三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变与重力变化监测

监测三峡库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,对三峡水库的安全运行和区域地质灾害监测防治等具有重要意义。本文从直接计算、实际测量和综合解算3个方面研究了三峡库水位变化过程中地壳垂直形变和重力变化。基于资源三号卫星影像提取的水体数据,结合水位数据,直接计算了三峡水库蓄放水从145~175m每隔5m的影响,地壳垂直形变最大可达30mm,对重力影响超过20μGal(1Gal=10~(-2) m/s~2)的范围距离长江中心线约2km内。库区较近的巴东CORS站(ES13)能够实际测量到库水位变化过程中的地壳垂直形变。由于目前三峡库区的CORS站和重力台站数量较少,分布不均,还不能满足紧密跟踪三峡库水位变化过程中的监测需求。利用三峡地区26座CORS站和部分重力台站数据,基于负荷形变理论和球谐分析方法,综合解算了库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化,与实际CORS监测结果一致。通过对比分析发现,基于CORS站网的综合解算,能够有效提升对库水位变化过程中的地壳垂直形变和重力变化的监测能力。     

武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.479 9 μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a, 两者的比值为-0.399 9 μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。     

利用CORS站网监测三峡地区环境负荷引起的地壳形变与重力场时空变化

受地球动力学因素特别是地球表层大气、地表水及地下水动力环境影响,地面站点位置、地球重力场及大地水准面随时间变化。以三峡地区CORS站网为主,少量重力台站为辅,采用负荷形变与地球重力场严密组合方法,综合确定了2011-01-2015-06三峡地区环境负荷驱动的地壳形变与重力场月变化,结果显示:（1）CORS站网具备地壳垂直形变、大地水准面及地面重力变化的监测能力;（2）三峡地区地壳垂直形变年变化幅度36.1 mm,大地水准面年变化幅度28.2 mm,地面重力年变化幅度117.4 μGal;（3）CORS站网地面重力变化监测精度水平不低于流动重力场重复测量;（4）CORS站网地壳垂直形变与地面重力变化监测具有一定的外推预报能力。     

三峡水库蓄水对地壳形变及大地水准面的影响

利用资源三号(ZY-3)高分辨率遥感影像提取三峡库区水体数据,通过负荷格林函数积分模型法计算出三峡水库蓄水过程中水体对地壳形变及对大地水准面的影响。研究发现:1三峡库区近岸地壳垂直形变与水库水位呈负相关关系,大地水准面与水库水位呈正相关关系;水位上升,长江近岸地面水平向内形变,方向指向江心;2三峡水库蓄水造成的地壳垂直形变最大可达35mm左右,大地水准面形变最大值在8mm左右,而对库区地壳水平形变影响不超过0.5mm;3出现形变最大值的地点是忠县环湾一带,而并非是三峡大坝周边。     

大气负荷对区域地壳形变和重力变化的影响分析

在高精度大地测量观测数据处理和相关地球物理解释中,大气负荷由于影响较大,需要考虑。利用全球大气模型和区域气象站气压数据,采用移去恢复方法和球谐分析方法,计算了三峡地区大气负荷对地壳形变和重力变化的影响。提供了一种利用局部气压数据改善该区域大气负荷影响变化计算效果的合理算法,提高局部气压数据和全球模型数据利用的合理性和准确性。研究发现,大气负荷对垂直形变的影响在空间分布上中长波占优,在三峡地区的年变化幅度大于20 mm,对地面重力变化影响的年变化幅度一般不超过10 μGal,对水平形变影响较小。     

全国一等水准点高程近20年变化分析

我国于1991—1999年建设的国家第二期一等水准网复测与2012—2015年建设的国家一等水准网成果相隔近20年。受地壳运动、经济建设、地下水开采与回灌等因素的影响,许多地区出现了不同程度的地表沉降和季节性地表起伏,造成区域高程成果发生了不同程度的变化,影响了高程基准的维护及高程成果的使用。本文通过分析两期一等水准重合点、统计分析我国一等水准点20年高程变化量及其变化趋势,并从两期水准网测量设备、措施及测量精度的差异,重力异常改正计算所采用的重力基准、正常重力公式及重力数据的差异,网形结构差异,水准测量周期、水准环闭合周期的差异,地壳垂直运动与局部地表形变影响等4方面进行了两期高程变化的原因分析。研究表明:(1)国家一等水准网点高程近20年发生了不同程度的变化,许多区域出现了严重沉降;(2)地壳垂直运动及局部地表形变是引起高程变化的主要因素;(3)国家一等水准网应进行定期复测更新,复测时应尽量缩短水准测量周期,全网水准测量周期不应超过5年[1]、力争3年内完成。     

