大地测量与地球动力学
 
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2020年 40卷 1期
刊出日期:2020-01-15

地震地质 观测技术 地球物理解释 地壳运动 现代大地测量 观测技术
   
地壳运动
1 临震前地壳变形不动点现象与机制研究
牛安福,张凌空,章 静,李 媛,赵 静,闫 伟,岳 冲,苑争一

在综合分析国内外地形变前兆研究现状的基础上,结合汶川8.0级地震前GPS、应变、重力等研究结果,提出临震前震源区域可能出现变形不动点现象。地壳变形过程中的不动点现象是临震前区域应力场进入临界状态的重要标志,是地震潜在危险区域划定的重要依据。借助不动点理论,给出汶川地震前变形不动点集合的演化,结合大区域地震活动空区与远场显著形变异常分布,探讨变形不动点现象发生的动力学背景,验证了汶川地震前地壳变形的不动点现象是大区域应力场有序运动的结果。

2020 Vol. 40 (1): 1-6 [摘要] ( 23 ) [PDF 3439KB] ( 68 )
7 形变观测序列变振幅年周期探测方法研究
王 维,李鸿宇,叶碧文,田 韬

针对形变观测数据振幅非均匀变化的情况,分别采用最小二乘法、基于F检验的分段最小二乘法及滑动傅里叶法进行年周期拟合,通过比较拟合残差分析各种方法的优劣和适用性。结果显示,在年周期振幅不变或渐变的情况下,3种方法拟合效果均较好,滑动傅里叶拟合略优于其他两种方法;在年周期振幅变化复杂且存在相位差的情况下,分段最小二乘法明显最优,但在分段点会产生阶跃及周期不连续的现象。

2020 Vol. 40 (1): 7-10 [摘要] ( 12 ) [PDF 1851KB] ( 67 )
11 朝鲜2017年核爆对中国东北地区形变场的影响
王阅兵,甘卫军,张 锐,游新兆

基于19个连续GNSS观测站的多种采样率(10 Hz、1 Hz和30 s)数据,分析2017-09-03朝鲜核爆对中国东北地区地壳形变场的影响。静态位移分析结果显示,距核爆现场最近的GNSS观测站JLCB没有产生明显的同震形变,与基于均匀半无限弹性空间断裂位错模型正演模拟的结果一致;GNSS应变结果显示,此次核爆在东北区域引起主应变的略微调整,但总体调整量在10-8以内,没有引起区域范围内面应变的变化;高频GNSS动态形变分析结果显示,核爆在JLCB站处没有引起明显的波形变化。另外,高频GNSS受到多路径效应的影响,可能会引起cm级的扰动,利用恒星日滤波方法可以抑制多路径的影响,得到精度更高、更可靠的动态形变结果。

2020 Vol. 40 (1): 11-16 [摘要] ( 6 ) [PDF 8607KB] ( 57 )
17 改进的小波阈值函数对变形监测数据的去噪研究
甘 若,陈天伟,郑旭东,段青达,潘 梅

基于小波分析中传统的阈值函数,结合其他学者提出的小波阈值函数,提出一种改进的小波阈值函数,并将其应用于变形监测数据的去噪处理。理论分析和算例表明,新的小波阈值去噪函数能够有效去除噪声。

2020 Vol. 40 (1): 17-22 [摘要] ( 12 ) [PDF 2022KB] ( 47 )
地震地质
23 南北地震带现今应变特征及地震危险性分析
王启欣,徐锡伟,江在森

基于1999~2007期、2009~2013期及2013~2016期GPS速度场数据,利用最小二乘配置方法解算南北地震带附近区域应变率参数,对比应变率变化并分析变化原因。结合研究时段内MW6.0以上地震的震中分布,分析应变率参数与地震分布的相关关系;再结合地震地质,分析研究区内主要断层的地震危险性。结果显示,青藏高原近期存在加速扩展特征,其东北缘存在明显的介质性质横向不均匀特征,MW6.0以上地震与应变率的大小存在相关关系;研究区内的地震危险区分别为祁连山中段危险区、玛沁-玛曲危险区、安宁河-小江断裂系危险区及红河断裂带中南段危险区。

2020 Vol. 40 (1): 23-29 [摘要] ( 10 ) [PDF 10302KB] ( 49 )
30 2018年通海两次5.0级地震前GNSS观测异常及震后云南地区的应变变化
杨建文,张鹏映,何应文,赵家本,茶文剑,叶 泵,陈 佳

