地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)

1、地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)¾地球科學(xué)新信源、動力學(xué)內(nèi)涵與復(fù)雜性周碩愚* 作者簡介：周碩愚，男，1937年生，研究員、博導(dǎo)，長期從事大地測量與地球動力學(xué)、地殼形變與地震預(yù)報研究。E-Mail: cwhezsyw2007中國地震局地震研究所（地震大地測量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），武漢，430071【摘 要】本文基于對地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)特性的分析，對某些觀測手段與大震震例動力學(xué)內(nèi)涵的初步解讀，闡明地震大地測量學(xué)是現(xiàn)今地殼運(yùn)動，大陸動力學(xué)，地震動力學(xué)，地震科學(xué)和地震預(yù)測等當(dāng)代地球科學(xué)前緣研究不可缺失的新信源。然而，前人未能獲得的科學(xué)新信息往往內(nèi)蘊(yùn)于相互作用導(dǎo)致的復(fù)雜性之中。在大力發(fā)展新技術(shù)的同時，還必須

2、以地球系統(tǒng)科學(xué)-地球動力系統(tǒng)的新科學(xué)理念，促成多門學(xué)科和不同方法論的結(jié)合互補(bǔ)，方能深入挖掘此寶貴金礦、理解內(nèi)蘊(yùn)信息，進(jìn)而建立更符合大自然實(shí)況的科學(xué)模型，扎實(shí)地促進(jìn)地震預(yù)測。1 地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)的新穎性和豐富復(fù)雜的動力學(xué)內(nèi)涵1.1 地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)的新穎性地球科學(xué)本質(zhì)上是觀測學(xué)科。但它所屬的各種學(xué)科，由于其側(cè)重目標(biāo)和觀測方式的不同，必然導(dǎo)致所獲觀測數(shù)據(jù)具有不同的特性。例如，地震大地測量學(xué)具有獨(dú)特的觀測頻率域（102年10-2秒）。又如，同源于大地測量學(xué)的以測繪為目的的大地測量學(xué)和以地震為目的的地震大地測量學(xué)其觀測數(shù)據(jù)除具相同特性外，還具有某些鮮明的不同特性。前者準(zhǔn)動態(tài)、采樣間隔稀疏（

3、數(shù)年以上）、10-6的相對觀測精度一般即可滿足其基本要求；而后者則要求高密集采樣（月、日、時、分、秒及秒以下），長期連續(xù)監(jiān)測（數(shù)年至數(shù)十年），相對精度應(yīng)達(dá)到10-710-11，在某些地域要求空間采樣也需具高密度，且要求監(jiān)測系統(tǒng)不僅能觀測地表變化，還能在一定程度上探測地下和高空的相關(guān)變化。地震大地測量學(xué)以現(xiàn)代大地測量學(xué)理論和高新技術(shù)為基礎(chǔ)，以觀測現(xiàn)今構(gòu)造活動微動態(tài)、地震動力環(huán)境變化和地震孕育發(fā)生的動力學(xué)過程為目標(biāo)，在近數(shù)十年中發(fā)展起來的新興交叉學(xué)科，其觀測數(shù)據(jù)具有新穎性和不可取代性（周碩愚等，1994、1999，2002，2008；吳云等，2008；賴錫安等，2004；姚運(yùn)生等，2008）。主要

4、體現(xiàn)在：（1）連續(xù)揭示地殼運(yùn)動的現(xiàn)今時間過程（10-2秒102年）及其寬闊頻率域在一定程度上填補(bǔ)了地震學(xué)與地質(zhì)學(xué)及地貌學(xué)之間的空白域，且其高頻部分正在逐步與地震學(xué)銜接。揭示出此“處女地”（地球科學(xué)觀測空白域）中過去未能認(rèn)知或無法定量的多種自然現(xiàn)象。從而開拓了現(xiàn)今地殼運(yùn)動觀測與動力學(xué)研究新領(lǐng)域。促進(jìn)地震學(xué)、大地測量學(xué)與地質(zhì)學(xué)的結(jié)合。長時間尺度（如萬年、百萬年、數(shù)千年）的地學(xué)研究需要現(xiàn)今尺度的觀測來驗(yàn)證；與人生壽命相當(dāng)?shù)默F(xiàn)今尺度連續(xù)觀測是應(yīng)對當(dāng)代人類生存發(fā)展難題（減災(zāi)、環(huán)保、公共安全）之必須。（2）從全球到定點(diǎn)、從地殼表面至深部與高空，多種尺度與層次的主動觀測（探測）觀測具有主動性，可設(shè)計與可實(shí)現(xiàn)

5、性。從全球板塊至板內(nèi)亞板塊、各等級的活動地塊、各等級的邊界帶和斷裂帶、地塊內(nèi)部和斷裂帶細(xì)部，直至某一定點(diǎn)，均可實(shí)施連續(xù)動態(tài)監(jiān)測。立腳地殼表面還可對地下（中下地殼、上地幔、殼-幔邊界、幔-核邊界）和高空（對流層、電離層）的介質(zhì)物性實(shí)施一定程度的連續(xù)動態(tài)探測；增添了固體地球物理學(xué)與高空地球物理學(xué)探測手段。（3）在嚴(yán)謹(jǐn)參考系中精確測定各子系統(tǒng)、各基元的相互關(guān)系和空-時（頻）整體演化精確性與可評價性原是大地測量學(xué)科傳統(tǒng)優(yōu)勢。更由于GNSS、衛(wèi)星重力、絕對重力等新技術(shù)和ITRF（國際地球參考框架）、大地水準(zhǔn)面以及多種不同用途的相對參考框架，如中國大陸整體無旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)（楊國華，江在森等，2005；江在森，劉

6、經(jīng)南，2010）、以某地塊或某區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)等）的研發(fā)。從而可實(shí)現(xiàn)以不同尺度和不同分辨率，精確地研究各子系統(tǒng)、各基元間的相互關(guān)系和在空-時（頻）域內(nèi)的整體演化。在地球科學(xué)邁入地球系統(tǒng)科學(xué)新時期的21世紀(jì)，此特性對綜合多地域和多學(xué)科交叉的新研究域，如地震科學(xué)、大陸動力學(xué)、“復(fù)雜系統(tǒng)、災(zāi)變形成及其預(yù)測控制”等的研究具有不可忽視的意義與價值。1.2 有別于測繪的地震大地測量觀測數(shù)據(jù)內(nèi)涵與誤差理念為不同目的采用不同觀測方式所獲得的觀測數(shù)據(jù)，必然具有不同的內(nèi)涵和不同的誤差理念。以測繪為目標(biāo)的大地測量學(xué)的主要任務(wù)是建立控制網(wǎng)，而計量的主要任務(wù)是檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。因而他們主要關(guān)心的是目標(biāo)值（如長度、

7、直徑等）的精度。對目標(biāo)值的測量（或計量）是在一個短暫的時間（如小時或幾天）內(nèi)完成的。目標(biāo)值的真值被認(rèn)為是靜態(tài)的不變的某一恒定值，或一個設(shè)計值。認(rèn)為誤差來源于測量儀器、觀測員和外界條件。對觀測值的理解是：觀測值=目標(biāo)值+系統(tǒng)誤差+偶然誤差+粗差 （1）這種理解是符合測繪和計量工作的實(shí)際和需求的。以地殼運(yùn)動和地震為目標(biāo)的大地測量學(xué)地震大地測量學(xué)的主要任務(wù)是通過動態(tài)連續(xù)觀測，揭示現(xiàn)今構(gòu)造活動微動態(tài)、地球內(nèi)外動力環(huán)境變化和地震孕育發(fā)生的動力學(xué)過程。因此對地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)內(nèi)涵和觀測數(shù)據(jù)誤差的理解，與測繪和計量有所不同：（1）觀測值是具有多種動力學(xué)內(nèi)涵，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的時變函數(shù)觀測值不是一個數(shù)值，而是一個

