地壳形变数据反演

本论文旨在研究利用地壳形变数据来研究地壳形变和地震的物理机制。受到板块构造运动的驱使,全球地壳形变最大和地震发生最频繁的区域位于板块的边界处。参照地震孕育的过程,地壳形变可以划分为4个阶段：震间形变、震前形变、同震形变和震后形变。本论文主要研究震间和同震形变,提出了一种刚体运动加断层位错的板块边界断层运动模型。该模型假定板块间的相对运动长期（数千年到数百万年）不变,其大小可以通过数年的VLBI测量和全球板块运动模型来确定。板块间的相对运动在其边界的断层面上受到阻碍,从而引起周围地壳的形变,产生应变和应力累积。当累积的应力超过断层岩石的强度时,就会产生破裂和滑动,即地震。传统的边角测量方法和现代的空间大地测量方法,如GPS、VLBI等,都可以用来监测地壳形变。利用观测到的形变数据可以反演地震时地下断层面上的滑动分布,以便进一步研究地震的物理机制;也可以反演震间形变所对应的断层带上的应变和应力累积速率（通过反演负位错模型参数求得）,从而给出活动断层中长期地震预报。所涉及的形变数据反演一般都是非线性反演问题,其解不惟一。为此论文详细讨论了顾及模型参数先验信息的贝叶斯反演方法,针对大地测量数据反演提出了两种构造先验信息矩阵的方法,经验统计法和物理约束法,较好地克服了反演问题的不惟一性。运用上述刚体运动加位错模型和贝叶     

基于DInSAR技术与断层自动剖分方法反演断层滑动参数

以合成孔径雷达差分干涉测量(DIn SAR)技术获得的同震形变数据为约束,基于弹性位错模型反演获得发震断层的几何、运动参数(也称滑动参数),对于了解震区断层活动特征和评估潜在灾害风险具有重要意义。现有的断层滑动参数反演多是基于矩形位错元的均匀剖分或人为设定剖分,所得结果易出现"伪滑动"和滑动分布过于平滑的问题,不足以精确地反映断层面上的滑动细节。为此,引入断层自动剖分方法。该方法兼顾了模型残差最小化与平滑最优原则,在形变数据的有效约束下获得可靠解。以巴姆地震为例反演获得断层的几何参数与滑动参数。实验结果表明,对于单断层的滑动参数反演,应用断层自动剖分方法可获得较可靠的结果。     

顾及地壳粘弹性结构的地震断层震后形变反演分析

顾及地壳的粘弹性结构特征,建立了基于粘弹性地球模型的地震断层震后反演模型。利用遗传算法重点对走滑断层和逆断层两种主要地震断层进行了震后形变反演研究,并与球体均匀模型反演进行了比较。研究结果表明:遗传算法能在较大范围内搜索出发震断层的位错参数,反演的结果基本可靠;基于粘弹性地球模型特征建立的地震断层震后反演模型,可较好地反演不同类型的地震断层震源位错参数;如果出现模型参数不清楚的情况,需综合考虑衡量反演结果的准则,找寻其他方法来判断,仅以VTPV最小作为反演准则并不可靠。     

利用组合算法反演球体分层模型的断层参数

随着空间大地测量观测精度的提高，大地测量反演模型也更加精确细化，对反演算法也提出了更高的要求。针对球体分层位错模型断层参数反演问题，从反演参数的敏感性与相关性两个方面入手，分析了遗传算法在反演中的缺陷，提出了迭代最小二乘算法与遗传算法相结合的组合算法，利用模拟数据反演验证了算法的有效性。在遗传算法的断层参数反演中，断层的深度和滑距往往难以得到良好的结果，主要原因首先是上深度与下深度之间以及深度与滑距之间具有很强的相关性，其次是深度和滑距的敏感性相对来说也比较低。组合算法在各种倾角的断层上都取得了理想的反演结果，具有实用性。     

联合地震位错模型和InSAR数据构建2017年九寨沟Mw 6.5地震同震三维形变场

利用哨兵（Sentinel）-1A卫星升、降轨影像,在地震位错模型约束下获取了2017年九寨沟Mw 6.5地震的高质量三维形变场。首先,利用合成孔径雷达干涉测量技术（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）提取九寨沟地震升、降轨同震形变场;然后,通过“两步法”反演获取该地震发震断层的几何参数和分布式滑动模型,以此为约束,采用方差分量估计算法联合解算九寨沟地震三维形变场。结果表明,九寨沟地震同震三维形变场以水平位移为主,垂向形变较弱;南北向形变呈拉张趋势,断层上盘向南、下盘向北滑动,最大位移分别为－19.81 cm和14.38 cm;东西向形变不对称性明显,断层上盘西北部向东水平运动,最大位移为18.37 cm,下盘东南部向西运动,最大位移不足8 cm。将南北、东西向形变与6个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）台站观测数据进行比较,两者一致性较好且均方根误差较小,分别为1.44 cm和1.77 cm,表明联合升、降轨InSAR观测和地震位错模型约束构建同震三维形变场方法具有较高可行性,显著降低了大地测量数据不足、InSAR观测对南北向形变不敏感等问题的影响。     

总体最小二乘方法在地震位错模型中的应用探讨

分析了目前基于位错模型反演地震断层参数的研究现状,尝试利用总体最小二乘方法反演地震断层问题,通过探讨总体最小二乘方法在非线性反演震源参数和线性反演震源滑动分布两个方面的应用,进一步促进位错模型下地震断层参数反演的理论和应用的研究。     

