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地壳形变知识点整理

?全球问题：①地球动力现象引起的地震海啸火山等自然灾害，给人类生命财产带来损失②全球气候变暖、海平面上升、局部地层沉降和海上溢油公害等是随着工业发展引起的环境问题③由于人口增加和陆地资源枯竭，需开拓生存空间和寻找新矿产资源。

?地壳运动：指在地球内部构造应力作用下所引起的地壳一些元素的相对运动。它们可以是⊥运动、水平运动或地倾斜运动，综合表现为大面积的地壳形变。广：地质旋回、狭：构造旋回。分类：水平运动指组成地壳的岩层，沿∥地球表面方向的运动，又称造山运动或褶皱运动；⊥运动又称升降运动或造陆运动，表现为岩层部分区域的隆起和相邻区域的下降。长期运动是在地质时间尺度内的运动，由几千年到几百万年，它与板块运动有关；瞬变运动与地震和火山等活动相联系的。范围：全球板块运动和区域及局部地壳运动。地壳运动监测：测定板块运动参数、大陆板块和海洋板块的内部形变、板块边界与大地震有关的区域形变和局部形变、其他地震活动区的区域形变和局部形变，主要通过建立全球测定板块运动监测网和区域、局部地壳运动监测网实现。

?地壳形变：指在地球内力和外力作用下，地球的地壳表面产生的升降、倾斜、错动等现象及其相应的变化量。成因：①人类活动，地表形变：离散性、短暂性和局部性；

②地球自转和极移，形变：全球规模特性，可理论计算；③日月等天体对固体地球在引力作用下，形变：固体潮,理论上可严格计算；④大地构造运动（地球内部的构造原因），地壳构造形变：连续性、长期性、区域性、复杂性。地壳形变测量：对一个地区的地壳表面的相对变化进行重复或连续的观测称为地壳形变测量。特点：①以动态观测替代大地测量只以静态观测方式来测定地面点变化，并分析研究其物理意思；②主要在构造带、多震区和具有潜在地震危险的重点地区及在大坝等要害部位进行，而大地测量未考虑这些；③测点设置要求稳定可靠，布网边长短、测量精度高、复测周期密。任务：监测地壳形变运动，具体观测元素是地表点位置变化。种类:①全球板块运动监测：主要用来测定板块运动参数，测定大陆板块和海洋板块的内部形变，VLBI、SLR 、GPS。②全国及区域地壳形变测量：精密水准、高精度流动重力、高精度空间大地。③断层形变测量：短水准、短基线、短边GPS网等。④定点形变测量：有效地监测地壳的连续变动，地倾斜、地应变、重力台站。

全球板块运动监测：意义：①寻找矿产资源，板块运动的边界是生成矿源的地点；②防灾减灾，地震一般发生在板块的边界。方法：VLBI测量、SLR测量、GPS测量等。

?VLBI：可提供整体运动和地壳运动的丰富信息，短时间测量即可得极高精度。特点：目标源和参考源（点源）距离近；两种源时间间隔小。①纯几何方法，不涉及地球重力场；②不受气候限制，有长期稳定性；③提供以河外射电源为参考的最佳准惯性参考系。?SLR：测定台站的位置变化或站间基线长度的变化率来确定板块运动参数。在一列选定的时间间隔内联合求解测站的坐标、卫星轨道和地球定向参数EOP→测站间基线的时间序列→线性拟合→基线长度变化率。不足：①由于采用可见光，受天气影响大，不能全天候观测；②SLR台站建立和维护费用高。精度：取决于在各所选时间间隔内测得的站间基线精度、基线的观测误差；EOP误差以及卫星的定轨误差均有影响。?GNSS WGS84：世界大地坐标系统，地心系，GPS广播星历。WGS84（G1150）：美国对WGS84第3次精化获得的框架。G框架用GPS资料确定，1150开始用的时间。

?空间大地测量方法：建立现代板块运动模型。观测值：站坐标和站速度（与参考框架有关）→绝对运动参数，站间基线长度变化率（无关）→相对~。原理：板块构造学说认为相邻两板块之间的相对运动实际上是围绕通过地球中心的一个轴的旋转运动，通常用欧拉定理来表述V=ω×r。相对运动参数：，k、l板块上i、

j测站间基线长度的变化

率，kl

ω是k对l的相对运动角速度，R

、R j：i、j的坐标矢量，测两板块间若干ij

B →由上式加权的最小二乘平差得kl

ω。绝对运动参数：Ω(ω

，ωy，ωz)角速度矢量，r(x,y,z)位置矢量，λ、φ经纬度。欧拉定理V=ω×r→地心系→地球近似为球体→站心系→角速度ω、纬度Φ、经度Λ。

，?

cos

sin

cos

sin

cos

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，

cos

sin

cos

，。

区域地壳形变监测：区域空间尺度由几百到1000km的瞬变运动，GPS/INSAR/GRAVITY+VLBI/SLR；局部几百米到几十公里+LEVELING。

?2000国家GPS大地控制网：2000国家重力、GPS大地网。缺陷：密度<全国天文大地网；所提供的低密度的3维地心坐标框架不能完整实现中国的3维地心系。解决：~GPS 网+全国天文大地网联合平差，将后者纳入3维地心系，并提高其精度和现势性，使我国的大地坐标框架在密度和分布方面实现我国3维地心大地坐标系的跨越式进步。CGCS2000通过~大地控制网的坐标和速度具体实现。参考历元2000.0。

?GPS用于地壳⊥形变监测：①有可能利用GPS观测直接得到毫米级的大地高数据。重复GPS观测可以求定大地高的变化（或站心系U分量的变化）。②由于椭球体法线与该点夹角很小，大地高和正常高方向基本重合，∴可用大地高的变化代替正常高的变化，即可利用重复GPS观测取代精密水准以监测地面的升降变化。u分量与正常高变化：?h=?u/cos αAB。∵αAB=1°(S AB=110km)→cos αAB ≈1∴S AB ≈100km，可用?u代替?h。