8、過程（一般在數(shù)年以上），是一個未知的有待理解的具有多種動力學(xué)（物理學(xué)）含意的時變函數(shù)f（t）。f（t）是對外界多種動力源發(fā)出的多種激勵信號的綜合響應(yīng)，它具有較寬的頻域（其采樣間隔約為10-2秒 至數(shù)年）和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（如準(zhǔn)線性、非線性、周期性、波動性、暫態(tài)事件、自相關(guān)、互相關(guān)等）；（2）將“系統(tǒng)誤差”理解為觀測系統(tǒng)對動力因子激勵的響應(yīng)更為適宜外界條件不僅是誤差來源，更確切的說是動力來源（激勵信號源）；企圖通過持續(xù)觀測揭示外界條件隨時間的變化正是地震大地測量學(xué)的目的。因此地學(xué)環(huán)境條件變化導(dǎo)致觀測值的變化不宜作為系統(tǒng)誤差理解，實(shí)際上它們反映了大氣圈、水圈、宇宙天體和生物圈（含人類活動）的諸種動力學(xué)因

9、子對巖石圈（或地殼）的作用以及巖石圈（或地殼）對這些作用的響應(yīng)。例如年周變（季節(jié)變）、日周變、固體潮汐、水庫水荷載變化引起的形變等，顯然將它們理解為某種動力學(xué)過程和對動力學(xué)過程的響應(yīng)，要比理解為誤差更為合理。這種貌似“系統(tǒng)誤差”的變化，既有可惡的應(yīng)該加以消除的一面，但反過來又有能提供新信息的寶貴的一面。例如可以利用GNSS觀測值中諸種相對于定位目的而言的“系統(tǒng)誤差”來探測電離層和對流層中介質(zhì)參量的變化、分析與地震有關(guān)的波動信號，；發(fā)展出“GNSS電離層學(xué)”、“ GNSS氣象學(xué)”、 “GNSS地震學(xué)”和“GNSS固體潮”等，開拓新的動力學(xué)信息源。又如可以利用地應(yīng)變、地傾斜和相對重力臺站觀測值中諸

10、種相對于地應(yīng)變、地傾斜和重力變化目的而言的“系統(tǒng)誤差”，來探測地下介質(zhì)物性隨時間的變化（應(yīng)變、傾斜和重力潮汐因子；勒夫數(shù)）、獲得有用的地表年周變（季節(jié)變）定量過程等。當(dāng)然觀測值中也包含著由觀測系統(tǒng)本身可能產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，如GNSS觀測中的框架晃動，共模誤差；形變臺站觀測中的儀器零漂、格值不準(zhǔn)等。（3）粗差有可能是信息（小概率的地球動力學(xué)暫態(tài)事件） 按大地測量學(xué)的傳統(tǒng)觀念粗差是應(yīng)堅(jiān)決舍去的。但對地震大地測量學(xué)而言，粗差也有可能是信息。例如，同震形變可以引起記錄曲線的階躍，儀器系統(tǒng)對地震波的響應(yīng)可以引起大幅度的波動（同震振蕩），而某些非線性加速、突跳和群發(fā)性突跳也不能完全排除是短臨前兆（如預(yù)滑動、

11、與地震成核相應(yīng)的臨界變形過程）的可能，它們均有可能出現(xiàn)大于3的變化。必須區(qū)分粗差和顯著的動力學(xué)暫態(tài)事件，不能簡單化地一概刪除。（4）目標(biāo)值是映射與地球內(nèi)部動力和物性有關(guān)的多種參量時序的集合目標(biāo)值不是不變的確定量，而是一個時間序列。不是一個參量時序，而是多個參量時序的集合?；谘芯亢捅O(jiān)測預(yù)測的實(shí)際需要，可從集合中選擇某一參量時序作為目標(biāo)時序。如GNSS的目標(biāo)時序，可以是某點(diǎn)在ITRF地球框架中的坐標(biāo)（取決于人造衛(wèi)星至測站的距離），也可以是外空電離層電子濃度的變化、地球內(nèi)部的固體潮汐、對同震位錯響應(yīng)、地震激發(fā)的波動、等。地殼應(yīng)變、地傾斜和重力的目標(biāo)時序可以是地球固體潮汐半日波（M2、S2、N2）、

12、周日波（O1、K1）和地下介質(zhì)勒夫數(shù)（h、k、l），也可以是趨勢性變化，地表年周變（季節(jié)變），大（強(qiáng)）震前的臨界暫態(tài)波動等。斷層形變的目標(biāo)時序可以是趨勢性形變、也可以是各種蠕變事件和蠕變波動、臨界預(yù)滑動、同震位錯、震后余滑等。一般通過模型改正或?yàn)V波等途徑，刪去、削弱其它參量時序成份，保留、突出選定的參量時序成份。（5）偶然誤差是觀測偶然誤差和模型偶然誤差的組合偶然誤差不僅來至測量誤差，還包括各種改正模型導(dǎo)致的誤差。（6）對地震大地測量學(xué)觀測時序內(nèi)涵的理解：觀測時序 = 地球內(nèi)動力響應(yīng)+地球外動力響應(yīng)+觀測系統(tǒng)誤差+粗差（或動力學(xué)事件）+偶然誤差 （2） 可見地震大地測量學(xué)與經(jīng)典大地測量學(xué)在數(shù)據(jù)

13、處理上，除了共同關(guān)注目標(biāo)值精度（均方差或標(biāo)準(zhǔn)差）外；前者還有新的獨(dú)特要求，即“理解”（理解觀測值的物理構(gòu)成，各成份的相互關(guān)系及其動力學(xué)意義）和“預(yù)測”（建立現(xiàn)今地殼運(yùn)動模型，預(yù)測未來變化，并在預(yù)估正常變化的基礎(chǔ)上識別異常變化；持續(xù)推進(jìn)地震預(yù)測和防災(zāi)減災(zāi)的科技進(jìn)步）。它們都是地震大地測量學(xué)必須直面的問題。小結(jié)：設(shè)置在地球內(nèi)外圈層界面地殼淺表層中的地震大地測量學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)，由于有著不同于傳統(tǒng)大地測量學(xué)的一系列特色：更高的精度、高密集采樣、甚寬頻帶、長期動態(tài)持續(xù)監(jiān)測、地殼與地球內(nèi)外多圈層動力學(xué)耦合等，因而其觀測數(shù)據(jù)內(nèi)涵與結(jié)構(gòu)均十分復(fù)雜。地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)新穎性的價值主要體現(xiàn)在其動力學(xué)內(nèi)涵。而內(nèi)涵的

14、地球動力學(xué)（大陸動力學(xué)、地震科學(xué)等）和地球系統(tǒng)科學(xué)（地球動力系統(tǒng)）新信息與觀測數(shù)據(jù)的復(fù)雜性又緊密相連，往往互為因果，相反相成。1.3 觀測站（監(jiān)測系統(tǒng)基本單元） 一個多輸入單輸出的復(fù)雜信息系統(tǒng) 地震大地測量學(xué)的監(jiān)測系統(tǒng)盡管門類門繁多，較為復(fù)雜。然而位于地球系統(tǒng)內(nèi)、外圈層交界面地殼表層并按某種時間間隔采樣的觀測站（包括定點(diǎn)臺站和流動復(fù)測點(diǎn)）是監(jiān)測系統(tǒng)的基本單元。它可以是空間大地測量的GNSS站，或動力大地測量和幾何大地測量的形變站，也可以是物理大地測量的重力站、等。觀測站所獲取的時間序列f（t），是組合生成多種空、時、頻域動態(tài)圖像和建立各種模型的基本信息單元。通過對觀測站時間序列f（t）的審視，

