1.全球板块构造运动
(1)数据处理策略
根据上文提及的数据处理策略,在数据处理过程中同时解算卫星轨道、地球定向参数(Earth Orientation Parameter,EOP)、测站坐标、对流层天顶延迟及水平梯度参数。
①测站位置施加松弛约束(IGS核心站5cm,非核心站1dm);
②计算模糊度固定解(Petrie,et al.,2010);
③卫星截止高度角设置为10°,并根据验后相位残差对观测值重新定权(Tregoning,et al.,2009);
④计算固体潮、海潮、极潮、大气潮汐改正。其中海潮负载模型采用FES2004(Lyard,et al.,2006),考虑除11个主分量外的次分量潮汐影响(Agnew,,2008,Petit,et al.,2010)。大气潮汐负载模型采用RP03模型(Ray,et al.,2003);
⑤对流层投影函数采用维也纳投影函数VMF1(Böhm,et al.,2006;Boehm,et al.,2004);
⑥计算先验对流层干分量延迟所需的气压及温度数据由测站RINEX格式的气象文件提供(Tralli,et al.,1990;Tregoning,et al.,2006),无气象文件的测站则采用VMF1数值天气模型提供的数据;
⑦使用绝对天线相位中心改正(Schmid,et al.,2007)模型igs08_1636.atx;
⑧考虑二、三阶电离层延迟影响,其中高阶电离层延迟采用IGRF11地磁场模型计算(Petrie,et al.,2010);
⑨不计算非潮汐负载改正(Petit,et al.,2010)。
最后对获得的周日解剔除粗差后实施基准转换,获取ITRF框架下的测站坐标时间序列及速度场。基准转换仅估计平移量及旋转量六个参数,以减小未模型化非潮汐大气压负载造成的基准扭曲。对于非潮汐大气压负载造成的地表位移,建议遵守IERS2010协议,在观测值层面不考虑其改正(Petit,et al.,2010)。我们对全球109个IGS基准站1998.06.10—2010.12.31期间的数据进行了重新处理,得到了ITRF2008框架下的基准站速度及不确定度(李昭,2012)。
(2)结果分析
图9-3的结果表明,全球IGS基准站的水平速度场表现为很强的区域性特征。欧亚板块呈现显著的顺时针运动趋势。其中,欧洲及亚洲西南部地区测站表现为整齐的东北向运动,而亚洲东部测站呈现速率较大的东南向运动。非洲、大洋洲测站同样表现为东北向运动趋势。美洲大陆呈现逆时针运动趋势。其中北美洲西部及西南地区测站主要表现为西南方向运动,北部及东南部地区测站则主要呈现西北向运动。南美洲仅包括两个测站,无法判断该区域的准确运动趋势。南极洲测站的运动最为缓慢,且无显著规律。
图9-4的结果表明,全球多数(73%)IGS基准站的垂直运动表现为上升趋势,主要聚集在陆地区域。沿海及海洋区域测站主要表现为下沉运动。垂直速度的大小与纬度相关,纬度越高,测站垂直速度越大。两极地区测站的垂直速度最大超过6mm/a,全球其他区域的测站垂直运动速度全部小于5mm/a。
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图9-3 全球IGS基准站水平速度场(95%置信水平)
图9-4 全球IGS基准站垂直速度场(95%置信水平)
此外,还可根据测站坐标和速度场求解各板块的欧拉参数。
2.横跨活跃地质带的板块间运动(以冰岛为例)
冰岛面积为10.3万平方公里,为欧洲第二大岛。冰岛位于北大西洋中部,北边紧贴北极圈,冰岛1/8被冰川覆盖,冰川面积占1.3万平方公里,海岸线长约4970公里。整个冰岛是个碗状高地,四周为海岸山脉,中间为一高原。大部分高度为400~800米,个别山峰可达1300~1700米,冰岛最高峰是华纳达尔斯赫努克山(2119米)。冰岛位于大洋中脊上,西部位于北美板块,东部位于欧亚板块,是地球上少数几个能够从陆地上观察板块边界运动和板块扩张的地方之一。因此,以冰岛为例,讨论横跨活跃地质带的板块间运动。
使用GAMIT-GLOBK软件处理了冰岛西南部1992—2004年间会战式和连续GPS数据,确定了在一个自洽参考框架(ITRF2000)下的测站位置及其速度。数据分析主要有两个步骤:第一步,采用GAMIT软件估计单日的测站位置和卫星轨道参数。主要处理三个子网的数据:(1)会战式测站;(2)冰岛的连续运行GPS测站,包括2个IGS测站REYK和HOFN;(3)距离冰岛500km范围内的连续运行测站,包括ALGO、MADR、ONSA、TROM和WES2。第二步,将第一步中单日解与3个IGS子网(IGS1、IGS2和IGS3)结合,采用GLOBK软件,定义一个冰岛区域参考框架,并且确定了相对于该框架的测站位置和速度。图9-5为ITRF2000框架下测站坐标各分量随时间变化图。顾及地震的同震位移影响,获取了地震前、后测区的水平(见图9-6、图9-7)和垂直速度场(见图9-8)。从这些图可以看出,冰岛南部2000年地震前后的地壳运动情况,也可以看出冰岛处于欧亚和北美板块的交界处。
图9-5 ITRF2000框架下测站坐标各分量随时间变化
(虚线对应2000年6月地震发生时刻。每个黑点表示测站的单日解位置。从左至右分别是连续运行站REYK,会战式测站VEID、LAMY滤波之后的时间序列。)
图9-6 ITRF2000下水平速度场(置信水平95%)
图9-7 相对于北美板块的水平速度场(置信水平95%)
图9-8 ITRF2000框架下的垂向速度(95%置信水平)
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