基于TRACK进行GPS单历元定位

利用GPS数据处理软件GAM IT中的运动学定位模块（TRACK）,对1 Hz和3 s采样的GPS动态观测点数据进行定位,结果较好地得到了海上浮标和空中运动目标的真实运动轨迹;对静态观测数据包括30 s采样和1Hz的观测数据,依据基线长度小于10 km、10-100 km之间以及大于100 km 3种情况进行处理,对定位结果精度的误差统计结果表明,在观测数据质量较好的情况下,静态定位水平分量精度能够达到或接近5 mm。

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.

高频GPS单历元定位精度及噪声特征

采用精密单点定位与相对定位模式,对天津地区GPS连续站高频观测数据进行处理,利用改进的恒星日滤波方法削弱多路径噪声的影响,并对定位精度和噪声特征进行分析。精密单点定位坐标时间序列的EW、NS和垂直向精度分别为7.3、7.1和16.0 mm,相对定位的EW、NS和垂直向精度分别为5.0、5.2和14.7 mm,总体上相对定位精度较精密单点定位精度高1.9～2.3 mm。采用功率谱密度方法研究两种定位模式的噪声模型,显示出白噪声模型无法表达时间序列的噪声特征。对于精密单点定位,在频率低于0.1 Hz的区域噪声与频率相关,而在高于0.1 Hz的区域趋向于高斯白噪声;相对定位模式结果显示噪声随频率的降低而增加。基于最大似然法,采用幂律噪声与白噪声组合模型估计幂律噪声的谱指数和白噪声的振幅,表明相对定位模式的噪声趋向于随机漫步噪声加白噪声组合模型,而精密单点定位的噪声趋向于闪烁噪声加白噪声组合模型。

利用高频GPS数据研究汶川地震引起的近场地表运动学特征

利用单历元定位方法处理2008年汶川Ms8.0级地震震中附近GPS连续站1 Hz数据,获取近场地壳运动学特征。观测结果表明,测站运动的方向和幅度不仅与测站与震中距离相关,而且与破裂带的距离相关,近场运动学的复杂性反映了震源破裂过程具有逆冲和走滑的特征。距震中最近的郫县站最大运动学位移EW方向超过100 cm,NS方向达到70 cm,其GPS位移和强震仪得到的位移一致。对12个GPS测站的运动学位移与永久静态位移进行对比,发现6个测站前者明显大于后者,5个测站二者大小相当,成都站前者小于后者。

2016年青海门源MS6.4地震震前应变积累及同震变形特征

2016年1月21日青海省门源县发生了M_S6.4地震,发震断裂为冷龙岭北侧断裂,震中位置与1986年门源6.4级地震相同。本文收集了本次地震震中及其周边区域1999—2015年GPS观测资料,解算了GPS速度场、跨断裂连续观测站基线时间序列和应变率场。结果显示,祁连山断裂带为一条宽度约60km的连续变形带。在断裂带南侧地壳运动以顺时针旋转为主,运动量值没有显著差异;跨过断裂带到达其北部之后,地壳运动量值明显减小,显示出该断裂带的强烈活动特征。冷龙岭断裂左旋走滑速率为6.17±0.41mm/a,挤压速率为1.83±0.38mm/a,断层闭锁深度为22.1±3.1km。利用GPS连续观测站数据解算的地震同震位移显示,震中西南侧26.8km处的青海门源(QHME)测站记录到了明显同震位移,其水平运动方向为北东向,与逆冲为主的震源机制解一致。

用离散点观测资料解算走滑断层应变积累时的失真现象及其原因

利用GPS等离散点观测资料解算因走滑断层闭锁所产生的应变积累时,在断层附近会产生不可忽略的应变失真现象。失真应变的空间分布特征不会随着测站间距的变化而变化,但其量值随测站间距缩小而减小,因此减小测站间距(即加密观测)一定程度上能够削弱失真应变现象。解算应变场时隐含着地壳介质连续均匀性的弹性假设,但实际的地表形变场并不符合这一假设条件,这是产生应变失真现象的主要原因。