?InSAR：合成孔径雷达干涉测量一种以合成孔径雷达天线记录到的回波信号为信息源，利用干涉测量获取地球表面的三维地形、地表形变和地物特征变化等信息的测量技术。处理流程：配准、生成干涉图、平地相位消除、去地形影响、干涉图滤波、相位解缠。星载INSAR优点：①全球范围②成像测绘带宽③全天候④轨道稳定，多次成像重复性好⑤飞行平稳，无运动补偿问题⑥下视角小，图像阴影小。局限：①轨道固定，侦察

不灵活②成像带宽度大，设计参数约束条件多③距离远，图像信噪比提高困难④受星—地数据传输链路制约。研究活跃：①从SAR图像序列提取干涉相位图并利用其基线参数派生大规模的反映地形起伏的数字高程模型（DEM）；②地表形变监测，使用差分干涉相位图及其基线参数估计地表变形，精度mm级。应用：地形测量，地震、火山形变监测，构造形变，冰川、冰盖移动，地表沉降，气象，海洋测图，滑坡监测，地物分类。?精密重力测量：重复绝对重力观测→重力场时间变化→反映区域的地壳运动，为获得中国内地的重力变化图像提供重力绝对变化基准和控制。地面点重力变化原因：①观测点高程变化：自由空气改正、布格重力异常（地下介质密度不变时地面h变化）=自由空气改正+无限平板改正；②观测点下方地壳介质密度发生变化；③观测点地下物质迁移：地震孕育过程中深部或远处介质迁入并填充震源内部分空隙所引起的重力效应；膨胀变形及其重力效应。地震：地震火山活动及地壳变动等会引起地球变形及其内部密度变化，同时伴随地球重力场随时间变化，在地震孕育过程可能伴随①②③，因而地震前后可能观测到重力异常变化。∴~可研究区域地壳形变，探讨与地震有关的重力变化。断层形变测量：公认最有希望的地震前兆检测、危险性评定手段之一。大型活动断层、活动断块边缘→地震活动的集中分布地带。基本任务：定量、精确、整体和动态地测定块体边界，并用恰当的数理模式加以描述。断层：①是地层的一种普遍变形，表现为岩石破裂面，而岩石曾沿此面经历过相对的位移；②以∥或近乎∥的体系而出现，广泛的横向分布；③规模的大小悬殊；④两盘岩层相对位移从几cm到几百km，切穿深度也不同；⑤使正常岩层明显中断，在邻断层地震岩石出现动力变质及各种伴生构造。→活动断裂与地震发生有密切关系。

?断层的组成：断层面（断裂面）切断地层并使两盘发生相对位移的破裂面，岩块发生位错的面；断裂带错动发生在较宽的带内，此带被岩石磨碎物质填充，或被次级断裂交切；断层盘被断裂面分割开的岩块，紧靠断裂面的地段；断层线断层面与地面的交线。?断层的分类：按两盘的相对位移：正断层上盘下移，在重力、水平引张作用下形成→地壳水平距离拉长；逆~上盘上移，地壳受挤压时形成→缩短；平移~（走滑）两盘∥断层走向发生位移，受水平面上一对力偶作用，岩石沿剪切面发生断裂形成→断层线多为直线，左旋、右旋；枢纽~：两盘在相对位移时发生显著的转动。按断层走向和岩层产状的关系分类：走向断层基本∥地层走向；倾向~⊥；斜向~：斜交；顺层~：断层面大致∥层面。按断层走向与区域的构造线方向的关系：纵、横、斜断层。

?断层参数：对断层的大量描述旨在决定断层面和移动的方向。断层面参数：走向：断层线两端的延伸方向（用方位角表示）；倾向：倾斜线（⊥走向线，沿断层面倾斜向下的方向所引出的直线）在水平上的投影线所指的界面倾斜方向；倾角：⊥走向方向的横切面上所测的断层面与水平面之间的夹角，是断层面的最大倾斜角（不⊥，视倾角）。沿该面的错动参数：滑距、断距。滑距：断层发生前的某一点，经错开后分成两个对应点之间的实际移动距离。断距：断层面上任何参考面被断层错开的两部分的距离。⊥地层走向：地层~、水平~、铅直地层~。?跨断层大地形变测量重复测定地震监测场地已布设的网、线所跨地壳活动断层的三维向量(断层的⊥、张压和错动的活动量)变化。为中短期地震预报提供精度可靠的观测数据，为研究地壳运动提供精确的资料。方法：沿用传统高精度大地测量方法。小三角测量：研究小范围局部地区地壳形变而沿着活动断裂带建立边长较短的水平形变观测网一般称地震小三角网。特点是边长短（2~6km），精度高、工作量小，便于短周期的重复测量。地震三角锁（三角网）布设在地震活动带内，有条件尽可能跨越真个活动构造带，使网的边缘或锁的两端位于较稳定的地质构造地区。短基线测量：布设一系列不同方位、边长不等的，并不构成图形的密集网形。定期用激光测距仪复测边长，根据不同方位的边长变化研究断层的蠕动、滑动和区域应变场。测距边长一般为1~5km。地震影响：闭锁（完全积聚能量）>蠕动（运动量级小、积蓄能量）>滑动（能量散发）。短水准测量：大地形变台上的精密水准测量，测量大面积地壳运动的常用方法，以监视断层微量位移运动为主要目的。场地布设：①监测断层的三维动态变量②沿主断裂带选择有代表性地段③选择稳定能长期保存的点位④构成一定的几何图形，便于计算、检核⑤便于观测和减少可能的误差来源⑥兼顾交通与通讯方便。

