基于最小二乘预估法计算渭河盆地地壳水平应变

本文采用最小二乘预估法探讨了渭河盆地地壳水平应变分布问题,该方法首先是把GPS的位移当作为随机信号,然后利用计算点与观测点之间的距离来构建协方差与自协方差矩阵,从而通过求导计算区域水平应变.结合2004-2007年的GPS观测资料,对渭河盆地水平应变进行计算,结果表明渭河盆地主应变呈现出空间分布不均匀性,山区和盆地应变性质相反,山区处于挤压状态,盆地处于拉张状态.宝鸡西部位于最大剪应变的高梯度区,其挤压应变起主导作用.     

采用三维空间数据计算汶川地区地壳应变

推导三维形变数据的四边形法计算地壳主应变、剪应变的解析表达式,结合汶川地区2005~2008三维空间监测数据,计算该地区水平、垂直主应变和剪应变。结果表明,汶川、映秀地区的水平主应变在东西方向处于挤压状态,主断裂带东南区域的垂直主应变为正值,西北区域为负值,与研究区域东南部地表下沉、西北部地表抬升相关。主应变最大值出现在Y(东)方向,剪应变最大值出现在XY(北东)方向,汶川区域处于主应变和剪应变的高梯度带,与地震发生位置相吻合。     

中国西部地壳水平运动引起的重力场空间变化特征

用数值模拟方法研究地壳水平运动与空间重力变化的关系,得出:地壳划分的长方体在单一方向上水平位移引起的空间重力变化呈负对称分布。结合中国西部地区的数字高程以及GPS观测速率数据,计算了中国西部地区地壳水平运动引起的重力场变化,将其与卫星重力观测结果进行对比并作出解释。     

用GPS数据研究汾渭盆地构造应力场变化

利用2004—2007年观测的GPS数据,采用格林函数法对汾渭盆地地壳15 km深处的最大主应力和剪应力进行了计算。结果表明：1）汾渭盆地的应力场变化分布具有高度不均匀性,山区和盆地的应力场变化性质相反:山区应力场以增加为主,盆地应力场以减小为主;2）宝鸡至咸阳一带的剪应力变化与汤浴至蒲城一带的剪应力变化存在相反的性质。     

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利用GRACE时变重力场反演青藏高原的隆升速率

青藏高原隆升对中国、亚洲乃至世界的气候都有着重要影响,研究青藏高原地壳隆升速率具有重大意义.本文利用2004—2015年期间高覆盖度的卫星重力数据,通过去除陆地储水的重力效应获得地壳隆升引起的重力变化速率,基于直立长方体垂直运动与重力变化的关系模型反演了该区域的地壳隆升速率分布.研究结果表明在300 km的空间尺度下青藏高原隆升速率分布具有不均匀的特点,表现为以冈底斯山—唐古拉山—鲜水河断裂带为界线,其两侧的速率差异较大.位于界线以南,沿喜马拉雅推覆构造带的区域平均隆升速率为2.01±0.87 mm·a^-1,其中西侧的印度板块与东侧的缅甸板块隆升速率分别为~2.43 mm·a^-1、~2.89 mm·a^-1,位于两板块之间的区域隆升速率为~0.69 mm·a^-1;位于界线以北,除了天山区域和华北板块的隆升速率为~1 mm·a^-1,其他区域隆升现象不明显,其速率为~0 mm·a^-1.我们发现存在两条均穿过正断裂带区域的隆升速率梯度带,其中一条为从加德满都到塔里木盆地,其恰好穿过青藏高原内部的正断裂带,另一条为从那加山到四川盆地,其恰好穿过大理正断裂带.本文反演的青藏高原隆升速率与以往观测到的GPS结果有很好的一致性,为青藏高原隆升、地壳增厚等科学问题提供理论支持.     

小震震源机制解反演芦山断层倾角

断层的几何形态控制着上盘地层的变形特征,断层运动模型的地球物理与大地测量反演依赖于断层几何参数的给定,而在几何参数中,断层倾角参数对反演结果的影响最为显著.为探索芦山地震与地表同震位移的关系,本文以分布在芦山地震断层周围的地震震源机制解为起算数据,运用地震矩张量理论反演得到芦山地震断层面倾角的平均值为42°.为了进一步精细化断层的几何结构,根据震源机制解分布的差异特征,沿断层走向与断层面宽度方向将其划分成为3×3断层模型.经计算发现断层南段、中段、北段的倾角均随深度增加而减小,在同一深度上,断层中段的倾角小于南段和北段的倾角,在8～12 km深度时,从南到北断层面的倾角分别为66.29°、51.10°、55.22°,在12～16 km深度时,从南到北断层面的倾角分别为44.67°、34.95°、43.40°,在16～20 km深度时,从南到北断层面的倾角分别为42.00°、29.93°、31.11°.分别采用单一平面模型(1×1)与分段分层模型(3×3)计算地表同震位移,发现两个模型的计算结果具有较好的一致性.相对单一平面模型(1×1)而言,分段分层模型(3×3)的计算结果与GPS观测值符合性更好,由此表明本文给出的细化后断层更接近断层的真实形态.     

卫星重力测量数据反演中国西部地壳水平运动速率

在固定的坐标系下,讨论了直立长方体水平运动与其外部的重力场变化之间的关系,建立了地壳水平运动与地球外部重力场变化的数学模型。根据此模型,并参考直立长方体大小以及地形等因素,用2003～2008年GRACE(Gravity Recovery And Climate Experiment)卫星数据计算地球外部重力场变化,基于PSO算法(ParticleSwarm Optimization Algorithm)反演中国西部地区地壳水平运动速率。反演结果表明:中国西部地壳水平运动具有整体由南向北、且伴有向东运动的特征;地壳水平运动表现为不均匀,除昆明区域(地壳由北向南运动)外,在南北方向上地壳水平运动速率具有从南向北逐渐递减的趋势。青藏高原南北方向运动速率为10～35 mm/a,东西方向运动速率1～25 mm/a;塔里木盆地南北方向运动速率5～15 mm/a,东西方向运动速率4～7 mm/a。     

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基于地震活动性资料估计海原断裂倾角

本文以海原断裂带区域活动构造为基础,将海原断裂划分为西、中、东3段.基于1999年12月26日至2010年7月26日间的精定位小震目录,估计了海原断裂带各段的倾角.考虑海原断裂沿走向可能存在南倾与北倾两种情况,将倾角的范围设置为.首先运用网格搜索法确定了平面断层模型,其次以特征深度节点为基础数据运用多项式构建了曲面断层模型.结果表明：当进行平面拟合时,海原断裂西段与中段、东段的倾向不同,西段为南倾,其倾角值为71°,而中段、东段为北倾,其倾角值分别为72°、65°,各段的倾角值均由地表以下8 km地震资料确定.当进行曲面拟合时,在8 km深度以内海原断裂西段、中段、东段的倾角均处于80°左右,即接近陡立.西段的倾角在深度为9 km处出现转换,之后倾角接近陡立;中段的倾角在深度为16 km处出现转换,之后倾角逐渐减小,当深度为18 km时倾角为30°;东段的倾角在深度为11 km处出现转换,倾角为42°,在深度为16 km处出现第二次转换,倾角为55°,之后倾角逐渐减小.结合震源机制解和大地测量观测资料反演拟合的合理性,验证了本文所估计倾角的可靠性.