巴颜喀拉块体东部活动块体的划分、形变特征及构造意义

基于活动块体的基本概念，综合对研究区内活动断裂带空间展布、地震活动性等资料的分析将巴颜喀拉块体东部及邻区划分为巴颜喀拉块体（Ⅰ）、华南块体（Ⅱ）、川滇块体（Ⅲ）和西秦岭块体（Ⅳ）等4个一级块体．利用GPS形变场、地球物理场等资料结合F检验法，将巴颜喀拉块体划分为阿坝（Ⅰ1）、马尔康（Ⅰ2）和龙门山（Ⅰ3）3个次级块体，将西秦岭块体划分为岷县（Ⅳ1）和礼县（Ⅳ2）2个次级块体．利用分布在各个块体内部的GPS测站，计算各活动块体及块体边界断裂带的运动变形特征．结果表明：各活动块体的整体运动包括平移和旋转运动；东昆仑断裂带、甘孜一玉树断裂带和鲜水河断裂带的滑动速率明显高于龙门山断裂带的滑动速率；巴颜喀拉块体东部走向北西或北西西的边界断裂表现出左旋拉张的特性；走向北东的边界断裂带，除成县太白断裂带外，均表现出右旋走滑兼挤压的活动特征．巴颜喀拉块体的东向运动存在自西向东的速度衰减，衰减主要被龙日坝断裂带和岷江断裂带分解吸收，其中龙日坝断裂带的水平右旋分解非常明显，约为～4．8±l_6mm／a，岷江断裂带的水平分解较弱．龙门山断裂带被马尔康、龙门山和岷县等次级块体分成南、中、北三段，龙门山断裂带中段上的主压应变率要明显小于龙门山断裂带南段上的应变率，其北西侧变形幅度从远离断裂带较大到靠近断裂带逐渐减小，表明其在震前已经积累了较高的应变能，有利于发生破裂滑动．汶川地震后，地表破裂带和余震分布揭示的断裂带运动性质自南西向北东由以逆冲运动为主，逐渐转为逆冲兼走滑的特征可能与龙门山断裂带中段所受主压应力方向自南西向北东的变化有关．马尔康、龙门山和岷县3个次级块体与华南块体之间较低的相对运动速度以及龙门山断裂带低应变率、强闭锁的特征都决定了汶川地震前龙门山断裂带低滑动速率的运动特征．

巴颜喀拉块体北东缘主要断裂现今活动性分析

利用GPS数据对巴颜喀拉块体北东缘地壳形变特征及主要断裂现今活动特性进行了研究。速度场结果揭示研究区整体向南东方向顺时针转动,速率自西向东呈逐渐减小趋势。计算获得了研究区主要活动断裂现今活动水平,结果表明迭部-白龙江断裂、光盖头-迭山断裂、西秦岭北缘断裂、虎牙断裂、礼县-罗家堡断裂以左旋走滑运动为主,而青川-平武断裂、茶坝-林庵寺断裂、岷江断裂以右旋走滑运动为主。

基于GPS观测研究2010年青海玉树MS7.1地震震后地壳形变特征及其机制

2010年4月14日青海玉树MS7.1地震发生在青藏高原东南部甘孜—玉树地震带,在震后7～10天内,我们快速建立了由15个GPS测站组成的跨地震破裂带观测剖面,包括1个连续站,3个半连续站和11个流动站,对所有站进行了240多天的观测,获取了该次地震的震后形变时空特征.采用欧拉矢量和位错模型解算了背景速度场,并从GPS观测的形变场中扣除该分量.采用分层黏弹性位错模型计算余震引起的地表形变,结果表明余震对部分测站的位移造成不可忽视的影响.采用对数模型拟合位移时间序列,表明特征衰减时间为6.7±1.2天.利用最速下降法反演震后余滑时空分布,反演结果表明震后断层活动以左旋滑动为主,断层南盘具有少量的抬升.在空间分布上,余滑主要位于同震破裂区的两侧,西北侧的余滑几乎达到地表,而东南区的余滑基本在同震破裂区的下方,余滑最大的区域位于结古镇东南下方10～20km的深度范围.随着震后离逝时间的增加,2个余滑区在空间上保持不变,余滑区的面积逐渐扩大.余滑的矩释放为（1.5～5.1）×10^18 Nm,相当于1个MW6.1～6.4地震释放的能量.分层岩石圈黏弹性模型计算的地壳孔隙弹性反弹形变与地表观测值相差较大,不能解释观测到的震后变形.采用麦克斯维尔流变体模型计算下地壳和上地幔松弛引起的地表形变,显示出其对地表形变的贡献较小.GPS观测得到的震后形变所具有的快速衰减特征,以及余滑模型能够较好地拟合GPS地表形变,表明2010年玉树MS7.1地震后早期阶段的地壳形变主要是由余滑机制决定的.

