GNSS约束的红河断裂带现今三维闭锁耦合程度及时空演变特征研究

为研究红河断裂带近年来活动状态的演变特征,并分析该区域地震危险性,基于1999~2007年、1999~2017年2期GNSS速度场数据,采用负位错块体模型反演红河断裂带的闭锁程度与滑动亏损空间动态分布。结果表明,红河断裂带的闭锁程度具有两端强、中间弱的特点。红河断裂带北段和南段局部断层闭锁深度为20 km,闭锁程度较高;中段为浅层闭锁,闭锁深度为5 km。在滑动亏损方面,北段为2.5~5 mm/a,积蓄能量速度较快;中段为0.4~1.8 mm/a,南段为1.5~2 mm/a,中、南两段较为平稳。在2008年以后,红河断裂带整体闭锁特点不变,南、北两段深度闭锁状态开始向中间扩散,红河断裂带整体闭锁程度加深,同时滑动亏损速率有所增加,断层北段地震风险继续增大,而断层南段活动状态变得不稳定。

顾及有色噪声的GNSS时间序列时域信号提取

随着大型地震的发生,GNSS时间序列中除线性趋势和周期信号外,还存在大量震后瞬态,准确地提取各项时域信号是运用GNSS时间序列进行地学研究的关键.为此,本文提出了顾及有色噪声的GNSS时间序列时域信号提取法.该方法首先基于白噪声(White Noise, WN)+闪烁噪声(Flicker Noise, FN)模型,使用最大似然估计(Maximum Likelihood Estimation, MLE)对震前GNSS时间序列进行参数估计,并根据参数估值来去除震后时间序列中的震前信号,以此获取残差序列;然后将残差序列作为求解特征时间尺度的观测量,WN+FN模型作为观测量的随机模型,并采取非线性最小二乘法(Non-linear Least Squares, NLS)法估计特征时间尺度;最后利用估计的特征时间尺度构建GNSS时间序列函数模型,并采用MLE估计其未知参数,进而实现时域信号的提取.经模拟数据分析,考虑有色噪声时,特征时间尺度估计算法的收敛性提高了25%,各项未知参数的标准差(Standard Deviation, STD)显著下降.最后,将该算法应用于日本区域实测数据,并与传统方法进行了对比分析.

全球区域BDS、GPS、BDS+GPS静动态PPP定位精度评估分析

利用全球区域的7个IGS站的观测数据以及GPS和BDS的精密轨道和钟差产品,分析了BDS、GPS和BDS+GPS组合的卫星数量、几何空间分布以及静动态PPP精度。实验结果表明,GPS在全球7个测站的卫星数在10颗左右,卫星分布较均匀;BDS在Alic(大洋洲)、Iisc(亚洲)、Zamb(非洲)的卫星数明显多于GPS,其余测站卫星数量相当。数据表明,GPS+BDS卫星数量和卫星几何空间分布状态明显优于单系统。在静态PPP中,BDS在Maw1(南极洲)和Unsa(南美洲)精度略低于GPS,其余测站精度相当;GPS+BDS在7个测站U、N、E方向基本在1 cm左右,相对BDS、GPS单系统定位精度有一定提升。在动态PPP中,BDS在Nlib(北美洲)、Unsa的定位精度低于GPS,其余测站定位精度则要优于GPS,但BDS和GPS单系统在全球区域定位性能都不够稳定。GPS+BDS在7个测站U、N、E方向定位精度分别优于0.06 m、0.03 m、0.03 m,在动态PPP中相对于BDS和GPS 7个测站的精度均有提升,说明了GPS+BDS组合可以提高PPP精度并且可以极大改善定位的可靠性。