15、就可基本了解觀測數(shù)據(jù)復(fù)雜性與動力學(xué)內(nèi)涵的關(guān)系。（1）地殼表層上的觀測站及其環(huán)境一個感知地學(xué)信息的多層結(jié)構(gòu) 圖 1 觀測站及其環(huán)境 一個感知地學(xué)信息基本單元的多層結(jié)構(gòu)地震大地測量學(xué)的基本任務(wù)是通過動態(tài)連續(xù)觀測，揭示現(xiàn)今構(gòu)造活動微動態(tài)、地球內(nèi)外動力環(huán)境變化和地震孕育發(fā)生的動力學(xué)過程。地震大地測量學(xué)監(jiān)測系統(tǒng)就是感知（揭示）上述動力學(xué)過程時-空-頻域現(xiàn)今演化的信息系統(tǒng)。觀測站與周圍環(huán)境則是信息系統(tǒng)的基本單元（基元信息系統(tǒng)）。它具有多層次的結(jié)構(gòu)，如圖 1所示。其核心是觀測系統(tǒng)，包括：觀測儀器（傳感器靈敏度、頻帶寬度、長期穩(wěn)定性等）、觀測條件（基巖性質(zhì)、洞室、鉆孔、基墩、標(biāo)石等）和技術(shù)管理等構(gòu)成。觀測站的

16、地理環(huán)境，包括：地質(zhì)、地貌、氣象、水文、植被、人類活動等。觀測站的感知（動態(tài)監(jiān)測）目標(biāo)是，以觀測站為中心的一定范圍的構(gòu)造環(huán)境和一定深度的地體環(huán)境；它們的微動態(tài)變化過程，正是我們期望獲取的信息。但其量級往往很小，很容易被干擾，甚至被淹沒。觀測站獲取信息的能力，取決上述多種元素集和關(guān)系集的綜合作用。觀測儀器先進(jìn)，技術(shù)管理水平高固然是前提；但若觀測條件不佳、鄰近地理環(huán)境不佳或遭到人類活動破壞，導(dǎo)致強(qiáng)干擾，則會極大地降低信噪比，使感知范圍縮小，感知能力降低。由于“大陸巖石圈是一個不均一、不連續(xù)、具有多層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜流變學(xué)特征的綜合體”（許志琴，2006），觀測站可感知的構(gòu)造空間范圍與地下深度很難簡單地確

17、定，往往有待在實(shí)踐中逐步認(rèn)知，且它們也可能隨時間有所變化（如地球動力學(xué)大事件、地震大形勢、地震孕發(fā)過程等）。多種觀測系統(tǒng)（站、網(wǎng)）整體互補(bǔ)是提升感知能力與信噪比的有效途徑。（2）觀測站 一個多輸入單輸出的復(fù)雜信息系統(tǒng)圖 2是位于地殼表層上的地震大地測量觀測站，一個多輸入單輸出的復(fù)雜信息系統(tǒng)示意。觀測站系統(tǒng)Sob可表示為： Sob = A，R （3）A表示觀測站系統(tǒng)Sob所包含的元素集合，即觀測儀器（傳感器靈敏度、頻帶寬度、長期穩(wěn)定性等）、觀測條件（基巖性質(zhì)、洞室、鉆孔、基墩、標(biāo)石等）和技術(shù)管理的集合。R表示元素之間相互關(guān)系的集合。觀測系統(tǒng)Sob是由它的元素集和關(guān)系集共同決定的。由于觀測站系統(tǒng)位

18、于地球系統(tǒng)的內(nèi)、外圈層界面地殼表層上，它自然要受到多種內(nèi)、外動力因子的綜合作用，表現(xiàn)為多種動力因子U1（t）、U2（t）、U3（t）、U4（t）、U5（t）、U6（t）等對觀測站系統(tǒng)Sob的輸入（激勵）：U1（t）表示巖石圈現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動與變形的動力作用（板塊，板內(nèi)塊體，邊界帶，斷裂帶、應(yīng)變-應(yīng)力場等）；U2（t）表示地球深部流變、熱傳導(dǎo)與物質(zhì)運(yùn)移的動力作用（軟流圈、地幔對流等）；U3（t）表示地球外部圈層（大氣圈氣溫、氣壓、降水、臺風(fēng)、電離層活動等；水圈地下水、河川徑流、冰雪等）的動力作用；U4（t）表示宇宙天體（太陽、月亮等）的作用；U5（t）表示人類活動（水庫蓄水、工程建設(shè)、爆炸等）的作用

19、；U6（t）表示地球整體運(yùn)動（自轉(zhuǎn)速度、極移等）的作用。Y（t）是觀測站系統(tǒng)對多種動力因子激勵的綜合響應(yīng)，以一個單一的復(fù)雜的時間序列輸出。臺站系統(tǒng)X（t）：儀器與技術(shù)管理觀測條件環(huán)境介質(zhì)輸入（激勵）U1（t）巖石圈現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動與變形的動力作用U2（t）地球內(nèi)部流變、熱傳導(dǎo)與物質(zhì)運(yùn)移U3（t）表示地球外部圈層（大氣圈，水圈）動力作用U5（t）表示人類活動 U6（t）表示地球整體運(yùn)動（自轉(zhuǎn)速度、極移等）U4（t）表示宇宙天體（太陽、月亮、星體、類星體）輸出（激勵）y（t）：觀測值時序圖 2 地殼表層上的觀測站一個多輸入單輸出的復(fù)雜信息系統(tǒng)小結(jié)：位于地殼表層上的地震大地測量某手段觀測站是一個多輸入（

20、激勵）和單輸出（響應(yīng)）的信息系統(tǒng)。觀測值時序列Y（t）（或f（t）具有高度的復(fù)雜性，同時又內(nèi)涵多種寶貴的動力學(xué)新信息，兩者互為依存。這些映射大陸巖石圈現(xiàn)今地殼運(yùn)動與變形地震孕發(fā)動力學(xué)過程的新信息，既是地球動力學(xué)、大陸動力學(xué)和地震科學(xué)不斷創(chuàng)新發(fā)展的智慧源泉；但又只有下許多功夫，才能從復(fù)雜性數(shù)據(jù)中挖掘、識別、理解與應(yīng)用。1.4 觀測站時間序列的分解、模擬合成與理解如前所述，地震大地測量觀測值時序內(nèi)含著多種復(fù)雜的動力學(xué)因子。理解觀測值時序究竟包含了哪些因子，它們的物理學(xué)和動力學(xué)意義及其相互關(guān)系，是正確應(yīng)用其有意義信息的前提。即如何從長時程的、多種采樣間隔的、寬頻帶的、混雜了地球內(nèi)部和外部多種動力學(xué)因

21、子的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的實(shí)際觀測值時序中，提取隱含在其中的、我們事先不知道卻又是有用的物理學(xué)和動力學(xué)信息。否則，雖然有海量般的數(shù)據(jù)累積，但我們依然是“坐在信息金礦上的窮人”。多種經(jīng)典的或當(dāng)代的有關(guān)時序研究的思路和數(shù)學(xué)方法均可供我們借鑒（楊叔子等，1991，1992；郭秉榮等，1996；劉秉正等，2004；Jiawei Han等，2006；金聰?shù)龋?007；孫義燧等，2009）。包括：時間序列分析（如ARMA、）、時頻分析（如小波分析、）、盲信號分離技術(shù)（如獨(dú)立分量分析，ICA）、地動信號源定位（如震源掃描算法，SSA）、非線性時序分析（如重構(gòu)相空間、分維、Lyapunov指數(shù)、混沌時序分

