GPS技术在板块漂移和地震预警中的应用

时间:2016-04-10     点击:加载中   【打印此页】  【关闭

  现代大地构造学和地质学理论认为,地球内部从上到下是由地壳、地幔和地核三部分组 成的,其主要分层和深度如表 9-1 所列。

  早在 1912 年,德国科学家魏格纳(A.Wegener),根据地壳均衡理论和大西洋两岸的海 岸轮廓、地壳、岩石和古生物群的对应性和相似性等,提出了大陆漂移学说。从 20 世纪 50 年代以来,由于古地磁学、海底地貌学、海洋地质学、大地测量学、地球物理学和深海测深 技术的发展,不仅证实了大陆漂移学说,而且进一步发展为海底扩张学说。海底扩张学说认 为,大陆硅铝层作为岩石圈的一部分,在地幔对流的作用下,在软流圈之上产生被动的漂移。

  1968 年,在海底扩张学说的基础上,摩根(W.J.Morgan)和勒比雄(X.Le Pichon)发展 了一种崭新的大地构造理论——板块构造学说。他们认为:位于软流圈之上的岩石圈,被一 些构造活动带分割成许多既不连续,又相互嵌接的球面块体——岩石圈板块(简称为板块)。 由于地幔的对流作用,各板块均在不停地运动,使板块之间产生相对滑动和俯冲,因而板块 的边缘是地球表面最活跃的地带,大多数地震、火山都分布在那里。板块的相对运动,是形 成地表各种构造活动和变形的根本原因,也就是产生地震灾害的根本原因。

  根据勒比雄的观点,全球可分为六大板块,即太平洋板块、欧亚板块、印度洋板块、非洲板块、美洲板块和南极洲板块。后来美国麦肯齐(D.P.Mekenzie)等人,又对美洲板块和 欧亚板块进一步细分为许多较小的板块,这些较小的板块内又可能包含更多的块体。

  研究板块的运动及其动力学机制,对发展大地构造学理论、认识各板块运动的规律,并 为地震等自然灾害的预报服务,都具有深远的意义。

  研究板块运动的速率和方向,有各种各样的方法和技术。有根据地质和地球物理资料推 求板块运动的方法,有经典大地测量方法,还有 20 世纪 60 年代发展起来的空间大地测量方 法等。用上述第一种方法求得的结果,是地质年代(数百万年)的平均值,它难以获得现代 板块运动与形变信息。第二种方法,由于测量精度不够高(相对精度仅为 10-5 ~10-6 ),要 监测年运动速率只有厘米量级的板块运动,也需经历几十年乃至百年时间。而空间大地测量 方法,由于测量精度非常高(目前已达 10 -8 ),能够在相当短的周期(2~3yr)内,精确测定 各板块(块体)的相对运动速率和方向,并建立各板块(块体)的相对运动模型,因此,空 间大地测量方法,是监测现代板块(块体)运动的最有效的方法,它可以更快、更精确和更 直观地获得板块运动与形变信息。

  20 世纪 60 至 70 年代,监测板块运动的空间大地测量手段主要是甚长基线干涉测量系统 (VLBI)和卫星激光测距系统(SLR)。这两种手段都能够以 10-8 的相对测量精度,测定长 达数千公里的长基线,基线测定精度可达数厘米。但是这两种设备(特别是 VLBI 系统)都 存在系统复杂、造价高、笨重等缺点,因此只适用于少数固定的基准站,用来监测全球性大 板块的运动。自 20 世纪 80 年代以来,随着全球定位系统(GPS)的硬件和软件技术的发展, 目前,在采用精密星历和适当的数据采集及数据处理方法的情况下,上百公里的较长基线的 相对定位精度已达到 10-8 ~10-9 。由于 GPS 信号接收机具有体积小、重量轻(仅几公斤), 机动性好、低价位(几千美元以下),且能全天候观测等优点,因此,特别适用于地区性板 块运动、断层相对运动等的监测与研究,适用于地震灾害中、长期预报的监测。

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