应力与应变分析应力：作用于固体上的外力或使固体发生变形的其它因素在固体中所产生的内力的度量。正应力σ（+张应力-压应力）⊥截面n，剪应力τ与n相切。应力状态：指某一瞬间作用于物体上的应力情况，即过一点的所有截面的全部应力矢量，才

代表一点的~。应力张量：一点上的应力只有6个独立分量。。二维：法线与x轴成倾角θ，σx+σy保持不变。主应力σ1σ2：当dσ/dθ=2τ=0→θ应力为最大或最小，定义了成正交的两个方向，构成了应力的主轴，主轴上的应力称~，σ1>σ2。意义：已知一点应力状态→主方向、主应力→取主轴为x,y轴：σx=σ1，σy=σ2，τxy=0.?应力椭圆：所有应力矢量都指向/背离中心点，即法向分量都为压/张应力（σ1σ2同号）时，所有应力矢的尾/首端的轨迹。部分压、部分张（异号），作不出~（为双曲线）。（三维应力状态：应力椭球）应力莫尔圆：应力分析的图解方法，能完整地代表一点的应力状态。横轴正应力σ，纵轴剪应力τ。

?应力场：受力物体内每一点都存在与之对应的应力状态，物体内各点应力状态在物体占据的空间内组成的总体。图示：常用主应力迹线和等值线、最大剪应力迹线和等值线，有时主应力迹线和应力椭圆双重表示，有时主应力矢量图。构造~：由构造作用造成的应力场。地应力：地壳岩石中存在的应力，除构造应力，还有非构造应力。地壳~：地应力在地壳空间内组成的整体。古~：在地史时期作用的~（探讨地壳运动规律，指导成矿预测等）。现今~：现今作用的~（地震预报分析工作和工程场地稳定性评价）。

?变形：当地壳中岩石体受到应力作用后，其内部各质点经受了一系列的位移，从而使岩石的初始形状、方位或位置发生了变化，这种改变称~。位移的基本方式：平移、旋转、体变和形变。平移和旋转：指刚体的~，是物体相对于外部坐标作整体的~。不引

起物体内部各质点间相对位置的变化，∴不改变物体形状。体变和形变：引起~改变，从而改变~，即引起了物体的应变。

? 应变：物体在应力作用下的形状和大小的改变量（有时也包含一定程度的旋转），表示物体变形的程度。地应变：地壳是具有一定弹性的，当作用于它的地应力不超过地壳岩石的弹性强度时，产生弹性应变。通常认为无限小、均匀应变。量度：线应变：一条线的长度变化；剪应变：两条线间的角度变化。形式：线应变、剪应变、面膨胀、刚

体旋转角。线应变l

dl l

l l l

=-'=ε，变形前后单位长度的改变量(+张-压)。剪应变?γtg =：

变形前相互⊥的两条直线，变形后其夹角偏离直角的量?称角剪（切）应变，其正切称~，与主应变方向成45°时最大，21εεγ-=

m 。面膨胀21/εεεε+=+==?y x F dF (+

膨胀-域缩)。刚体旋转角?

? ????-??≈y u x

v 21ω，角平分线变形旋转的角度。 ? 均匀应变：物体内各点的应变特征相同的应变变。直线、∥线→∥,其中任一小单元

的应变性质可代表整个物体的变形特征。非均匀应变：物体内各点的应变特征发生变化的应变。直→曲或折，∥→不∥。连续变形：物体内从一点到另一点的应变状态是逐渐改变的。不连续变形：如是突然改变的，则应变是不连续的。→相对概念。若连续，可用各微单元体的应变特征及其系统变化表示总体构造的特征。有些非~从宏观尺度可近似看成均匀~，从而以一个平均的应变椭球表示总的变形特征。反之，有些均匀~在更小的尺度上可表现为不连续~。 ? 二维无限小应变：

? 就方向45°和135°，按上式y x εεγγ-==135,451，xy γγ=2。第1剪应变率γ1：走向为N45°W 的⊥面上的右旋剪切。正，表示地块受东西向伸长、南北向压缩的形变；负，相反。第2剪应变率γ2：走向为东西的⊥面上的右旋剪切。正，表示地块受北东—南西向伸长、北西—南东向压缩的形变；负~。 ? 主应变

：若平面坐标系的y 轴指北，则x ε，y ε和xy γ分别表示一点上东西和南

北方向的伸缩率（线应变）以及这两方向间的角度的变化（切应变），这是一组应变量。

就任一地面点来说，在方位角为α的任一方向以及与其⊥的方向上，都有一组应变量，

和

。在这些成对的方向中，存在一对互相⊥的特殊方向，它们的线应变

分别达到最大值和最小值，称~。根据二维应变张量，解下式可得。

041)(21212

2=-+-=?

???

?????--=xy y x y yx xy x γλεελλεγγλεε ? 应变椭圆：取主轴为坐标轴，则主应变可表示为应变圆锥曲线k y x =+2221εε。同号，椭圆，

