0 引言

当前用于监测地表垂直形变的大地测量手段主要有精密水准测量（郝明，2012）、GNSS（顾国华，2005；梁诗明，2014；梁洪宝等，2015）和InSAR（Hooper，2008；罗三明, 2014a, b；杨梦诗，2023），其中水准资料积累历时时间长，但复测周期也长，同时测量点受地形条件影响，空间分布密度极不均匀；GNSS测量点空间分布比水准点合理，但垂向观测精度偏低，部分点位空间密度远不能满足要求，且资料积累时间较短；InSAR则能提供高空间分辨率、大区域覆盖的资料，但其时效性和精度相对低，目前收集到的资料还很有限，且仅为视线向形变。“中国大陆现代垂直形变图集的编制与资料整编”项目（陈欣等, 2021, 2022）尝试结合三种资料，发挥不同手段获取的地表垂直形变信息的互补作用（张祖胜等，1996；薄万举等，2001；董鸿闻等, 2002, 2003；黄立人等，2004），利用多种数据处理方法研究和制作了天山构造带、阿尔金—祁连构造带、昆仑山构造带、喜马拉雅构造区、青藏高原东北缘、南北带南段、阴山构造带、燕山构造带、山西断陷带、鄂尔多斯西缘、郯庐带辽河段、华南沿海构造带、郯庐带中南段和龙门山构造带等典型构造活动区的垂直形变图，形成图集。

1 数据采集与处理方法 1.1 InSAR资料收集

对阿尔金—祁连构造带、昆仑山构造带、天山构造带等典型构造活动区的InSAR数据进行收集，并根据不同区域的活动特征，择优选择InSAR数据处理方案，获取形变速率场，并按项目约定格式给出成果数据（包括起止时间、经纬度、LOS向变化量或速率），且部分数据计算了精确到像元的入射角，为后续融合解算提供便利。

1.2 GNSS数据收集

全面整理1998年以来全国GNSS与水准联测资料，得到一等水准点与GNSS连续站之间联测得到的高差结果，与本项目联测、补测得到结果进行联合解算，在二者间实现垂直运动速率的传递（张祖胜等，1998；杨博等，2012）。完成陆态网络连续站1999—2018年最新产出流动和连续数据的收集，形成新一版的station.info文件，完成数据处理工作，得到位移时间序列结果。对1 200多个共享连续站观测数据进行收集与整理。

1.3 数据处理方法

（1）垂直形变信息修正方法。项目研发GNSS和水准垂直形变信息修正方法，给出修正前后GNSS时序的对比分析结果；研发固体潮对水准测量结果的影响模型及修正方法，给出水准资料修正前后的对比分析结果；给出水准网动态平差的最优计算方案（薄万举，2010）。

（2）多源垂直形变结果的整体融合方法。完成融合方法优选以及参考基准的讨论，并使用典型地区数据进行方法试算，获得统一参考基准下多区域多分辨率的测量垂直形变结果；对多期水准路线拼接问题提出解决方法，编写相应程序；在方法优选的基础上，编写水准融合平差程序、曲面拟合程序、多期数据合成曲线拟合程序，并对上述程序利用已有算例和成熟软件的结果进行测试和对比。

（3）联合平差方法。基于模拟数据进行多源数据获取大尺度垂直形变场的联合平差方法研究，结果表明，基于水准高差观测和空间对地速率观测的赫尔默特方程分量估计联合平差方法，在水准平差垂向速率约束中能极大提升结果的质量，是一种有效的凸显形变信息同时又能抑制误差的平差方法。

（4）多种数学格网化方法。完成多种数学格网化方法的模拟计算结果比较；完成OKADA弹性半空间位错模型的形变描述、典型地震物理模型断层垂向位移信息和数据点分布疏密对网格化影响分析。

