基于同震GPS数据的汶川大震同震应变特征研究

利用同震GPS观测数据,采用多面函数法,以数据分片拟合方式对2008年5月12日汶川MS8.0大震同震面应变进行计算,评定了计算结果的精度,并分析与强震有关的面应变变化特征。结果表明:在计算同震应变变化时,分片拟合较整体拟合得到的应变结果精度更高;同震应变结果对龙门山断裂能量释放特征及地表破坏分布有一定的反映。     

基于多面函数法的渭河盆地现今地壳构造形变特征分析

渭河盆地频发的地质灾害与其活跃的现今地壳构造活动密切相关.本文利用渭河盆地2001—2010年高精度GPS监测资料,采用多面函数法在球坐标系下建立了区域地壳速度与应变场模型,并探讨了平面与球面距离在多面函数模型构建中的最优化问题.结果表明:(1)利用多面函数法建立渭河盆地速度场时,随着区域结点数的增大,球面距离拟合精度较平面距离提升更大;(2)盆地内剪应变高梯度带主要位于三原—泾阳—咸阳、宝鸡—岐山一带,同时上述区域也是面膨胀与面压缩的显著过渡带,且为地震活动的多发区域;(3)盆地内最大、最小主应变轴优势方向与中强震震源机制解获得的P、T轴分布方位具有较好的一致性.研究结果进一步在大范围尺度内获得了渭河盆地现今地壳形变趋势性变化特征,为掌握该区域地壳运动及地质灾害深部驱动机制提供了一定的参考.     

利用最小二乘配置在球面上整体解算GPS应变场的方法及应用

通过对位移与应变微分公式的分析,给出了球坐标系下应用最小二乘配置法由GPS数据整体解算应变场的方法.首先,对模拟数据的理论应变场与采用全部采样数据和随机抽取50%限定采样数据的应变场结果的对比分析,初步验证了最小二乘配置球面整体解应变场方法的有效性.然后,利用1999~2001和2001~2004两期中国大陆区域网GPS速度场数据给出了基于最小二乘配置球面解获得的应变率场结果,概要分析了此期间中国大陆应变率场的动态变化.最后,讨论了最小二乘配置在球面上计算应变场需要注意的问题和建议.     

基于Monte Carlo方法的由GPS观测计算地应变率的误差分析

在利用GPS观测计算地应变率中，应变率的误差分布在地球动力学研究中非常重要. 为解决这一问题，文中提出基于Monte Carlo技术，利用GPS观测的速度计算地应变率进行误差分析的方法；以青藏高原地区为例，利用带有误差的GPS观测数据进行了大量、独立的应变率重复计算，然后运用统计方法给出了应变率分量及其误差的分布. 结果显示青藏高原的喜马拉雅及中东部地区地应变率的东西向、南北向及剪应变率分量的误差相对较大，但整个青藏高原及附近地区应变率结果稳定可靠；研究结果进一步表明，由GPS观测计算应变率的误差主要决定于GPS观测速度的误差， 在变形小的区域（如中国东部地区），目前GPS的观测精度还不能完全满足地应变率计算的要求.     

基于多尺度球面小波解算GPS应变场的方法及应用

提出了利用多尺度球面小波解算GPS应变场的方法,该方法通过建立不规则分布的小波基函数以凸显测站非均匀分布的特征,获取不同空间尺度的应变场.通过对模拟数据进行对比分析验证该方法的有效性,模拟结果显示,多尺度球面小波应变计算方法稳健性较好.在位移场中加入高斯随机误差(均值为0.0mm,标准差为0.5mm)对应变计算结果的影响可忽略不计.从原有位移场随机抽取的60%的数据解算应变场时,仍然能够获取比较可靠的结果,但如果出现大范围的数据空缺,则会对应变结果产生明显影响.基于华北地区GPS测站原始观测数据,通过高精度数据处理方法解算了该区域GPS速度场,根据多尺度球面小波方法,解算了该区域的应变率场及其误差,并分析了其空间分布特征.     

不同参考面块体应变计算公式的对比分析

通过对不同块体应变计算公式的分析,利用模拟数据作为输入、采用经典平差方法求解应变参数并评定精度,进而对比不同参考面块体应变计算公式的差异。同时对小样本和大样本模拟数据应变计算结果进行统计分析。结果表明,平面公式与球面公式计算结果的差异与计算区域的大小有关,由投影误差决定,与点位的纬度分布没有必然的联系。因此,在小区域进行应变计算不会因为公式不同而导致结果的系统性差异。     

青藏高原中南部近期地壳水平形变

20世纪90年代以来,“网络工程”和“陆态网络”积累了十余年的GNSS观测数据.以1999-2011年西藏、青海地区GPS区域站观测结果为基础,利用多核函数法和球面应变模型,计算了青藏高原中南部地区区域整体无旋转框架下的运动场和应变量,对汶川地震前后两个时段的结果作对比分析.     