基于2018-01以来云南地区GNSS连续观测时间序列,采用克里金插值方法对形变场进行网格化、计算应变,并获取面应变,结合基线数据动态分析两次通海5.0级地震前区域应变场特征和震后云南地区的应变变化情况。结果表明,通海地震前,云南整体区域应变积累存在显著增强的背景,并在震前短期内出现快速反向调整;通海地震后,短期内以腾冲为代表的小滇西地区、大寨-会泽等滇东北地区挤压应变积累出现明显的减弱趋势,滇南地区的勐海-勐腊区域存在压性增强现象。

2020 Vol. 40 (1): 30-34 [摘要] ( 13 ) [PDF 18351KB] ( 50 )
35 鄂尔多斯块体北缘Pn波层析成像研究
宋晓燕,张建中,王 鑫,张 帆

基于鄂尔多斯块体北缘2008~2018年台网数字化波形记录,利用Pn波层析成像技术获得研究区高精度的上地幔速度结构与各向异性。结果表明,研究区上地幔顶部Pn波速度存在明显的横向不均匀性,且与研究区构造活动及地震分布密切相关;河套断陷带各向异性快波方向呈近EW向。研究区多数历史强震发生在低速异常区或高低速异常过渡带上,该结果为理解研究区地震发生的相关性提供了新的地震学依据。

2020 Vol. 40 (1): 35-38 [摘要] ( 7 ) [PDF 6042KB] ( 42 )
现代大地测量
39 基于ICEEMDAN与最小二乘的GNSS垂向序列噪声与非构造形变去除
王 勇,石 强,娄泽生, 郝振航,任 栋

通过完备总体经验模态分解(ICEEMDAN)与最小二乘法开展GNSS垂向序列的噪声与非构造形变去除研究。首先,采用ICEEMDAN方法对GPS垂向序列进行分解,分析GNSS垂向序列的年周期项、半年周期项和趋势项;然后,通过改进的小波阈值和排列熵值法对GNSS垂向序列进行降噪处理;最后,利用最小二乘法拟合非构造形变序列,找出与其最为接近的分解层数并进行改正,获得去除噪声和非构造形变的GNSS垂向形变信息。结果表明,利用ICEEMDAN方法可实现GNSS垂向序列噪声的有效去除;采用ICEEMDAN与最小二乘法可提高GNSS垂向序列形变测量精度,其中RMS值平均减小1.28 mm,WRMS差值平均增大0.33 mm。

2020 Vol. 40 (1): 39-44 [摘要] ( 12 ) [PDF 3450KB] ( 52 )
45 基于RegEM算法的GPS坐标时间序列插值应用分析
王方超,吕志平,吕 浩,邝英才

将一种基于数据驱动的RegEM算法引入GPS坐标时间序列插值中,分别采用模拟不同比例连续缺失数据与实测含缺失数据,比较RegEM与拉格朗日方法、三次样条方法、正交多项式方法的插值效果与性能。结果表明,对于模拟不同比例连续缺失数据,RegEM算法插值效果均优于传统方法,且在大量数据连续缺失的情况下效果最优;对于实测含缺失数据,RegEM方法插值所得序列保留方差最大化效果最好,约为正交多项式方法的1.17倍、三次样条方法的1.38倍。

2020 Vol. 40 (1): 45-50 [摘要] ( 6 ) [PDF 8474KB] ( 42 )
51 利用Butterworth滤波器平滑加速度计的双天线GNSS/MEMS组合测姿
胡增科,朱 锋,刘万科

在双天线GNSS/MEMS组合测姿中,低精度、低成本的MEMS加速度计输出通常包含比较大的噪声,导致由加速度计调平计算得到的水平角观测值精度较低,影响组合测姿的精度和可靠性。不同于传统的时域降噪方法,从频域的角度出发,根据实际车载运动中加速度计输出具有因汽车固有结构产生的高频振动噪声的特点,利用滑动窗口的Butterworth低通滤波器平滑加速度计输出。动态车载实验结果表明,该滤波器降噪效果明显。与滤波前相比,水平角观测值精度提升了约4倍,达到(0.643°,0.546°)。在此基础上,滤波后组合测姿精度也从(0.124°,0.738°,0.532°)提升到(0.122°,0.074°,0.052°),其中水平角精度提升了大约一个数量级,滤波后的测姿结果更加准确可靠。