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。     

板块内部层状负位错模型及其反演

提出了一种层状负位错模型，用于描述下层地壳拖带上层地壳的耦合作用所造成的上伏地壳变形，并通过模拟计算，给出了这种层状耦合模型的形变场特征，以及利用模拟形变数据反演层状负位错模型参数的结果。     

利用InSAR研究西藏拉孜地震同震形变

采用欧空局ERS—1卫星雷达数据获取了1993年Mw 6.2级西藏拉孜地震同震形变场,并采用弹性位错模型反演了该地震的断层参数。结果显示该地震产生的最大地表位移约为12 cm,断层倾角为42°,不支持该断层为低角度正断层的论断。     

基于力学模式的动态大地测量数据反演研究

本文在文献（１）的基础上，进一步研究了基于力学模式动态大地测量反演理论。首先提出了力学模式下动态大地测量反问题的六种形式，导出了第一，二类动态大地测量反问题的线性最小的二乘解，研究了动态大地测量反问题的妥；最后，结合数值例子，讨论了利用地壳垂直形变数据反演地壳断层错动的一种方法。     

利用STLN和InSAR数据反演2008年青海大柴旦Mw6.3级地震断层参数

利用Envisat/ASAR雷达影像处理后获取的2008年11月10日青海大柴旦Mw6.3级地震InSAR同震形变场数据和LN算法反演观测值含有粗差情况下的地震Okada矩形位错模型断层参数;断层深度为19.691 5 km,倾角为56.892 3°,长度为16.499 3km,宽度为6.854 8km,倾滑量为0.832 6 m,中心经度为95.884 7°,中心纬度为37.529 5°,走向方位角为116.411 5°,地震矩为3.108 4×1018 Nm(Mw6.295 0)。反演结果表明,当观测值含有粗差时,LN算法在1范数下可以有效抵抗粗差的干扰,充分利用已有先验信息的同时顾及观测、线性化等原因引起的系数矩阵误差的影响。     

2005珠峰测高GPS测量及其数据处理

介绍了各种不同GPS测量的特点和数据处理方法，结合珠峰峰项GPS观测自然环境恶劣的特点，分析了各种计算方案，确定了一种合理的解算珠峰高程的GPS数据处理方案；取得了较为满意的计算结果。     

动态大地测量反演理论及其苦干应用

本文从固体力学基本方程出发，提出了动态大地测量反问题。运用有限元法和正则化方法建立了动态大地测量反演的基本理论，研究了动态大地测量反问题的解和性质，提出了动态大地测量反演的正则化方法。最后给出了利用动态大地测量数据反演岩石弹性模量、区域边界力和断层滑动量的一般方法。     

基于三次样条的大地测量半线性反演方法

大地测量反演中的大部分问题都是非线性问题,如何解算和评价非线性反演问题是大地测量反演研究的重点和难点。本文给出了大地测量半线性反演的基本理论,针对实际的观测数据采样并非等距均匀,提出了基于三次样条的大地测量半线性反演方法,该方法综合了当前非线性反演受初始模型受制约较小和线性反演理论具有完善评价体系的优点。     

Plate Motion of India and Interseismic Strain in the Nepal Himalaya from GPS and DORIS Measurements

We analyse geodetically estimated deformation across the Nepal Himalaya in order to determine the geodetic rate of shortening between Southern Tibet and India, previously proposed to range from 12 to 21 mm yr^?1. The dataset includes spirit-levelling data along a road going from the Indian to the Tibetan border across Central Nepal, data from the DORIS station on Everest, which has been analysed since 1993, GPS campaign measurements from surveys carried on between 1995 and 2001, as well as data from continuous GPS stations along a transect at the logitude of Kathmandu operated continuously since 1997. The GPS data were processed in International Terrestrial Reference Frame 2000 (ITRF2000), together with the data from 20 International GNSS Service (IGS) stations and then combined using quasi- observation combination analysis (QOCA). Finally, spatially complementary velocities at stations in Southern Tibet, initially determined in ITRF97, were expressed in ITRF2000. After analysing previous studies by different authors, we determined the pole of rotation of the Indian tectonic plate to be located in ITRF2000 at 51.409±1.560° N and ?10.915±5.556°E, with an angular velocity of 0.483±0.015°. Myr^?1. Internal deformation of India is found to be small, corresponding to less than about 2 mm yr^?1 of baseline change between Southern India and the Himalayan piedmont. Based on an elastic dislocation model of interseismic strain and taking into account the uncertainty on India plate motion, the mean convergence rate across Central and Eastern Nepal is estimated to 19±2.5 mm yr^?1, (at the 67% confidence level). The main himalayan thrust (MHT) fault was found to be locked from the surface to a depth of about 20 km over a width of about 115 km. In these regions, the model parameters are well constrained, thanks to the long and continuous time-series from the permanent GPS as well as DORIS data. Further west, a convergence rate of 13.4±5 mm yr^?1, as well as a fault zone, locked over 150 km, are proposed. The slight discrepancy between the geologically estimated deformation rate of 21±1.5 mm yr^?1 and the 19±2.5 mm yr^?1 geodetic rate in Central and Eastern Nepal, as well as the lower geodetic rate in Western Nepal compared to Eastern Nepal, places bounds on possible temporal variations of the pattern and rate of strain in the period between large earthquakes in this region.     

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。     

利用GPS监测区域地壳形变的理论与方法

回顾了GPS观测技术在区域地壳形变监测应用中的相关理论和方法,探讨了其发展趋势,重点介绍了块体负位错运动模型及其反演和地表位移场拟合推估及应变分析方法,展望了时空分析方法在地壳形变信息提取中的应用前景。