22、析）和數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)理論方法等。 地震大地測量學(xué)多年的實(shí)踐表明，由于觀測手段的差異，各觀測站地理、構(gòu)造和深部環(huán)境的差異，不同研究和預(yù)測目的之差異等，很難機(jī)械地套用某種現(xiàn)成方法，需要針對實(shí)況（研究目的、復(fù)雜的地體與動力學(xué)環(huán)境）靈活地構(gòu)建。方法本身無優(yōu)劣之分，符合該觀測值時序?qū)崨r，能滿足研究目的的方法，就是好方法。在此提出概念性建議：（1）地震大地測量時間序列的頻率分解頻率較幅度、斜率等而言，似能更好地映射時序因子內(nèi)涵的物理學(xué)或動力學(xué)性質(zhì)，且已有不少可資應(yīng)用的數(shù)學(xué)方法，故首選時間序列的頻率分解。目前地震大地測量學(xué)時序的采樣間隔大約是1年10-2秒。按采樣定律： FC = 1/2T （3）T為采樣

23、間隔，F(xiàn)C為截止頻率。當(dāng)T為1年時，F(xiàn)C =1/2*365*24*60*60s1.6075*e-8 Hz，即該時序頻率域范圍為1.6075*e-8 Hz，可視為近似零頻，適宜現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動微動態(tài)研究。當(dāng)T為0.01秒時，F(xiàn)C =1/2*0.01 =50HZ，該時序頻率域范圍為50 Hz，已初步與地震學(xué)頻率域相交叉。地震大地測量學(xué)時間序列的頻率分解有兩種途徑： 在1年10-2秒范圍內(nèi)，視實(shí)際需要，采用不同的采樣間隔（年、月、時、分、秒及其下），生成各種不同頻率域的子時序； 使用各種時頻方法和帶通、低通、高通濾波方法直接分解觀測值時序。周期T1年的成份，已基本濾去氣壓、氣溫、降水、臺風(fēng)、等氣象因子；

24、地震及其前后短周期波動；蠕動、脈動、突跳等?；灸艽憩F(xiàn)今地殼運(yùn)動的趨勢性變化。目前已被確認(rèn)的周期波動有：365天的年周變（季節(jié)變），24小時的日周變，它們反映了地球公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)過程中大氣圈，水圈多種動力因子的綜合作用。周期為23-25小時的多種地球固體潮汐，反映了月、日天體引力對地球介質(zhì)的激勵以及對這種激勵的響應(yīng)。還存在許多我們至今尚未認(rèn)知的自然變化過程、周期與事件。而地球系統(tǒng)內(nèi)外圈層動力學(xué)環(huán)境變化，現(xiàn)今地殼運(yùn)動與地下物質(zhì)遷移（流變）和地震的孕發(fā)過程則是我們期望從多因子交錯混雜的迷霧中發(fā)現(xiàn)和提取的信息。（2）地震大地測量常態(tài)變化與異態(tài)變化的概念“常態(tài)變化”指的是在沒有罕見的“動力學(xué)暫態(tài)事件”（

25、如與破壞性地震和火山爆發(fā)有關(guān)的形變、地球動力學(xué)大事件、人類活動強(qiáng)干擾、等）影響的條件下，所產(chǎn)生的“正常變化”。也可以理解為是在地球“動力學(xué)定常狀態(tài)”因素制約下發(fā)生的變化。它具有大概率，能反復(fù)發(fā)生，可定量劃刻其過程并能在一定誤差范圍內(nèi)（以一定的分辨力）模擬并預(yù)測其未來變化。另一種更粗略的理解是排除了“動力學(xué)暫態(tài)事件”后的長時段平均（如多年時序平均等）?！爱悜B(tài)變化”指的由罕見的“動力學(xué)暫態(tài)事件”（如破壞性地震、火山爆發(fā)、人類活動強(qiáng)干擾、等）所導(dǎo)致的“異常變化”。也可以理解為在地球“動力學(xué)暫態(tài)”因素激勵出的變化，它是小概率事件（短暫過程）?！俺B(tài)變化”和 “異態(tài)變化”具有相對關(guān)系，都是一種包含復(fù)雜因

26、子的時序過程。由于我們對前者認(rèn)知較多，能以一定的分辨力建立定量模型，并演釋（預(yù)測）未來變化；但對后者則認(rèn)知甚微。因此建立“常態(tài)變化模型”，從觀測時序中加以扣除，以實(shí)現(xiàn)常態(tài)變化與異態(tài)變化的分離，就成為我們目前的合理選擇。（3）建立常態(tài)變化模型以識別異態(tài)變化的探索 f（t）= N（t）+ A（t）+V（t） （4）f（t）表示觀測值時序，N（t）是觀測值時序中內(nèi)涵的常態(tài)變化，A（t）是觀測值時序中內(nèi)涵的異態(tài)變化，V（t）是隨機(jī)變化。 N（t）= M1（t）+ S1（t）+ m +s （5）常態(tài)變化N（t）中一般包括現(xiàn)今地殼運(yùn)動的趨勢性變化M1（t）；多種周期性變化如年（季節(jié)）變、日變，固體潮汐等；

27、還應(yīng)根據(jù)不同觀測手段實(shí)況考慮耦合關(guān)系¾互相關(guān)m如對流層、電離層、地形效應(yīng)、氣象因子等以及時序本身的自相關(guān)s 。在時序長度足夠的前提下（5）式是可以用一定的數(shù)學(xué)形式定量表達(dá)并實(shí)際建立的。 f（t）- N（t）= A（t）+V（t） （6） 從觀測時序f（t）中扣除常態(tài)變化模型時序N（t），即可獲得在一定誤差背景內(nèi)的異常變化時序A（t）： A（t）= M2（t）+ S2（t）+ C（t） （7）經(jīng)驗(yàn)表明異常變化時序A（t）通常包括非線性特征強(qiáng)烈的趨勢性變化M2（t）（如明顯偏離繼承性構(gòu)造運(yùn)動和強(qiáng)震前夕預(yù)滑動等非線性變化）；S2（t）可能包括多種頻道內(nèi)我們至今尚未認(rèn)知的周期或準(zhǔn)周期波動，特

28、別是強(qiáng)震前和后的一些機(jī)理不明白的波動、地震激起的波動以及非地震動力（如臺風(fēng)等）激起的擾動；C（t）可能包括同震位錯、強(qiáng)震前和后的某些非周期暫態(tài)事件、機(jī)理不明的突跳、脈動等。地殼時刻不停地在運(yùn)動變化著。N（t）映射由動態(tài)觀測信息系統(tǒng)所獲得的大概率過程（正常變化）；A（t）則映射地殼運(yùn)動的小概率過程或事件（異常變化）。設(shè)某事件（或過程）為Ai，它一旦出現(xiàn)其攜帶的信息量為I（Xi）：I（Xi）= Log （8）信息量是事件（或過程）出現(xiàn)概率倒數(shù)的對數(shù)。即事件的概率越小，若一旦出現(xiàn)（被認(rèn)知），其信息量就越大。雖不能就此確定為地震前兆，但此異態(tài)也很有可能與地震孕發(fā)有關(guān)?！敖⒊B(tài)變化模型以識別異態(tài)變化”

29、的思路和方法，在不少場合已取得較好結(jié)果。但由于地震大地測量學(xué)時間序列的高度復(fù)雜性，尤其是對現(xiàn)今地殼運(yùn)動和地震孕發(fā)機(jī)理認(rèn)知甚少甚淺，因此仍是一種探索。1.5 地震大地測量學(xué)觀測數(shù)據(jù)可能提供的基礎(chǔ)信息（1）地球圈層與時、空、頻域1)地球圈層：立足于地殼界面，精確測定現(xiàn)今地殼運(yùn)動變形過程和重力場變化；探測并反演地球內(nèi)部和外部各圈層介質(zhì)物性變化與物質(zhì)運(yùn)移；2)空間域：由定點(diǎn)至全球；3)時間域：由10-2秒至數(shù)十年；4)頻率域：由50 Hz至近似零頻。（2）時間過程及其參量1) 地殼水平運(yùn)動與垂直運(yùn)動。包括：位移、速度、加速度、應(yīng)變率，應(yīng)變率變化；長趨勢變化、線性變化、非線性變化、周期性變化、暫態(tài)變化等