2011年日本M_W9.0地震震后形变机制与震源区总体构造特征

本文利用较为完备的球体位错理论,结合4.5年的震后位移数据,优化了2011年日本M_w9.0地震震源区岩石圈弹性层厚度与地幔黏滞性因子,更新了该强震断层余滑时空演化过程.首先,基于日本列岛215个均匀分布的GPS连续观测站震前2年与震后4.5年的观测数据,提取了2011年日本M_w9.0地震引起的震后位移时空变化;接着,依据断层余滑衰减相对较快的特点,利用黏弹性球体位错理论对震后3~4.5年的GPS观测数据进行反复拟合,确定2011年日本M_w9.0地震震源区地幔黏滞性系数和岩石圈弹性层厚度的最优解分别为6×10^(18)Pa·s和30 km;然后,从震后3年内GPS观测数据中剔除地幔黏滞性松弛效应,获取了断层余滑对应的震后位移场;最后,利用基于球体位错理论的反演算法,反演了2011年日本M_w9.0地震断层余滑的时空演化过程.结果表明,2011年日本M_w9.0地震引起的断层余滑在震后半年内变化显著,震后2年主震区域余滑基本停止,断层的两端存在一定的余滑效应,断层余滑的累计矩震级达到8.59;地震后4年,地幔黏滞性松弛效应对震后位移场的贡献在总体上超过断层余滑的贡献.

巴颜喀拉块体北东地区现今水平运动与变形

本文利用GPS数据研究了巴颜喀拉块体北东地区现今水平运动与变形特征。在球坐标系中解算了各应变分量,分析了应变率场的空间分布特征,并与地球物理学和地震地质学研究结果进行了综合对比分析。最新的GPS速度场结果表明,巴颜喀拉块体北东地区与高原整体运动性质一样具有顺时针向南东方向旋转的特征,自西向东和北东方向测站水平运动速度呈现明显的衰减特征。应变场结果显示,研究区以北东向的主压应变为主,伴随着近北西向的张性应变。应变较强的区域主要分布在活动块体的边界断裂——东昆仑断裂带的东段塔藏段和龙门山断裂带上。东昆仑断裂带东段塔藏段的主压应变明显,结合地震地质和活动构造资料,认为东昆仑断裂带东段塔藏段的运动性质自西向东发生了改变,水平滑动速率逐渐减小,垂向运动逐渐增强。研究区GPS速度场和应变场的这一变形特征表明,青藏高原内部的块体运动特征较为明显,变形主要集中在作为活动块体边界的活动断裂带上,边界断裂带的运动特征在调节活动块体间的相互运动中起着重要作用。

基于GPS观测的2015年尼泊尔M_S8.1地震多尺度震后形变特征

2015年4月25日青藏高原南缘的喜马拉雅地震带发生尼泊尔M_S8.1大地震,中国藏南区域和尼泊尔境内的GPS连续站均观测到了明显的同震和震后形变。收集中国大陆构造环境监测网络藏南区域GPS基准站和尼泊尔境内的GPS连续观测站数据,采用统一策略精密解算后获得了测站坐标时序。利用震前两年以上的数据拟合测站长期构造运动和周期性非构造运动,并从震后的时间序列扣除之后获得了GPS测站的震后形变。采用震后余滑的对数型模型、粘弹性松弛的指数型模型以及二者组合的综合模型等3种震后形变模型拟合了GPS测站观测到的震后形变。采用基于贝叶斯估计的马尔科夫链蒙特卡洛(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)算法反演了模型参数。结果显示,对数型模型加指数型模型的综合模型能够更好地拟合GPS观测到的震后形变,表明GPS观测到的震后形变至少包含两种不同的变形机制,具有多尺度特征。指数型模型的特征时间为876.623年,对应的等效粘滞系数为8.30×10^(20) Pa·s。对比不同测站两年内所积累的震后形变与同震比值,相比震中附近的测站,中国藏南区域GPS测站观测到的震后形变所占比例更高,可能指示喜马拉雅地震带主要断裂的持续性加载,其地震危险性值得进一步关注。

