第一講GPS與地殼形變測量

高等應(yīng)用測量課程安排課程總學(xué)時為241、第一講GPS與地殼形變測量2、第二講GPS站點形變數(shù)據(jù)的處理與分析3、第三講精密工程測量4、第四講精密距離測量5、第五講精密角度測量6、第六講精密水準(zhǔn)測量7、相關(guān)的實驗和實習(xí)

§1.1概述§1.2地震孕育與地殼的垂直形變§1.3地殼形變監(jiān)測的方法§1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)§1.5中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)點位變化相關(guān)性分析

第一講：GPS技術(shù)與地殼形變監(jiān)測§1.1概述

地殼形變監(jiān)測的主要目的：為地震預(yù)報提供依據(jù)。

1976年7月28日3時42分54秒，在河北省唐山、豐南一帶，發(fā)生了7.8級強烈地震，震中區(qū)烈度11度，地震波及天津市和北京市。這次地震集中在工礦企業(yè)集中、人口稠密的城市，造成242419人喪生(包括天津等受災(zāi)區(qū))，100多萬人受傷，15886戶家庭解體，3817人成為截癱患者，25061人肢體殘廢，遺留下孤寡老人3675位，孤兒4204人，數(shù)十萬居民轉(zhuǎn)眼變成失去家園的難民。被震毀的唐山機(jī)車車輛廠全景

被震毀的唐山機(jī)車車輛廠全景

大地震后彎曲的鐵路2012年5月12日汶川大地震§1.2地震孕育與地殼的垂直形變大量的震例研究表明：地震的孕育和地殼的垂直形變存在密切的關(guān)系，地震的孕育會表現(xiàn)出地殼的垂直形變，而地殼的垂直形變可能表明地震得孕育正在進(jìn)行。(1)唐山地區(qū)垂直形變速率圖（2）日本關(guān)于隆起與地震的相關(guān)研究

本節(jié)從日本1964年的新潟7.5級地震來分析震前地表隆起與地震的關(guān)系。日本新潟地區(qū)從1898年開始首次水準(zhǔn)測量，日本新潟7.5級地震震前及震后水準(zhǔn)測量的成果比較詳細(xì)，精密水準(zhǔn)的成果時間跨度也很長，前后有60多年，對地震與地面隆起的數(shù)據(jù)關(guān)系研究非常有意義。

（2）日本關(guān)于隆起與地震的相關(guān)研究

日本沿著這條布設(shè)在海岸線并經(jīng)新潟地區(qū)的水準(zhǔn)路線，前后經(jīng)過多次測量，原因是為了阻止地面的沉降（據(jù)說是由于含有天然氣的水分從平原地區(qū)大量排出所造成），從1954年以來一直是以極短的間隔進(jìn)行水準(zhǔn)測量。從圖3.17可以看出，大約從1900年以來，地面異常隆起一直在緩慢變化著，大約從1954年前后改變了速率，異常的隆起在1959年達(dá)到了最大值，這一狀態(tài)一直持續(xù)了幾年，以后在1964年地震便接踵而至。地震時各個水準(zhǔn)點出現(xiàn)了很大的沉降。[17]（2）日本關(guān)于隆起與地震的相關(guān)研究

圖3.17日本新潟地區(qū)垂直形變速率圖1.2小結(jié)

通過研究發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)發(fā)生強烈地震的區(qū)域，在震前都會有地面隆起的地形變發(fā)生，這種隆起的形變會在震前幾年、十幾年或幾十年前發(fā)生，并且這種地形變都有一個緩慢發(fā)生的過程，逐步累積，在臨震這種地形變會發(fā)生突變，隨之強烈地震就會發(fā)生。1.3地殼形變監(jiān)測的方法（1）地震發(fā)生的原因1.3地殼形變監(jiān)測的方法（2）地殼形變的測量監(jiān)測方法1.精密水準(zhǔn)測量2.GPS基線觀測——GPS基線時間序列3.GPS點位觀測——GPS點位時間序列1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)圖2.1中國歷史地震震中分布圖(公元前2300年——公元2000年)Fig.2.1Theearthquake'sepicenterdistributionofChinesehistory(2300BC-2000AD)1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)圖2.2我國地震帶分布圖Fig.2.2TheSeismicbeltdistributioninChina1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)服務(wù)中心（:8080/）。(1)基準(zhǔn)網(wǎng)(2)基本網(wǎng)(3)區(qū)域網(wǎng)1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

