徐克科

1. 河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000； 2. 同濟大學測繪與地理信息學院，上海 200092

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GNSS地殼形變異常檢測理論與方法

徐克科1,2

1. 河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000； 2. 同濟大學測繪與地理信息學院，上海 200092

地震的孕育過程是一個長期緩慢的過程，地震發(fā)生時斷層破裂所釋放的能量只是一部分，其中有很大一部分能量在地震前后以無震蠕滑的形式釋放。因此，檢測這些形變異常信息對于地震危險性評估至關(guān)重要。隨著GNSS監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的持續(xù)積累，時空分辨率越來越高，就有可能從中挖掘出更有價值的形變信息。本文利用GNSS時空數(shù)據(jù)，從高精度數(shù)據(jù)處理、全球板塊運動模型構(gòu)建、多尺度速度場與應(yīng)變場估計、地殼微動態(tài)形變異常檢測和斷層滑移時空反演等方面，研究了GNSS地殼形變異常檢測理論與方法。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：

(1) 重建了GNSS測站速度估計模型：法方程重構(gòu)模型、基線向量最小二乘模型、卡爾曼濾波模型和坐標時序模型。前3種模型將坐標、速度、年、半年周期項作為參數(shù)，在進行網(wǎng)平差的同時一并求解速度值。坐標時序模型引入白噪聲和冪律噪聲組合，分析了區(qū)域周期項振幅與相位空間分布的一致性。基于4種模型，估計了川滇陸態(tài)網(wǎng)GNSS測站速度。結(jié)果差異在1 mm/a內(nèi)，精度在亞毫米級。從而驗證了這些速度估計模型的一致性。

(2) 提出了基于統(tǒng)計假設(shè)檢驗和穩(wěn)健估計的全球板塊運動模型構(gòu)建方法。利用ITRF2008VEL求取的全球板塊歐拉參數(shù)與先前模型具有較好的一致性。建立了相對歐亞板塊背景場的中國大陸速度場，分析了中國大陸現(xiàn)今地殼運動特征。

(3) 構(gòu)建了GNSS多尺度速度場和應(yīng)變場估計模型。利用負位錯模擬數(shù)據(jù)作了大量試驗，結(jié)果表明，不同尺度的應(yīng)變場具有檢測不同空間范圍的地殼形變的能力。利用2009—2011年陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)估計并分析了中國大陸3—8尺度的應(yīng)變場及形變特征。

(4) 聯(lián)合卡爾曼濾波和主成分時空分析，集時空濾波與形變檢測于一體，構(gòu)建了瞬態(tài)無震蠕滑時空檢測模型，進一步提高了數(shù)據(jù)時空信噪比。利用滇西南陸態(tài)網(wǎng)GNSS數(shù)據(jù)，檢測其時空分布特征與2011年緬甸Mw7.2級地震相對應(yīng)。得出了滇西南區(qū)域的斷層活動可能會受到緬甸地震帶的影響。

(5) 提出了基于GNSS基線面應(yīng)變和GNSS網(wǎng)形的震前形變異常檢測方法。得出2013年蘆山Ms7.0地震和日本近年來的4次地震在震前數(shù)月的時間內(nèi)均有不同程度的異常偏離。尤其GNSS基線夾角、基線方位角和第一剪應(yīng)變的異常變化更為突出。推斷震前可能產(chǎn)生了強烈的左旋剪切構(gòu)造應(yīng)力變化，加速了蘆山地震的孕育發(fā)生。

(6) 以地殼形變檢測與斷層滑移反演為一體，構(gòu)建了GNSS主成分和卡爾曼濾波時空反演模型。通過模擬試驗，得出了正確反演斷層滑移時空分布所需要的最低信噪比和最優(yōu)的臺站分布密度。以2005年蘇門答臘Mw8.7地震震后余滑和2006年墨西哥慢滑移為例，反演了斷層蠕滑時空分布。

Author： XU Keke(1979—)，male, received his doctoral degree from Tongji University on July 2015 (PhD advisor: Prof.WU Jicang), majors in GNSS data processing and crustal deformation analysis

E-mail： 12xkk@#edu.cn

Theory and Method for Detecting Abnormal Crustal Deformation Using GNSS

XU Keke1,2

1. School of Surveying and Land Information Engineering of Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000，China; 2. College of Surveying and Geo-Information of Tongji University,Shanghai, 200092，China

中圖分類號：P228

文獻標識碼：D

文章編號：1001-1595(2016)06-0756-01

基金項目：國家973項目(2013CB733304)；國家自然科學基金(41404023)

收稿日期：2016-04-05

作者簡介：徐克科(1979—)，男，副教授，2015年7月畢業(yè)于同濟大學，獲工學博士學位(指導教師：伍吉倉教授)，研究方向為GNSS數(shù)據(jù)處理與地殼形變分析。

引文格式：XU Keke.Theory and Method for Detecting Abnormal Crustal Deformation Using GNSS[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(6):756.(徐克科. GNSS地殼形變異常檢測理論與方法[J].測繪學報，2016,45(6)：756.) DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160152