點(diǎn)和軸定義如下：

原點(diǎn)在地球質(zhì)量中心；

Z軸指向IERS參考極方向；

X軸為IERS參考子午面與通過原點(diǎn)且同z軸正交的赤道面交線；

Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。

參考橢球的幾何中心與坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，其旋轉(zhuǎn)軸與坐標(biāo)系的Z軸重合。

正常橢球與參考橢球一致。CGCS2000：參考橢球CGCS2000參考橢球的定義常數(shù):赤道半徑：a=6378137m

扁率:f=1:298.257222101地心引力常數(shù)：GM=3.986004418×1014m3s-2

旋轉(zhuǎn)速度：ω=7.292115×10-5rads-1CGCS2000的實(shí)現(xiàn)

CGCS2000通過2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)的坐標(biāo)和速度具體實(shí)現(xiàn)。

參考?xì)v元為2000.0。

2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)是在測(cè)繪、地震和科學(xué)院等部門布設(shè)的4個(gè)GPS網(wǎng)聯(lián)合平差的基礎(chǔ)上得到的一個(gè)全國(guó)規(guī)模的GPS大地控制網(wǎng)，共包括2518點(diǎn)。

坐標(biāo)平均中誤差：

σx=0.90cm,σy=1.57cm,σz=1.06cmσB=0.37cm,σL=0.77cm,σh=1.92cm

位置平均中誤差：σP=2.13cm中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)該工程由總參測(cè)繪局、中國(guó)地震局、中國(guó)氣象局、國(guó)家測(cè)繪局、中國(guó)科學(xué)院、教育部共同完成。中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)簡(jiǎn)稱陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)，是以全球定位系統(tǒng)為主的國(guó)家級(jí)地球科學(xué)綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。它以監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)、服務(wù)地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)為主，同時(shí)服務(wù)軍事測(cè)繪保障、大地測(cè)量和氣象預(yù)報(bào)，兼顧科研、教育、防災(zāi)減災(zāi)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)。該網(wǎng)絡(luò)包括基準(zhǔn)網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)三大部分，已經(jīng)在2011年建成。基準(zhǔn)網(wǎng)