活断层形变数据反演

本文主要讨论了利用形变数据反演断层运动位错模型参数的贝叶斯方法。利用现代大地测量方法,尤其是空间大地测量方法获得的地壳形变数据,可以用来反演活动断层的位错模型参数,并且利用反演得到的结果,确定断层运动的闭锁区。作为应用,给出了运用地表观测站观测到的速度值反演圣安德烈斯断层运动位错模型参数的结果,并且据此预测了沿圣安德烈斯断层未来最可能发生地震的断层分段。     

华北地区活动地块边界带运动及块体内部变形分析

基于刚性块体和GPS稳定点组概念，用GPS稳定点组的水平速度值求出了各活动地块及华北亚板块的欧拉运动参数，推证了块体边界上的点相对运动速度矢量公式，通过该公式利用块体欧拉运动参数反演计算分析了地块边界带运动状况；通过块体欧拉运动参数反演计算各GPS观测点的背景运动速度，用观测点的实测运动速度减去各观测点的背景运动速度得出其实际变形值，进一步分析了各地块内部变形情况，并探讨了各活动地块的刚性特征。     

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     

利用GPS分析川滇地区活动地块运动与应变模型

以川滇地区上中国地壳运动观测网络1998～2004年间的GPS观测成果为约束,基于地质学给出了块体划分模型,分别利用刚体运动模型、块体运动和形变模型反演了川滇地区内各活动块体的现今地壳运动和变形参数,并进一步对上述两种模型进行了辨识。结果表明,川滇地区的各块体用块体运动和形变模型来描述更为合适。通过对活动块体及断层运动进行讨论分析,认为川滇地区的地壳运动由西向东、由北向南逐渐减弱,且有顺时针旋转的特征,而地壳变形模式以连续和渐变的剪切为主要特征。     

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。     

利用剖面重力测量数据反演深圳市地下断层参数

探测深圳市地下断层参数对该地区的规划建设、抗震设防和可持续发展具有重要意义。利用人机联作选择法反演了深圳市两条测线的断层参数,反演结果表明:两条测线的正演模型与观测值之间相对误差分别为4.51%和4.26%,计算结果可靠;断层从地下4km附近开始出现破裂信号,至17km附近消失,倾角约为70°,属于倾角较大的正断层;断层位置与深圳市地形起伏可能存在一定相关性。研究结果与地质及地球物理勘探结果具有较好的一致性,验证了剖面重力测量数据反演深圳市地下断层参数的可行性和有效性。     

不同星历反演大气可降水量的时间序列分析

针对地基GPS水汽探测过程中星历文件的选取对最终反演结果影响的问题,该文利用探空资料建立了一种新的香港季度加权平均温度计算公式,采用3种不同星历对GPS观测数据进行基线解算。通过MATLAB对反演的大气可降水量进行时间序列分析,3种不同星历反演的大气可降水量与探空数据的结果相似,均方差非常接近,快速星历与最终精密星历反演精度基本一致,超快速星历与最终精密星历的反演精度接近。此结果表明:不同星历的选取能够对最终反演结果产生影响,但影响可以近似忽略;最终精密星历可用于事后的高精度水汽反演,分析水汽的变化规律;快速星历结果可用于时效性快的水汽探测;超快速星历用于实时水汽探测,成为水汽探测的手段之一。     

MODIS水汽反演用于InSAR大气校正的理论研究

大气效应尤其是大气水汽的影响是InSAR干涉测量中主要的误差源和限制因素之一,因此高精度的InSAR应用迫切需要及时掌握大气水汽含量及其时空变化。本文深入分析了利用MODIS的水汽反演结果进行InSAR干涉测量大气校正的可行性,对MODIS近红外水汽反演结果与地基GPS水汽探测结果进行了比较和分析。同时根据GPS解算结果,利用实例讨论了基于地面气象参数的水汽延迟模拟的效果。     