30、；2) 現(xiàn)今構(gòu)造活動（微動態(tài)）。包括：構(gòu)造板塊與邊界帶運(yùn)動、大陸板內(nèi)塊體與邊界帶運(yùn)動、斷層系（網(wǎng)絡(luò)、帶、分段）運(yùn)動、塊體內(nèi)部變形（應(yīng)變、傾斜）等；3) 與地震、火山等災(zāi)害孕發(fā)及其后過程有關(guān)的運(yùn)動。包括：非線性變化、預(yù)滑動、蠕變、靜地震、慢地震、各種波動、顫動、突跳、位錯、震后余滑、庫倫應(yīng)力場等；4) 對地震波的響應(yīng)。以微位移變化的途徑記錄地震波，包括：地震破裂過程激發(fā)出的波動、同震位錯等；5) 絕對與相對重力及時變；6) 地球內(nèi)部介質(zhì)物性（密度、各種固體潮汐因子、勒夫數(shù)）變化與物質(zhì)運(yùn)移；7) 電離層介質(zhì)物性（電子密度、TEC等）對流層介質(zhì)物性（濕度等）；8) 地殼緩慢變化（冰后回彈、海平面上升

31、等）9) 人類活動導(dǎo)致環(huán)境變化（如水庫、滑坡、核爆效應(yīng)等）（3）空間分布隨時間變化圖像 1) 現(xiàn)今地殼運(yùn)動速度場、應(yīng)變率場空間分布時變圖像 2) 垂直形變場空間分布時變圖像 3) In-SAR監(jiān)控區(qū)內(nèi)的三維地殼運(yùn)動空間分布時變圖像 4) 重力場空間分布時變圖像 5) 地殼面下不同深度密度場空間分布時變圖像 6) 固體潮汐因子與勒夫數(shù)空間分布時變圖像7) 電離層電子密度空間分布時變圖像（4）頻譜結(jié)構(gòu)空間分布隨時間變化圖像 1) 震源區(qū)、近源區(qū)及遠(yuǎn)源區(qū)連續(xù)形變頻譜結(jié)構(gòu)時變圖像 2) 不同斷層網(wǎng)絡(luò)及斷層不同分段斷層形變頻譜結(jié)構(gòu)時變圖像（5）連接，理解不同地域自然現(xiàn)象變化關(guān)系的參考系族 1) 大空間尺

32、度地殼運(yùn)動參考系：ITRF全球參考系、相對于歐亞板塊參考系、中國大陸內(nèi)部整體無旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)等；2) 局部空間尺度地殼運(yùn)動參考系：在ITRF全球參考系框架下實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的相對于某塊體或某地域的參考系；3) 不同圈層、不同地域某些參量之間長期穩(wěn)定的常態(tài)耦合關(guān)系；4) 各種相對于異態(tài)變化的常態(tài)變化動態(tài)基準(zhǔn)；?；诘卣鸫蟮販y量學(xué)觀測數(shù)據(jù)可能提供的基礎(chǔ)信息，以地球系統(tǒng)科學(xué)為框架，通過多學(xué)科結(jié)合，作更深入的挖掘，理解與建模，必將源源不斷地為地學(xué)基礎(chǔ)研究（地球動力學(xué)、地球動力系統(tǒng)、大陸動力學(xué)、地震科學(xué)、地震動力學(xué)等）與應(yīng)用研究（地震危險性評估、地震預(yù)測、預(yù)警等）注入寶貴的新信息，并持續(xù)推進(jìn)它們的進(jìn)步。而前者的進(jìn)

33、步，又必然會強(qiáng)勁地促進(jìn)后者的扎實(shí)前進(jìn)；進(jìn)而持續(xù)推進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)和公共安全的進(jìn)展。2 地震大地測量學(xué)觀測結(jié)果的啟示動力學(xué)內(nèi)涵及有關(guān)問題2.1 驗(yàn)證了板塊學(xué)術(shù)又揭示出它難以解釋的多種大陸形變與地震動力學(xué)現(xiàn)象 表1概括了經(jīng)典的和經(jīng)過改進(jìn)的現(xiàn)代板塊構(gòu)造學(xué)術(shù)的主要論點(diǎn)。板塊構(gòu)造學(xué)說固然是一項(xiàng)全球整體活動的革命性的地球科學(xué)成就，但正如不少地質(zhì)學(xué)家和地球物理學(xué)家所指出的那樣，板塊構(gòu)造學(xué)說難以“登陸”，即難以直接解釋大陸內(nèi)部若干地質(zhì)學(xué)和地球物理學(xué)現(xiàn)象。同樣也難以直接解釋近五十年來地震大地測量學(xué)的多種觀測結(jié)果?；诳臻g大地測量（GPS、VLBI、SLR、DORIS等）對全球現(xiàn)今地殼運(yùn)動的實(shí)測數(shù)據(jù)，先后建立了一系列的

34、板塊運(yùn)動模型，它們與地質(zhì)學(xué)長時間尺度的板塊構(gòu)造模型，整體符合良好。如ITRF2000VEL與NUVEL-1、NUVEL-1A；NNR-ITRF2000VEL與NNR- NUVEL-1、NNR- NUVEL-1A整體符合較好（賴錫安等，2004）；又如ITRF2008與NNR- NUVEL-1A、NNR-MORVEL56整體符合較好（Z. Altamimi 等，2011，2012）等?，F(xiàn)代大地測量學(xué)不僅以實(shí)際觀測驗(yàn)證了板塊構(gòu)造學(xué)說，并揭示出從百萬年至現(xiàn)今時間尺度演化進(jìn)程中板塊運(yùn)動的整體穩(wěn)定性。更具創(chuàng)新意義的是，地震大地測量學(xué)對中國大陸及其鄰近地域的多年觀測和研究，全景而又定量地揭示出板塊學(xué)術(shù)無法

35、解釋的多種現(xiàn)今大陸形變動力學(xué)與地震現(xiàn)象。按經(jīng)典的板塊構(gòu)造學(xué)說，大陸（板塊內(nèi)部）應(yīng)是均一的剛性體，不存在非均勻運(yùn)動、變形與地震，變形與地震僅發(fā)生在板塊邊界帶中。然而，地震大地測量學(xué)的觀測結(jié)果表明，大陸內(nèi)部大自然的實(shí)況十分復(fù)雜，大陸不是均一的剛性體，它具有亞板塊（一級活動地塊）、 塊體（二級活動地塊）以及更次級地塊，即多層次的鑲嵌結(jié)構(gòu)。大陸內(nèi)部邊界帶（斷裂帶）也不是單一的斷裂面而是一組不同斷裂的組合，并可能具有類似“分形（fractals）” 表 1 經(jīng)典與現(xiàn)代板塊構(gòu)造基本原理比較 （Khain，1994；Dobretsov等修改，1998）（引自於崇文，2003）經(jīng)典板塊構(gòu)造，1968現(xiàn)代板塊構(gòu)

36、造，1993（1）固體地球上部劃分為脆性巖石圈與塑性軟流圈（1）固體地球劃分為巖石圈與軟流圈，但前者已遭受分層（stratification）和變形，而軟流圈的厚度和粘滯性在側(cè)向發(fā)生顯著改變（2）巖石圈劃分為有限數(shù)目的大型和中等大小的板塊。當(dāng)板塊沿著軟流圈頂部彼此發(fā)生相對運(yùn)動時，主要的構(gòu)造，地震和巖漿活動集中在板塊邊界（2）巖石圈劃分為大、中、小板塊之間為由小板塊銀嵌而成的帶，而大板塊本身沿垂向和側(cè)向是不均勻。大型活動集中在板塊邊界，然而即使在板塊內(nèi)部也有小范圍的展現(xiàn)（3）巖石圈板塊的水平運(yùn)動服從Euler定理（3）大型和中等板塊的水平運(yùn)動跟從Euler定理，但小板塊可能經(jīng)歷較復(fù)雜的運(yùn)動（4）