基于高斯距离加权格网法研究华北地区地壳形变特征

分析了高斯距离加权格网法计算应变率的原理和特征,研制了相应的计算程序,并用于华北地区现今地壳应变特征研究。基于华北地区1999-2009年的GPS观测结果,研究了确定高斯平滑半径的原则和方法,并给出华北地区地壳形变多个应变率物理量的分布。结果表明,基于150km高斯平滑半径计算水平速度梯度能够较好地分辨华北地区的应变率空间变化特征,首都圈地区地壳以张渤带上的左旋剪切为主,其中唐山-秦皇岛地区同时存在南北向的拉张变形;山西带整体表现为沿断裂的右旋剪切变形,同时兼具＂南挤北张＂特性;郯庐断裂带整体形变特征不显著,在南北两端局部区域存在较小的剪切形变;鄂尔多斯块体内部比较稳定,北缘以拉张和左旋剪切变形为主,西缘表现为左旋剪切以及EW向的挤压特征,南缘的秦岭块体南北两侧分别具有左旋剪切和右旋剪切的特性,东西两侧分别表现为正断拉张与逆断挤压特征。

基于迭代PCA的GPS时间序列震后形变估计方法和应用

GPS时间序列的震后形变分析对于研究区域震后形变机制和岩石圈流变学特性以及维持国际动态地球参考框架具有重要意义.本文在现有参数估计方法的基础上,提出兼顾震后形变衰减特征空间相关性和整体建模的"迭代PCA参数估计方法",并利用模拟数据证实了新方法可以获取更稳健可靠的震后形变、同震形变和震间速度参数.最后,以37个新西兰GPS连续站坐标时间序列为例,利用迭代PCA方法提取了2016年11月13日Kaikoura地震共性的震后形变时间演化过程和各站点的震后形变,并定量分析了震后形变对地表速度的影响.结果表明各站的震后形变在时间域上以衰减常数τ为4天的对数模型持续松弛;空间域上南岛北东部和北岛最南部震后形变较大,其中,最大震后形变点为cmbl站,截至2017年6月10日NEU方向累计的震后形变分别达到107mm,135mm和187mm,地表速度分别达到133.58mm·a-1,112.05mm·a-1和175.58mm·a-1,仍高于稳定的震间速度.

基于模型和空间相关性的GPS时间序列插值方法

针对GPS时间序列的空缺,根据数据固有特性和空间特性,提出基于模型和噪声空间相关性的GPS时间序列插值方法,并以陕西省GPS连续站为例验证该方法对长空缺插值的优势。通过实验分析不同情况的空缺和插值对GPS时间序列速度、周期项以及噪声特性的影响。结果表明,空缺对速度影响较小,较少的观测也可以较好地反映地壳线性运动;空缺对周期项影响较大,利用GPS分析周期性运动时必须考虑空缺的影响;噪声频谱分析显示离散空缺比长空缺影响大,噪声特性分析时应注意。

基于GPS获得的中国大陆现今地壳运动速度场

利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"1999至2011年底的全部GPS观测资料,采用统一的数据处理策略和最新的地球物理模型,分别获取了中国大陆相对于全球ITRF2005参考框架和欧亚板块的现今地壳水平运动速度场。通过速度场分析,给出了中国大陆地壳运动的大背景和基本特征,为地震预测、地球动力学等相关学科的研究提供了基础资料。

