利用空间大地测量数据探测地球膨胀效应

地球自转服务局(IERS)采用多种高精度的空间探测技术综合解算得到的国际地球参考框架(ITRF)是国际上公认的精度高、稳定性好的参考框架。为了研究地球的膨胀或收缩效应,本文采用ITRF2000的站坐标和速度,利用Delaunay算法生成的三角网逼近地球形体,计算出了地球的体积变化。

三轴刚性地球体的自由Euler运动

在Euclid空间中,假定地球是一个作自由旋转的3个主惯性矩互不相等的刚体,给出了Euler动力学方程的椭圆积分解,并实现了Euler动力学方程和运动学方程的数值解。计算结果表明:除了周期约24小时的自转及周期为305天的Euler自由进动之外,还存在周期约305天的自由章动;3个Euler角速率在一半周期内增大,在另一半周期内减小,但保持总角速率不变,即转动能守恒。相应地,日长在一半周期内增长,在另一半周期内缩短。

内核对地球主转动惯量A与B的差异的贡献

基于内核的基本特征,引入等效内核椭球概念,计算了等效内核椭球的转动惯量,进而给出了内核对地球转动惯量A和B的差异的最大贡献,其量级大约是目前较公认数值(B-A)/C=2×10-5的四分之一。

2012年9月7日彝良地震及余震序列双差定位研究

本文提出了时域多通道相关检测函数并用其计算波形互相关走时差数据,采用双差定位法对2012年9月7日云南彝良地震和余震序列共944个地震进行重定位,得到652个重定位事件,并与目录数据的结果进行了对比.本文采用了多个准则对走时差数据进行筛选,确保定位结果稳定可靠.得到MS5.7主震的震中为27.516°N,103.951°E,震源深度6.9km;MS5.6主震的震中为27.543°N,104.023°E,震源深度7.27km;重定位结果显示,地震序列紧缩为条带状并沿附近断裂走向分布,深度总体分布较重定位前变浅,集中分布在5～8km,地震群出现轻微倾斜.东西向、南北向、深度和发震时刻的平均相对误差分别为55.2 m,43.0 m,186.7 m和0.01s,走时残差16ms.研究表明：互相关数据的结果要优于目录数据;震源深度与速度模型存在较大的相关性;确定彝良—会泽断裂为本次彝良地震序列的发震构造。

确定全球厘米级精度大地水准面的可能性和方法探讨

阐述确定厘米级精度大地水准面所面临的挑战,评述各种大地水准面的定义,提出一种确定1°×1°厘米级精度全球大地水准面的新思路和新方法:在已知相应厘米级精度全球重力位模型、地形密度分布模型以及平均海面高模型的前提下,利用虚拟压缩恢复法可实现全球1°×1°厘米级精度大地水准面的目标。初步论证实现此目标的可能性和条件,并简要介绍一个模拟实验结果。

大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的瑞雷波和勒夫波相速度层析成像

采用与作者2014年发表的"大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的勒夫波群速度成像"文章相同的资料,用频时分析提取5000余条瑞雷波和4000余条勒夫波相速度频散曲线,反演得到了8-32 s的瑞雷波和勒夫波相速度分布图像.结果显示,瑞雷波与勒夫波相速度分布具有很好的一致性.8s的相速度分布与地表构造特征相吻合,造山带与隆起区均表现为高速,盆地因其规模不同而显示不同程度的低速.随着周期的增大,大别-苏鲁的高速带由强变弱,但始终存在.16-24 s的高速可能主要受到中地壳高速的控制,而32 s的高速则可能与上地幔顶部的高速有关.比较大别造山带与苏鲁造山带的平均频散曲线,发现大别造山带和苏鲁造山带的勒夫波频散曲线均高于AK135模型计算的理论频散曲线,而瑞雷波则没有这一现象.这可能意味着两个地区有比较强烈的径向各向异性.