37、注意到三類主要的相對板塊運(yùn)動（a）展現(xiàn)為裂谷和擴(kuò)張的離散（b）展現(xiàn)為俯沖的碰撞的會聚（c）沿轉(zhuǎn)換斷層的剪切位移（4）注意到三類主要的板塊運(yùn)動：（a）展現(xiàn)為裂谷和擴(kuò)張的離散（b）展現(xiàn)為俯沖、逆沖、質(zhì)量沿側(cè)向和剪切的擠壓或呈深層貫入的會聚（c）沿轉(zhuǎn)換斷層的剪切位移、常伴有壓縮（扭壓）或應(yīng)變（5）大洋中的擴(kuò)張被沿其周邊的俯沖和碰撞所補(bǔ)償，而地球的半徑和體積保持定常（5）大洋中的擴(kuò)張不僅被俯沖和碰撞所補(bǔ)償，而且也被其他過程（逆沖、剪切和擠壓）所補(bǔ)償，而地球的定常半徑和體積問題則有爭議（6）巖石圈板塊的位移是由軟流圈中對流運(yùn)動作用下的拖曳所引起，對流是熱對流而且包容整個地幔（6）巖石圈板塊的位移不僅由對

38、流運(yùn)動的拖曳引起，而且也由因重量增大（榴輝巖化作用）而使俯沖帶變緊以及從洋中脊軸離開所引起。對流是多層而復(fù)雜的。（7）板塊構(gòu)造中未涉及幾個極重要的地球動力學(xué)過程或被不適當(dāng)?shù)睾喕耍?）內(nèi)生過程的周期性，板內(nèi)變形和巖漿作用以及板塊邊界上過程的復(fù)雜性必須予以考慮 的結(jié)構(gòu)。變形與地震不僅發(fā)生在歐亞板塊與印度板塊、太平洋板塊、菲律賓海板塊的會聚邊界帶，也廣泛發(fā)生在大陸內(nèi)部各級地塊的邊界帶，甚致地塊內(nèi)部。大陸內(nèi)部除不均一的剛性運(yùn)動外，還存在著顯著的變形，包括彈性、粘彈性和流變。大陸的深部以及表面都存在著物質(zhì)運(yùn)移，質(zhì)量與多種物性參量的變化。大陸內(nèi)部各塊體、各斷裂之間存在著強(qiáng)相互作用；上地殼與下地殼和巖石圈

39、地幔、和上地幔軟流層之間存在著顯著的動力學(xué)耦合；與地球外圈層（對流層、電離層）、日、月星體之間也存在著動力學(xué)耦合。在不同構(gòu)造動力學(xué)環(huán)境件下，各大（強(qiáng)）地震孕發(fā)過程既有共性又有鮮明的個性。在各大（強(qiáng)）震之間具有相互作用與合作競爭。在多尺度的空間域、時間域和頻率域內(nèi)，現(xiàn)今地殼運(yùn)動呈現(xiàn)出定態(tài)與暫態(tài)相結(jié)合的多姿多彩的復(fù)雜動態(tài)行為；映射出大陸巖石圈層層、塊塊和層塊之間相互作用，動力學(xué)藕合的演化過程。這些現(xiàn)今時間尺度的全景定量新穎信息，對大陸動力學(xué)、地震動力學(xué)、地震預(yù)測與預(yù)報顯然具有不可缺失的基礎(chǔ)科學(xué)意義與應(yīng)用價值。以下各小節(jié)，將宏觀地初步研討地震大地測量學(xué)揭示的板塊學(xué)術(shù)難以直接解釋的某些現(xiàn)今大陸形變與地

40、震現(xiàn)象及其動力學(xué)內(nèi)涵。2.2 板塊內(nèi)部的不均勻運(yùn)動與急待發(fā)展的“大陸現(xiàn)今形變動力學(xué)”20世紀(jì)90年代以來，基于GPS(GNSS)動態(tài)實(shí)測數(shù)據(jù)，在建立中國大陸速度場和陸內(nèi)塊體現(xiàn)今運(yùn)動學(xué)模型方面，取得了逐步深入的令人矚目的進(jìn)展。構(gòu)建的觀測站數(shù)量由初期的20余個，擴(kuò)展到數(shù)百以至千以上的觀測站，模型越來越精準(zhǔn)（周碩愚張躍剛等，1988；朱文耀等2001；Wang，Q等，2001；劉經(jīng)南等，2002；王敏等，2003；黃立人等，2004；李延興等，2004；江在森等，2010）。從僅考慮中國大陸、塊體的剛性運(yùn)動模型（球殼面上的平動與轉(zhuǎn)動）到添加了變形項(xiàng)的改進(jìn)型模型（顧及到球殼面上的彈、塑性變形）（李延興

41、等，2001，2003）。從ITRF參考基準(zhǔn)，歐亞板塊基準(zhǔn)，到中國大陸整體無旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)（楊國華等，2005；江在森等，2006）以及多種有利于揭示局部變形與地震效應(yīng)的相對基準(zhǔn)。難能可貴的是，這些由不同作者先后建立的中國大陸速度場和陸內(nèi)塊體現(xiàn)今運(yùn)動學(xué)模型，彼此之間盡管有粗細(xì)之分，然而在整體上是能相互驗(yàn)證的；與地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)的相關(guān)研究成果相比較，雖然反映的時間尺度不同，在整體上也是能相互驗(yàn)證的。因此可以認(rèn)為地震大地測量學(xué)建立的刻畫中國大陸及其內(nèi)部塊體的現(xiàn)今運(yùn)動學(xué)模型整體上是可靠的。模型填補(bǔ)了地殼運(yùn)動中的現(xiàn)今時間段的空白域，并以前所未有的高度定量化的形式出現(xiàn)，既能歸納越來越多的觀測據(jù)，又可演釋中國

42、大陸內(nèi)任一地點(diǎn)的現(xiàn)今地殼水平運(yùn)動。由GPS（GNSS）實(shí)際測定的大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動速度，包含有多種信息成份：V = V1 + V2 + V3 + V4 （9）V1 為巖石圈在軟流圈上的整體剛性運(yùn)動；V2為地殼的變形（巖石圈淺部運(yùn)動受到阻抗產(chǎn)生的彈性形變以及與深部物質(zhì)運(yùn)移、上涌有關(guān)的變形）；V3為地殼對地球外部圈層及天體動力作用的響應(yīng)，例如周年季節(jié)變化、固體潮汐等；V4為與地震（小概率的動力學(xué)暫態(tài)事件）有關(guān)的局部地殼形變（震前、震時與震后）。因此GNSS既可提供映射深部動力過程的運(yùn)動信息（V1）；又可提供映射淺部阻抗動力過程的變形（V2）；還可開拓GNSS固體潮與勒夫數(shù)，GNSS電離層與對流層，G

43、NSS地震學(xué)、地震形變動力學(xué)等（V3和V4）多種新信息域。生動地體現(xiàn)了復(fù)雜性與內(nèi)蘊(yùn)的多種動力學(xué)新穎信息的統(tǒng)一。通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理可以濾去V3和V4，進(jìn)而建立反映地球內(nèi)部動力過程的中國大陸現(xiàn)今地殼水平運(yùn)動的常態(tài)模型：V = V1 + V2 （10）圖 3展示了以全球ITRF框架為參考系的中國大陸水平運(yùn)動速度場，它包括了歐亞板塊、中國大陸整體和中國大陸內(nèi)部各部分的剛性運(yùn)動與變形。突出反映了歐亞板塊向東偏南運(yùn)動和印度板塊向北偏東運(yùn)動的共同作用，但各局域之間的差異被掩蓋。 圖 3 相對于全球ITRF2000框架的中國大陸水平運(yùn)動速度場（據(jù)李延興，2003） 圖 4展示了以歐亞板主導(dǎo)部分為參考系的中國大

