侯 爭

河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454003

地震、火山噴發(fā)等構(gòu)造運動前后常伴隨地殼的非線性運動，其狀態(tài)異于板塊和斷層的長期運動趨勢。其中，斷層慢滑移等瞬態(tài)蠕滑事件雖然滑動速度慢，但能夠釋放巨大能量，對周邊巖石的應(yīng)力分布具有較強的調(diào)整作用。因此，慢滑移等地殼異常形變信息的探測和分析對探索斷層滑動機制，評估區(qū)域地震危險性意義重大。自20世紀90年代以來，隨著觀測資料日漸豐富，GNSS以其高精度、高時空分辨率的特點在地殼形變監(jiān)測、地球動力學(xué)研究等領(lǐng)域凸顯了強大的優(yōu)勢。本文基于GNSS坐標時間序列，從噪聲特征分析、小尺度時空濾波方法對比、共模誤差提取、地殼異常信息探測和地殼形變特征分析等方面系統(tǒng)地研究了地殼異常形變信息的探測理論與方法。主要工作與結(jié)論如下：

(1) 以京津地區(qū)為例，利用地球物理資料研究了質(zhì)量負荷對GNSS坐標時間序列噪聲特征的影響?？鄢|(zhì)量負荷后，N、E方向的譜指數(shù)分別呈現(xiàn)出增大和減小的不同趨勢；U方向的線性速度變化最為明顯，且北京強于天津；N、U方向的速度不確定性平均變化率分別為45.53%和37.85%。

(2) 針對小尺度區(qū)域，研究了疊加濾波、主成分分析和獨立成分分析的濾波特性。結(jié)果表明，3種方法均可有效濾波，濾波后GNSS坐標序列的標準差降低了28%～47%，提取的共模誤差相關(guān)系數(shù)均大于0.7。區(qū)域疊加濾波和主成分分析的濾波效果相似，但存在過度濾波現(xiàn)象，獨立成分分析避免了過度濾波，且共模誤差的區(qū)域特征更強。

(3) 針對共模分量難以確定的問題，提出貢獻值與空間響應(yīng)相結(jié)合的解決方法。對川滇地區(qū)GNSS網(wǎng)進行時空分析，結(jié)果表明，N、E、U三個方向的共模誤差均為分形白噪聲，且存在58.07 d的共同周期，空間響應(yīng)呈現(xiàn)滇強于川的區(qū)域特征。此外，結(jié)合地震資料進行時空分析，在水平方向上探測到3個可能與強烈地震密切相關(guān)的非線性信號。

(4) 提出了將獨立成分分析與相對強度指數(shù)相結(jié)合的無震蠕滑信息探測方法。通過獨立成分分析提高坐標時間序列的信噪比；以相對強度指數(shù)為振蕩指標，凸顯異常波動；利用峰度值和累積分布函數(shù)，對信號波動進行量化，使異常信號更加明確。試驗表明，該方法在提高GNSS坐標時間序列信噪比和確定異常信號測站分布方面效果顯著。

(5) 針對時空濾波、固化函數(shù)擬合等數(shù)據(jù)預(yù)處理可能引起的信息誤剔除和偽信號提取等問題，深入研究了基于多通道奇異譜分析的慢滑移信息探測方法。一是綜合考慮慢滑移信號的波動特征與現(xiàn)有成果，探討了遲滯窗口的選取方案，既確定了異常信號的性質(zhì)，又明確了慢滑移事件的起止時間。二是提出了將各測站振幅歸一化為空間響應(yīng)的方案，進一步明晰慢滑移的空間分布，科學(xué)地揭示了斷裂帶的滑動特征。通過與獨立成分分析和主成分分析的對比，證實了多通道奇異譜分析在確定慢滑移事件的起止時間、空間響應(yīng)方向和強度等3個方面均具有明顯優(yōu)勢。

(6) 基于地殼異常形變信息的探測結(jié)果，研究了四川省的地殼形變特征變化。結(jié)果顯示，相較于2009—2013年，2014—2016年龍門山斷裂帶的主應(yīng)變率、面膨脹率和最大剪應(yīng)變率均明顯減弱。其中，面壓縮應(yīng)變率由-7.18×10-8/a減至-3.27×10-8/a，最大剪應(yīng)變率降低了約3/4。相反，安寧河斷裂帶的面壓縮應(yīng)變率顯著增強，極值達-1.04×10-7/a。鮮水河斷裂帶的最大剪應(yīng)變率增強，且范圍擴大。此外，龍門山斷裂帶和安寧河斷裂帶的基線長變化進一步印證了上述結(jié)論。