柱塞气举工艺下基于重力观测的MEMS全姿态位姿测量系统

为解决柱塞小体积自主高精度位姿测量的难题,针对柱塞气举工艺,设计了一种基于重力观测的微机电系统(MEMS)全姿态位姿测量系统。首先,利用柱塞工作过程中大部分时间不存在非重力运动加速度的特性,设计了基于重力观测的自主导航算法提高位姿测量精度;其次,考虑到柱塞垂直运动过程中俯仰翻转时无解的问题,设计了全姿态解算算法。最后,对所设计的位姿测量系统进行了实物实验。实验结果表明:所设计的位姿测量系统进行作业时,水平姿态精度不大于0.05°、航向漂移小于0.5°/h、短时位置精度不大于0.8 m,验证了该系统可解决柱塞目前存在的小体积自主高精度位姿测量难题。

云南流动重力观测中相对重力仪漂移估计方法

针对在陆地百千米以上的时变流动重力观测网络中,相对重力仪非线性漂移率和仪器性能偏差是影响观测结果精度的主要误差来源这一问题,以1990—2022年云南流动重力观测数据为例,对比传统最小二乘平差方法和贝叶斯平差方法得到的非线性漂移率结果,系统测评了贝叶斯估计方法对于提高重力平差结果精度的有效性。结果表明,可以通过贝叶斯优化方法给出合适的仪器权重和非线性漂移率,减少多台相对重力仪性能差异造成的误差和传统线性漂移计算方法造成的有效漂移遗失,提高平差结果的精度。

地震前兆重力观测站虚拟仿真实验系统建设

为解决地震重力观测站实践教学授课方式单一、教学成本高、学生参与度低等问题,采用虚拟仿真技术构建地震重力观测站虚拟仿真和互动操作实验系统,辅助学生了解地震重力观测站建设和观测环境的维护、掌握观测仪器的工作原理及日常监测工作。该虚拟仿真实验系统包括地震重力观测站建设、重力观测系统和日常工作三个模块,高度逼真地再现地震重力观测站的建设、重力仪工作原理、观测数据处理等内容。该实验系统在重力实验教学和科学研究中具有良好的推广应用价值。

利用重力观测约束2011日本Tohoku大地震的震源机制

2011年3月11日,日本东北部(Tohoku)太平洋海域发生Mw9.0特大地震.一些国际学术机构用不同的震相和反演方法,计算了大地震的震源机制解.但这些结果存在一定的差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以约束地震的震源机制、地震大小及持续时间.本文利用地球自由振荡0S0简正模对Tohoku大地震的震源机制解进行分析和约束.0S0振幅大小与地震断层的倾角(dip)、滑动方向角(slip)、震源深度及地震断层的破裂时间有关.我们利用震源机制解得到大地震后自由振荡模拟值,利用超导重力仪得到自由振荡的高精度重力观测值.二者比较后的结果显示:由GCMT震源机制解得到的0S0振幅与观测值符合较好,而由USGS CMT震源机制解模拟的结果明显大于观测值.2011Tohoku地震为逆冲型浅源大地震.进一步的分析表明:逆冲型浅源大地震的断层倾角对0S0振幅的影响很大,而滑动方向角以及震源深度对0S0振幅的影响较小.USGS CMT震源机制解中较大的断层倾角是导致其0S0振幅显著偏离观测值的主要原因.

弹簧式连续重力观测非线性漂移影响因素分析

利用姑咱地震台超过3年半的连续重力观测资料、降雨数据、地下水位资料和全球陆地水模型观测资料,采用多项式拟合和相关分析研究弹簧重力仪非线性漂移特征与外界因素干扰的关系。结果表明:姑咱地震台DZW型重力仪长期连续重力观测的漂移具有明显的线性特征(约1 200×10-8ms-2/a),并且在人员进洞调整仪器时还会产生非线性漂移。在考虑固体潮、气压潮和极潮的影响后,利用多项式分段进行非线性漂移改正,重力残差变化量级为±(10～15)×10-8ms-2,而且3年间4次雨季都同步有明显的重力正异常变化相对应。研究不仅揭示了弹簧重力仪的非线性漂移与外界影响因素的关系,同时也为改正漂移与排除水负荷对重力的干扰提供了新的分析和处理方法。

利用连续重力观测约束2014智利Iquique地震的震源机制解

2014年4月1日,智利北部Iquique地区近海发生MW8.1地震,地震发生之后,国际上一些著名的地震科研机构和学者采用不同的数据和方法计算得到此次地震的震源机制解,但这些结果存在较大差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以很好地约束地震震源机制.因此,本文根据2014年Iquique地震现有的6个不同震源机制解模拟计算了该地震激发的自由振荡信号,并与全国连续重力台网中16个弹簧重力仪的观测结果进行比对,基于1.5～5.3mHz的球型简正模分析和约束了Iquique地震的震源机制解.研究发现,基于美国地质调查局WPhase Moment Tensor Solution反演的震源机制解的自由振荡模拟值与实际观测符合最好,其相应的震级能较好反映Iquique地震释放的总能量,而利用海啸数据反演的标量地震矩偏小,联合远场和近场长周期观测数据反演可显著改善震源机制解.另外,还基于格尔木重力台站的模拟值与观测值定量分析了不同震源机制解参数对自由振荡振幅的影响.结果表明地震的标量地震矩M0对自由振荡振幅的影响最大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响相对较小.

