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利用高频GPS研究地震期间地表形变特征

苏杰  
【摘要】:连续监测的高频GPS接收机硬件性能的不断提高,结合高效率、高精度的数据解算软件,使得高频GPS对以记录速度和加速度的地震仪或强震仪起到了重要的补充作用,高频GPS接收机已逐渐成为实时监测瞬时地壳运动的GPS地震仪。本文在此背景下,采用TRACK动态定位模块进行数据解算,对1-HZ GPS数据处理基本理论进行研究。研究了GPS观测量的线性组合,TRACK中整周模糊度的固定,周跳的探测与修复方法,并利用TRACK对圣西蒙地震实测1-HZ GPS数据进行解算。对时间序列进行噪声分析,针对时序中存在的多路径效应和共模误差,采用改进的恒星日滤波和PCA空间滤波予以消除。以P401站坐标时序为例,介绍了两种滤波方法的具体步骤,通过频谱分析发现改进的恒星日滤波在低频域上可以有效地提高定位精度。由PCA空间滤波获得的Alaska地震GPS站点的前三主成分空间向量,结果显示,第一主成分空间向量很平稳,具有一致的空间分布模式。第一主成分对坐标三分量(东、北和高)的贡献率分别达到80.68%、83.92%和76.49%。故本文采用第一主成分计算共模误差。总结了TRACK解算高频GPS数据的整体流程,包括数据准备、数据解算和滤波处理。在此基础上,利用阿拉斯加地震区若干测站的1-HZ GPS监测数据,探究了其近场及远场的动态地壳形变特征,并根据GPS站点的位移时间序列估算地震波到时,据此反演得到了阿拉斯加地震的震中位置(-149.253°W,56.094°N),与USGS发布的结果相差12.395km。利用新西兰凯库拉地震区若干测站的GPS监测数据,通过GAMIT/GLOBK软件静态、动态解算获取了同震位移场和震时复杂的地表运动时序。静态数据处理结果表明,地震引起的地表形变主要发生在南岛东北部,从凯库拉到首都惠灵顿之间的板块整体上向东北向抬升运动,最大同震位移发生在CMBL站附近。动态位移时序结果显示,强震造成近震区测站发生了东北向的永久性形变,且各测站的变形幅值不仅和震中距有关,而且与地震破裂传播方向相关。为了验证1-HZ GPS在地震监测方面的有效性,本文选取强震仪站MKBS与GPS得到的位移结果进行对比,发现二者具有较好的一致性。


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