利用近场高频GPS、强地面运动和远场地震波形数据联合反演2008年汶川M_S8.0地震的震源时空破裂过程

联合近场GPS测站1-Hz运动学位移、强震仪加速度波形和全球台站P震相波形作为约束,以时空滑动分布约束条件和ABIC模型参数选择方法,结合先验的滑动方向变化范围,反演2008年汶川MS8.0地震的震源时空破裂过程,给出了能够综合反映震源破裂过程的统一模型。结果表明,汶川地震总体上存在4个主要的破裂区,最主要的一个破裂区位于震源东北40~120km,断层面上的最大位错量约为10m,主体滑动分布在2~20km深度范围,破裂达到地表;第二个主体破裂区位于断层破裂带南段,最大滑动量达到6m;另外2个主体滑动区位于断层破裂带北段,但滑动破裂量小于断层南段破裂区的滑动量,滑动破裂值最大值为4m,超过1m的区域在走向上超过70km。反演得到的断层滑动模型的地震矩为9.5×1021 Nm,相应的矩震级为MW7.95。汶川地震破裂表现为单侧破裂,起始破裂在汶川下方16km深度,向东北方向一致性地传播,过程持续~120s。在地震发生后0~10s内,破裂集中在震源起始破裂区,滑动破裂值为~1.0m,之后破裂向东北方向扩展,震后20~40s是主要的破裂时段。在40~60s,破裂跨越断层南段和北段。在80~90s破裂最大值开始下降,在100~110s时,下降为~0.5m,在110~120s时,下降为~0.1m。加入近场GPS测站1-Hz波形数据与近场强震仪波形和远场长周期体波联合反演,提高了震源破裂模型的空间分辨率,特别是浅部滑动破裂区的分辨率,反演的最大滑动破裂值比不用1-Hz波形数据反演的结果增大,表明近场1-Hz GPS波形数据对于揭示汶川地震的时空破裂过程具有重要的作用。

利用粘弹性球体位错理论研究2011年日本M_W9.0地震引起的震后位移时空变化

基于2011年3月~2015年9月的GPS观测数据,研究了2011年日本M_W9.0地震引起的震后位移时空变化,分析震后4.5a内震后断层余滑和粘滞性松弛对震后位移场的贡献。基于子断层叠加的思想,对Tanaka的粘弹性球体位错理论配套计算程序(环型解部分)加以改进,克服其近场计算精度不足(甚至错误)的缺陷,提高了近场震后位移的计算精度。利用弹性球体位错理论配套计算程序和改进后的粘弹性球体位错理论配套计算程序,分别计算2011年日本M_W9.0地震产生的同震位移,两组结果的差异仅占信号的1%左右,验证了对粘弹性球体位错理论配套计算程序改造的正确性。最后,结合震后3~4.5aGPS观测数据,利用Tanaka的粘弹性球体位错理论确定了2011年日本M_W9.0地震震中周边区域地幔粘滞性系数,其最佳拟合值为6×10^(18)Pa·s。

基于UG的轮胎模具花纹块造型系统开发

轮胎模具花纹块造型主要是完成轮胎花纹的空间造型.花纹的造型是一个相对复杂的过程,通用的CAD平台并不适合花纹造型.阐述了一种基于UG构建的轮胎花纹块造型系统,通过对CAD平台的二次开发,设计了花纹线自动生成模块,简化了花纹造型过程,实现了轮胎模具花纹块的快速造型.实践证明该系统具有造型方便、快捷等特点,且对不同类型的花纹有很强的适应性,能满足不同用户的要求.

环太平洋大震的时空特征分析

本文基于聚类分析方法和聚类树图,对1890年以来环太平洋周边7.5级以上大震的时间间隔特征进行分析,发现起始震级低于8.0级的地震分类特征一致,而起始震级在8.0级以上地震分类特征比较详细:在初步分为地震活跃期和地震平静期时,在地震活跃期内,又可细分为地震活动相对高活跃期(时间间隔1年左右)和地震活动相对低活跃期(时间间隔6年左右)。进而,以8.0级以上地震最后一个活跃期为例,揭示了在地震活跃期内,地震的空间迁移表现出逆时针旋转的特征。