强地震前后重力观测中异常变化现象的研究

分析了2001年昆仑山口西Ms8．1地震和2004年印尼Ms8．9地震前后部分重力观测的变化，对这些采样间隔在1分钟以下的重力数据进行了高通滤波和频谱分析。结果表明，在昆仑山口西Ms8．1地震前，乌鲁木齐和库尔勒观测台在二个时段分别同步出现了异常变化。一次是在2001年11月3～5日，另一次在2001年11月11～13日；这二次异常都表现为颤动信号的出现，而且后一次的强度要大于前一次；颤动信号的周期主要集中在几十分钟。印尼Ms8．9地震前，这二个台也记录到类似的异常信息，但颤动的幅度很小；同时武汉观测台的超导重力仪也记录到了颤动信号，该信号一直持续到地震的发生。这些信息对于识别、认识慢地震，进而探索与强地震发生之间的关系具有重要意义。

泰安重力观测高频波动信号分析

系统分析了泰安重力观测资料正常和异常时信号的周期特征,研究了高频异常信号与台风、气压和强震之间的关系。结果表明：泰安重力观测正常时信号周期为2~4分钟,异常时信号周期只有2-3分钟,异常信号幅值约为正常信号的5倍;高频异常信号主要是由西太平洋洋面上生成的进入中国大陆或近海的台风引起的,占台风引起泰安重力出现高频异常信号的90%;重力高频信号与台风中心速度正相关,与台风距离负相关,并且随台风的结束高频信号也随之消失;少数高频异常信号与强震也有一定关系,占地震总数的17.24%;高频异常信号与气压变化无关。

基于绝对重力基准控制的流动重力观测资料动态平差方法研究

选取滇西重力测网1986~2009年流动重力观测资料及下关、丽江、昆明3个绝对重力基准点多年复测资料作基准控制,采用线性速率模型拟合观测过程中重力场的时变信息,建立绝对重力基准点约束下的动态平差模型,讨论段差观测值及绝对重力基准观测值协方差矩阵的构建、平差模型初值选取及迭代计算等细节问题。经分析,测区内测点的重力年变率范围为（-0.039 5~0.024 1）×10-5 ms-2/a,精度范围为（0.001~0.029 8）×10-5 ms-2/a,与分期静态平差拟合结果的差异约为（0.003~0.020）×10-5 ms-2/a。在处理全国网和较大面积的区域网多年重复观测的重力资料时,尤其是多网多期重力资料联合处理时,应采用动态平差模型来获得统一时间基准和空间基准的重力变化。

重力观测地震预测应用研究

通过强震震例阐述了重力观测在地震预测中的作用,分析了强震震间期与同震及震后重力场变化特征、区域重力场变化及其与强震活动的关系。强震前区域重力场出现大范围的有序性变化,震源区附近产生与地震孕育发生有关的局部重力异常区,并沿区域主要发震构造断裂带出现显著的重力变化梯度带;强震一般发生在重力变化高梯度带转弯附近或重力变化四象限分布特征中心附近;重力场动态变化图像能够较清晰地反映强震孕育、发展、调整过程的重力变化信息,并基于震例提出了强震震前重力变化的"场-源-带"基本模式。最后,提出我国重力监测预报发展中仍存在的问题,并对利用重力监测资料开展地震预测预报研究进行了展望。

深部场源变化微重力观测系统设计与模型研究

基于陆地μGal级精度的重力重复测量可以获取高精度区域重力场时变信号,实现对地壳内部介质物性变化的监测能力。提出一种基于现有地震重力监测网络,通过优化场地观测条件,联合应用高精度绝对重力、相对重力,联合水准、GNSS系统和水文等观测手段,设计一种新型的场地重力阵列式观测系统,有助于分离不同深部场源引起的微重力变化信号。该观测系统除可以提高地壳深部场源信号的信噪比外,还可以通过调整阵列间距来监控敏感区场源变化,有助于探测地壳深部地震孕育和发生阶段的场源介质物理变化过程。

