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浅谈空间大地测量方法测定板块运动摘要：本文主要介绍了板块运动研究的发展进程，并对板块运动测定的主要方法 ——地质、地球物理方法和空间大地测量方法一一进行了简述，其中着重讲述了 空间大地测量方法测定板块运动最后还概述了与地球物理方法相比，空间大地 测量方法的特点（优点）关键词：板块运动地球物理空间大地测量1引言1915年，德国的魏格纳提出了轰动地学界的大陆漂移假说，1928年英国爱 丁堡大学的霍姆斯提出了地幔对流假说其后，McKenzie, Parker, Morgan和 LePichon等将岩石圈划分为6个板块，并且建立起了板块之间的运动模式随后， 板块运动的测量和研究得到不断精化，到了 1978年,对全球十几个主要板块间相 互运动的研究已比较成熟在板块构造学说的孕育和发展过程中，对板块间相互运动的测量和研究一直 是地球科学家的一项重要任务一方面，这是板块构造学说的重要内容之一；另 一方面，也是对该学说本身的极其重要的验证早在学说孕育之初，Wegener就 曾利用当时的大地测量成果作为其大陆漂移说的证据但因当时测量精度太差， 他引用的结果没有说服力随着科学的发展，后来人们根据古地磁资料、海底探 测资料和地震资料获得了大量描述板块相互运动的数据。

不仅为板块构造学说提 供了强有力的证据，而且还给出了全球板块运动的定量表示在当今社会，全球变化的研究是共同关注的研究热点，现代地壳运动和地球 动态变化的定量监测是全球变化研究中的一项重要的基础性研究内容，它是地球 各圈层运动及相互作用的重要表现空间大地测量新技术的发展，开辟了监测和 研究地壳运动和地球动态变化新途径，它的基本特点是全天候、任意尺度且精高 度目前测定地面点的位置精度已优于lcm,测定地面点的运动速率精度已达到 2〜3mm/a ,依靠空间大地测量的观测数据，建立精细的现代地球运动的定量模型, 进而建立完整的动力学体系成为可能2板块运动测定的主要方法板块构造学说的兴起，是当代地球科学发展中的划时代事件,它是综合了有 关地球上层（地壳）运动的若干假说而形成的一种统一描述地壳构造及运动规律 的学说几十年来，地球科学家对它进行了广泛而深入的研究其中，板块运动 的测定和运动规律的研究，是学说发展的重要基础板块运动测量的方法主要有： 地质、地球物理方法和空间大地测量方法两者的观测量不同，因而所反映的板 块运动时间尺度也不同地球物理方法测量板块相对运动速度的方法有以下几种：瓦因一马修斯法。

地球物理研究表明，大洋底的磁异常剖面实际上是洋底 的等时线将磁异常等时线至大洋中脊轴的距离除以该磁异常的年龄即可求得板 块的扩张速率显然这是几百万年时间尺度上的平均速度此法精度比较高，可 达3〜5mm/yr,定量研究板块运动时主要采用这种数据研究指出，洋底水深是洋底年龄的函数，洋底水深的变化亦与板 块扩张速度有关，扩张速度越快，大洋中脊两侧的坡度越平缓，反之，两侧的坡 度越陡峭据此可以从洋底水深的变化或洋中脊两侧的坡度来推求板块扩张速 度此法精度较差但在缺失磁异常的地区可作为一种替代方法此法假定，沿断层的所有运动表现为相继发生的断错，而不是蠕 动每次断错引起地震时会出现滑动，将板块边界一段时间内所有地震引起的滑 动累加起来，便可计算板块的相对速度此法精度不高，但可计算错动边界的板 块相对运动速度贝尼奥夫带长度法贝尼奥夫带的长度与板块府冲速度之间成正比关系 垂直于岛弧走向的贝尼奥夫带的长度大致代表了一千万年来的板块府冲量此法 只是经验关系，仅供参考之用地球物理方法测量板块相对运动方向观测量有两种：地震滑动矢量可通过对板块边界地震的震源机制研究得到以前主要来 自仅依赖体波初动的震源机制解，现在已有许多新的包括体波和面波初动的震源 机制解，因而可以给出更精确的滑动矢量。

这种数据仅是最近几十至几百年时间 段内板块运动方向的平均反映，精度在10°左右转换断层方位角通过海洋测深可绘出大洋中脊的剖面图，从而测定转换 断层的走向最近几年侧向扫描和高分辩率声纳系统的使用，使转换层方位角的 测量精度有较大提高，可达3因转换断层的时间跨度很大，这种数据可 能是最近几千万年内板块运动方向的平均指示3空间大地测量方法测定板块运动空间大地测量方法是一种完全不同于地球物理方法的测定板块运动的新途 径其基本的观测量是位于不同板块上的测站间基线变化、测站的地心坐标或站 心坐标的变化，前者可以用来求得板块相对运动参数，而后者可以直接求得绝对 板块运动参数，或者同时求解其中一个板块的绝对运动和所有板块相对运动参 数并通过板块运动叠加原理即：+OK1 =C11 ⑴求得其它板块的绝对运动参数还可根据板块回路闭合的条件即：Qki + Qim = Qmk （2）在任意3个板块间，通过两个已知参数求另一个相对运动参数利用空间大 地测量结果，建立板块运动模型的最基本原理是刚体绕轴转动的欧拉定律，可表 示为：-> -> ->V,. = Qx rz式中，&为测站，的位置矢量，*为该测站运动的速率，6为测站所在板 块的欧拉矢量，它可以用球坐标［切、人、白)或直角坐标9x、9y、9y表 zj\ o当前用来测定板块运动的空间大地测量手段主要有VLBI、SLR、GPS以及 DORIS等，在建立板块模型时，可以单独使用某种手段的观测结果，也可用多种手 段的综合结果，但在使用多种手段综合结果时，首先需要将各手段的观测结果归 算到统一的地球参考系。