2 数据要素项及精度 2.1 构造区形变专题图组的要素项

根据相关部门的科学数据汇交要求，需归纳数据的要素项。本垂直形变图集的要素项由9项组成，以下按照格式标准逐项进行列举说明：

（1）构造区名。在图名中给出。

（2）垂直形变矢量图。一般每个构造区给出一幅垂直形变矢量图，量纲为mm/a；个别构造区给出不同时段的演化形变图，有2幅以上的矢量图，代表的时间段不同。

（3）垂直形变等值线图。将上述矢量数据网格化后给出的等值线图。

（4）比例尺。该图组均为墨氏投影地图，图幅大小不一，均标注经纬度。

（5）NS向梯度图。在上述网格化值的基础上，计算南北方向上的变化率，称之为NS向梯度，绘制NS向梯度的等值线图，即为NS向梯度图。量纲为mm/a/km。

（6）EW向梯度图。在垂直形变网格化数据的基础上，计算东西方向上的变化率，称之为EW向梯度，绘制EW向梯度的等值线图，即为EW向梯度图。量纲为mm/a/km。

（7）总梯度图。利用NS向梯度与EW向梯度求出合矢量，矢量摸为总梯度值，利用总梯度值绘制的等值线图为总梯度图。

（8）矢量图的矢量符号和比例尺。矢量箭头向上表示上升运动，向下表示沉降运动；比例尺由各图图例给出。

（9）矢量图中的误差。矢量图中的色标表示矢量的一倍中误差，由最小二乘配置方法计算得出。量值和量纲见图例。

2.2 图集支撑数据的精度

（1）时间频度。典型构造区形变图因在全国形变图数据基础上增加局部的区域性资料，其时间频度比全国尺度的形变图要高，但受资料限制和目标不同，其时间频度各异，不能给出统一描述。每幅图的图名中均标注所代表的时间段，可作为形变信息时间频度的一个参考。

（2）精度。除InSAR形变图外，每个图给出独立的精度评定结果。在矢量图中，用色标表示垂直形变矢量精度的空间分布（薄万举等，2011）。

3 数据研究成果应用实例 3.1 阿尔金—祁连构造带

阿尔金—祁连构造带地处西藏、新疆、青海和甘肃交界处，是青藏高原北边界的主要组成部分，对于研究青藏高原动力学具有重要意义（侯康明等，1999）。但由于区域位置及气候原因，测量作业困难，分布在阿尔金—祁连构造带上或附近的水准测线和GNSS观测资料料较少，为此通过收集InSAR资料作为补充。处理方法包括PS-InSAR、SBAS等，研究成果如图 1、图 2所示。

3.2 昆仑山构造带

昆仑山构造带地处青藏高原，水准测量资料较少，GNSS点亦相对稀疏，能获取垂直形变信息的空间密度及分辨率较低，因此收集该区域的InSAR资料。InSAR资料空间信息密度高，但覆盖范围有限。不同资料相互补充融合研究形成垂直形变图。文中列举了昆仑山构造带垂直形变速率NS梯度图（图 3）、垂直形变速率EW梯度图（图 4）和垂直形变速率总梯度图（图 5）。

4 展望

（1）地震预测与防灾减灾。垂直形变图可为地震危险性的评估和预测提供重要依据。在地震发生后，可以帮助评估地震对地表和地下结构的影响，为灾后救援和重建工作提供科学指导（王庆良等，2008）。

（2）地质构造研究。通过分析形变图中的形变速率和方向进行构造活动性分析，推断地壳内部的应力状态、断裂带的活动特性以及板块运动的方向和速度，为相关研究提供重要数据支持。垂直形变图还可以用于地壳动力学过程研究，如地壳的均衡调整、地幔对流等。这些研究有助于揭示地球内部的物理和化学过程（秦姗兰，2010）。

（3）城市规划与建设。在城市规划和建设过程中，垂直形变图可以用于评估地基稳定性和工程安全性。通过了解地表的垂直形变情况，可以选择更加稳定的地基进行工程建设，降低工程风险。此外，垂直形变图可以为地下空间的规划和开发提供重要参考，确保地下工程的稳定性和安全性。

（4）环境保护与资源勘探。垂直形变图为地下水资源的合理开发和保护提供科学依据。通过分析形变图中的异常变化，为及时发现地下水的过度开采和污染问题提供参考依据。通过分析形变图中的地质构造和岩石变形特征，预测矿产资源的分布和储量情况，为矿产资源的开发提供重要信息。

典型构造区垂直形变图的研究意义重大，不仅有助于理解地壳的构造演化规律、预测地震和地质灾害、指导资源勘探与开发以及区域规划与发展，还可为地质科学研究、教学与科普工作提供重要支持。随着技术的不断进步和数据的不断积累，垂直形变图的应用价值将会得到进一步提升。