基于连续重力观测约束2015年尼泊尔地震的震源机制解

2015年4月25日,尼泊尔境内发生MS8.1地震;地震发生之后,国际上一些著名的地震科研机构采用不同的数据和方法计算得到此次地震的震源机制解,但结果存在一定的差异。根据尼泊尔地震现有的3个不同震源机制解模拟计算了该地震激发的自由振荡信号,并与全国连续重力台网中18个弹簧重力仪的观测结果进行比对,基于2~5m Hz的球型简正模分析和约束了尼泊尔地震的震源机制解,并基于最佳震源机制解,比对观测值与模拟值,计算更为准确的震级。结果表明,利用弹簧重力仪的观测可以有效地对尼泊尔地震的震源机制解进行总体评估。基于GCMT反演得到的震源机制解的自由振荡模拟值与观测值符合最好,不符合度F的平均值为0.03,比例因子S的平均值为1.04,最接近1,说明其反演的标量地震矩可以较好地反映尼泊尔地震释放的能量。基于GCMT的震源机制解结果,保证断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度不变,不断调整标量地震矩的值,搜索最真实可靠的标量地震矩,当观测值与模拟值的比例因子S达到1时,不符合度F也较小,仅有0.03,经计算尼泊尔地震的标量地震矩为8.09×10^(20)Nm,相应的震级为M_W7.91。

洞温对银川台重力观测的影响研究

研究了银川台洞温对重力观测的影响,结果表明,重力非潮汐变化与洞温变化显著相关。提出了重力测量对洞温的改正模型。经验证,观测资料经模型改正后,潮汐参数的精度有了显著提高。

新疆数字化重力观测台站的场地勘选、建设、运行及其资料评价

简要介绍了新疆数字化重力台站的勘选和建设情况,建成后的台站完全达到了设计目标,取得了令人满意的观测结果。GS-15型重力仪的改造是成功的,但气压干扰问题有待进一步解决。PET潮汐重力仪的性能优良,潮汐分析的精度≤0.001。

双重约束条件下的连续重力观测非线性漂移改正方法分析

连续重力观测去除固体潮后所得重力残差结果,除了受仪器故障、自然因素、人为因素以及供电系统干扰外,弹簧重力仪的长期漂移也成为重力变化的重要影响因素,故漂移改正不可忽略。本文以高台地震台近5年的连续重力观测资料为数据基础,采用多阶多项式拟合法,并以驰豫分析结果和流动重力场结果为约束,研究弹簧重力仪的非线性漂移特征及其漂移改正的合理性。研究结果表明:高台重力仪的线性和非线性漂移特征明显,严重影响了其他微弱重力信号的提取,而驰豫分析处理结果和流动重力场成为有效地辅助约束手段,在其双重制约下进行非线性漂移改正,使所得重力非潮汐结果更为准确可靠,为地震预测预报提供较为准确的参考依据。

测点周围环境变化对重力观测影响研究

分析重力测点周围土壤浸湿和环境变化对重力观测影响的模型,计算了重力测点周围由于土壤浸湿和环境变化对重力观测的影响实例,结果表明:两种情况一般都会对重力观测造成一定影响,提出了在进行重力观测和重力资料分析时如何避免环境变化引起的重力观测影响的建议。

福建省连续重力观测资料分析

借助Matlab平台,采用功率谱密度估计方法和傅里叶谱,分析2012年4月11日苏门答腊8.6级地震引起的地球自由振荡和2012年第5号台风"泰利"的卓越频率等特征。结果显示:厦门台和福州台能监测到地球自由振荡信号的基频振型;漳州台和福州台监测到的台风的卓越频率约为0.25 Hz。

气压对银川基准台重力观测的影响

分析研究了银川基准台重力非潮汐变化与气压的相关性,结果表明重力非潮汐变化与气压存在较好的负相关。利用两者间高度相关性,对重力潮汐变化、非潮汐变化进行了气压改正,改正前后重力潮汐参数的精度没有显著变化,非潮汐变化漂移稳定,为捕捉地震前兆异常提供了有力的帮助。

利用重复重力观测结果研究河西地区的大地水准面变化

推导了利用地面重复重力观测结果计算大地水准面变化的计算公式；研究了利用相同点上的重复重力观测进行重力归化的理论和方法。并利用我国河西地区1996-2000年的重复重力观测资料对该地区的大地水准面变化进行了计算研究，本文在计算大地水准面变化模型中，提供了一个新的方法，采用了地面上相同点的两期重复重力观测值之差来计算大地水准面变化。

琼中台连续重力观测记录地震特征分析

利用以琼中台为圆心,半径为3 500km范围内2009—2014年MS≥2.0地震目录资料,统计分析琼中台连续重力观测数据曲线与地震的对应情况,并对有关震例在连续重力原始秒数据曲线中产生的地震波进行特征分析,总结规律,得出琼中台连续重力观测对震中距3 500km以内地震的记录能力。同时分析了地震事件对重力观测数据、潮汐和非潮汐参数的影响,认为地震不仅在重力观测数据曲线上产生脉冲或阶跃,在非潮汐重力残差曲线上也会产生脉冲,而对重力M2波潮汐因子产生的影响较小。