3. 1利用VLBI和SLR观测数据解算板块运动的参数用空间大地测量观测结果研究板块运动是随着空间技术而发展起来的，早在 80年代初，人们就开始利用VLBKSLR实测的板块运动观测量求解板块运动参数， 但由于台站少，观测时间短，未能得到可靠的结果随着测站的增加、观测时间的 积累，此项研究得到了相继的发展,Derwes(1989)用新的VLBI和SLR资料解算的 站坐标变化和基线变化率求解了北美、欧亚、太平洋和澳大利亚几个板块的绝 对欧拉矢量，其结果和早期地质模型相接近，但仍有较大差距Argus等利用1984 -1987年期间的VLBI观测数据解算了北美和太平洋的相对板块运动参数，同时 Ward利用更多的VLBI基线矢量变化率，得出了与Argus等结果基本一致的太平洋 与北美板块相对运动参数，Smith等利用1981〜1993年的SLR资料，建立了被称 为SL83的5个板块相对运动模型，这些结果开始接近于NUVEL-1给出的值其后不 少学者利用不同的空间大地测量数据，建立了一些新的板块运动模型，其结果逐 步与NUVELT或NUVELTA相接近，但是由于各主要板块台站分布不均匀，台站数在 某些板块仍偏少，所得结果的可靠性对不同板块很不一致，各模型间也有差异 上 海天文台的研究人员在大致相同的时期，先后利用VLBI、SLR或利用其二者的综 合分别建立了VPMM1、SPMM1和SGPM1等模型，这些模型也都与NUVEL-1相接近。

利用GPS测定板块运动VLBI和SLR技术设备昂贵、装备复杂、全球布设的台站数量有限，其分布也不 能完全满足板块运动研究的需要，所得的研究成果难以包括全球十多个主要板块 的运动GPS技术的发展为增加测站数量，改善台站的分布提供了可能特别是由 于IGS的实施,GPS站比VLBKSLR有了很大的发展，测量精度也彼此相当，因此人们 可以直接利用GPS技术的观测结果建立板块运动模型Argus等用4年的GPS观测 结果建立了全球六大主要板块的运动模型，Larson等利用5年GPS观测资料建立 了8个主要板块的运动学模型Sato利用了34个GPS站的558基线变化建立了5个主 要板块间的相对运动模型,Drewes联合利用IGS的GPS站和VLBI、SLR资料建立了 一个包括12个板块的运动模型，称为APKIM模型而最新的研究工作是根据ITRF96 和ITRF97的结果建立新的板块运动模型，这项研究是在ITRF96和ITRF97公布后 陆续进行的，这样比通常采用单个技术VLBI、SLR、GPS或某种组合观测数据建立 板块运动模型前进了一步与地球物理方法相比，空间大地测量方法有如下特点：(1) 可以直接测定任意两个板块间的相对运动，而不考虑这两个板块是否有 相邻的边界及其边界构造是否复杂。

2) 它测定的板块运动是最近几十年内板块运动的平均值，与地质学方法的 百万年平均值相比，它反映的为现今的是板块运动状态3) 它可以直接测定板块边界和内部的局部地壳形变，包括冰后期地壳回弹, 地震事件等引起的形变这是地质学方法难以做到的4) 板块运动可分为板块的相对运动和绝对运动，前者是描述板块间的相对 运动，后者则描述板块在某种参考系中的绝对运动研究板块的绝对运动首先应 该定义一种参考系在板块运动的研究中通常采用热点参照系和地壳相对于地幔 无整体旋转条件下所谓无整体旋转地球参考系利用地质学方法直接建立的是相 对板块运动，然后通过板块运动叠加原理，求得各板块的绝对运动，而空间大地测 量则既可测定任意两板块的相对运动，也可直接建立板块相对于某种参照系的绝 对运动参考文献[1] 陈宜瑜.中国全球变化的研究方向[J].地球科学进展，1999,14 (4)： 319-323.[2] 孙付平，赵铭.现代板块运动的测量和研究一一地球物理方法[J].地球物理 学进展，1998, 13(1) :2-10,[3] 赖锡安，徐菊生,王庆廷，张国安.地球科学进展[J], 2002, 17(4)： 576-578.[4] 李启成，景立平，任常愚.地球学报[J], 2008, 29(2) :241-242.[5] 许才军，申文斌，晁定波.地球物理大地测量学原理与方法[M].武汉：武汉 大学出版社，2006.。