为长、短半轴，；反号，双曲线；=-，等轴双曲线。应变椭球：为

形象描述岩石的应变状态。常设想在变形前岩石中有个半径为1的单位球体，均匀变形后成椭球，以其形态和方位来表示岩石的应变状态。沿主轴方向只有线应变没有剪应变。 ? 区域地壳运动应变分析：①利用新、旧测量的原始观测资料：要求新、旧测量的网形和观测量相同，因而其适用性受制。但它不依赖其他的观测量，避免了监测网平差中因基准点设定不当等原因带来的影响。②根据新、旧测量结果比较得出的位移场：需采用自由网平差或拟稳平差求定位移场。所有的观测量都可用于应变分析，不要求新旧观测量都相同，只要求属于同一大地基准。在平差中，可滤掉观测数据的粗差和估计观测质量，且由各点位移向量的图解，可看出各点位移的趋势。目前多用。有限单元应变分析法：把一个大区域分割成有限的小区，分别进行应变分析，可得到接近真实的地壳应变情况。在用三角形直接在椭球面上计算应变时，结果与三角形大小有明显关系：高值点基本分布于图形尺度较小的区间；尺度小的区间应变值分布更离散，量值变化幅度更大。跨度较大的图形反映不出细部的剧烈变化。∴需分析尺度的相对性并进行归化。 ? 建立现今板块（地块）运动和应变模型：需同时考虑活动（块体）地块的刚性运动和块体内部的应变。假设用空间大地测量得到的是站心系下enu 方向的位移（或速度）和点位坐标（L ，B ，H ），现在用余纬θ、经度λ、球心距r 组成的球面坐标系来研究球面块体的运动和变形。模型1将球面坐标系下的变形用泰勒级数展开，计算应变和旋转后求平均，得到块体的旋转参数和应变参数。对于给定测站上的位移，可用最小二乘法平差解出各块体的运动和应变参数，进行一些替换后可得v e ，v n 。模型2当研究区域为较规则的低纬小区域时，sinB 0?L=0（微小量的二次项），带入1。r 0地球半径；V e V n 块体的整体性平移运动；e

εn ε为e 、n 方向的正应变；en γ剪应变；ω块体的刚性旋转角。

模型3若块体的运动严格限制在地球表面上（如竖直方向的运动可忽略不计），则可看

作块体中心移动与绕过球心固定轴的转动、平移量测，按刚性旋转运动处理。模型4：3在XYZ坐标系下的形式。比较：1、2属一类，强调块体的整体平移运动和旋转运动，并用块体中心点的平移量和旋转量代表整个块体的~，而块体上的各个测点可有不同应变量，2更适用于低纬度地区。3、4理论上等价，强调块体的整体旋转运动，而块体上的各个测点可有不同的应变量，3、4较1、2更适用于大区域范围的活动块体。5认为块体是完全刚性的作整体旋转运动，不考虑或忽略块体的弹塑性应变量。v=ω×r（r相差大）。模型的辨识：确定这些模型的优劣性及其适用范围。无偏性(t)模型残差的均值→0。正确性(F)通过检验验前验后单位权方差是否一致判断。有效性(2

)残差的方差最小。板块构造学说：大陆漂移、海底扩张、板块构造。

?板块构造的基本单元：岩石圈：包括地壳和地幔顶部，刚性。大洋中脊：板块发散边界之一，新生岩石层板块的地方；在构造上不连续，被一系列与轴线相⊥的大断裂带切割。消减带：板块边界之一，是板块汇聚、消亡的地区；一个完整而典型的消减带包括岩石层板块、海沟、火山和弧后扩张盆地等部分。转换断层：板块边界的一种特殊形式，是联结发散边界和汇聚边界的一种边界；切穿整个岩石圈；（与平移断层的区别：错动方向相反；仅限于脊轴之间的段块，平移断层为整个长度的错动；活动不能使两侧脊轴之间的错开幅度增大，平移断层持续活动会）。大陆碰撞带：板块的汇聚边界；直接运动：造山运动。（地缝合带：两个大陆板块相碰撞，强烈挤压后被缝合在一起，其出露于地表的接触带称~。是个带，在运动）。三联点：特殊板块边界，描述了三个板块的边界的结合部，形式：RRR、RTT、RFF（R洋脊T海沟F转换断层）。板块边界相对速度规律：（满足闭合回路条件V BA+V CB+V AC=0）①洋脊：相对速度必定离散且⊥于洋脊；

②转换断层：相对速度必定∥断层；③海沟：相对速度必定会聚但没有特别优势方向。?板块构造运动：相邻两板块之间的相对运动实际上是围绕通过地球中心的一个轴的旋转运动，通常用欧拉定理表达。板块相对运动：以某一板块为参考的板块运动，参数：速度、方向。速度：u=ωrsin?，ω两板块相对运动的角速度，?观测点相对于旋转极的角距离，r地球半径；确定方法：速度矢量差V ji=u j-u i = (ωj - ωi)×r。板块绝对运动：相对于某一与板块无关的参考框架的板块运动。绝对参考框架：相对于上层地幔的平均位置（平均岩石圈）固定的框架，即假设下层地幔是固定的，或至少其内部运动相对于板块运动小得多，称平均岩石圈框架。建立全球板块运动模型：1地质-地球物理方法：板块运动模型具有长期趋势。①热点假说。地幔中的热点相对于下层地幔固定，板块相对热点的运动即板块的绝对运动，通过测量跨越热点的火山链的年龄和长度可得②岩石圈无整体旋转(NNR)假设。如果岩石圈与软流层的耦合是侧向均匀的，且板块边界的力矩对称作用于两个相邻板块，则平均NNR参考框架就是绝对参考框架，相对于该框架的运动即为~。NNR参考框架基于一种平衡条件，即所有岩石圈板块所收到的力矩总和=0，即没有纯力矩作用于整个岩石圈。2空间大地测量方法：观测的是具有现实性的,可反映表层最近几十年、几年的表现。精度评定mωmΦmΛ。

?板块驱动力：俯冲板块产生的拉力、洋中脊的推力、热拉张应力、消减吸力。研究方向：①板块主动驱动其自身运动论（板块构造本身和热点对流）②地幔对流驱动论。可能驱动岩石圈板块运动的机制：软流圈内的对流；全地幔对流；产生于核-幔边界的热柱及其在地表引起的热点。

