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        GNSS地殼形變異常檢測(cè)理論與方法

        2016-03-27 15:18:41徐克科
        測(cè)繪學(xué)報(bào) 2016年6期
        關(guān)鍵詞:徐克基線時(shí)空

        徐克科

        1. 河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454000; 2. 同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院,上海 200092

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        GNSS地殼形變異常檢測(cè)理論與方法

        徐克科1,2

        1. 河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454000; 2. 同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院,上海 200092

        地震的孕育過(guò)程是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的過(guò)程,地震發(fā)生時(shí)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(wú)震蠕滑的形式釋放。因此,檢測(cè)這些形變異常信息對(duì)于地震危險(xiǎn)性評(píng)估至關(guān)重要。隨著GNSS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的持續(xù)積累,時(shí)空分辨率越來(lái)越高,就有可能從中挖掘出更有價(jià)值的形變信息。本文利用GNSS時(shí)空數(shù)據(jù),從高精度數(shù)據(jù)處理、全球板塊運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建、多尺度速度場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)估計(jì)、地殼微動(dòng)態(tài)形變異常檢測(cè)和斷層滑移時(shí)空反演等方面,研究了GNSS地殼形變異常檢測(cè)理論與方法。主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:

        (1) 重建了GNSS測(cè)站速度估計(jì)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(biāo)時(shí)序模型。前3種模型將坐標(biāo)、速度、年、半年周期項(xiàng)作為參數(shù),在進(jìn)行網(wǎng)平差的同時(shí)一并求解速度值。坐標(biāo)時(shí)序模型引入白噪聲和冪律噪聲組合,分析了區(qū)域周期項(xiàng)振幅與相位空間分布的一致性?;?種模型,估計(jì)了川滇陸態(tài)網(wǎng)GNSS測(cè)站速度。結(jié)果差異在1 mm/a內(nèi),精度在亞毫米級(jí)。從而驗(yàn)證了這些速度估計(jì)模型的一致性。

        (2) 提出了基于統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)和穩(wěn)健估計(jì)的全球板塊運(yùn)動(dòng)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(duì)歐亞板塊背景場(chǎng)的中國(guó)大陸速度場(chǎng),分析了中國(guó)大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)特征。

        (3) 構(gòu)建了GNSS多尺度速度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)估計(jì)模型。利用負(fù)位錯(cuò)模擬數(shù)據(jù)作了大量試驗(yàn),結(jié)果表明,不同尺度的應(yīng)變場(chǎng)具有檢測(cè)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(jì)并分析了中國(guó)大陸3—8尺度的應(yīng)變場(chǎng)及形變特征。

        (4) 聯(lián)合卡爾曼濾波和主成分時(shí)空分析,集時(shí)空濾波與形變檢測(cè)于一體,構(gòu)建了瞬態(tài)無(wú)震蠕滑時(shí)空檢測(cè)模型,進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)時(shí)空信噪比。利用滇西南陸態(tài)網(wǎng)GNSS數(shù)據(jù),檢測(cè)其時(shí)空分布特征與2011年緬甸Mw7.2級(jí)地震相對(duì)應(yīng)。得出了滇西南區(qū)域的斷層活動(dòng)可能會(huì)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(cè)方法。得出2013年蘆山Ms7.0地震和日本近年來(lái)的4次地震在震前數(shù)月的時(shí)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(qiáng)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(cè)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(shí)空反演模型。通過(guò)模擬試驗(yàn),得出了正確反演斷層滑移時(shí)空分布所需要的最低信噪比和最優(yōu)的臺(tái)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(shí)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(hào):P228

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:D

        文章編號(hào):1001-1595(2016)06-0756-01

        基金項(xiàng)目:國(guó)家973項(xiàng)目(2013CB733304);國(guó)家自然科學(xué)基金(41404023)

        收稿日期:2016-04-05

        作者簡(jiǎn)介:徐克科(1979—),男,副教授,2015年7月畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué),獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師:伍吉倉(cāng)教授),研究方向?yàn)镚NSS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(cè)理論與方法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào),2016,45(6):756.) DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160152

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