渤海湾多源重力数据的自适应融合处理

在最小二乘逐步配置基础上，提出了以调整观测信号自协方差及互协方差函数为主要形式的多源重力数据自适应融合处理方法，构建了基于配置结果的自适应融合以及基于观测信号的自适应融合两种融合模式。分别利用两种融合模式对渤海湾陆海交界区域的航空重力数据、卫星测高反演重力数据以及陆地重力数据进行了融合处理，其中基于观测信号的自适应融合模式取得了较优的融合效果，通过船测重力数据的外部检核表明，融合数据的总体精度优于3.7毫伽 。     

GPS解算的日本Mw9.0级地震的远场同震地表位移

利用日本Mw9.0地震前后各3d的77个GPS连续站观测资料和JPL精密星历,计算了该地震对周缘各国及相邻板块运动的同震影响。结果显示,日本地震对日本、中国东北部、朝鲜半岛均有较大影响,其同震水平位移影响范围达2 000km,地震造成中国东北东移1～3cm,华北东移3～8mm,朝鲜半岛东移2cm。中国境内的GPS测站的垂直同震位移均呈上升趋势,但是上升幅度非常小。结合日本岛测定的GPS同震位移和约20m高的海啸可以推断,本次日本地震的同震垂直位移具有波状起伏特征,符合逆冲挤压型地震的粘弹性理论模型。鉴于近年地震活动趋势,应该密切关注横贯中国东部的深大断裂带（郯庐断裂带）的断层活动,借助中国陆态网络密集覆盖提供的有利条件,跟踪研究郯庐断裂带附近300km范围的区域地壳现今变形、应力应变场的时变过程等,分析郯庐断裂带的断层活动,捕捉异常信息。     

基于GNSS/InSAR/GIS的活动断层地震危险性评估系统

本文从GNSS、InSAR、重力、水准等多种大地测量资料联合确定活动断层地壳形变、应变和应力,以及与GIS相结合的角度出发,讨论了基于库仑破裂准则的活动断层地震危险性评估方法,系统阐述了活动断层地震危险性评估系统的设计。该系统主要利用各种大地测量数据联合确定活动断层区域的位移场,反演计算应变场、应力场、活动断层运动参数以及库仑应力;通过确定活动断层的临界应力值,建立地震危险性评估模型,评估可能发生地震的位置、最大震级、复发时间及其对应的概率;最后借助GIS实现断层区域的地质和构造环境、三维形变数据、应变场、应力场和地震危险性综合评价图的管理与可视化。本文最后讨论了所建系统的具体应用,讨论了汶川地震激发的同震静态库仑应力、应力扰动的持续时间和龙门山地区的地震活动率。     

华北平原及其临区现今地壳形变特征

华北平原及其周缘地壳是我国境内西太平板块北西(NW)向挤压与青藏高原北东(NE)向扩张两大构造机制的交汇部位.首先基于研究区域的实测GPS速度场计算了研究区域无整体旋转速度场;然后采用基于球坐标的最小二乘配置模型整体解算了研究区域GPS应变场;最后利用震源机制解数据反演了区域地壳最大、最小主应力分布,据此研究区域地壳岩石圈整体的地壳形变空间分布特征.结果显示,研究区域地壳岩石圈现今构造形变刚性特征明显,盆地沉陷与断层活动共同控制着研究区域内部的相对形变场,面膨胀值空间分布与区域主要盆地构造具有较好的一致性.而郯庐断裂展布区与华北盆地北缘部位是研究区域地壳的两条重要剪切形变带.其中,郯庐断裂在渤海湾南北两侧的形变特征存在较为显著的差异变化,且该差异可能与地壳岩石圈应力场的空间差异性相关.     