2020 Vol. 40 (1): 51-55 [摘要] ( 6 ) [PDF 2496KB] ( 40 )
56 GPS/BDS-2/Galileo混合双差相对定位模型应用于短基线精密定位研究
蒲亚坤,袁运斌,丁文武,阳仁贵

对单/双频GPS/BDS/Galileo混合双差相对定位模型算法进行研究,推导了GPS/BDS/Galileo混合双差相对定位模型。选择短基线数据进行实验,对GPS、GPS/BDS标准双差、GPS/BDS混合双差、GPS/Galileo混合双差以及GPS/BDS/Galileo混合双差解算模式在定位精度、模糊度固定速度方面进行对比分析。结果表明,相对于GPS单系统或GPS/BDS双系统标准双差解算模式,双系统或三系统混合双差解算模式能有效提高模糊度首次固定时间,定位精度也有一定程度的提升。

2020 Vol. 40 (1): 56-61 [摘要] ( 10 ) [PDF 1857KB] ( 46 )
62 基于再分析资料ERA5的对流层延迟估计方法及精度评估
张永林,蔡昌盛

提出基于再分析资料ERA5的天顶对流层延迟计算方法,使用中国大陆构造环境监测网络提供的26个GNSS测站2017年全年数据,评估由该方法计算的天顶对流层延迟的精度,并与前一代再分析资料ERA-Interim的计算结果进行对比分析。结果显示,ERA5计算的天顶对流层延迟均方根误差比ERA-Interim计算结果低,表明新一代产品的精度有明显提升。

2020 Vol. 40 (1): 62-65 [摘要] ( 9 ) [PDF 1338KB] ( 40 )
66 基于垂直剖面函数的天顶对流层延迟插值算法
徐 康,邓兴升

通过分析由ERA-Interim气象再分析资料积分方法得到的天顶对流层总延迟随高程变化的规律,提出一种基于垂直剖面函数的天顶对流层延迟(ZTD)插值算法。该算法以ZTD的垂直分布规律为基础,通过垂直剖面函数实现ZTD在高程方向上的精准投影延拓,可以避免因高差较大造成的空间内插结构畸形。采用IGS站提供的高精度对流层产品进行实验验证表明,该算法相对于传统算法能够有效提高ZTD改正值的精度,尤其在高差超过1 km的情况下,相对于反距离加权法精度提升了96%,相对于空间回归法精度提升了79%。

2020 Vol. 40 (1): 66-70 [摘要] ( 9 ) [PDF 1516KB] ( 39 )
71 带球约束的平差算法及应用
左廷英,陈邦举,宋迎春

针对测量数据处理中由于观测信息不充分以及对参数物理信息和先验信息的利用不充分引起的病态问题,利用先验信息对参数加以约束,将测量平差问题转化为凸二次规划问题,提出一种带有球约束的平差模型。根据最优化理论,基于Kuhn-Tucker条件,研究球约束下的平差问题,并针对该模型提出解算方法。模拟数值实验和测边网实例应用结果表明,该方法在处理病态问题上具有明显的更优估计,可以广泛应用于大地测量病态数据处理。

2020 Vol. 40 (1): 71-76 [摘要] ( 17 ) [PDF 922KB] ( 41 )
77 基于小波分析辅助GPS-IR反演土壤湿度研究
任 超,张志刚,梁月吉, 潘亚龙,黄仪邦

GPS-IR是一种基于卫星反射信号的新的遥感技术,利用SNR观测值中的卫星反射信号可实现土壤湿度的反演。针对卫星反射信号分离问题,提出一种基于小波分析的卫星反射信号分离新方法。实验表明,采用小波分析能够针对不同卫星的信噪比观测值作出相应变化,有效分离卫星直射信号,获取更加准确的卫星反射信号;采用线性回归模型能够很好地表示相对延迟相位与土壤湿度之间的相关性,通过小波分析获取的结果相对于低阶多项式结果有明显提高。