大别-苏鲁及其邻近地区基于背景噪声的勒夫波群速度成像

大别-苏鲁造山带是中国大陆东部地区最重要的构造之一.为了研究该地区的地壳上地幔速度结构,本文收集了国家数字地震台网和中国区域地震台网的山东、河南、安徽、江苏和湖北等省的144个宽频带地震台连续两年(2009年5月—2011年5月)的水平向地震记录(E分量和N分量)数据,首先对台站对之间E--E,E--N,N--N和N--E分量进行互相关,然后分别对这4个互相关分量采用相位权重叠加法进行叠加,最后旋转到横向分量(T--T)获得勒夫波经验格林函数(EGF);用频时分析(FTAN)方法获得4 000余条勒夫波群速度频散曲线,并进一步反演得到了周期为6—40s的勒夫波群速度分布图.结果表明,周期为6—10s的勒夫波群速度分布与地表构造特征相吻合.大别造山带、苏鲁造山带、湖北西部隆起均表现为高速;华北盆地发育,表现为大面积的低速;江汉盆地、南襄盆地、合肥盆地等因其规模不同而显示不同程度的低速.在周期为6—30s的勒夫波群速度分布图上,大别和苏鲁地区均显示高速,已有的研究结果中地壳的低速并没有得到反映.其原因一方面可能与勒夫波群速度纵向分辨不高有关,另一方面高压变质岩深度分布可能比已有研究结果给出的要深.6—30s的分布图上郯庐断裂带及其邻近地区表现为不同程度的高速,可能与该地区白垩纪以来处于拉张构造体制,地幔物质受到扰动,造成物质上涌有关.

S变换在面波去噪中的应用

S变换是一种用于分析非平稳信号的时频变换方法,可以很好地刻画地震信号的时频特性.本文将S变换用于地震面波数据的噪声去除中,首先介绍了S变换的理论基础,然后设计了时频滤波和阈值滤波两种方法,分别对天然地震面波数据和背景噪声数据进行去噪处理,并与相位匹配滤波进行了比较.结果表明,面波数据经S变换去噪后,群速度频散曲线的短周期部分得到改善,能够连续追踪至6s左右,但长周期部分出现了缺失;S变换去噪的效果优于相位匹配滤波,两者相结合会得到更加理想的结果.

地震背景噪声互相关函数的面波理论表达形式

基于弹性动力学面波激发公式推导出地震背景噪声互相关函数(简称为NCF)的理论表达形式.证明了NCF等价于面波的震源激发公式,其中一个台站为等价震源的位置,另一个台站为接收点.本文提出的最重要的概念是等价震源相位,它直接影响群速度与相速度的测量误差.在噪声源均匀分布的条件下,等价震源相位等于-π/4.一般情况下,等价震源相位与噪声源分布有关,而不是简单的常数.在大信噪比的条件下,等价震源相位的最大可能取值等于信噪比的倒数.本文详细讨论了利用三台法测量相速度的可能性,并且给出了估算等价震源相位以及相速度测量误差的公式.

内核超速旋转及其对重力场的影响

本文研究由内核超速旋转引起的地球重力场的变化.论述了内核具有三个主要特征:椭球形状,各向异性对称轴与内核自转轴重合,内核自转轴与地球自转轴之间存在夹角并绕地球自转轴进动.内核超速旋转引起地球体系物质的重新分布,导致重力场变化.通过研究内核超速旋转的运动规律,建立了内核超速旋转导致重力场变化的模型,给出了由于内核超速旋转而引起的整个地球表面的重力变化,其中,在假定了内核超速旋转速率为1°/a的前提下,历经一年的最大重力变化量级约为0.37μGal.

虚拟压缩恢复法在确定位常数漂移中的应用

大地水准面重力位的系统误差或重力位漂移δW会直接影响地球外部重力场以及高程基准。传统的确定δW的方法比较复杂,不易实施。简述了虚拟压缩恢复法,并基于该法给出了漂移方程,用以确定大地水准面重力位δW。初步的模拟实验结果证实了漂移方程的可靠性和有效性。

探测一阶模态三重分裂的MSE技术和SHS方法的比较研究

完全剥离一阶模态n S1的三重分裂信号将有助于识别出其全部分裂谱线,进而更好地约束地球内部结构.理想情况下,球谐叠加法(SHS)与多台站实验技术(MSE)均可剥离一阶模态n S1的三重分裂信号,但部分学者持不同观点.本文基于对二者的理论分析进一步确认,在自耦合前提下,MSE方法可成功剥离n S1的三重分裂信号;而SHS方法在实际应用中无法成功剥离n S1的三重分裂信号,但可相对增强目标信号的振幅强度.此外,本文解释了MSE可剥离单线态信号的真实原因,并指出由于MSE未考虑全频段耦合影响,故仅适用于1mHz以下的低频模态.鉴于超导重力(SG)数据在1mHz以下比宽频地震数据具有更高的信噪比,因此,为验证本文结论并弄清MSE和SHS的实质,基于模拟数据及SG台站实测数据,本文利用MSE和SHS分别对一阶模态的合成信号及模态3S1进行了探测分析.实验结果表明,MSE可成功剥离一阶模态三重分裂信号,SHS则无法完全剥离,验证了我们的理论结论,表明前人部分结果需重新审视与评价.此外,本文基于三种不同方法并利用13个SG台站数据给出的3S1的分裂宽度比分别为1.008,1.000和1.001,远小于异常分裂判别临界值1.5,因此,3S1应是正常分裂模态.