利用大地测量资料反演构造应力应变场研究进展

综述了近10多年来国内外利用大地测量资料反演研究构造应力应变场的理论成果及最新进展,重点讨论了重力场与应力应变场的关系,总结了利用大地测量数据反演构造应力应变场的研究内容和应用领域,并分析了存在的问题。对利用大地测量资料反演构造应力应变场的研究进行了展望,大地测量技术的发展将会继续推动利用大地测量数据反演构造应力应变场理论的完善和应用的深入,建议构建弹性、粘弹性和弹塑性的利用地面重力数据确定地壳构造应力应变场的解析模型,联合多类数据反演时变地壳构造应力应变场,进一步加强研究时变地壳应力应变场和地震应力触发机制之间的关系。     

基于有限元分析的松原震群与日本大地震的关系探讨

日本3·11大地震之后,我国松原地区发生了多次4级以上地震,两者之间存在的关系是本文探讨的重点。利用有限元方法,构造两个有限元模型,从库仑应力变化的角度研究日本3·11大地震对位于郯庐断裂带北段第二松花江断裂的影响。模拟结果表明,日本大地震对我国东北部地区影响大,第二松花江断裂带的位移最大达到20 mm。整个研究区的静态库仑应力均为正值,表明该断层处于危险阶段。考虑到实际地壳介质对应变传递的延迟效应,日本3·11大地震对我国东北地区的实际影响会有一个滞后,因此松原震群与日本3·11大地震存在密切相关性。     

大地测量反演线弹性构造应力场

本文基于地表大地测量位移观测值，提出用大地测量监测资料反演线弹性构造应力场方法。讨论了大地测量监测点分布式、观测随机误差以及岩体介质参数对边界力系数反演值的影响，为实际应用大地测量资料反演线弹性构造应力场提供了参考依据。     

美国锁眼侦查卫星遥感数据在活动断层研究中的应用——以郯庐断裂带江苏段为例

遥感技术是活动断层研究的重要技术手段之一。美国锁眼侦查卫星(Keyhole,简称KH)于20世纪60年代开始运行,在中国拍摄了大量的影像数据,具有成像时间早、分辨率高的特点。该影像较好地保存了东部地区城镇化建设之前的原始地形地貌信息,可以有效地揭示现今影像无法呈现的构造地貌特征,从而完成活动断层及微地貌的精细化填图与定量化分析,是活动断层调查的重要资料来源。本文首先简要介绍了KH卫星数据的基本信息及处理流程,其次论述了KH卫星影像的优势及其在活动断层研究中的初步应用,最后以郯庐断裂带江苏段为例,开展了基于KH卫星影像的活动断层遥感解译工作。试验结果表明,郯庐断裂带江苏段在试验区内仅马陵山—重岗山分支断裂(F5)、新沂—新店分支断裂(F2)断续出露地表,两条断裂的构造微地貌极为发育,为高角度逆冲断层,走滑运动不明显。KH卫星影像记录着上世纪至今大量的瞬时影像信息,为研究和理解活动构造相关地质构造、构造地貌、最新的地貌演化与历史变迁提供了更精确的基础数据,这些影像资料在活动构造研究领域乃至其他行业都具有重要的应用价值。     

GPS测定的2011年日本9.0级地震的中国大陆地区同震位移场

利用陆态网络东北地区的6个GPS基准站地震期间的观测数据反演了日本本州东海岸9.0级强震区域地表的瞬时形变过程,应用160多个陆态网络基准站以及IGS跟踪站的GPS观测数据解算获得中国大陆地区的远场同震位移。将测站按照中国大陆主要构造带(区)进行分配统计可知,东北地区同震位移最大,平均接近20mm;首都圈与郯-庐带及周围地区平均同震位移也在10mm左右;距离震中比较远的鄂尔多斯及周围、阿尔金-祁连山-阿拉善、新疆等地区也受到了该地震的影响,在东方向发生了5mm左右的位移,并且以上地区的优势方向都为东方向;而本次地震对中国的华南(包括南海)以及青藏等地区基本没有影响。这些解算结果对进一步研究地震动力学特征及判定未来地震趋势提供了详实的实测依据。     

