Porównanie parametrów ruchu płyt tektonicznych wyznaczonych na

PORÓWNANIE PARAMETRÓW RUCHU
PŁYT TEKTONICZNYCH WYZNACZONYCH
NA PODSTAWIE STACJI WYKONUJĄCYCH
POMIARY TECHNIKĄ LASEROWĄ I
TECHNIKĄ DORIS
Katarzyna Kraszewska, Marcin Jagoda,
Miłosława Rutkowska
STRESZCZENIE
Satelitarne techniki pomiarowe jak: (Satellite Laser Ranging-SLR) oraz (Doppler
Orbitography by Radiopositioning on Satellite System -DORIS) pozwalają wyznaczyć
pozycje punktów na powierzchni Ziemi w jednolitym systemie z dokładnością kilku
milimetrów oraz ich ruchy roczne w milimetr/rok. Wysoka dokładność pomiarów i
monitorowanie pozycji punktów w czasie na powierzchni Ziemi pozwała badać
stabilność pozycji wyznaczanych punktów oraz na ich podstawie ruchy płyt
tektonicznych przemieszczających się w warstwie litosfery razem ze stacjami.
Parametry ruchu płyty reprezentowane są przez geograficzną pozycję bieguna
rotacji (F, L ) w stopniach oraz prędkość kąta rotacji (w) w stopniach na milion lat
(Drewes, 1982). Pozycje sieci stacji zlokalizowane na globie ziemskim dla techniki
SLR i DORIS przyjęte do analizy przedstawiają rys. 1,2
W pracy przeanalizowano wpływ lokalizacji i ilości stacji na płycie na dokładność
wyznaczenia parametrów ruchu płyty. Przyjęto do analizy pozycje i ruchy roczne
stacji dla sieci ITRF2008 opartej na pomiarach technikami SLR i DORIS.
Podział litosfery na płyty tektoniczne
Technika SLR polega na pomiarze dalmierzem laserowym czasu propagacji fali
elektromagnetycznej między stacją a satelitą. Impuls laserowy wysyłany jest ze stacji
naziemnej do satelity odbija się od zwierciadła na satelicie następnie powraca do
stacji. Różnica czasu (interwał czasu ∆t) pomiędzy wysłaniem i odbiorem impulsu
laserowego stanowi podwójną odległość od satelity.
Rys.1 Lokalizacja stacji SLR
http://ilrs.gsfc.nasa.gov/network/stations/index.html
Technika Doppler Orbitography and Radio Positionin Integrated by
Satellite (DORIS)
Opracowana przez francuską agencję kosmiczną CNES (Centre National d'Etudes Spatiales),
IGN (Institut Géographique National) – francuski Narodowy Instytut Geografii oraz GRGS
(Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale) – instytut kosmicznych badań geodezyjnych.
Technika DORIS opiera się na efekcie Dopplera. Stała częstotliwość emitowana jest przez
radioźródła, które tworzą sieć około 60 stacji rozlokowanych na całej kuli ziemskiej, a pomiar
dopplerowski wykonywany jest przez satelitę
Rys.2 Lokalizacja stacji DORIS
http://ids-doris.org/network/sitelogs.html
Metoda wyznaczania ruchów płyt
tektonicznych
Prędkości roczne stacji
  w  t  cos F  sin(  L)
  w  t  (sin F  cos(  L) tan  cos F)
Równania obserwacyjne
  
  
  
obs
cal
dF  
dL  
dw    
 F 
 L 
 w 
  
(
)
  
  
  