InSAR观测与小震分布联合分析2021年云南漾濞M_(S)6.4地震应力卸载对周围区域的影响

为分析2021年5月21日云南省漾濞M_(S)6.4地震后震区应力变化对周围断层的影响,本文通过InSAR技术获得了漾濞地震的同震形变场,并联合小震分布数据建立断层破裂滑动模型,继而通过计算断层面上的同震库仑应力来评估此次地震对周边断层的影响,以便有效地分析地震破裂的时空解析度.结果显示:(1)在升降轨InSAR数据获得的精细同震形变场中,升轨最大视线向形变量约为5.00 cm,降轨最大视线向形变量约为7.80 cm;(2)余震精定位的主震震中为(99.89°E,25.67°N),震源深度为13.29 km,除主震之外震源深度主要集中在5—15 km;通过小震位置拟合出的发震断层走向为NW-SE(316.69°),断层倾角为88.56°,滑动角为177.97°;(3)基于InSAR同震形变场结果及小震拟合断层参数联合反演得到此次地震的断层滑动以右旋走滑为主,升轨断层最大滑动量为0.80 m,对应的深度为8.85 km,平均滑动量为0.22 m,矩震级为M_(W)6.41;降轨的断层最大滑动量为0.30m,对应的深度为6.88 km,平均滑动量为0.05 m,矩震级为M_(W)6.01;7.50 km和15 km深度处断层面上的应力计算结果表明,震后断层与其周围的应力差明显减小,对周围断裂具有显著的应力卸载作用.结合余震分布区域、模拟断层迹线以及同震库仑应力逐渐减小的方向,基本可以确定漾濞地震的发震断层为维西—乔后—巍山断裂的隐伏次生断裂.该地震通过卸载周围断裂的应力释放区域应力,降低了周围断裂的地震危险性.

2021年玛多M_(W)7.4地震强震加载及其对周围地区应力扰动的影响

2021年5月22日在青海玛多发生M_(W)7.4地震,为了探究玛多地震的不同滑动模型对周围地区及断层应力的加卸载作用,本文首先以GNSS数据为约束,结合中国地震局地质研究所公布的玛多地震同震滑动模型(模型A)断层面几何结构反演获得同震滑动模型(模型C),再分别利用模型A、模型B(USGS)、模型C计算玛多地震对周围地区及断层的应力加卸载作用.结果显示:(1)模型C矩震级为M_(W)7.46,最大滑动量为3.39m,主体破裂位于0—10km深度范围,整体破裂东侧大于西侧,滑动分布相对于模型A也更加均匀平滑,反演效果较好;(2)不同模型计算的应力分布基本相同,沿破裂段同震库仑应力加载区域面积随着深度的增加而增加,且在发震断裂带西端、东端分别各有两处明显的库仑应力加载区域,在昆仑山口—江错断裂东、西段、甘孜—玉树断裂、东昆仑断裂东段、玛多—甘德断裂、清水河断裂中、西段、达日断裂西段均产生了明显的应力加载,但模型B计算结果有所差异,昆仑山口—江错断裂中段处于应力卸载状态,震后10年断层应力状态变化不大,但清水河断裂东段在震后应力调整中卸载作用较为明显,地震危险性降低;(3)为了探究强震对玛多地震的影响,本文分别计算了2008年汶川地震以后巴颜喀拉地块M≥7.0强震同震及震后效应对玛多地震的应力加卸载,结果表明所有强震均对玛多地震有应力加载作用,但累积库仑应力并未超过触发阈值.

基于GNSS时空数据的瞬态无震蠕滑信息检测

利用分布活动断层带的GNSS位移时空序列,基于卡尔曼滤波和主成分分析,研究了一套集GNSS时空噪声处理与断层瞬态无震蠕滑信息时空分布检测于一体的方法.基于一阶高斯马尔科夫理论表述了瞬时蠕滑信息与时空噪声的运动状态方程,通过卡尔曼滤波提高了时间域信噪比;根据断层形变高空间相关性的特点,通过主成分时空分析,提高了空间域信噪比.模拟试验结果表明,当断层滑移引起的地表位移大小至少与噪声水平相当时,均可检测得到断层瞬态无震蠕滑时空分布及其滑移特征.以Cascadia慢滑移事件为例,清晰地检测到了两次无震蠕滑信息,分析其蠕滑特征与相关研究结果吻合.通过对滇西2011—2013年陆态网GNSS连续站数据的处理,分析发现了期间有微弱的震后余滑信息,主要表现在澜沧江断裂、红河断裂和小江断裂的南段.其时空分布特征与2011年3月24日的缅甸MW7.2级地震相对应.因此,得出了2011—2013年期间云南地区的断层活动可能与缅甸地震带有着密切的关系的结论.