利用精密水准及GPS数据分析中国东部地壳运动

根据现代大地测量结果及对研究区所处的构造环境的研究,本文对中国东部大陆地块地壳运动的地球动力学机制进行了探讨。通过高精度静态GPS数据处理结果验证了青藏地壳由于碰撞挤压向东挤出这一构造现象。并结合精密水准数据及研究区内的矿物、岩石、地层及地质构造特征,本文认为由于秦岭－大别构造线和郯庐断裂带是控制中国东部大陆地块运动的两条主要构造线,在郯庐断裂以东,秦岭－大别构造线经郯庐断裂转换后向北平移到青岛－五莲一带。     

中国流动重力监测与地震预测

主要介绍中国大陆流动重力监测网布局、重力测量数据处理及重力前兆信息提取方法、流动重力监测结果所反映的区域重力场动态变化图像及所揭示的构造活动特征。在大量观测资料的基础上,研究重力异常变化与地震孕育发生关系,探索地震预测的研究思路、途径和方法,并积极利用重力观测资料进行地震中期危险性预测研究,及时将研究成果用于震情会商及年度地震趋势预测,为强震预测和年度危险区划定提供了重力学前兆依据。指出了流动重力监测中仍存在的问题,并提出了利用时变重力监测资料推进地震预测研究的设想和思考。     

Adaptive filtering of continuous GPS results

 An adaptive finite-duration impulse response filter, based on a least-mean-square algorithm, has been used to mitigate multipath effects, and to derive tectonic and fault movement signals from continuous global positioning system (CGPS) data. By applying the filter on both pseudo-range and carrier-phase multipath sequences from CGPS observations on consecutive days, multipath models have been reliably derived. The standard deviations of residual time series are reduced to about one-quarter on pseudo-range and to about one-half on carrier phase. The adaptive filter is then used to process baseline solutions from a five-station array. Tectonic and fault movements have been resolved, which are in good agreement with previous studies involving many more CGPS stations. Received: 11 February 2000 / Accepted: 28 June 2000     

GRACE卫星时变重力场的小波多尺度分解——以2008年汶川Ms8.0大地震为例

根据UTCSR发布的GRACE卫星资料,计算了汶川及其周边地区的卫星时变重力场,并利用小波多尺度分析方法对卫星重力场进行分解,得到了反映不同深度的重力场细节和逼近。通过研究各个细节和逼近成分的重力场变化,结合区域构造运动的特点,对GRACE观测的时变重力场及汶川地震的动力机制进行了初步解释和讨论。结果表明,4阶细节和4阶逼近较好地揭示了汶川地区构造形变和深部物质流动引起的重力变化,而且这种震前重力变化特征满足地震孕育发生的条件。     

基于实测重力数据的秦岭地区均衡异常与垂向构造应力分析

确定秦岭地区准确的均衡异常与垂向构造应力对认识该地区深部构造特征、动力学机制等具有重要意义。目前,高精度重力数据是获取均衡异常与垂向构造应力的重要手段之一。采用高精度重力/GPS联测数据,得到秦岭地区的自由空气重力异常与布格重力异常,反演均衡异常与垂向构造应力。研究结果表明,均衡面深度在40~49 km之间,莫霍面深度范围为39~48 km,垂向构造应力大小在-28~24 MPa之间。秦岭北侧的渭河盆地处于不均衡状态;四川盆地北部的均衡异常与垂向构造应力几乎为零,地壳处于均衡状态;在秦岭出现局部的负均衡异常,表明存在一定的地壳运动。     

环渤海及营口-潍坊断裂带位移场演化特征

针对渤海周边地区及营口-潍坊断裂带,收集并统一处理该地区1999年以来的GPS数据,依据最新的观测成果跟踪该区域地壳运动的动态变化;采用块体运动方程计算营口-潍坊断裂带的活动速率,并分析该断裂带的活动性质。结果表明,1999-2010年营口-潍坊断裂带为右旋,2011-2013年为左旋,日本3·11地震使北北东向营口-潍坊断裂带改变了走滑活动性质,反映了3·11地震使华北东部区域应力场有明显地变化,也表明华北地区的构造活动受印度-欧亚碰撞带和太平洋-欧亚板块俯冲带的活动程度制约。日本3·11大地震使本区拉张显著,应变能有一定卸载性变化。本文的研究结果对于理解营潍断裂带地震活动性与规律及区域动力学状况具有一定的参考价值。     

