GNSS地殼形變異常檢測(cè)理論與方法

徐克科

1. 河南理工大學(xué)測(cè)繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000； 2. 同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，上海 200092

?

GNSS地殼形變異常檢測(cè)理論與方法

徐克科1,2

1. 河南理工大學(xué)測(cè)繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000； 2. 同濟(jì)大學(xué)測(cè)繪與地理信息學(xué)院，上海 200092

地震的孕育過程是一個(gè)長期緩慢的過程，地震發(fā)生時(shí)斷層破裂所釋放的能量只是一部分，其中有很大一部分能量在地震前后以無震蠕滑的形式釋放。因此，檢測(cè)這些形變異常信息對(duì)于地震危險(xiǎn)性評(píng)估至關(guān)重要。隨著GNSS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的持續(xù)積累，時(shí)空分辨率越來越高，就有可能從中挖掘出更有價(jià)值的形變信息。本文利用GNSS時(shí)空數(shù)據(jù)，從高精度數(shù)據(jù)處理、全球板塊運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建、多尺度速度場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)估計(jì)、地殼微動(dòng)態(tài)形變異常檢測(cè)和斷層滑移時(shí)空反演等方面，研究了GNSS地殼形變異常檢測(cè)理論與方法。主要研究內(nèi)容與結(jié)果如下：

(1) 重建了GNSS測(cè)站速度估計(jì)模型：法方程重構(gòu)模型、基線向量最小二乘模型、卡爾曼濾波模型和坐標(biāo)時(shí)序模型。前3種模型將坐標(biāo)、速度、年、半年周期項(xiàng)作為參數(shù)，在進(jìn)行網(wǎng)平差的同時(shí)一并求解速度值。坐標(biāo)時(shí)序模型引入白噪聲和冪律噪聲組合，分析了區(qū)域周期項(xiàng)振幅與相位空間分布的一致性?；?種模型，估計(jì)了川滇陸態(tài)網(wǎng)GNSS測(cè)站速度。結(jié)果差異在1 mm/a內(nèi)，精度在亞毫米級(jí)。從而驗(yàn)證了這些速度估計(jì)模型的一致性。

(2) 提出了基于統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn)和穩(wěn)健估計(jì)的全球板塊運(yùn)動(dòng)模型構(gòu)建方法。利用ITRF2008VEL求取的全球板塊歐拉參數(shù)與先前模型具有較好的一致性。建立了相對(duì)歐亞板塊背景場(chǎng)的中國大陸速度場(chǎng)，分析了中國大陸現(xiàn)今地殼運(yùn)動(dòng)特征。

(3) 構(gòu)建了GNSS多尺度速度場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)估計(jì)模型。利用負(fù)位錯(cuò)模擬數(shù)據(jù)作了大量試驗(yàn)，結(jié)果表明，不同尺度的應(yīng)變場(chǎng)具有檢測(cè)不同空間范圍的地殼形變的能力。利用2009—2011年陸態(tài)網(wǎng)數(shù)據(jù)估計(jì)并分析了中國大陸3—8尺度的應(yīng)變場(chǎng)及形變特征。

(4) 聯(lián)合卡爾曼濾波和主成分時(shí)空分析，集時(shí)空濾波與形變檢測(cè)于一體，構(gòu)建了瞬態(tài)無震蠕滑時(shí)空檢測(cè)模型，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)時(shí)空信噪比。利用滇西南陸態(tài)網(wǎng)GNSS數(shù)據(jù)，檢測(cè)其時(shí)空分布特征與2011年緬甸Mw7.2級(jí)地震相對(duì)應(yīng)。得出了滇西南區(qū)域的斷層活動(dòng)可能會(huì)受到緬甸地震帶的影響。

(5) 提出了基于GNSS基線面應(yīng)變和GNSS網(wǎng)形的震前形變異常檢測(cè)方法。得出2013年蘆山Ms7.0地震和日本近年來的4次地震在震前數(shù)月的時(shí)間內(nèi)均有不同程度的異常偏離。尤其GNSS基線夾角、基線方位角和第一剪應(yīng)變的異常變化更為突出。推斷震前可能產(chǎn)生了強(qiáng)烈的左旋剪切構(gòu)造應(yīng)力變化，加速了蘆山地震的孕育發(fā)生。

(6) 以地殼形變檢測(cè)與斷層滑移反演為一體，構(gòu)建了GNSS主成分和卡爾曼濾波時(shí)空反演模型。通過模擬試驗(yàn)，得出了正確反演斷層滑移時(shí)空分布所需要的最低信噪比和最優(yōu)的臺(tái)站分布密度。以2005年蘇門答臘Mw8.7地震震后余滑和2006年墨西哥慢滑移為例，反演了斷層蠕滑時(shí)空分布。

Author： XU Keke(1979—)，male, received his doctoral degree from Tongji University on July 2015 (PhD advisor: Prof.WU Jicang), majors in GNSS data processing and crustal deformation analysis

E-mail： 12xkk@#edu.cn

Theory and Method for Detecting Abnormal Crustal Deformation Using GNSS

XU Keke1,2

1. School of Surveying and Land Information Engineering of Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000，China; 2. College of Surveying and Geo-Information of Tongji University,Shanghai, 200092，China

中圖分類號(hào)：P228

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：D

文章編號(hào)：1001-1595(2016)06-0756-01

基金項(xiàng)目：國家973項(xiàng)目(2013CB733304)；國家自然科學(xué)基金(41404023)

收稿日期：2016-04-05

作者簡介：徐克科(1979—)，男，副教授，2015年7月畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：伍吉倉教授)，研究方向?yàn)镚NSS數(shù)據(jù)處理與地殼形變分析。

引文格式：XU Keke.Theory and Method for Detecting Abnormal Crustal Deformation Using GNSS[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2016,45(6):756.(徐克科. GNSS地殼形變異常檢測(cè)理論與方法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2016,45(6)：756.) DOI:10.11947/j.AGCS.2016.20160152