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.     

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.     

利用GPS观测研究新疆伽师地区的水平变形特征

推导了利用位移场计算主应变、面膨胀、最大剪应变的公式，通过1998—2000年间的两次重复GPS观测结果，计算了新疆伽师强震活动区在1998～2000年间的水平主应变、面膨胀、最大剪应变等水平变形特征量的分布，分析了2003年发生在该地区的Ms6．8级地震与GPS观测计算的变形场特征量之间的分布关系。并从力学理论的角度对该地区的地质构造运动、局部形变特征与地震活动的关系进行了讨论，得出了一些有意义的结论和认识。     

玉树MS7.1级地震前的形变应变场变化特征

基于1999～2007年和2007～2009年的GPS站点观测数据计算的速度场,分析了青藏亚板块的运动特征.利用块体(旋转与线性应变)弹性运动公式计算可可西里-巴颜喀拉块体和羌唐块体的应变率、可可西里-玉树断裂带的运动速度和应变率,研究了玉树7.1级地震前的形变应变特征.结果表明:可可西里-巴颜喀拉块体处于青藏亚板块运...     

应变固体潮不变量理论值计算及其应用

由球坐标系下的应变固体潮理论值所构成应变张量矩阵推导并给出了应变固体潮不变量理论表达式,并采用摩尔圆定理证明了公式的正确性。在此基础上,利用应变不变量与坐标系选择无关的性质,又利用与目前所使用的钻孔应变观测系统的4条测线呈均匀分布的特点,推导并给出了5组计算不变量的观测组合公式,并以应变固体潮理论值取代观测值,按观测组合公式计算出了5组应变固体潮不变量理论值。结果发现,不变量的5组数值几乎相同,仅在小数点后2位有差异,证明了公式的正确性与不变量的唯一性。然后根据由莫尔圆定理给出的5组观测组合公式对漳州钻孔4分量应变观测资料进行了不变量计算,并对计算结果进行了相关与回归分析。最后,对不变量理论值在钻孔应变观测数据处理中的应用作了较详细的介绍,考虑到摩尔圆定理不适用于钻孔应变,又给出了采用加衬模型计算不变量的方法与观测组合公式,并对有关问题进行了讨论。     

使用小震震源机制解研究山东地区背景应力场

基于山东地区1970—2012年5月387次中小地震震源机制解数据,使用Gephart和Forsyth的FMSI方法计算了该区的平均构造应力方向;使用区域应力张量阻尼反演方法,结合共轭梯度法求解了应力张量的阻尼最小二乘最优化问题,并根据Lund和Townend推导给出的由构造应力张量计算最大水平主应力方向的公式,反演计算了山东地区构造应力场的空间分布特征,并讨论了该区构造应力场的变化及其与郯庐断裂带的关系.     

旋转椭球面上的应变与转动张量表达

以旋转椭球体面上某点为原点建立一个大地坐标单位活动坐标架. 通过平移, 使活动坐标架的原点与以椭球中心为原点的笛卡尔单位标架的原点相重合. 然后再通过两次标架旋转, 使活动坐标架与笛卡尔单位标架完全重合. 本文给出了使两个单位标架相重合的转换关系式, 以及该点位移在两个单位标架中的坐标转换式； 在此基础上, 考虑该点的位移及活动坐标架皆为该点大地坐标的函数, 经复杂推导, 分别给出了该点位移向量的微分在大地坐标系中的分量以及该点分别沿坐标曲线的弧微分表达式, 继而导出了该点的位移梯度矩阵; 最后推导出了椭球坐标系的应变张量与转动张量表达式, 并对转动张量的几何含义进行了较详细的解释, 且采用曲面理论对球面与椭球面的应变张量间的内在关系进行了讨论.      

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.     

中国大陆及周边地区的水平应变场

推导并建立了块体的两种弹性运动方程：块体的整体旋转与均匀应变方程和块体的整体旋转与线性应变方程. 应用统计学原理,使用西域、青藏和华北块体上的GPS站速度数据,对这两种弹性运动方程与刚体运动方程模拟块体站速度的无偏性和有效性进行了统计检验. 检验结果表明,块体的整体旋转与线性应变方程是描述块体运动的最优模型. 将中国大陆划分为10个块体,应用块体的整体旋转与线性应变方程和块体上的GPS站速度估计了各个块体上的旋转与应变参数,按照1°×1°的间距计算了中国大陆及周边地区上1005个点的应变参数,分析了中国大陆及周边地区应变场的基本特征. 用本文方法得到的主压应变方向与地质学方法和测震学方法得到的主压应力轴方向具有很好的一致性(华南块体除外).     

Computation of strain and rotation tensor as well as their uncertainties for small arrays in spherical coordinate system

Based on Taylor series expansion and strain components expressions of elastic mechanics, we derive formulae of strain and rotation tensor for small arrays in spherical coordinates system. By linearization process of the formulae, we also derive expressions of strain components and Euler vector uncertainties respectively for subnets using the law of error propagation. Taking GPS velocity field in Sichuan-Yunnan area as an example, we compute dilation rate and maximum shear strain rate field using the above procedure, and their characteristics are preliminarily car- ried on. Limits of the strain model for small array are also discussed. We make detailed explanations on small array method and the choice of small arrays. How to set weights of GPS observations are further discussed. Moreover relationship between strain and radius of GPS subnets is also analyzed.     