四维整体大地测量的有限单元法

本文以有限单元法为基础，将四维整体大地测量模型与固体力学方程求解构造应力场结合起来，在四维整体大地测量方程中加入了由地壳构造运动产生的地面点重力变化的观测方程，其中包含测点的位移参数，边界结点上待求以数利用有限单元法在四维整体大地测量平差过程中推估，采用统一的插值函数。     

利用GRACE数据检测日本Mw9.0地震同震和震后重力变化

基于德国地学中心（GFZ）发布的GRACE RL05月重力场模型数据,考虑全球陆地同化系统陆地水储量的影响,采用300 km的扇形滤波,利用叠积法提取了日本Mw9.0地震的同震和震后重力时变信号,并利用最小二乘拟合的方法计算了两个同震重力变化极值点在地震前后85个月的重力年变率。结果表明：土壤水分和雪水引起的重力变化为-0.34~0.09 μgal;利用GRACE数据检测到的同震重力变化为-5.3~4.2 μgal,与基于PSGRN/PSCMP模型计算的结果在空间分布和量级上具有较好的一致性;震后5 a震中附近区域的重力整体上呈现增加趋势,断层上盘所在的日本海域与下盘所在的太平洋区域重力增加的最大值分别为2.6、4.5 μgal,下盘重力增加较大,可能与断层下盘所在地层的黏滞性相对较低有关。     

蚁群-势场算法在水下重力辅助导航航迹规划中的应用

水下潜器航迹处于重力特征变化明显的适配区域才能保证重力辅助导航的有效实施,因此在重力匹配导航阶段,潜器的航迹规划至关重要。本文首先依据重力统计特征参数对水下潜器航行区域进行适配性划分,并给出适配、非适配区标签;然后在蚁群算法进行航迹规划的基础上引入人工势场算法,重新构建启发函数,避免了蚁群算法的局部最优问题;同时利用最大-最小蚁群系统改进算法信息素更新规则,防止了"早熟"现象发生。仿真试验结果表明,本文提出的蚁群-势场算法可以有效解决水下潜器在重力辅助导航中的航迹优化问题,提高了问题解的可行性。     

利用EGM96模型和DTM数据研究区域构造应力场

地球内部物质分布决定地球外部重力场,探索地球内部的构造动力学机制,关键在于研究地球内部因素。通过地球重力场模型得到其构造应力场,可用于研究地球内部构造运动的驱动力。本文利用EGM96参考重力场模型及DTM数据,采用PALGrav1.0软件,获得参考重力场元中的重力异常和垂线偏差,分别计算同一区域的构造应力场,对比分析两种数据获得构造应力场的分布状况。     

Kriging法在区域重力场插值中的适用性研究

由于重力观测网点位分布不均匀,密度不够,在精细刻画区域重力场变化时受到很大限制,因此需采用合理的插值算法。文中介绍Kriging插值算法和变异函数理论模型的基础上,结合陕西地区2011—2012年离散重力变化数据,利用最小二乘法得到各个理论变异函数模型的拟合参数,并将实验变异函数模型用于Kriging插值算法,同时综合考虑交叉验证精度统计、插值精度统计结果,以此来研究Kriging插值算法的适用性,研究结果表明:基于最小二乘法获得的球形模型、指数模型拟合参数精度高,高斯模型、对数模型精度最差;基于球形模型、指数模型的实验变异函数用于Kriging插值算法得到的插值结果精度最高、图像平滑自然、异常区明显,是一种适合陕西地区重力离散数据进行插值计算的有效算法。