大地测量联合反演理论和方法研究进展

综述了10多年来国内外大地测量反演问题研究的成果及最新进展，特别是大地测量联合反演模型、大地测量联合反演算法以及大地测量联合反演理论和方法在研究地壳运动、地球构造等中的应用成果，讨论了联合卫星测高、声纳测深及海洋激光雷达遥感信息反演海洋环境参量，联合INSAR、GPS和水准资料反演研究地壳运动和联合各种观测数据反演研究地球内部构造问题。随着科学技术的发展，大地测量联合反演理论和方法研究将在监测全球变化、防灾减灾、发展地球科学理论方面取得更大进展。     

基于地壳分层的震后变形分析

基于球体粘弹性地球模型，研究走滑断层、逆断层、张裂断层。顾及不同地壳分层结构的震后变形影响，定量分析了实际地壳分层模型与模拟均匀模型之间的地表变形差异。计算结果显示，地壳结构的不同对震后地表变形的差异影响很大，超过现有高精度测量技术的精度。     

时变重力测量确定青藏高原地壳隆升与增厚速率

联合绝对重力和重力反演与气候实验卫星（gravity recovery and climate experiment,GRACE）重力多年观测数据,获得了青藏高原多个基准站区域的地壳垂直形变速率。研究结果表明,绝对重力呈明显的负变化,绝对重力和卫星重力的时变系统差也呈较一致的负值,鼎新（DXIN）、德令哈（DLHA）、西宁（XNIN）、拉萨（LHAS）和仲巴（XZZB）5个基准站的区域地壳垂直形变呈明显的隆升状态,即拉萨块体、祁连块体和阿拉善块体处于地壳隆升状态,隆升速率分别约为2.01±0.15 mm/a、1.88±0.19mm/a、1.91±0.10 mm/a。在印度板块和欧亚板块的双向挤压下,青藏高原的地壳在不断的隆升与增厚,平均隆升速率约为1.94±0.17 mm/a,平均增厚速率约为2.35±3.30 mm/a。     

固体潮对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响分析

利用IERS协议上的方法和DE405星历文件,基于三峡地区CORS站和重力台站位置,计算了从2011年到2015年6月固体潮每2 h对三峡地区地壳垂直形变和重力变化的影响,并计算了2012年12月14日大潮期间固体潮影响分布。研究发现,三峡地区固体潮有很强的周期性,存在半月和半年的长周期、一天和半天的短周期。三峡地区农历每月月中和月底前后有2次大潮,月中和月底的大潮潮差相差约1/4;每年冬季（月球赤纬28°36',约11、12、1月）和夏季（约5、6、7月,太阳高度角接近最大）大潮潮差大,春季和秋季大潮潮差小。大地高最大潮高0.346 m,最低潮高-0.190 m（参考历元2000.0）;固体潮对重力与对垂直形变影响异相,最大值110 μGal,最小值-200 μGal。区域固体潮呈明显的条带分布,固体潮对垂直形变与重力变化影响的增减方向相反。本文的研究成果可用于CORS站、重力台站的固体潮影响分析,为局部固体潮相关研究提供参考。     

质量负荷引起地表形变的格林函数和球谐函数方法对比研究

固体地球对地表质量负荷响应,一般采用格林函数或球谐函数方法来计算。两者在数学上是等价的,在实际计算中存在差异。应用地表流体质量负荷变化数据,定量分析了二者在计算地表位移时的精度。结果表明,同一负荷作用下对单点地表位移的计算,两者的精度在误差水平上是一致的,其计算效率也是一致的;但在计算全球1°规则网格站点时,球谐函数方法要比格林函数方法在计算效率上快近100倍。对地表流体质量变化而言,2°空间网格的分辨率一般可满足改正GPS位移数据的精度,且地表流体引起的站点垂直位移变化可解释超过50%的GPS观测方差。     

基于EMD和RBF神经网络的大坝形变预测

利用长期观测数据结合预测模型对大坝的形变趋势进行估计评价是大坝结构安全监测的必要内容。本文综合利用EMD和RBF神经网络，研究大坝变形时间序列中非线性周期信号变化的内在规律，使用西龙池L022号站4000期数据作为训练样本，对后续80期数据进行预测，并通过对预测结果与实测变形差值的统计分析评价本文方法的预测水平。结果表明，N、E、U 3个方向的RMSE分别为0.878 6、0.360 4和2.235 mm。与BP进行对比，RBF预测效果更好，受数据精度影响较小，MAE、RMSE较BP分别最高可提高63%、57%，且本文方法计算效率高，泛化能力强。     

