【摘 要】
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本文针对现有的地壳运动模型在描述区域地壳形变时,忽略了地壳运动的地球物理实际,未充分利用某些先验信息进行建模分析,致使地壳形变分析结果与实际差异较大的问题,基于地壳运动理论、不等式约束平差理论、半参数模型及最小二乘配置等理论,建立了几种顾及先验信息的地壳形变分析模型,并利用中国大陆地壳运动观测网络近几年在环渤海区域的GPS监测数据及中国大陆主要块体的GPS速度场数据,研究了异常测站的检测及剔除方法
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本文针对现有的地壳运动模型在描述区域地壳形变时,忽略了地壳运动的地球物理实际,未充分利用某些先验信息进行建模分析,致使地壳形变分析结果与实际差异较大的问题,基于地壳运动理论、不等式约束平差理论、半参数模型及最小二乘配置等理论,建立了几种顾及先验信息的地壳形变分析模型,并利用中国大陆地壳运动观测网络近几年在环渤海区域的GPS监测数据及中国大陆主要块体的GPS速度场数据,研究了异常测站的检测及剔除方法、两种弹性地壳运动模型建模机制及存在的问题、如何利用最小二乘配置和半参数模型精化已有弹性地壳运动模型以及利用先验信息建立附有约束的地壳形变分析模型等,研究结果表明,本文模型均较好地改进了传统的地壳弹性形变分析模型。具体研究内容包括:1、论述了研究地壳形变分析模型的重要性,梳理了地质与地球物理方法和现代空间大地测量两种技术系统在地壳形变分析领域的研究进展,分析了现代空间大地测量技术在地壳运动领域取得的主要成果及存在的问题;2、建立了川滇块体的刚性运动模型(RM)、整体旋转与均匀应变模型(REHSM)和整体旋转与线性应变模型(RELSM)。研究结果表明,REHSM和RELSM模型由于顾及了板内形变,对GPS速度场数据的拟合精度均明显高于传统的RM模型,且RELSM结果优于REHSM,其原因是前者假定板内应变随位置呈“线性”变化比后者假定板内形变呈“均匀”变化更符合实际。3、提出一种基于均值漂移模型对块体异常测站筛选的方法。针对以往测站筛选时大多简单采用残差标准差的验后估计与残差比较是否超过某一限值来判别异常测站做法不具备检测粗差的能力,且易受局部构造运动影响。针对异常测站剔除充分的问题,提出利用均值漂移模型对异常测站进行剔除,并与拟准检定法及传统基于残差标准差的简单LS估计检测法进行比较,对“中国大陆构造环境监测网络”在环渤海区域的近几期GPS观测的速度场数据进行拟合分析结果表明,通过均值漂移量求解的迭代过程,不仅能起到抗差测站筛选的作用,而且与拟准检定法相比,还能避免“拟准观测”选择不准确造成的影响而获得更高速度场拟合精度。4、针对REHSM和RELSM对板内形变的“均匀”和“线性”假设一般很难满足的问题,尝试用“信号”和“非参数”描述偏离REHSM模型的不规则形变,建立针对REHSM的改进的地壳形变分析的最小二乘配置模型(LSC-REHSM)和半参数模型(SPM-REHSM)。对喜马拉雅块体和天山块体GPS速度场数据的拟合分析结果表明,两种模型都有效改进了REHSM,且LSCREHSM结果略优于SPM-REHSM。5、提出一种顾及先验信息的附有不等式约束的整体旋转和线性应变模型(IC-RELSM)。尽管利用最小二乘配置和半参数模型优化的REHSM模型很大程度上提高了数据的拟合精度,但二者均忽略了板块运动中块体整体运动趋势的平滑性。针对这一问题,借鉴“选权拟合”思想,提出对区域地壳运动的整体旋转和线性应变模型中欧拉矢量部分附加不等式约束,将区域地壳运动的欧拉参数约束到由多年观测资料确定的平均欧拉参数值附近,建立附有不等式约束的整体旋转和线性应变模型(IC-RELSM)。对环渤海区域的GPS监测数据进行拟合分析,结果表明,新模型不仅保持了RELSM的优良性,还可以一定程度的抑制异常测站对拟合结果的影响。
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