断块构造学说：断块：为断裂所围限的块体。地球沿垂向的各壳层间的滑动面称层间滑动断裂，这些壳层沿横向又被不同深度的断裂分割。这两种断裂的结合所限定的地质构造单元即~。断裂、断层：指岩石沿某个面的破裂和沿该面的位移，实际常将断裂用作断裂面的同义词。断裂形成常由剪切始而由拉张发展完成。4种断裂：岩石圈（板块）、地壳、基底、盖层断裂（按切割深度），此外还有不同深度上的层间滑动断裂。断裂体系：因受力方式、边界条件等不同，断裂常构成不同型式的组合，称~，X型剪切，Y型剪切—拉张和I型张性。5种断裂活动方式：纯挤压、纯拉张、纯剪切（左右旋）、剪切－挤压、剪切一拉张。与板块的关系：断块是大陆上的板块，板块是最大一级的断块即岩石圈断块，是被岩石圈断裂围限的、以相应深度的层间滑动断裂为底界的块体。驱动力源：离极力、科里奥利力、旋转速度不均一效应、地球自转速率的变化。

?断块与板块：块体边界：四种深度不等的断裂和深度不同的层间滑动断裂；大洋中脊、转换断层、深海沟、地缝合线。块体形态：大小不同、厚薄不一；大小不一，厚度相同（指均属岩石圈）。块体结构：极不均一，岩石圈断块内部构造形变及地震等屡有发生；板内结构均一，无形变发生（视为刚体）。块体分类：按厚度（即按边界断裂深度为四类按地质性质分为三类（陆壳型、过渡壳型、洋壳型）。块体运动：水平与垂直运动并重，两者为对立统一关系；侧重水平，忽视垂直。块体漂移：可在不同深度的界面上发生；在软流圈上进行。块体拼合：洋-陆（仰冲与俯冲同时存在，仰冲主要），过渡壳-陆（增殖），陆-陆（对冲、互冲）；只强调俯冲，忽视仰冲。驱动力源：地球转动引起的诸种因素在重力与热力作用的对立统一效应下而做水平和垂直运动；只强调热力作用，忽视地球自转及重力作用。

?活动亚板块与构造块体：在新构造时期至现今仍在活动的构造单元，不单纯是由断裂围限的断块，也不单纯是小板块，是具有构造活动统一性的构造实体。亚板块：①对其所处的板块来说是次一级的；②近似，并非大板块的单纯划小，∵它未必具有大板块的属性和条件。构造块体（块体）：亚板块的变形不仅限于边缘，其内部也经历构造过程，∴还可以进一步划分出~。划分依据：①能够反映深部过程的活动构造带②地震活动带，特别是强震带是划分板块、亚板块和块体边界的主要依据之一③地球物理场的变异带，反映沿此带有深部构造上的变异④亚板块内部构造活动的统一性。相对运动的计算：用断裂两盘在水平面上相对运动的平均速率矢量的水平投影值V=V1+V2表示，V1V2分别为∥和⊥断裂线的平均滑动速率矢量。同一块体速度不同？V=ω×r，ω同，在不同位置r不同。确定我国各亚板块与块体相对欧亚板块的运动矢量方法：①各块体运动总体方向与各块体前缘新褶皱轴向或逆冲断裂走向⊥；②块体运动速率估算系数假定，缩短速率=⊥形变速率×块体横向宽度/块体⊥厚度（地壳厚度）

活动地块假说：在张文佑的断块构造学说、马杏垣、丁国瑜提出的活动亚板块、构造块

体的基础上发展起来。用于描述中国大陆现今构造变形的特征和机制，探索大陆强震的发生机理和预测方法。我国大陆广大地区处于发散的板块边界附近，板块内部构造活动相对强烈，为了更好地描述板内构造活动，广泛地采用“地块”的概念。

?活动块体：正在活动的岩石圈块体，它实际上是被大型第四纪活动构造带所分割和围限、具有相对统一运动方式的地质单元。块体内部构造活动相对稳定，块体边界活动强烈。因而，强震大多数发生在活动块体边界带上。特点：①新生性：即现今活动性②层次性：可分成不同级别，高层次块体可含有次级地块③整体性：内部相对稳定，主要构造变形和强烈地震发生在边界，运动具有较好的整体性④立体性：活动地块的运动和变形不仅受到板块边界的驱动作用，还受到来自大陆深部的动力作用，这是活动地块与板块构造的根本区别之一。①内部变形形式：相对稳定，内部不发生大幅度构造变形；内部次级块体间相对运动，有构造活动性，但活动强度、频率远小于边界活动构造带②边界：可与地质历史上的块体相一致，也可具有新生性，与老块体边界不一致③分级性：1级地块内部可能存在次级地块，但不同地块之间或不同级别地块之间的构造变形在更大区域框架下具有协调性④运动不仅受到板块边界的驱动作用，还可能受到深部动力作用，地块的底边界受不同层次的拆离带或滑脱带所控制，因深部动力作用不同，所表现在浅表的脆性构造变形和强震活动也不同。划分原则：边界构造变形的新生性和局部性；内部构造变形的协调性和整体性；内部结构的完整性和分层化。活动状态：地块介质的~：地块内不同层位介质的热、流变学、应力状态，可用地块能量积累、释放的快慢衡量；地块边界的~：显示了断裂由离散的断层段逐渐扩展、贯通而形成连续断层边界的过程，分为基本连续的（成熟的边界）、不连续的（发展中的边界）、隐伏（盲断层）断裂带。变形机制：中国大陆现今构造变形以活动地块的相对运动和相互作用为主要特征，why？大陆岩石圈具有分层的力学性质，上部地壳在漫长的地质演化历史中由于其物性、结构和力学性质的不断演变形成不同层次的活动地块，变形以脆性为主，向下这种脆性变形转换为塑形流变。驱动脆性地块的运动的基本方式：①地块的边界断裂切割整个岩石圈；②只切割岩石圈的上部脆性层，可能更真是地反映了大陆构造变形的动力学机制。?活动地块与强震关系：大震常发生在活动地块边界上；活动地块的级别越高，控制的强震规模越大。构造强震可理解为岩石块体间的突然错动。断层观点，断层摩擦失稳后的突然错动而产生强震；地块活动观点，强震是地块弹性能的快速释放：一方面需要积累足够的弹性应变能，同时具有突然快速释放的边界条件。地块边界的断层错动只不过是弹性能释放的场所。从地块观点预测地震：需了解板内地块之间和地块内部的应变能分配格局及其变化过程，具体有①板块边界应变能的传递；②板块内部介质、结构对应变能分配的影响；③深部作用产生的应力分配；④板内应变能的再分配。