基于GPS数据分析渭河盆地现今地壳形变特征

基于2001—2015年流动及连续GPS观测资料,借助多面函数拟合法建立渭河盆地水平速度场模型,并计算球面坐标下的应变特征参数。结合陕西地区地质构造背景,分析渭河盆地水平速度场及应变场分布特征。结果表明:(1)渭河盆地西部GPS速度场受青藏块体及鄂尔多斯块体共同作用明显,西部GPS速度场大于中东部,且GPS速度场有顺时针旋转的运动特征。(2)渭河盆地西部主应力场变化复杂,中部的西安地区主应变差异变化明显,与2009年11月5日高陵M_S4.4地震对应;渭河盆地西部出现最大剪应变及面应变高值区及差异变化高梯度带,在西安附近出现最大剪应变及面应变差异变化梯度带,高陵地震震中位于零值线附近。(3)2001—2010年的主应变、最大剪应变、面应变变化比2011—2015年显著,表明高陵地震发生后,应力场进行了释放调整,近期渭河盆地地震紧迫性相对较低。     

球坐标系中图形单元应变与旋转张量及其误差解算

利用泰勒级数展开和弹性力学的几何方程,推导了球坐标系中由GPS位移数据解算图形单元应变和旋转张量的解析公式. 通过线性化处理,并利用误差传播定律,详细推导了图形单元应变和旋转张量的误差公式. 利用川滇地区最新的GPS测站位移速率数据,采用图形单元法解算了该区的面应变率及最大剪切应变率分布,并对其进行了初步的分析. 同时阐述了图形单元应变数学模型的局限性,讨论了图形单元法计算应变的意义以及图形单元的选择问题,进一步分析了应变计算的定权方法,还讨论了GPS观测网图形单元的地心半径差异与应变的关系问题.      

基于GPS的江苏南部现今地壳形变特征分析

基于2007-2009年江苏南部GPS资料,借助多面函数法及位移-应变模型求取了研究区的速度场及应变特征参数,结合地质构造背景及地震活动性对该区地壳形变特征进行分析.研究结果表明：（1）江苏南部现今地壳整体朝南东向运动,临海地区与内陆地区速度差异较大,量值在5～10 mm/a;（2）研究区域呈现面应变正负交替出现的规律,在泰州、南通、嘉定出现面膨胀、剪切应变高值区,未来发生中强地震的可能性较大;（3）江苏南部地区地壳运动受太平洋板块、菲律宾海板块和欧亚板块的共同作用,构造机理复杂.     

GPS应变率场计算方法研究进展

基于大地测量资料获取地壳运动与应变积累定量结果一直是国内外重视的地震中长期预测的技术途径。 针对地震变形过程的准确描述问题, 国内外学者基于GPS资料, 发展了多种应变率场解算方法。 本文首先简要介绍了GPS应变率计算的基本原理, 然后系统梳理了国内外多种计算方法的优势和不足, 结果表明: 应变率计算的数学方法只考虑几何关系, 其中整体方法主要适合数据密度和分布较好条件下获取区域地壳变形分布与趋势, 局部方法主要适用于数据较为稀疏情况下描述构造块体的变形特征; 应变率计算的物理方法既考虑几何关系又考虑物理关系, 其中, 位错方法根据主要适合于研究区域存在主控断层的情况(研究区域的变形主要由少数断层控制); 数值模拟方法(如有限元法)主要适用于区域地质、 地球物理的资料比较完备的情况。     

The Application of Multiquadric Function Fitting to Borehole Strain Time Series Data Processing

Based on the existing continuous borehole strain observation, the multiquadric function fitting method was used to deal with time series data. The impact of difference kernel function parameters was discussed to obtain a valuable fitting result, from which the physical connotation of the original data and its possible applications were analyzed. Meanwhile, a brief comparison was made between the results of multiquadric function fitting and polynomial fitting.     

球坐标系下谱元法三维地震波场模拟

谱元法已成为区域性乃至大陆性尺度地震波场模拟的重要工具.对于区域或大陆尺度层析成像而言,地球曲率不可忽略,此时模拟地震波传播采用球坐标系更为合适.本文从球坐标系下弹性波动方程弱形式出发,基于球坐标系变分原理给出了球坐标系下求解三维地震波方程的谱元法.另一方面,计算Fréchet敏感核是进行全波形反演的关键,本文借助伴随原理,推导了全波走时层析成像三维Fréchet敏感核表达式.为了验证球坐标系下谱元法的精度,我们将数值模拟结果与normal mode方法得到的解析解在1-D PREM模型下进行了对比.同时,我们将此方法应用到华北克拉通区域,以期获得地球内部结构精确成像.基于3-D全球径向各向异性地幔模型S362ANI和3-D地壳模型Crust1.0,我们建立了华北克拉通初始3-D背景模型,并将数值模拟结果与实际观测台站记录波形资料进行对比分析,利用互相关方法提取走时残差,最后给出了Fréchet敏感核在3-D空间中的分布,这些工作为下一步开展球坐标系下三维大尺度全波形反演奠定了基础.     