密度误差对城市断层参数重力反演的影响

针对断层参数重力反演中密度误差对反演结果影响不确定的问题,该文采用控制变量方法,通过理论模型系统分析了密度误差对断层几何参数反演造成的影响,实现了定量确定密度误差与反演结果之间关系。研究结果表明:随着密度变化增大,反演误差逐渐增加;反演误差整体上处于10-5 m/s2量级,比采用的重力数据低两个量级,说明反演结果是可靠的。密度变化对断层埋深的影响相对较小,对断层倾角影响较大;当密度变化为-2%~2%时,断层上盘上底面、断层上盘下底面、断层下盘上底面、断层下盘下底面和倾角分别变化-0.5%~0.3%、0.2%~-0.4%、-0.38%~0.4%、0.25%~-0.3%和4%~-5%。当密度变化较小(-2%~2%)时,密度变化与断层参数变化之间存在近似线性关系。     

利用GPS资料反演华北块体运动的负位错模型参数

利用华北地区 (北纬 36°～ 4 2° ,东经 112°～ 12 0°) 1995～ 1999三期GPS观测所获得的测站点的速度数据 ,通过引入板内块体相对运动模型 ,反演了该地区三条主要断裂带的负位错模型参数 ,从而区分研究区域各个活动断层运动闭锁强弱 ,并且据此推断它们未来发生地震的可能性大小     

台湾集集大地震断层非均匀滑动分布的反演

利用台湾1999集集大地震前后GPS测量获得的地表位移数据,反演断层面上的非均匀滑动分布.反演中采用二次样条函数作为滑动分布的基函数,通过引入阿卡克贝叶斯准则,获得了反演问题的惟一解.反演得到的地表位移与实测位移的差在几个厘米,较好地解释了观测到的GPS位移.另一方面,用反演结果计算得到的地表形变场同INSAR得到的地表实测位移场较相近.     

GPS重力数据的粒子群算法联合反演断层三维滑动速率

联合反演是解释地球动力问题的有力手段,本文利用近年来发展的新优化算法-粒子群算法结合位错理论模型,比较了模拟数值的联合反演与单一数据反演的结果.并采用青藏高原东北缘2001-2004年间的GPS数据,及2003 -2004年间的重力数据,对皇城-塔尔庄断层的三维滑动速率进行了附有相对权比的联合反演计算.结果表明,多种数...     

GPS技术周年系统性误差的检测与分析

当利用GPS测站坐标残差数据分析研究测站坐标周年非线性变化规律时,GPS技术本身的周年系统性误差是其中重要部分。本文针对GPS技术的周年变化特点利用并置站SLR残差数据对GPS测站残差数据中的部分周年系统性误差进行了检测分析,对于进一步量化GPS周年系统性误差对测站坐标精度以及测站坐标周年非线性变化的影响有一定的借鉴意义。     

喜马拉雅主逆冲断层闭锁程度与滑动亏损特征研究

基于融合的GPS速度场结果,使用DEFNODE负位错反演程序估算了喜马拉雅主逆冲断层（the main Himalayan thrust,MHT）的闭锁程度和滑动亏损空间分布,并结合剖面结果分析了断层远、近场的运动特征。结果表明,MHT的闭锁深度基本达到18~24 km,断层面闭锁宽度达到102~136 km,两次历史大地震破裂区域之间的未破裂段落和未发生大地震的段落闭锁深度更深,闭锁断层面更宽,2015年尼泊尔Mw7.8大地震就发生在两次大地震破裂区域之间的段落;MHT总滑动亏损速率和垂直断层挤压滑动亏损速率自东向西逐渐减小,平行断层右旋滑动亏损速率则基本上自东向西逐渐增加;MHT 3条剖面拟合结果也反映出其存在很强的闭锁。根据估算的此次Mw7.8地震的复发周期230年和最近500多年发生的大地震分布,认为MHT整条段落尤其是尼泊尔西部与印度接壤处和可能还没有破裂的不丹地区依然有发生8级大地震的危险。     