?地块与板块：是板块构造向板块内部的延伸，与板块有相同的块一带结构，变形主要由带来完成，这板块与地块相同，差别仅在水平尺度、深度层次及变形量级。定义：具有一定强度的坚硬块体；变形性质相同的区块。层次：岩石圈；地壳。运动性质：主动；被动。侧边界：相对固定；可变。底边界：固相线；脆/韧转换边界（不明确）。驱动力：外部边界里（俯冲板片的负浮力+中洋脊的推力+地幔底部拖曳）；内部应力（应力集中与失稳后而产生运动）。过程性质：运动学（V=ω×r）；动力学。力/运动关系：运动的稳定保持力的平衡；力的集中、不平衡造成运动。稳定性：运动相对稳定、持续性；不稳定、间断性（微动态）。

?活动地块的大地测量划分方法：直接根据大地测量观测结果判别一组点是否属于同一构造单元的方法，可用来划分活动地块。通常被判别属于同一构造单元的一组点称作相对稳定点组，这组点被认为是不包含“不合群”位移观测点的所有其他点的集合，也可认为是相对不动的点组，或一组几何关系不变的点组。用这种方法确定的相对稳定点组来划分地块的方法称~。实际工作中，还需结合地震、地质构造背景。①“几何关系不变”判别法：依据一组点间的集合关系是否保持不变来判别这一组点是否可认为它们是相对稳定的。思想：如果一组公共点在两期测量之间内部没有相对位移，尽管两期测量计算坐标时所依据的参考系可能有变化而造成求得的坐标有视变化，但可通过坐标变换加以消除。这样一组点称~。②F检验法：主要应用于方差分析理论，基于有约束和无约束平差的统计特征，给出一种根据复测结果判别一组测站是否位于同一构造块体上的假设检验方法。原理：两期测量之间内部没有相对位移，尽管参考系可能有变化或所处的构造块体有运动，但它们的运动是一致的（在同一构造块体上），由此而造成的坐标变化将综合反应在一组转换参数中：转动参数ωxωyωz和比例缩放因子e。③粗差的拟准检定法（QUAD）法：基于真误差与观测值之间的解析关系建立起来的用于探测观测值中的粗差。如用在~上，即是确定一组没有发生相对位移（或相对位移在观测误差允许范围内）的点。在“拟稳平差理论”基础上发展起来的，拟稳平差贯穿一种辩证思想，突出选群拟合而非强制。粗差在数据中出现是少数，∴相信观测数据的大部分是正常的。基本正常但尚待确认的观测称拟准观测。

定点形变观测与数据处理

?GPS台站连续观测：以GPS台站组成以监测地壳水平形变为主的地震监测网，主要监测大范围及全球的地壳运动。观测对象：观测站到卫星间的距离。观测量：接收机天线相位中心到卫星的码伪距和载波相位，多站同步观测结果→站间的几何关系及其随时间的相对变化。技术要求：分辨率、观测精度、采样率。观测场地：主要构造体稳定部位。质量控制：接收机内部噪声水平检测：零基线法；天线相位中心稳定性检测：相对定位法；GPS接收机作业性能检测：短、长基线检测；未检测及检修后的接收机或天线在安装前需检测；数字气象仪检定；值班守则、观测日志。观测数据：GPS观测值、气象观测值，震时应急加密采集。

?重力台站观测：对象：测点的重力加速度（简重力）随时间的变化，m/s2，其他测项分量：改正重力、温度、气压等。台址：重力台站观测台址需选在布格重力异常梯度带、地质构造变异带或地震活动带内。环境影响：对连续重力观测特定场地空间构成直接、间接影响的各种自然与人为因素的总和。仪器干扰：影响连续重力观测装置、测量设备、技术系统发挥正常观测功能，降低观测精度，使观测数据产生显著偏离正常量值

的现象。应用：1.地球动力学研究方面：①地球内部物理构造，不同无知分布特征②大气负荷，液核动力学效应③地极移动，地球自转速度不均匀等地球动力学现象；2.地震科学~：①利用HHT法提取重力固体潮的地震前兆信息②提取负载于零漂上的低频非潮汐信息③获得地震前的高频扰动信息。

?地倾斜台站观测：目的：研究地壳形变⊥方向的相对运动和固体潮的动态变化。类型：洞体观测、钻孔井下观测。仪器：数字化水平摆、~⊥摆、~水管仪、~钻孔倾斜仪。对象：地平面与水平面的夹角（即地平面法线与铅垂线夹角）及其随时间的变化，单位角秒，有大小、方向。地倾斜台站观测按北南分量及东西分量正交设置，并可斜交45°设置第三分量。场地：活动断裂带附近。数据报送：①每日报送前一天地倾斜分钟值数据文件②每月报送月整点值数据文件、月报表、月整点值曲线图③每年报送全年日均值曲线图、辅助观测数据曲线图、工作报表、年度技术工作总结。

?洞体应变台站观测：目的：主要利用伸缩仪测定水平应变，为研究地震孕育过程的水平应变的变化规律提供数据，也为地球弹性研究提供重要数据。对象：是洞体内两基点之间水平距离随时间的相对变化。观测场：活动断裂带附近。应变固体潮：日、月天体引力变化引起地球有规律的形变所致，地球科学中唯一可预先算出以后变化的现象，地球的“脉搏”“心电图”。