多地震叠加提取双台间面波频散信息

利用中国HIA台和哈撒克斯坦BRVK台的甚宽频地震仪记录的2011年日本MW9.0大地震及3次MW6—7强余震数据,采用互相关法提取了双台间的瑞雷波群速度频散曲线.研究发现,对于同一台记录的大地震和强余震激发的瑞雷波,其主要能量的周期范围明显不同,MW9.0大地震面波主要能量周期长(70s以上),而强余震面波的主要能量周期相对较短(10—50s).单独利用大地震数据无法提取60s以下的群速度频散,而单独利用强余震数据无法提取100s以上频散.将双台记录的特大地震、强余震数据进行互相关叠加,可以提取出较为可靠的宽频带瑞雷波群速度频散曲线(10—200s).

正常重力场的确定以及相关的一个理论问题

给定参考椭球体的四个基本参数,椭球体产生的外部正常重力位场可利用传统方法确定。本文基于WGS84参考椭球的四个基本参数和压缩恢复法,确定了一个定义在半径为6000km内部球的外部正则调和的虚拟正常场。在mm级精度水平下,所确定的虚拟正常场在椭球体外部与真实正常场一致。基于虚拟正常场,可解决物理大地测量学中存在的一个无定义问题。

论高精度卫星重力场模型和厘米级区域大地水准面的确定及水文学时变重力效应

阐述了联全新一代卫星重力测量数据、卫星测高数据及全球陆地重力数据确定高精度180阶全球重力场模型、以全球重力场模型为框架参考场、利用我国地面重力数据、GPS水准资料、数值高程模型和地形密度信息确定高分辨率cm级区域大地水准面的思想。指出了一个重点发展方向:利用GRACE卫星每30天的重力位模型分析时变重力场,联系合卫星测高同时相平均海面以及水文、气候和海洋模型,分析我国黄河流域和海洋地区水储量分布和海流季节性变化,并解释与气候要素变化的相关性。

一种确定大地水准面重力位漂移δW的方法

理论上,大地水准面上的重力位常数W0决定了大地水准面的形状及大小。源于大地水准面重力位W0的系统误差将直接导致大地水准面的漂移,如何精确确定W0一直是大地测量学家极为感兴趣的问题。本文基于虚拟压缩恢复法,提出了一种不同于传统的确定大地水准面重力位漂移δW的方法。

重力归算及其对大地水准面及外部重力场的影响

本文论述并探讨了各种不同的重力归算方法对大地水准面以及地球外部重力场的影响,讨论了与确定cm级大地水准面相关的一些问题,特别阐述了高程误差对大地水准面的影响。

利用GRACE时变重力数据推算日长变化

讨论了月时变二阶位系数对地球主惯性矩、主惯性轴以及日长变化的影响,利用小波分析方法处理了GRACE月平均重力场的二阶位系数,消除了数据中的突跳和噪声。对比了基于处理前和处理后的二阶系数所得到的地球主惯性矩和主惯性轴,且基于处理后的数据给出了日长变化。计算结果表明,与月时变地球主惯性矩和主惯性轴相关的地球系统的质量迁移使得日长在近6年内有所缩短。

基于倾斜仪记录的地震事件自动判别初探

以垂直摆倾斜仪数据为资料,通过自编的软件对原始数据进行EMD分解,将低频固体潮和高频地震信号分开,分别对地震信号和固体潮在时间域中用长短时平均能量比(STA/LTA)的方法,实时监测到中国台湾5.4级和中缅边境地区4.9级地震事件,并区分了仪器故障。

直达Ps与接收函数Ps联合分析地壳各向异性

本文尝试直接利用地震图记录中的Ps转换波,而非传统的接收函数方法,检测地壳介质的各向异性.虽然远震记录中的P波对Ps转换波会有干扰,但P波与Ps转换波具有不同的偏振特性,最小能量法可以将Ps转换波的各向异性参数检测出来,对时间窗的选择也很强壮.本文利用IC台网(New China Digital Seismograph Network,中国新数字地震台网)中的KMI,ENH,LSA,BJT,XAN,WMQ六个台站接收的宽频远震记录进行了测试,并且对比了接收函数方法的结果.研究表明,利用最小能量法直接测量与利用旋转相关法测量接收函数中Ps转换波的结果基本一致.两种方法测量所得的快波偏振方向与地壳运动方向,最大水平主压应力方向,震源机制解压缩轴方向,最大主压应变率方向以及已有的各向异性研究结果基本一致.