高校测量实验教学体系探索

总结了测量实验教学近年来的教学经验和调研成果,结合测量学科的特点,探索构建了一个系列化、立体化、多层次的信息化测量实验教学体系。经过验证,取得了较好效果。

GNSS多尺度应变场估计及区域形变检测

利用GNSS数据,基于球面小波构建了GNSS多尺度应变场的估计模型,给出了球面小波位置和尺度的选取、模型正则化因子和参数的估计方法。为检验所构建模型的正确性,根据负位错理论正演了震间闭锁断层区域地表速度场作为模拟数据源,估计并分析了闭锁状态下走滑断层区域应变场分布特征,结果与实际吻合。模拟不同空间影响范围的闭锁逆冲断层形变,开展了多尺度应变场检测不同空间尺度形变信息的试验。结果表明,对于50km影响范围的小断层形变信号,在大尺度(第4—7尺度)应变场中并没有体现。而在小尺度(第8尺度)应变场中表现得非常明显。对于150km影响范围的大断层形变,在小尺度(第8尺度)应变场中仅出现了一小部分信息,而在大尺度(第4—7尺度)应变场中表现得更加完整和明显。由此得出,不同空间影响范围的地壳形变信息会在相应尺度的应变场中得以体现;小尺度应变场具有检测局部地壳形变信息的优势。

基于SPOT5影像的地形图更新研究

针对1∶50 000地形图现势性差、更新效率低等问题,以SPOT 5全色和多光谱影像作为主要信息源,经过DLG制作和对图像增强、配准、融合、正射纠正等一系列处理后,在ARCGIS基础上,成功完成北京市全市1:50 000地形图的快速更新及其基础地理信息库的建立。

联合GPS、InSAR建立同震地表三维位移场

通过GPS观测位移与InSAR-LOS形变的投影转换模型将GPS点位移归算到LOS方向。利用GPS点归算的LOS向位移,在构建Delaunay三角网基础上,进行三次内插,对InSAR-LOS形变误差进行纠正。基于非均匀滑动分布的位错模型,利用GPS观测数据反演断层参数。根据同震引起的地表位移在一定范围内方向具有一致性的特点,由断层参数正演同震位移场方向,将其作为已知方向,对InSAR-LOS位移实现了三维转换。结果表明,用此方法建立的同震地表三维形变场与地表实际破坏情况整体上吻合较好。

机载SAR影像的正射纠正试验研究

在分析合成孔径雷达(SAR)图像几种主要正射纠正方法的基础上,利用一种引入投影差改正的新的多项式纠正法,采用由1∶50 000地形图生成的DEM,并通过外业航片量测像控点的方式,对合肥地区机载SAR影像进行严密的正射纠正,弥补传统多项式地形起伏不能纠正的缺陷,获得满意结果。

基于Supernatural GIS的复杂三维模型建模方法研究

建立基于Supernatural GIS的复杂三维模型,提出城市复杂三维模型建立的技术路线、关键技术及解决方案,并以实例验证该方法的可行性。

基于假设检验的刚性板块台站选取及全球板块运动模型的建立

提出采用正态μ假设检验方法,自动探测并剔除板块内异常台站,经统计假设检验和迭代平差,逐步逼近刚性板块稳定台站。运用该方法成功确定了全球九大主要板块稳定台站,建立了高精度ITRF2005VEL全球板块背景场及运动模型。结果表明,所建模型与其他模型相比,整体一致,精度明显提高。

利用抗差估计进行刚性板块异常台站探测及其运动参数求取

利用抗差估计,提出了一套适用于刚性板块异常台站自动探测和板块运动参数快速求取的方案。针对全球八大主要板块,准确探测了各板块异常台站的位置及大小,建立了基于ITRF2008的全球板块运动背景场及其运动模型。结果表明,异常台站剔除前抗差估计与剔除后最小二乘估计所求取的运动参数及精度相当;所建模型与其他学者研究模型相比,整体基本一致,精度有明显提高。