2020 Vol. 40 (1): 77-81 [摘要] ( 12 ) [PDF 5927KB] ( 51 )
82 连续台风时期香港区域的水汽变化分析
周苏娅,闻德保,梅登奎

利用香港卫星定位参考站网GNSS观测数据,提取强热带风暴“塔拉斯”与热带风暴“洛克”影响期间各测站天顶方向对流层延迟,反演香港区域大气可降水量;根据香港区域49个天文台气象站提供的实测降雨量数据,分析大气可降水量与实际降雨量的相关性,以及两次台风对香港区域水汽时空分布的不同影响。结果表明,大气可降水量在台风影响前期均上升,在大量降雨后回落,但在连续台风的间歇期间,仍高于台风来临前的水平;水汽累积是大量降雨的前提条件,当水汽累积量相近时,水汽累积时长与累积降雨量呈正相关;台风期间大气可降水量值超过65 mm的区域面积与台风等级相关,台风路径对局部水汽分布有一定的影响。

2020 Vol. 40 (1): 82-86 [摘要] ( 14 ) [PDF 3469KB] ( 48 )
地球物理解释
87 利用小波变换提取川滇地区流动重力异常特征
——以2014年鲁甸MS6.5、景谷MS6.6地震为例
张双喜,陈兆辉,王青华,刘金钊,张 品

首先介绍小波变换的基本原理,分析影响小波多分辨率分解效果的因素,提出选择coif5小波基函数、交叉验证确定分解阶次的小波多尺度分解方法;然后在模型实验中利用该方法对模型局部和区域异常实现有效分离,并结合径向对数功率谱方法对分解重构异常进行定性、半定量分析;最后对川滇地区201309~201404期流动重力差分动态变化异常进行多尺度分解。在分解得到的D4~D6异常、重构的局部和区域异常中,2014年鲁甸MS6.5和景谷MS6.6地震主震位置均存在明显的异常变化特征。结合地质构造背景信息对该异常特征进行分析解释。

2020 Vol. 40 (1): 87-93 [摘要] ( 8 ) [PDF 14187KB] ( 66 )
94 基于双精度与四精度的重力场解算精度分析
朱永超,万晓云,周保兴

基于动力学方法比较分析了双精度与四精度模式下重力场模型的解算精度,主要包括缔合勒让德函数计算、数值积分器及重力场反演结果。结果显示,在勒让德函数计算方面,部分角度在双精度模式下计算至1 900阶以后会出现溢出问题,而在四精度模式下任何角度都满足精度要求,并且计算结果比双精度模式高8个量级。数值积分器Adams预测校正法积分1 d的位置和速度误差,在四精度模式下比在双精度模式下高4个量级。在精密轨道反演重力场计算方面,动力学方法在双精度及四精度模式下反演结果一致,统计其计算至60阶的累计大地水准面误差为1.29×10-5 m,这是因为动力学方法的线性误差相对计算误差而言是主要误差;非线性动力学方法在四精度模式下比在双精度模式下高7个量级,其大地水准面误差分别为8.92×10-15 m和8.16×10-8 m。

2020 Vol. 40 (1): 94-97 [摘要] ( 8 ) [PDF 3113KB] ( 48 )
观测技术
98 不同台阵形式对微动探测结果的影响
李井冈,谢 朋,王秋良,虞金鑫,沈雨忆

在江汉盆地的同一场地分别采用三重圆形、T形及L形3种不同台阵形式进行微动探测观测对比实验,结果表明,3种台阵形式提取到的频散曲线基本一致,但频散图谱能量集中度具有明显的差异。三重圆形台阵频散图谱能量集中度最高,L形、T形台阵在2.0~4.6 Hz频段范围内集中度较高,而在1.2~2.0 Hz频段范围内较分散;相比T形和L形台阵,三重圆形台阵更易于探测到地层分界面附近的波速突变特征,即三重圆形台阵比其他两种台阵形式准确性及可靠性更高。

2020 Vol. 40 (1): 98-103 [摘要] ( 5 ) [PDF 7386KB] ( 40 )
104 仙女山断裂带地下流体观测井水位同震响应对比分析
陈 玮,张丽芬,张卫华,赵艳南,周紫岩

系统研究三峡库区大河口井、周坪井和郭家坝井对两次远场大地震和4次近场中强地震的同震响应特征,并进行差异分析;同时从地震能量密度、同震响应幅度与震级、井震距的关系等多方面对比3口井的映震能力。结果表明,大河口井的映震能力最强;3口井远场水位同震响应可能由远场面波所引起,近场同震响应主要受区域挤压应力影响,同时受到岩性以及井孔所在断裂构造部位的影响。

2020 Vol. 40 (1): 104-110 [摘要] ( 9 ) [PDF 2757KB] ( 55 )
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