GNSS网形变化的区域地壳形变信息提取方法

针对GNSS三维无约束平差不依赖基准且拥有高精度几何网形的特点,以GNSS监测网作为一个整体的时空观测单元,由GNSS网测站间相互关联的所有基线长度和基线夹角变化综合衡量网形的变化,用网形的变化集中反映区域地壳形变信息。利用地壳形变高空间相关性的特点,采用主成分时空响应分析的方法实现了区域地壳形变信息的快速提取。通过对2013年芦山Ms7.0地震近场区域陆态网GPS基准站2010—2014年观测数据的解算,提取并分析了对应地震前后近场区域地壳形变时空分布特征及形变的动态演变过程。     

日本INSAR和重力测量技术的最新进展

根据 2 0 0 0年 6月在日本举行的 2 0 0 0年西太平洋会议获取的信息 ,较详细地介绍了日本近年来在 INSAR和重力测量技术领域的最新进展 ,及其在监测火山、地震、地壳形变、冰流场、绘制海洋潮汐负载形变图、测量月球形状和月球重力场等大地测量、海洋和地球物理中的应用。     

重力测量在三峡库区形变监测中的作用

阐述了重力测量在三峡库区形变监测中的作用。     

一种基于全站扫描的特征点自约束点云变形分析方法

为了对大坝、高层建筑、滑坡区、采空区等危险变形体进行变形观测，针对智能全站仪、GNSS测量、三维激光扫描等变形监测技术无法很好地实现变形特征点和点云的综合变形分析问题，提出了基于全站扫描特征点自约束点云变形分析方法，获取变形体的离散特征点和整体点云变形数据，利用特征点形变矢量求取点云至模型的形变量，从而刻画变形体的整体形变信息。试验结果表明，利用本文所提出的方法能够成功计算出点云至模型的形变量，经统计分析，所有点的形变量真误差的期望值为-0.04 mm，结果精度为1.2 mm。试验结果能够反映变形体的整体形变信息，且具有较高精度。     

A method developed for predicting potential precursors of earthquakes

This paper describes the methodology used to eliminate environmental effects to a time series of short distance (24m) leveling across a geological fault in order to detect potential precursors of earthquakes from the residual time series. First, linear trends and periodic signals are removed from the observations with the help of a recursive least squares method. Then, a controlled autoregression model is used to predict the environmental contribution due to precipitation and evaporation. The difference between the leveling data and these predictions are considered to be due to endogenic crustal processes. Applying this methodology to leveling data of approximately 13 years at Niukouyu crustal deformation station near Beijing reveals an anomalous deformation before the Tangshan earthquake (M7.8), which has its epicenter about 180 km from the survey site. However, in the time period considered, another anomaly occurred which cannot be related directly to a seismic event.     

GNSS自动化监测系统的大坝变形预测方法研究

以GNSS自动化监测系统的大坝变形预测方法为主要研究目的,针对大坝GNSS自动化监测数据大样本、高采样率、连续等特点,提出了一种结合小波分析与BP、NAR神经网络预测大坝变形的新方法。利用多尺度小波分析对GNSS大坝变形数据序列进行分解与重构,对重构后的低频近似序列采用BP神经网络进行建模预测,对重构后的高频细节序列采取NAR动态神经网络进行建模预测,最后叠加各尺度下预测结果获得大坝变形预测值。应用结果表明,该方法预测精度高、泛化性能好,可广泛应用于采用GNSS自动化监测系统的大坝变形预测。     

A method developed for predicting potential precursors of earthquakes

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｔｔｈｅＮｉｕｋｏｕｙｕｃｒｕｓｔａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔａｔｉｏｎ ,ｓｈｏｒｔｄｉｓｔａｎｃｅｌｅｖｅｌｉｎｇｏｖｅｒａｄｉｓｔａｎｃｅｏｆ 2 4ｍｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｃｒｏｓｓａｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｆａｕｌｔｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｏｎ ｉｔｏｒｆａｕｌｔｍｏｖｅｍｅｎｔ.Ｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅａｉｍｏｆｔｈｅｍｅａ ｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｅａｒｔｈｑｕａｋｅｓ.Ｎｉｕｋｏｕｙｕｃｒｕｓｔａｌｄｅｆｏｒ…     

两种不同的SVM建模方法在大坝变形预测中的应用

用支持向量机对大坝变形监测数据建模分析和预测一般有两种方法:一是仅用大坝的变形数据作为输入端和输出端,构建支持向量机模型;二是用温度、水压等大坝变形的影响因子作为输入端,大坝变形数据作为输出端,构建支持向量机模型。两种建模方法比较研究鲜有讨论,文中用这两种建模方法对福建省某一大坝进行建模预测。结果表明,第二种方法建模预测速度更快,预测精度更高。