?钻孔应变台站观测：在钻孔内对岩体应变状态随时间的相对变化进行观测，对象：体应变、差应变和分量应变。

连续观测序列的数据缺失补值预处理：模拟或数字记录的连续观测资料，由于仪器工作性能或供电等偶然因素的影响，致使资料出现几小时或短期断缺，给资料保存、分析及研究工作带来影响。1序列值缺失补值预处理法（内插）：适用于当缺值部分位于序列中间的情况。特点：尽量利用头尾相邻数据序列已有信息；符合序列本身的特性和变化规律。①连续观测整时值的补缺：±48h补值法：整时值连续缺失<24h，用前后两天的完整观测记录，计算补值。牛顿插值法。采用平行观测仪器进行补值：>24，根据平行记录量值大小，在考虑两台仪器间的差异特性的情况下，利用形态的一致相似性进行补值。②日均值、五日均值的补缺：如有平行仪器，可根据已有仪器的记录进行插补，或在观测序列中与缺值相邻的前后值进行补插。2外推补值法：适用于缺值位于资料的首尾时，可按泰勒级数展开的线性组合式推求补值，顺推和逆推。精度低、无法控制。?插值与拟合：都需根据一组数据构造一个函数作为近似。插值：求过已知点有限个数据点的近似函数；拟合：已知有限个数据点，求近似函数，不要求过已知数据点，只要在某种意义下它在这些点上总偏差最小。拟合与平差：满足最小二乘。拟合：同一个表达式表达的连续曲线；推求未知点，可预测。平差：不同点上观测方程不同；不可，必须有观测值→评估。

?连续形变、应变观测数据处理：提取地壳形变信息的方法，用数学物理方法把信息和干扰分开，①排除干扰，压低噪声，突出信息；②提高信噪比；③利用信息和噪声的不同特性来区别及识别信息。干扰信息：自然环境的变化，如气象、地下水变化引起的非地壳构造运动地壳形变，也可以是地壳正常运动过程，如潮汐应变、地倾斜等。①多元线性回归法：粗差→异常（如有地震前兆信息，含在余差V中）。②带控制项的自由回归模型（CAR）方法：适用于随机观测序列中，部分干扰因素为已知观测值。③卡尔曼滤波方法：预测→实测→修正。用前一个估计值和最后一个观测值来估计信号的当前值，用状态方程和递推方法进行这种估计。评价：此方法不限于平稳随机过程，它的信号与噪声是用状态方程和量测方程表示的。

区域地壳形变监测数据处理：活动地块区域内的地壳运动与变形分析就是要建立地壳运动学模型，直观地描述地壳构造运动的形式。更进一步是要进行地壳应力与应变分析，探讨各种构造变形的力学成因。

?地壳水平运动~：（短基线）测边网、测角网。建立地壳水平运动模型法：将监测区按自然存在的断层界线分为若干个单元，在一个单元中，一个大地点在时刻t的大地坐标表示为A，t0固定的参考时刻，（φ0，λ0）一大地点在该时刻的大地坐标，每个f都是φ0λ0的函数，表示为B，各b是待定的地壳动力参数。

（A），（B）。B带入A，得观测方程，待定量（φ0，λ0）和地壳动力参数。特点：①不论各期观测中的观测量是什么，每得出一点（φt，λt）→AB→各期的方程联合平差→未知坐标（φ0，λ0）和各参数的最小二乘估值②该模型把地壳水平运动表示成为时间的连续函数和位置的非连续函数（不连续发生在单元边界）③主要反映地区地壳水平运动总趋势，而不是局部细节。数据分析：思想：首先在断层两盘各判定一组相对稳定的点，作为固定点组；断层每一盘各点的运动都以各自的固定点组为参考来求定。判定相对稳定的点：通过对视位移函数的分析。视位移函数：指两点之间的边长、方位角和高差的变化。沿着两点连接线的位移引起边长变化，⊥连接线的位移引起方位角的变化，沿垂线方向的位移引起高差变化，这三个方向互相正交。位于断层异盘的两点，其间的边跨越断层边界，其角度和边长的改正数方程将含有表征断层两盘相对运动的元素。B点的总位移量：①表征B点局部运动的向量Wl，即以东盘基准为参考计算的运动②断层东盘相对于西盘的旋转向量Ws，大小逐点不同；（v=ω×r）③表征东盘相对于西盘位移的大小和方向的位移向量Wt，位于东盘的每一点，这一向量相同。

?地壳⊥运动~：运动类型：长趋势的区域（背景场运动）、局部（局部自身运动）、随机构造运动（误差项）、非构造运动。由水准测量数据求定~的模型：简单、速度差、速度面、简单多项式、速度面多项式、多面函数拟合法、扩展模型。多面函数拟合法理论基础：任何一个圆滑的数学表面总可以用一系列有规则的数学表面的总和以任意精度逼近。扩展模型（考虑两期测量之间的间歇性或非线性运动的水准网平差模型）：每一

点都位于一地块上，每一地块都有自己的速度面。可增加一些项，以考虑发生在地块内的间歇性或非线性⊥运动；特点：具有很强的灵活性，可以解出地块运动、间歇性运动和加速度；差不多任何一种粗差或系统误差都可能混同为地壳运动。理想的平差模型：既有充分的灵活性，又可以如实地描述任何类型的地壳⊥运动。灵活性的运用要力求慎重，适度而止，应当是在考虑了监测区的地震活动、地质构造和工程建设活动之后所认可的。平差考虑因素：地壳的运动方式、起算基准的选取、观测过程中地壳运动的顾及。未知参量：常数~△i、一次~vi、二次~ai、突变参量△ti。