（1）基準(zhǔn)網(wǎng)圖2.3中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)點示意圖Fig.2.3ThebenchmarksofChinacrustalmovementobservationnetwork1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)編號點名概略位置經(jīng)度緯度BJSH十三陵116.2240.25JIXN薊縣117.5340.08DLHA德令哈97.3837.38HLAR海拉爾119.7449.27LUZH瀘州105.4128.87WUSH烏什79.2141.20BJFS北京房山115.8939.61LHAS拉薩91.1029.66URUM烏魯木齊87.6043.81WUHN武漢114.3630.53XNIN西寧101.7736.60CHAN長春125.4443.79SHAO上海121.2031.10DXIN鼎新100.2040.98TASH塔什庫爾干75.2337.77XIAA西安108.9934.181.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

（2）基本網(wǎng)圖2.4中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)基本點示意圖Fig.2.4ThebasicpointsofChinacrustalmovementobservationnetwork1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)編號點名概略位置編號點名概略位置經(jīng)度緯度經(jīng)度緯度JB01五臺113.3238.75JB29高臺99.8139.41JB02北戴河119.4739.83JB30格爾木94.8736.43JB03青島120.4336.05JB31冷湖93.4138.81JB04溧水119.0331.65JB32索爾庫里90.9838.59JB05長治113.1836.23JB33九寨溝103.8933.28JB06嵩山113.1034.52JB34馬爾康102.3131.71JB07興縣111.0338.49JB35乾寧101.5030.49JB08彬縣108.0935.06JB36馬邊103.5328.84JB09阿左旗105.6738.81JB37鹽源101.5127.42JB10雙鴨山131.1746.65JB38麗江100.1726.881.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

（3）區(qū)域網(wǎng)圖2.5中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)區(qū)域網(wǎng)點示意圖Fig.2.5AreanetworksofChinacrustalmovementobservationnetwork（2）基本點1.4地殼形變監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)圖2.6中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)各級網(wǎng)點示意圖Fig.2.6AlllevelsofChinacrustalmovementobservationnetwork1.5數(shù)據(jù)的解算(1)解算概述中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理中心采用了國際上先進(jìn)的GPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，即美國麻省理工學(xué)院等研制的GAMIT/GLOBK軟件,瑞士伯爾尼大學(xué)天文研究所研制的BERNESE軟件等。平臺為LINUX平臺，軟件為GAMIT。（2）數(shù)據(jù)解算的精度中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)自運行以來，顧國華(1997)，喬學(xué)軍(1998)、王琪(2003)等對基本網(wǎng)觀測精度的統(tǒng)計分析表明：基線定位水平分量精度為2-5mm，垂直分量為7-15mm，全國網(wǎng)基線長相對精度為l0-9,區(qū)域網(wǎng)基線長度相對精度為10-8，單天整體解點位重復(fù)精度NS方向平均在4mm以內(nèi)，EW向分量精度平均在8mm以內(nèi)，垂直分量一般不越過l5mm。（2）數(shù)據(jù)解算的精度劉光明等對中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)歷年觀測的數(shù)據(jù)重新進(jìn)行處理，基于“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)”工程1999--2009年的1081個GPS觀測站數(shù)據(jù)，聯(lián)合47個國際IGS核心站，獲得了這些點于2000.0歷元在ITRF2000框架中的坐標(biāo)及速度，并且計算得到了網(wǎng)絡(luò)各點坐標(biāo)分量中誤差的均值和各點速度分量中誤差的均值[15]，見表2.3。(2)數(shù)據(jù)解算的精度網(wǎng)絡(luò)點位X(mm)Y(mm)Z(mm)Vx(mm/a)Vy(mm/a)Vz(mm/a)基準(zhǔn)點0.360.610.460.060.050.07基本點3.163.343.590.770.540.72區(qū)域點3.554.624.800.930.741.01(3)數(shù)據(jù)解算的相關(guān)成果