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。     

2016年意大利阿马特里切Mw 6.2地震震源机制InSAR反演

2016年8月24日,意大利中部阿马特里切（Amatrice）地区发生Mw 6.2地震。采用ALOS-2条带模式和SENTINEL-1A宽幅模式的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据分别进行SAR差分干涉测量处理,获取了该地震的同震形变场。结果显示,本次地震造成意大利中部地区发生明显的地壳形变,在雷达视线向最大沉降量达19.6 cm。基于合成孔径雷达干涉测量（interferometry synthetic aperture radar,InSAR）和GPS同震形变场数据对此次地震的发震断层进行联合反演,通过改进倾角和平滑系数获取方法,得到了最优滑动分布模型。通过使用单断层模型和双断层模型进行反演可知,双断层模型反演结果优于单断层反演结果,两种模型下反演模型相关系数分别为0.85和0.89,发震断层走向分别为160°和158°,倾角分别为44°和46°,倾滑分布主要位于地下5~7 km,平均倾滑角为-80°,最大倾滑量0.9 m位于地壳深度5 km处,该发震断层是亚平宁冲断带的一部分,为NW-SE向延伸的正断层,断层长约20 km。综合使用地震同震形变场和GPS数据对震源机制进行反演、模拟和分析,获取了高精度的震源参数,可以为分析地震危险性和断层破裂参数等提供数据支持。     

九寨沟Ms7.0地震的同震形变场误差研究及断层滑动分布反演

北京时间2017年8月8日四川省九寨沟发生Ms7.0级地震。为了提高断层滑动分布反演的可靠性,本文利用升降轨InSAR数据联合反演断层滑动分布,再根据模拟形变值二次反演,对比反演结果来探讨升降轨形变场误差和确定断层滑动分布的结果。结果表明,九寨沟升轨同震形变场的质量较好,降轨形变场受余震、震后粘弹性松弛效应影响明显,利用模拟形变值二次反演确定的断层滑动分布可靠性更高。     

利用GPS数据反演中国红河断裂带活动特性

为了研究中国红河断裂带近年的活动特性,利用块体模型对红河断裂带周围块体内1999-2014年的GPS水平速度场进行建模,反演得到块体的刚体旋转、内部应变率以及断层的滑动速率与三维闭锁程度。结果表明,考虑内部应变的块体模型可以显著提升速度场的拟合效果,反演得到的红河断裂带滑动速率与二维速度剖面的结果吻合较好。红河断裂带的闭锁程度大致呈现中段闭锁较强、南段与北段闭锁较弱的对称分布,南段、中段与北段在地表以下15 km深度范围内的断层闭锁程度分别约为0.34~0.52、0.67~0.75、0.26~0.53,右旋滑动亏损速率分别为1.7、3.0、1.4 mm/a。利用最小二乘配置方法计算了研究区域的应变场分布,发现红河断裂带从南至北由压缩转换为拉张,中段处于压缩与拉张的交界带,剪应变率低于南北两段,这可能是由于中段闭锁较强、断层错动量较小造成的。     

2013年Ms 7.0级中国芦山地震断层曲面模型的构建及其滑动分布的大地测量反演

根据中国芦山地震的余震序列分布和地质构造情况,联合GPS同震位移和水准测量数据,采用格网搜索法和方差分量估计（variance covariance component,VCE）方法建立了芦山地震的断层曲面模型。以建立的断层曲面模型为基础进行滑动分布反演,反演结果表明此次地震以明显的逆冲滑动为主,存在左旋趋势,断层的滑动主要发生在4.56~18.25 km深度范围内,最大滑动量为0.70 m,在深度12.64 km附近,释放的能量为8.77×1018 N/m（相当于Mw 6.57级）。对曲面模型进行棋盘检验,结果表明其能够较好地分辨出断层深度浅于13 km的凹凸体,其面积最小为8 km×8 km。     

利用GPS/MET与CHAMP掩星资料反演地球中性大气参数的比较

采用Abel积分反演算法 ,在干大气模式下 ,分别针对GPS/MET与CHAMP特定掩星事件的Level2数据进行处理 ,得到了相应的折射指数与大气参数廓线。分别将反演结果与UCAR和GFZ公布的结果进行比较 ,证明了反演算法的正确性与通用性。分析了两个温度反演结果都存在系统误差和CHAMP温度反演结果误差较大的原因 ,并提出了改进建议