地震：预测难点：地震物理过程本身的复杂性；地球内部的“不可人性”即人们无法深入到地球内部在震源区内设置台站、安装观测仪器；大震重复时间的长期性，限制了作为一门观测科学对现象的观测和对经验认知的进展。实现预测：对地震机理、地震孕育发生的物理过程的全面的完整的认识；能够有效地监视地震的孕育、发生过程，以便根据孕震过程的发展阶段进行地震预测。预报途径：关于孕震过程和地震模式的理论和实验研究；根据在长期实践中积累的大量震例资料，总结出经验性规律推广应用于预测未来地震。在震源形成及演变过程中，震源区及近源地区出现的各种效应称源兆，大范围区域应力场在众多敏感点显示的异常现象称场兆。

?地震阶段：震间：应变积累平稳而缓慢，经历时间长，断层两侧呈连续变形。震前：应变积累加快，方向改变，但经历时间不长，通常难以观测到异常的地表形变。同震：应变积累达到极限，介质破裂，应变能突然释放，断层两侧发生位错。震后：释放剩余的应变能，断层以较慢的速度继续滑动，然后逐渐恢复正常并进入下一地震周期的震间应变积累阶段。

?地震地壳形变：由于地壳结构的不均匀性，在内力与外力的作用下就会产生不均匀的地壳形变，它导致某些地壳特殊部位上的应力-应变积累，当这一积累应变达到地壳的基线应变值或已有断层上的应力积累达到了断层的抗剪强度时，地壳便突然破裂，发生地震，这种与地震的孕育和发生过程直接有关的地壳形变过程称~。地壳变形观测分类：时间域：连续观测、离散观测。空间域：定点形变（倾斜、固体潮）观测；断层位移观测（局部）；区域形变场观测；全球板块运动监测。观测手段：空间技术；常规大地测量技术；洞体钻孔应变、倾斜、各类固体潮汐因子等观测。震前地壳形变（地壳形变前兆）：孕震过程中的地壳形变。表现形式：断层系和块体运动（长期形变率的加速或蠕动加速）；近场地壳应变积累（硬化→线弹性→非弹性变形或弱化→失稳→滑动）；扩容与地表隆起（地壳表面大部分位移由无震滑动产生）。同震地壳形变：震时地壳破裂引起的地壳形变。表现：地震断层、地裂缝。描述：通过地面观测资料建立的断层运动模型。震间地壳形变：地震断层闭锁段在长期构造加载过程中所产生的地球介质形变。同震滑动大、震间滑动小。震后地壳形变：震后继续调整过程的地壳形变，一般与震前的运动趋势反向。特点：滑动速率成对数衰减，位错量可≥同震滑动。

地震形变检测台网：地壳形变测量能精确定量地检测到地震发生前后地壳的一些列活动、变形（位移、速度、加速度、应变、倾斜、蠕滑）、重力和介质物性的空间分布及其随时间变化。工人是力学型最直接的地震前兆，是地震预报的基础。分级：全球、国家、区域、社会地壳形变台网。

地球参考系与参考框架：参考系统：为了表示位置坐标而定义的类似于标尺作用的参照物。参考框架：参考系统的具体实现。参考基准：完全确定参考系统的必须因素。CTRS：协议地球参考系。即对所建立的参考系的各种方法、参数和模型做出一定的协议。CTRF：协议地球参考框架。具体实现某一协议参考系的一组参考点的位置和坐标构成CTRF。ITRS：国际地球参考系，1地心包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2长度为米，是在广义相对论框架下定义的；3坐标轴的定向与国际时间局BIHI1984.0历元的定义一致；4系统的时间演变基准是使用满足无整体旋转NNR条件的板块运动模型来描述地球各块体随时间的变化。ITRF：国际地球参考框架。是ITRS的一种具体实现。是基于VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空间技术所建立起来的现代全球地面参考框架，它提供了一个全球统一的、地心得、三维的和动态的高精度地面坐标参考基准。是最优的CTRF

?地球参考系从定义到实现：①给出理论定义和协议约定②建立地面观测台站，并用空间大地测量技术进行观测③根据前面对协议地球参考系的一些约定，采用国际推荐的一组模型和常数，处理观测数据，解算出各观测台站在某一历元的站坐标，即建立一个ITRF④对于影响地面台站稳定的各种形变因素进行分析处理，建立相应的时变模型，以维持该协议地球参考架的稳定。理想参考系：相对于它地球只存在形变，不存在整体性旋转和平移；相对惯性参考系（空固系）地球只存在整体性运动，如地球自转等。

?建立全球最优的协议地球参考架CTRF：综合各种技术建立：各种技术自身的局限性，包括各自性能、台站数量及分布的局限性，各观测技术机构都很难根据自己的观测资料建立一个最优的CTRF，各分析中心根据各自空间技术建立的CTRF势必会存在一定的偏差，从而影响CTRF的精度和使用。建立步骤：①历元的统一。由于各分析中心提交的CTRF(也叫站坐标组SSC)的历元和其所采用的运动模型可能是不同的，∴在综合处理以前，必须先根据各CTRF所采用的运动模型把它们归算到同一历元。②最优CTRF站坐标解算。由各种技术提供的坐标数据组(SSC)组合建立CTRF，包括对新CTRF坐标原点、尺度和定向的约定。③最优CTRF速度场的建立。联合平差的方法，完全类似于前面求解新CTRF站坐标的方法。即把各分折中心提供的站速度组(SSV)作为输入数据进行平差，求解出新CTRF的SSV以及它与其它SSV的变换参数。维持：板块运动、局部地壳形变、冰期后地壳回弹、地球质心运动的影响和改正。

?ITRF框架的定义的差异：定向、原点、尺度、时间演变基准。

框架转换：

其中T平移参数，D尺度参数，R旋转参数，由基准历元的参数P(t0)，加上基准历元t0到转换历元t 的变化量得到：。即可完成不同参考框架在指定历元t的坐标转换。