GNSS测站速度估计模型重建

获取准确的GNSS测站速度对于研究全球板块运动、地壳形变、地震活动及其地球动力学过程至关重要。为此,以GNSS基线解算后的基线向量作为观测值,重建了最小二乘综合速度解算模型和卡尔曼滤波速度估计模型。模型中,考虑了测站坐标、运动速度、年、半年周期项一同作为参数,在基线解网平差的同时,一并求解获取速度估值。同时,利用坐标时序分析的方法,顾及白噪声和幂律噪声的影响,对单日解坐标时间序列重建了时序速度拟合估计模型,以获取长期趋势项作为速度值。基于3种模型,对川滇地区中国地壳运动观测网络2010—2014年21个GPS基准站的观测数据进行了速度估计与对比分析。结果表明:3种模型所估计测站速度非常接近,差异基本处于0~1mm/a范围之内;速度估值中误差均在亚毫米水平。由此得出,3种速度估计模型具有本质的一致性,均可正确估计测站运动速度,能够满足高精度地壳形变研究的需要。

川滇地块现今地壳运动速度场解算与分析

利用GAMIT10.4和BERNESE5.2软件,分别对川滇地区中国地壳运动观测网络51个GNSS基准站2010—2014年的观测数据进行处理。两者解算所得单日解基线和坐标时间序列离散度优于10mm,且变化趋势一致,吻合度较高。基线重复率水平向优于1+4×10-9 L;垂向优于4+6×10-9 L(单位mm,其中L表示基线长度,单位m)。利用PL+VW噪声模型进行了速度估计,获取了川滇地区相对欧亚板块地壳运动速度场。结果显示:除滇西南地区呈现出由西向东的增大趋势外,川滇块体其它区域地壳运动特征由北往南、由西往东呈逐渐衰减趋势;运动方向持续围绕喜马拉雅东结点作顺时针旋转,且仍然存在着南北向强烈的挤压特征。以安宁河-则木河断裂、小江断裂和红河断裂为界,选用了两侧能反映震间断裂构造特征的GPS测站,分析了断裂两侧的速度差异。并利用平行断层的速度剖面,拟合反正切函数变化趋势,获取了断裂带可能的变形宽度。

基于GNSS技术的大型建筑物实时动态监测与模型化

对高楼的GNSS连续监测单历元动态解算发现,在正常情况下单日解解算结果的位移变化具有一定规律。采用频谱分析提取位移变化主成分,利用高阶谐函数构建高楼实时监测位移预报模型。以同济大厦监测为例,所构建的预报模型预报结果与实际位移值相吻合,水平方向RMS优于3mm,垂直方向RMS优于7mm。

高校测量实验教学模式改革与创新

文章分析了目前高校测量实验教学存在的主要问题,结合测量学科特点,以培养应用创新型测量人才为目标,通过实验内容体系、实验教学手段、考核方式三个方面,优化实验教学内容、强化学生创新意识和深化开放式实验,探索新的实验教学模式,效果显著。

矿山巷道的自动绘制与标注

结合最新的AutoCAD2005,采用其嵌入的VBA,利用其强大的数据库访问功能,通过动态数组、DB Grid控件、OLE Automation引用、Activex Automation等技术,对井下导线点测量资料编辑成特定的数据库文件,然后设计VBA程序任意录入调用数据并自动完成数据之间的计算与转换。最后通过AutoCAD视图实现巷道的自动绘制,同时按绘图标准自动绘制导线点,自动标注点号及底板高程,大大提高了绘图效率。

红河断裂剖面GNSS监测站数据质量评估分析

从多路径效应、信噪比(SNR)、卫星天空图、精度衰减因子(DOP)等方面对红河断裂带剖面所建的16个GNSS监测站的观测数据进行了质量检查与评估分析。结果表明,测站B8数据质量最差,L2多路径效应达到了近1m,SNR为30.2,这与测站实际环境相吻合。除测站B8外,其它各站均优于全球IGS站数据质量状况。并对测站B8进一步分析了所有可视卫星SNR和DOP在一天中随时间的变化情况,发现在GPST时07:30,16:00,23:00左右出现了三次卫星数急剧下降、DOP值急剧增加的极不稳定的波动现象;对GNSS连续站自建站起至今共382d的观测数据进行了质量分析,发现L1/L2 SNR均有不同程度的衰减,平均衰减速度分别为0.73d B/年和2.19d B/年,随着时间的推移可能会影响到观测数据质量和地壳形变分析的结果,需及时跟踪监测仪器稳定性变化。这些分析为后续的GPS数据处理和地壳形变分析提供了依据。