高精度GPS用于地壳形变研究分析

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1、分类号:P2210710-2015126032硕士学位论文高精度GPS用于地壳形变研究分析侯晓伟导师姓名职称张双成讲师申请学位类别工学硕士学科专业名称大地测量学与测量工程论文提交日期2018年4月23日论文答辩日期2018年6月6日学位授予单位长安大学AnalysisofcrustaldeformationwithhighprecisionGPSAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：HouXiaoweiSupervisor：Prof.ZhangShuangchengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要

2、GPS（GlobalPositioningSystem）自建成以来，逐渐已成为监测地壳形变的主要手段之一，全球各个地区建设的大量GPS站点为研究地表形变、地震观测、断层深部反演、闭锁等提供了可靠且精确的数据来源。高精度GPS数据处理是利用大地测量技术获取精确位置变化的基础，随着世界各国大量的GPS连续跟踪站的建立，以及数据处理精度的不断提高，GPS应用于地壳变化监测已经成为国内国际的前沿研究。本论文就数据处理以及形变分析做了一系列系统的研究，对加深GPS应用具有重要意义，为GPS应用领域的进展起到一定的参考作用。本论文研究内容为：GPS数据处理、GPS坐标时序分析以及利用GPS进行

3、形变分析。介绍了GPS数据处理策略方法，针对GPS时间序列中包含的有色噪声以及周期项特性（主要为年和半年周期）做了一些分析应用。并采用剔除了周期项以及噪声的“干净”时间序列获取到GPS站点速度信息，利用GPS基线变化、三角形应变参数、剖面水平运动以及面应变参数等形变应变分析方法研究了2014年8月24日纳帕（NAPA）地震区域的地壳演化特征。利用时间序列分析理论分析了阿拉斯加区域PBO（PlateBoundaryObservatory）网络GPS基准站位置时间序列中有色噪声的类型，经过对比闪烁噪声和幂律噪声后，发现PBO网络的最佳有色噪声类型为幂律噪声。并发现只顾及白噪声是顾及白噪

4、声和有色噪声得到的速度估值不确定度的20至90倍之间。针对会战式GPS观测站估计测站垂向速率时未考虑周期项对速率的影响，导致测站垂向速率可靠性低，因此本文研究了基于基准站的年周期项参数建立模型对会战式GPS站的垂向速率予以修正的方法。发现用拟合的年周期项对会战式观测站垂向速率修正后，垂向速率的准确性提高了46%以上，说明可用该方法修正会战式GPS观测站的垂向速率以提高其可靠性。利用GPS观测资料分析了发生于2014年8月24日美国加利福尼亚纳帕北部9公里处Mw6.1级地震孕育过程中的地壳变形信息。结果表明，跨纳帕断层的基线平均缩短速率为9mm/a，且呈现出邻近地震时间点平均缩短速率

5、逐渐减小的特征；进一步从三角形应变参数发现区域以挤压变形为主，方向为东。剖面结果显示三条I断裂带都以右旋剪切为主，但纳帕断层闭锁特征明显，在断层40km范围类平行断层方向速度差为15mm/a。面应变、剪应变和面膨胀结果也显示出研究区域地壳变形主要为剪切形变为主，挤压压缩为辅的变形特征，震源位置处于应变高值-低值过渡区。综上分析认为，纳帕断层东侧块体较为稳定，纳帕地震震源区域向东运动受到阻碍表现挤压，在邻近发震时间点速度减缓，应变积累水平增强；并且有很强的右旋剪切特征致使断层两侧点位水平运动差异大。说明该区域处于高闭锁状态。关键词:GPS坐标时间序列、噪声特性、地壳应变、NAPA地震

6、IIABSTRACTGPS(GlobalPositioningSystem)hasbecomeoneofthemainmethodstomonitorcrustaldeformation.IntheworldtherearealargenumberofGPSstationsconstructedinvariousregionstoprovidereliableandaccuratedataforthestudyofsurfacedeformation.Thisdissertationhasdoneaseriesofsystematicresearchesondataprocessi

7、nganddeformationanalysis,whichisofgreatsignificancefordeepeningGPSapplicationsandservesasareferencefortheprogressofGPSapplications.GPSdataprocessing,coordinatetimeseriesanalysisandthefinalresultapplicationisthecontentofthisdissertation.