福建沿海、台湾海峡GPS观测分析及地球动力学特征研究

利用 3期GPS联测结果所获得的福建沿海地壳水平运动信息 ,采用ITRF94全球框架为基础的GPS测站地壳运动模型及其处理软件 ,对所获得的观测数据进行处理和精度分析。得到福建省高精度的GPS测站大地坐标、边长及其位移矢量 ,其精度达到 1 7×10 - 8。计算了福建地壳运动速率、主应变率 ,东西与南北向线应变率、面应变率、剪应变率、大地转动率和最大剪应变率等值线并给出了它们的分布图象。根据多年形变和现今GPS观测资料 ,分析福建地壳垂直运动与水平运动 ,显示区域应力场优势分布特征。最后 ,对福建沿海及台湾海峡地壳动力学特征作了初步的探讨     

GPS水平形变面应变率梯度与强震危险区关系探讨

全球定位系统(GPS)观测和信息处理技术的发展, 为获取高精度地壳水平运动和相关的应用研究提供了良好的基础． 应用中国地壳运动观测网络中心提供的1999—2007年GPS水平形变速率观测结果, 研究了地壳水平形变面应变率梯度与强震发生的关系, 探索了地震中长期预测对强震危险区的判识方法． 结果表明, 中国大陆2001—2011年发生的大部分M_S6.8以上强震, 地震地点均位于面应变梯度高-低值过渡区与块体边界带相交汇的部位; GPS面应变率梯度可以作为中长期强震危险区判识的一种方法, 与最大剪应变率分布相比, 缩小了强震孕育地点的判识范围． 文章最后给出了中国大陆地区未来10年或稍长时间的强震危险区.      

GPS资料反映的日本东北MW9.0地震的孕震特征

在对海洋板块俯冲型地震孕震模式的分阶段变形特征进行分析的基础上,结合同震位错反演结果分析了M_W9.0级地震的同震变形特征,分析过程中通过精度检验讨论了该反演结果的可靠性.通过对震前和同震GPS结果的对比分析,讨论了二者的差异性.GPS应变(率)结果表明,震前日本岛应变积累主要反映了太平洋板块和菲律宾板块的俯冲作用,同震结果表现为指向震源方向拉张应变的释放,对日本岛的主要影响区域介于35°N和43°N之间.震前和同震GPS剖面结果反映的变形特征具有互补性,但量值相差上百倍.震前的GPS速度、应变率剖面和时间序列结果表明靠近日本岛东海岸一侧可能存在变形趋于极限现象.通过对此次地震可能前兆的分析表明,中长期预测方面、震前GPS时间序列的趋势性偏离、前震活动、震源区b值降低等现象在一定程度上反映了此次地震的孕震特征.     

柴达木-祁连山地块内部震间上地壳块体运动特征与变形模式研究

以青藏高原北缘及东北缘的柴达木-祁连山地块内的活动断裂、由断裂所围限的微小块体为研究对象,系统收集整理区内活动断裂定量参数和GPS速度场等资料,使用球面应变率计算方法分析研究区内GPS 速度场得到现今构造应变率场,讨论区内最大剪应变率、面膨胀率与旋转率等参数与区域构造变形之间的关系;同时,依据区内详实的活动断裂资料建立精细的微小活动块体模型,利用Backslip模型反演断裂所围限的各个块体边界断裂的滑动速率、块体内部统一应变率及块体欧拉运动学参数等,并与活动构造方法获得的滑动速率做对比;最后,讨论研究区内由GPS速度场所揭示的地壳运动变形模式.结果表明:(1)柴达木-祁连山地区地壳运动,在沿着山脉走向上具有带状区域分块运动特征,大范围内具有弥散变形特征;(2)青藏高原北部变形场应是通过不同断裂差异性相对运动、区域内部逆冲挤压和块体旋转共同作用的结果.从鄂拉山到古浪民勤一带具有强烈的逆冲活动,其两侧地壳块体分别具有逆向旋转的运动性质;(3)在研究区东部GPS速度场所呈现顺时针旋转的形态,应是处于不同地块边界处的中下地壳与地幔介质差异驱动机制对上地壳块体所产生的作用,并以近地表断层应变率积累形式表现的结果,是祁连山地块、阿拉善块体、鄂尔多斯地块等大型块体推挤旋转影响下的复杂运动学形态.     

华北地区GPS地壳应变能密度变化率场及其构造运动分析

利用GAMIT软件将华北地区GPS地壳形变监测网1995、1996及1999年3期观测数据同全球IGS跟踪站资料进行了统一处理,并采用基线向量单天解及其全协方差矩阵和武汉大学PowerAdj Ver3.0软件在ITRF97框架下进行了GPS网整体平差,得出了相对于欧亚板块的水平运动速度场;进一步利用GPS速度场计算华北地区GPS地壳应变率场及应变能密度变化率场. GPS结果表明:华北地区现以(3-12mm/a)±3.4mm/a速度相对于稳定的欧亚板块向东或东南方向运动;唐山-河间-磁县是一个压缩活动边界,大同-太原则是一拉张活动边界,呈略带右旋的拉张运动;北京-天津-渤海湾地区,以及邢台地区是高剪应变率地区;张家口-北京-天津-渤海湾地区,以及济南地区是高应变能密度变化率地区,地壳积累能量高,且渤海湾地区处于面膨胀变化率正、负值过渡带,那里可能存在与地震危险性有关的应变能积累背景.