44、陸水平運(yùn)動速度場。由于歐亞板塊整體的剛性運(yùn)動已被扣除，顯示了中國大陸的剛性運(yùn)動和中國大陸內(nèi)部的變形。速度矢量的量值（模）己大為減少，矢量的方向也發(fā)生了變化，展現(xiàn)從西部至東部的逐漸變化，即由NNW到N再到NNE、NE、NEE、EW、EES以至ES方向，在南北構(gòu)造帶（地震帶）的南部甚至轉(zhuǎn)為NS、SSW方向。突出反映了印度板塊對歐亞板塊的俯沖碰撞對中國大陸地殼運(yùn)動產(chǎn)生的顯著作用。由于中國大陸整體的剛性運(yùn)動未被扣除，掩蓋了太平洋板塊、菲律賓板塊的作用。圖 5 展示了以中國大陸整體無旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)為參考系的中國大陸水平運(yùn)動速度場。由于在扣除歐亞板塊整體的剛性運(yùn)動后，又扣除了中國大陸整體的剛性運(yùn)動，突顯出中國大

45、陸內(nèi)部不均勻的相對運(yùn)動與變形。矢量的量值（模）更為減少。與圖 4比較，矢量的方向在中國大陸西部基本無變化，仍表現(xiàn)了印度板塊俯沖碰撞的主導(dǎo)作用。但在東部，矢量方向則產(chǎn)生了明顯變化，顯露出太平洋板塊向西俯沖和菲律賓板塊向西北俯沖（臺灣東部仰沖）對中國大陸東部的作用：東北地塊內(nèi)出現(xiàn)了由西向東的運(yùn)動；華北地塊內(nèi)由ES向轉(zhuǎn)為WS向運(yùn)動（在華北地塊與華南地塊的邊界帶上還出現(xiàn)向NS向運(yùn)動）；華南地塊內(nèi)由ES向轉(zhuǎn)為了SSE向，甚至一些NS向運(yùn)動。圖 6 是地質(zhì)學(xué)研究給出的0.78Ma以來中國大陸的新構(gòu)造運(yùn)動（據(jù) Tianfeng Wan ，2011）。 圖 4 相對于歐亞板塊的中國大陸水平運(yùn)動速度場（1999

46、-2007，據(jù)王敏，2009）圖 5 整體無旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)框架下的中國大陸水平運(yùn)動速度場（據(jù)江在森，2006）圖 6 中國大陸新構(gòu)造運(yùn)動略圖（0.78Ma以來）（據(jù) Tianfeng Wan ，2011）綜觀上述結(jié)果，可以看出GPS（GNSS）觀測圖像（圖 3，4，5）能直接揭示出板塊學(xué)術(shù)難以解釋的現(xiàn)今大陸形變現(xiàn)象，為“現(xiàn)今大陸形變動力學(xué)”的發(fā)展提供新的基礎(chǔ)信息和定量的模型約束：（1）歐亞板塊內(nèi)部的運(yùn)動不是均一的，它包括運(yùn)動方式互有差異的各局部大地域；中國大陸的整體運(yùn)動與歐亞板塊的整體運(yùn)動有一定相似，但又不相同，存在有明顯差異；（2）中國大陸內(nèi)部的運(yùn)動也不是均一的，除整體運(yùn)動外，其內(nèi)部存在著運(yùn)動方式

47、互有顯著差異的各個區(qū)域（如西部與東部、東部之北部、東部之南部以及板塊邊界帶）。 這些差異既來自反映深部過程的剛性運(yùn)動，也包含巖石圈淺部的變形；前者的量值顯著地大于后者，而且兩者之間也存在動力學(xué)耦合，總體上前者制約著后者；（3）巖石圈板塊邊界力印度板塊、太平洋板塊及菲律賓板塊與歐亞板塊的相互作用，是中國大陸地殼運(yùn)動與變形的主要動力源。圖 5是其直觀生動的映射，印度板塊的俯沖碰撞控制了中國西部的地殼運(yùn)動，對東部（如華南地塊）也有一定影響。華南地塊、鄂爾多斯地臺的堅(jiān)固阻擋，既限制了印度板塊動力作用的東進(jìn)并迫使其向南轉(zhuǎn)折（此種“構(gòu)造逃逸”至今仍在繼續(xù)），又造就了中國內(nèi)陸最大最強(qiáng)烈的南北地震帶。中國東部

48、之北部顯示了由東向西的運(yùn)動，似可理解為太平洋板塊以較緩角度從海溝處俯沖入中國東部巖石圈的內(nèi)陸，可能直達(dá)鄂爾多斯地臺的北邊緣與東邊緣，也使東北有深震發(fā)生。中國東部之南部的運(yùn)動依然顯示出指向東南方向，似可理解為菲律賓海板塊以較陡角度俯沖甚至返折為仰沖（臺灣東部，馬里亞納海溝），因而未能深入到中國大陸內(nèi)部，動力作用局限于邊緣地帶，大陸內(nèi)部也無深震。（4）圖 4、圖 5粗略地直觀顯示了：中國大陸現(xiàn)今水平運(yùn)動速度場及應(yīng)變場的空間分布；中國大陸各部分現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)烈程度和地震危險性的空間分布；印度板塊、太平洋板塊、菲律賓板塊對歐亞板塊作用的主要動力源意義?；诳臻g等新技術(shù)的地震大地測量學(xué)是發(fā)展和建立“現(xiàn)今

49、大陸形變動力學(xué)”和“ 現(xiàn)今大陸地震動力學(xué)”不可缺失的基石。（5）GPS（GNSS）觀測給出的相對于歐亞板塊的中國大陸水平運(yùn)動速度場，與地質(zhì)學(xué)研究給出的中國大陸的新構(gòu)造運(yùn)動整體符合良好（見圖 6），可視為數(shù)年至10年的現(xiàn)今運(yùn)動與近百萬年來地殼運(yùn)動的平均狀態(tài)整體符合良好。說明至新構(gòu)造運(yùn)動以來，中國大陸的地殼運(yùn)動保持著整體穩(wěn)定和有序狀態(tài)，現(xiàn)今地殼運(yùn)動是新構(gòu)造運(yùn)動（現(xiàn)代地殼運(yùn)動）的延伸與繼續(xù)，兩者基本的動力學(xué)狀態(tài)一致。（6）地表構(gòu)造運(yùn)動圖像應(yīng)是深部軟流圈、地幔對流、地核等動力作用某種程度的映射。中國大陸（板塊內(nèi)部）地表構(gòu)造運(yùn)動圖像（如圖 4、圖 5）顯然比板塊運(yùn)動圖像復(fù)雜得多。許志琴等指出“大陸巖石圈

50、是一個不均一、不連續(xù)、具多層結(jié)構(gòu)和復(fù)雜流變學(xué)特征的綜合體”，“愈來愈發(fā)現(xiàn)運(yùn)用經(jīng)典的板塊理論很難解釋大陸地質(zhì)，對引起大陸變形相關(guān)的地球深部過程仍然無從知曉”， 通過現(xiàn)代大地測量的新觀測技術(shù)“對大陸變形的精確測量，揭示動力學(xué)機(jī)制，無疑是大陸動力學(xué)研究的一個新起點(diǎn)，具有全球地學(xué)科學(xué)的先導(dǎo)意義”（許志琴，2006，2009）。正如無論什么樣的地幔動力學(xué)模型都必須能夠解釋板塊運(yùn)動一樣；無論什么樣的大陸動力學(xué)模型都應(yīng)當(dāng)能夠解釋大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動的定量觀測結(jié)果。因此地震大地測量學(xué)對中國大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動和重力場的定量觀測結(jié)果應(yīng)是大陸動力學(xué)模型最基本的約束條件之一。（7）中國大陸內(nèi)部不均勻的多樣的地殼形變，導(dǎo)致應(yīng)