A.點位坐標(biāo)時間序列

DLHA坐標(biāo)時間序列(3)數(shù)據(jù)解算的相關(guān)成果DLHA坐標(biāo)時間序列(3)數(shù)據(jù)解算的相關(guān)成果圖3.6DLHA坐標(biāo)時間序列(3)數(shù)據(jù)解算的相關(guān)成果B.GPS基準(zhǔn)站基線變化序列分析圖3.13DLHA-URUM和DLHA-TASH基線時間序列（德令哈—烏魯木齊）（德令哈—塔什庫爾干）(3)數(shù)據(jù)解算的相關(guān)成果

C.基準(zhǔn)站點坐標(biāo)日變化量siteN(m)E(m)U(m)time(year)DateLUZH-0.033460.1008080.0066042008.24720080401LUZH-0.034260.1022080.0016042008.2520080402LUZH-0.035560.1037080.0085042008.25320080403LUZH-0.035960.1031080.0033042008.25620080404LUZH-0.035660.1023080.0035042008.25820080405LUZH-0.035060.1017080.0005042008.26120080406LUZH-0.037060.1018080.0017042008.26420080407LUZH-0.034860.1014080.0078042008.26620080408LUZH-0.036460.1049080.0034042008.26920080409LUZH-0.035060.1017080.0046042008.27220080410LUZH-0.036060.1018080.0067042008.27520080411LUZH-0.035360.1052080.0096042008.27720080412LUZH-0.038860.1057080.0092042008.2820080413LUZH-0.036560.1053080.0045042008.28320080414LUZH-0.036960.1046083.8E-062008.28620080415LUZH-0.034560.103708-0.00022008.28820080416LUZH-0.035760.1062080.0046042008.29120080417LUZH-0.035560.1076080.0099042008.29420080418LUZH-0.035660.1022080.0097042008.29620080419LUZH-0.036160.1047080.0030042008.29920080420LUZH-0.034560.1064080.0026042008.30220080421LUZH-0.035860.1046080.0099042008.30520080422LUZH-0.034160.106808-0.00162008.30720080423LUZH-0.032560.1060080.0017042008.3120080424LUZH-0.034960.107108-0.00642008.31320080425LUZH-0.038260.110408-0.00042008.31620080426LUZH-0.034960.1068080.0057042008.31820080427LUZH-0.035660.1056080.0049042008.32120080428LUZH-0.035160.1049080.0053042008.32420080429LUZH-0.035860.1049080.0051042008.32720080430LUZH-0.036460.106508-0.00152008.32920080501LUZH-0.036460.1058080.0206042008.33220080502LUZH-0.035960.1047080.0134042008.33520080503LUZH-0.033160.1056080.0137042008.33720080504LUZH-0.032060.1077080.0007042008.3420080505LUZH-0.036660.1066080.0073042008.34320080506表3.1LUZH站NEU方向坐標(biāo)數(shù)據(jù)變化表（2008.4.1-2008.5.30）（續(xù)表）LUZH-0.037260.1064080.0025042008.34620080507LUZH-0.038260.1049080.0103042008.34820080508LUZH-0.036660.1058080.0072042008.35120080509LUZH-0.035960.1082080.0021042008.35420080510LUZH-0.036960.1039080.0110042008.35720080511LUZH-0.037760.1063080.0062042008.35920080512LUZH-0.033260.0969080.0016042008.36520080513LUZH-0.031760.0969080.0033042008.36820080514LUZH-0.031760.0975080.0017042008.3720080515LUZH-0.031060.0957080.0023042008.37320080516LUZH-0.034560.0974080.0046042008.37620080517LUZH-0.032660.0939080.0009042008.37820080518LUZH-0.032460.0960080.0036042008.