obs
cal
dF  
dL  
dw    
 F 
 L 
 w 
  
(
)
Płyta euroazjatycka, SLR
Płyta euroazjatycka, DORIS
Płyta euroazjatycka
SLR
DORIS
degrees
F
270
268
266
264
262
260
258
256
254
252
250
248
246
58
56
54
52
50
48
station
46
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
L degrees
w °/Ma
0.28
0.27
0.26
0.25
0.24
0.23
stations
station
0.22
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Płyta północnoamerykańska
Płyta północnoamerykańska
SLR
DORIS
1.00 F
0.50 degrees
w°/Ma
L
280.00
degrees
0.00
0.22
279.00
-0.50
-1.00
0.20
278.00
-1.50
-2.00
-2.50
277.00
0.18
276.00
0.16
275.00
0.14
-3.00
-3.50
station
station
station
-4.00
274.00
2
3
4
5
6
7
8
0.12
2
3
4
5
6
7
8
2
3
4
5
6
7
8
Płyta afrykańska
Płyta afrykańska
SLR
Płyta australijska
AUSTRALIAN PLATE- SLR TECHNIQUE
Parameters of the tectonic plate displacement Ω(Φ, Λ, ω)
No Number of station
Φ [°]
Λ[°]
ω [°/Ma]
2
Tidbinbilla
+ Yarragadee
(7843)
(7090)
31.19 ±0.20
40.00 ±0.30
0.617 ±0.002
3
+Mount Stromlo (7849)
31.43 ±0.13
39.47 ±0.25
0.617 ±0.002
AUSTRALIAN PLATE- DORIS TECHNIQUE
Parameters of the tectonic plate displacement Ω(Φ, Λ, ω)
No Number of station
2
Tidbinbilla
(ORRA)
+ Port Moresby (MORA)
Φ [°]
32.74 ±0.31
Λ[°]
36.65 ±0.69
ω [°/Ma]
0.633 ±0.085
3
4
32.20 ±0.07
32.25 ±0.21
38.12 ±0.14
38.10 ±0.14
0.616 ±0.011
0.616 ±0.011
+ Yarragadee
(YARA)
+ Mount Stromlo (MSPB)
Porównanie końcowych wyników wyznaczenia
parametrów ruchu wybranych płyt ITRF2008
niezależnie dla techniki SLR i techniki DORIS
WNIOSKI
1. Ilość stacji zarówno dla techniki SLR oraz DORIS jest zbliżona, około 60 stacji
zlokalizowanych jest na globie ziemskim dla każdej techniki, jednak lokalizacja
stacji różni się znacząco.
2. Stacje SLR rozłożone są nierównomiernie na całym globie, znacznie więcej jest
zlokalizowanych na półkuli północnej a tylko kilka na półkuli południowej.
Istnieją kontynenty jak australijski i afrykański na których zlokalizowano tylko 2
stacje SLR. Stacje SLR umieszczono na obszarach stabilnych sejsmicznie omijając
granice płyt z wyjątkiem stacji: Matera 7939, Quincy 7109, Monument Peak
7110, które nie mogą być wykorzystywane do wyznaczenia parametrów ruchu
płyt. Błędy wyznaczanych pozycji stacji SLR techniką satelitarną osiągają średnio
wartości 2-3 mm w każdej składowej w ITRF2008.
3. Stacje DORIS rozłożono w sposób równomierny na powierzchni globu, jednak
wiele z nich znajduje się na granicach płyt, terenach płyt spękanych i aktywnych
sejsmicznie które opisują dobrze ruchy lokalne ale niewłaściwie opisują ruch
całej płyty i w konsekwencji muszą być eliminowane z analizy. Błędy pozycji
stacji DORIS wyznaczone techniką satelitarną osiągają wartości 7mm-2 cm w
każdej składowej w ITRF2008. Błędy wyznaczonych parametrów ruchu płyt są
większe dla techniki DORIS niż techniki SLR .
Kontynuacja
4. Generalnie, otrzymane wielkości parametrów ruchu płyt są zgodne dla
dwu technik. Różnice miedzy wyznaczonymi parametrami płyt są w
granicach do 2 stopni za wyjątkiem płyty północo –amerykańskiej dla
której różnice są większe.
5. Błędy wyznaczonych parametrów ruchu płyt są większe dla techniki
DORIS.
6. Na płytach australijskiej i afrykańskiej na których zlokalizowano po 3
stacje zgodność wyznaczonych parametrów dla dwu technik jest
największa w granicach 1-go stopnia pomimo małej ilości stacji.
7. Ilości stacji przyjętych do analizy dla techniki DORIS są mniejsze co jest
spowodowane faktem że wiele stacji jest zlokalizowanych na terenie
aktywnym sejsmicznie i na popękanych granicach płyt co powoduje że
nie opisują globalnego ruchu płyty a jedynie ruch lokalnych fragmentów
płyty i nie zostały przyjęte do analizy.