板块运动的观测方法

四、板块运动的观测方法

板块运动的观测方法主要有地质学(海洋地质学)、地球物理学(海洋地球物理学)空间大地测量学以及常规大地测量学等方法。这些方法各有特点，但在板块运动的时空尺度上则属于不同的频段范围，分别应用于不同大小板块间的板块运动及板内变形研究。

地质学的方法是一种古老而传统的方法，由于板块运动在地质地貌上留下了许多运动的痕迹，所以，可以通过地表及海底地质调查、地下钻探、超深钻探以及同位素测年等方法，查明迄今的板块运动及其演化过程。但限于地质学的观测特点，它所给出的时间标尺是大尺度的，是一种平均状态，因此，它所描绘的板块运动是一种基本认识。

地球物理学方法包括地震、重力、磁力(古地磁)、地电，以及放射性、遥感等多种实用技术。这些技术在地球科学中被认为是探查地球内部及认识岩石圈板块运动的高科技，具有先导作用。但限于地球物理对地质体的探测都是以某一岩石物理性质为依据的，其反演(解释)具有多解性，所以，它所提供的板块运动记录是一种间接认识，然而这种间接认识的综合，特别是与地质学的紧密结合，则可对全球板块运动做出更高层次的理论探索，使解译逼近于真实。

空间大地测量学的方法是20世纪80年代以来发展起来的一种大地测量方法，它包括全球定位系统(GPS)、卫星激光测距(SLR)、甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星测高、双向无线电卫星定位及卫星重力梯度测量等6类，其中GPS，SLR和VLBI已进入实用化阶段，是当代观测板块运动最精密、最直观和最有说服力的实测手段。

VLBI(Very Long Baseline Interferometry)(甚长基线干涉测量)——在地面上设相距甚远的两个的固定测站，它们可以同时接收到可视为位于无穷远处的同一颗类星体(河外射电源)发来的射电信号，并可以将信号和一个高质量本机标准频率的参考信号相混频，被记录下来的这一混频信号，通过相关处理就可推算出河外射电源同一波前到达两个测站的走时差，它等价于信号到达两个测站的走时差加上两测站的时间(时钟)同步差。当来自4个或更多射电源信号被观测到以后就可计算出基线矢量的各观测量，换算到同一基本参考架内，就可得到该基线矢量沿长度、切向和垂向的变化率。这种技术的测量精度在数千千米的基线长度上可达到10^－8量级或更高。由于VLBI的测量精度与基线长度无关，因此，它特别适用于全球尺度板块间的相对运动，以及地球自转和极移变化的监测。目前全球共有80多个VLBI站，其中50个测站组成了近200条基线。我国的网站由上海、乌鲁木齐和昆明三个VLBI站组成。上海、乌鲁木齐的VLBI站已投入观测。这种技术的主要缺点是装备笨重，投资巨大。

SLR(Satellite Laser Ranging)(卫星激光测距)——地面上的固定站通过望远镜向卫星上设置的后向反射镜发射激光脉冲，同时记录发射激光脉冲和从卫星返回激光脉冲之间的时间间隔，由此确定出测站至卫星的距离。SLR系统测距精度(第三代)已达厘米级，标准点(一段时间内若干个测距点的拟合平均点)精度已达1～3mm，相对精度约为10^－8量级。目前全球共有100多个SLR站，其中有40多个站参加了全球SLR网的常规观测。我国第三代SLR网站由上海、武汉、长春和北京组成，已参加国际常规联测。

GPS(Global Positioning System)(全球定位系统)——是一个以人造卫星为基础来确定地球上某点的精确位置的定位系统，整个系统由分布在6个轨道面上的24颗人造卫星组成，每个轨道面上均匀地分布着4颗卫星。轨道面倾角为55°，偏心率为0，卫星高度(长半轴)为20186.8km，每718min(分钟)绕地球一周。卫星连续发射调制有P码(精码)和C/A码(粗码)两个波段的载波信号和卫星导航电文。按照这样配置可以保证地球上任何一点在任一时刻都能至少同时观测到4颗卫星，并由此保证GPS能在全球范围内向任意多的用户提供全天候、高精度、连续、实时(准实时)的三维定位、三维测速和授时。为适用这一系统在具有精密星历的情况下最新研制的接收机，可在相距几百千米的地面点距间测距，精度可达到10^－8量级。

我国的GPS应用发展很快，在全国的广大地区内布设了各由几十个站点组成的GPS监测网，GPS接收机的拥有量在几十万台以上。对涉及全球地质科学的青藏高原及珠峰地区，GPS已重复多次布网，并进行了第一期地壳运动监测。上海、武汉、乌鲁木齐、拉萨的GPS站已成为国际GPS地球动力学服务IGS(International GPS Geodynamic Service)全球永久性跟踪站。IGS主要为地球动力学研究提供GPS卫星精密星历、地球参考系、地球自转和定向参数、全球和局部地壳运动信息等，预期达到的精度是几个ppb(即10^－9)量级。目前IGS的三项计划是全球海平面变化、冰后地壳回跳及大地构造运动和地壳形变。

由于GPS技术能全天候作业，站间不需要通视，测程范围大、精度高、仪器小巧轻便、投资少、成本低，所以对于板块运动的观测较其他空间技术更具有现实意义和发展前景。

除上述空间大地测量外，常规大地测量，即通常所说的短基线、短水准和小三角测量，对板块主要活动构造带(特别是对板块内局部变形)的监测也是重要的观测方法。