51、變（應(yīng)力）場的不均勻分布、地震潛在震源和震源的不均勻分布、各個大地震構(gòu)造環(huán)境與孕發(fā)過程的差異性、地震預(yù)測的復(fù)雜與困難性。（8）通過地震大地測量詳實(shí)而又精確的觀測，全面獲得中國大陸現(xiàn)今形變新信息，加速形成“大陸現(xiàn)今形變動力學(xué)”（present-day continent deformation dynamics）。對大陸動力學(xué)和地震科學(xué)，地震動力學(xué)具有重要的科學(xué)基礎(chǔ)意義；對地震預(yù)測與防震減災(zāi)具有夯實(shí)基礎(chǔ)促進(jìn)持續(xù)發(fā)展的不可缺失的作用。2.3 能否套用全球板塊建模方法建立大陸內(nèi)部活動地塊模型 GNSS結(jié)果的深、淺部動力學(xué)意義全球巖石圈具有不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，由多個相互作用的活動板塊鑲嵌而成，可用長時間尺度

52、的地質(zhì)-地球物理學(xué)結(jié)果，也可用大地測量學(xué)現(xiàn)今實(shí)測數(shù)據(jù)建立運(yùn)動模型。建模的地球物理前提是固體地球上部在垂向上可以分為物性不同的兩大圈層剛性巖石圈和塑性軟流圈，巖石圈馱在軟流圈上并受其拖曳而運(yùn)動；多個鑲嵌的巖石圈剛性板塊構(gòu)成了地球表面，板塊之間以離散帶（海嶺）、匯聚帶（海溝、大陸碰撞）和轉(zhuǎn)換斷層為其邊界帶；板塊運(yùn)動的驅(qū)動力來自地球內(nèi)部，可能是地幔對流。經(jīng)典力學(xué)已證明：定點(diǎn)轉(zhuǎn)動剛體的任何有限位移（平移與轉(zhuǎn)動）等效于繞通過某定點(diǎn)的某軸的一次轉(zhuǎn)動，可用歐拉運(yùn)動學(xué)方程(Euler，s kinematical equations )來定量刻畫。因此剛性板塊在地球表面的運(yùn)動可視為繞地球質(zhì)心某固定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動這恰與

53、以地球質(zhì)心為原點(diǎn)的GPS（GNSS）坐標(biāo)系（國際地球參考框架ITRF）相對應(yīng)?；趯?shí)際觀測獲得的在一定時間間隔內(nèi)的多個站點(diǎn)的水平運(yùn)動速度，顧及經(jīng)度、緯度、地球半徑等參量，就可用求出三個歐拉角（Aurelian angle），從而建立板塊運(yùn)動模型： （10） 從20世紀(jì)80年代以來，基于GPS（GNSS）觀測所建立的全球板塊運(yùn)動模型（如ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2008）與地質(zhì)-地球物理學(xué)模型整體符合較好，被認(rèn)為是較為成功的，獲得了科學(xué)界較普遍的承認(rèn)。盡管驅(qū)動全球板塊運(yùn)動的動力源，尚在探索中，認(rèn)識正在逐步深化，如由初期的“被動對流”論，演進(jìn)到“主動對流”論， (For

54、syth and Uyeda,1975;Zoback et al.,1989），由“雙層對流模式”發(fā)展到“單層對流模式”（Mattauer, M.,1999 ）等。然而板塊運(yùn)動的主要動力來至地幔對流依然是科學(xué)界的基本觀點(diǎn)。位于歐亞板塊東南隅的中國大陸巖石圈也具有不連續(xù)結(jié)構(gòu)，即活動地塊的鑲嵌結(jié)構(gòu)。以地質(zhì)學(xué)的新構(gòu)造研究為基礎(chǔ)結(jié)合相關(guān)學(xué)科資料，我國地質(zhì)學(xué)家將中國大陸巖石圈劃分為多個亞板塊活動塊體組合（馬杏垣等，1989；丁國瑜，1989，1991）如圖7；或多個一級活動地塊二級活動地塊組合（張培正；2003）如圖8。 圖 7 中國大陸及鄰區(qū)活動板塊、亞板塊及塊體劃分與GPS基準(zhǔn)站分布（據(jù)丁國瑜，19

55、89，1991）1998以來，基于GPS（GNSS）觀測，在建立中國大陸板內(nèi)地塊（亞板塊或一級活動地塊、活動塊體或二級活動地塊）的現(xiàn)今運(yùn)動模型時，大地測量界基本是將建立全球板塊運(yùn)動模型使用的Euler方法，即（10）式搬過來套用，并未更深入地考慮“全球構(gòu)造板塊”與“中國大陸板內(nèi)地塊”是否存在地球動力學(xué)環(huán)境條件的差異？但至少在亞板塊（一級活動地塊）層次上，這種套用似乎又是可行的。二十余年來，模型固然越來越精細(xì)，但不同作者基于不同測站數(shù)和不同時間段所建立的各個板內(nèi)塊體模型之間及其與地質(zhì)學(xué)模型、地球物理學(xué)相關(guān)研究成果之間是能相互驗(yàn)證的，具有較好的整體一致性。 圖 8 中國大陸一級和二級活動地塊劃分及

56、其運(yùn)動速度矢量圖（據(jù)張培震，2003）鑒于GPS（GNSS）測站設(shè)置在地表，除反映地塊整體在深部塑性軟流圈上的剛性運(yùn)動外，也應(yīng)能包含淺部脆性層（上地殼）中的應(yīng)變（變形）信息。一些作者（李延興等，2003，2004；江在森，2008）等在（10）式的基本項(xiàng)之后加入了一個表示淺層應(yīng)變的付加項(xiàng)，假設(shè)其具有均勻應(yīng)變特性如（11）式所示；也可假設(shè)其具有其它特性（如線性應(yīng)變特性等）。 （11）李延興等（2003）在ITRF2000框下以1598個站速度場為基礎(chǔ)，全面測定和研究了中國大陸一、二級活動地塊及其邊界帶和應(yīng)變場的現(xiàn)今運(yùn)動。基于（10）和（11）所建立的兩類模型無本質(zhì)性差異，但后者的擬合精度略優(yōu)前者

57、。作了“活動地塊存在性”的統(tǒng)計檢驗(yàn)：在5個一級活動地塊中，除華北與華南地塊之間差異運(yùn)動不顯著外，所有一級活動地塊之間差異運(yùn)動均顯著，而華北與華南地塊之間其應(yīng)變場差異仍然明顯；對13個二級活動地塊的統(tǒng)計檢驗(yàn)，也得到了與一級活動地塊統(tǒng)計檢驗(yàn)的類似結(jié)果。結(jié)論是“在中國大陸及其周邊地區(qū)活動地塊是存在的”。其它作者的研究，也獲得類似結(jié)果。地震大地測量學(xué)對中國大陸活動地塊（板內(nèi)）現(xiàn)今運(yùn)動之觀測與研究的一些啟示：（1）證實(shí)巖石圈板塊內(nèi)部的可分性。定量驗(yàn)證了中國大陸活動地塊的存在和地質(zhì)學(xué)的劃分并可在某些局部域助其精化；同時又在活動地塊及其邊界帶空間尺度上證實(shí)數(shù)年至十年正在進(jìn)行中的現(xiàn)今運(yùn)動是百萬年地質(zhì)學(xué)新構(gòu)造運(yùn)動的延續(xù)。與相關(guān)學(xué)科共同證實(shí)了中國大陸巖石圈具有不連續(xù)結(jié)構(gòu)，即地塊網(wǎng)絡(luò)的多層次鑲嵌結(jié)構(gòu)。（2）中國大陸活動地塊（板內(nèi)）在一定程度上具有可類比于全球構(gòu)造板塊的地球動力學(xué)環(huán)境（至少對于亞板塊或一級活動地塊而言），即它基本具有剛體性質(zhì)，似乎也能在陸下軟流圈（板內(nèi)）上