Analysis of the b-value and Seismic Deformation in the North of China

The accuracy of b-value is limited by the uncertainty of the magnitude.In order to improvethe accuracy of the b-value,a statistic methodology was used to estimate the number of eventsbased on that there are several magnitude values for one historical event by several methods toestimate the magnitude.The b-value and seismic strain rates were calculated for the threeregions in the North of China.The method proved to be valid for all the regions,especiallyfor the data with large fluctuation.In order to study the stress state,the strain rate tensorand the principal axes of tension and compression were calculated for each of three regions bythe data of the focal mechanism,finally the stress state in each region was discussed.     

Discuss on Plain Strain Model for Seismic Response of Underground Structure

采用平面应变模型对地下结构进行地震反应分析时,其核心问题是中柱的二维等效简化。常用的简化方法是将中柱的材料性质（如弹性模量和密度）进行折减。在此基础上,进一步引入空间约束影响系数和三维还原系数,提出新的中柱二维等效简化方法。针对不同简化方法,分别建立对应的地下结构地震反应分析平面应变模型,计算各模型的地震反应。通过与三维模型计算结果进行对比分析,研究不同简化方法的合理性。计算结果表明,本研究建议的方法可有效提高地下结构平面应变模型的计算精度。     

地球外部扰动重力严密改化模型及分析检验

直接积分模型是计算地球外部扰动重力的主要数学工具,将全球积分模型改化为局域积分模型是实现地球外部重力场赋值的前提条件.相比表层积分模型和向上延拓积分模型,Stokes积分模型要求的输入信息种类最少,故在减轻数据保障压力方面具有比较明显的优势.在实施Stokes积分模型工程化应用过程中,我们发现扰动重力径向分量积分模型从...     

径向基函数方法在南泥湾油田勘探中的应用

为明确利用奇特开发井网数据拟合地质曲面拟合的合理性和可靠性，选用多二次曲面函数进行插值计算.该方法具有数学算法简单、计算灵活、易于实现及结果比较准确等诸多优点，适合用于散乱数据的插值.通过实例的分析验证，证明了该方法在建立散乱数据点地质曲面时具有良好的逼近效果，可以反映比较真实的地质现象.     

预测华北地区年度地震趋势的支持向量机分类方法

以太阳黑子数、地球自转速率变化数据和全球7级以上地震应变释放量作为预测因子,使用支持向量机分类方法建模预测中国华北地区年度地震强度,预测准确率为0.93,表明该方法具有较好的预测效果.     

空间波数混合域磁异常场积分解三维数值模拟

本文提出一种空间波数混合域磁异常场三维数值模拟方法.该方法利用磁位三维空间域积分为卷积的特点,沿水平方向进行二维傅里叶变换,把空间域磁位满足的三维积分问题转化为不同波数之间相互独立的垂向一维积分问题.保留垂向为空间域,优势之一在于便于浅层单元剖分可适当加密,随着深度增加,单元剖分适当稀疏,可以准确模拟任意复杂地形和磁性体的磁异常,兼顾了计算精度与计算效率;优势之二在于一维积分垂向可离散为多个单元积分之和,每个单元采用二次形函数表征磁化强度,可得出单元积分的解析表达式,计算精度高、效率高.该方法充分利用一维形函数积分的高效和高精度、快速傅里叶变换的高效性及算法高度并行性,实现了磁异常场高效、高精度的数值模拟.设计棱柱体模型,将模型解析解与空间波数混合域法的数值解对比,结果表明该方法计算精度高、效率高.设计了组合棱柱体复杂模型,对比分析了标准FFT扩边法与Gauss-FFT法的计算精度与计算效率,总结了标准FFT的扩边系数选取策略.针对任意复杂地形条件下的磁异常模拟问题,本文提出一种适用于起伏地形条件下的磁异常场快速计算方法,并对其有效性进行了验证.     

全球Schwiderski海潮模型M2分波在中国大陆产生的应变负荷潮

本文利用计算应变负荷潮的积分Green函数方法,计算了全球Schwiderski海潮模型M₂分波在中国大陆产生的应变负荷潮.根据负荷潮的分布特点,中国大陆大致可以分成以东经100°为界的东、西两个区域.在东区,负荷潮主要受太平洋海潮的控制;在西部内陆地区,除太平洋海潮外,它们还明显地受印度洋海潮的影响.根据本文计算结果绘制的M₂分波应变负荷潮在中国大陆的地理分布图,为如何正确考虑M₂分波负荷潮对应变固体潮观测结果的影响提供了重要的参考资料.