【摘要】：GNSS(Global Navigation Satellite System)測站坐標垂向分量的時間序列蘊含了從淺層地表到地球深部的各種形變信息。然而,受限于GNSS的技術特點以及各種誤差因素,垂向分量的精度通常比水平分量方向要低2-5倍,極大限制了垂向分量的應用研究領域。近年來,隨著GNSS數(shù)據(jù)分析經驗的累積及各誤差因素改正模型精度的提高,目前GNSS垂向分量精度可達3 mm,為研究地表以及地球深部形變機制提供直接的大地測量觀測數(shù)據(jù)支撐。本文選取中國上海浦東圍海造陸區(qū)域以及美國北加州MTJ(the Mendocino Triple Junction)區(qū)域作為研究對象,利用區(qū)域內的GNSS持續(xù)及流動觀測站的監(jiān)測數(shù)據(jù),在高精度的區(qū)域坐標參考框架基礎下,通過削弱系統(tǒng)誤差、時間序列非線性項、共模誤差等影響之后,獲得GNSS高精度垂向分量及速度場。在此基礎上,主要進行了如下研究工作:1、針對上海浦東圍海造陸區(qū)域,在原有持續(xù)GNSS測站的基礎上,增加布設了8個流動站。利用區(qū)域內高密度的GNSS測站聯(lián)合全球分布的高精度ITRF臺站建立高精度、高穩(wěn)定性的區(qū)域坐標框�；诟呔葏^(qū)域坐標參考框架,解算得到測站坐標垂向分量時間序列,并利用時間序列分析工具有效分離已知地球物理機制導致的地表形變信號,提取預期的區(qū)域地表形變機制信號。通過對時間序列的分析,發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的地表形變主要由人工沖填土自重固結沉降機制所致,且區(qū)域濾波可導致該機制引起的垂向信號被當做共模誤差消除。結合GNSS實測的垂向形變信號和沖填土自重固結沉降機制,建立了區(qū)域沉降模型,可以分區(qū)塊預測不同填土區(qū)域的沉降趨勢。該研究工作表明,利用區(qū)域GNSS高精度垂向分量可以反演該區(qū)域地表的形變機制,在監(jiān)測以及預測圍海造陸區(qū)域的地表沉降方面具有廣泛的應用前景。2、美國北加州MTJ區(qū)域是地球深部構造運動研究的熱點區(qū)域,MTJ南部的板片窗是研究該區(qū)域地殼與上地幔動力學耦合機制的極佳天然實驗室。MCC(Mendocino Crustal Conveyor)模型提出了區(qū)域地表形變的公認機制,即MTJ南部板片窗內北美板塊基礎與涌入的地幔熱流物質之間的粘滯動力學耦合是該區(qū)域快速地表形變的主要策動力。然而,該模型以往未能獲得空間大地測量觀測驗證。本研究工作利用PBO(the Plate Boundary Observatory network)監(jiān)測網GNSS測站的垂向時間序列,獲得了MTJ區(qū)域內高精度垂向速度場。創(chuàng)新性地提出利用投影的方式,通過模擬板片窗內地幔熱流物質的流動,實現(xiàn)了三維GNSS垂向速度場與二維MCC模型預測速度曲線的對比。投影結果表明,當GNSS垂向速度場投影方向與MCC模型剖面線呈約41°~45°夾角時,兩者非常吻合,從而為驗證MCC模型提供了直接的空間大地測量觀測數(shù)據(jù)支撐,成功實現(xiàn)了利用GNSS技術探尋地球深部地幔熱流物質上涌動力學粘滯耦合的構造運動信號。
【圖文】：

國內外研究進展. GNSS 高精度垂向分量解算相關理論及方法.1. 高精度參考框架的建立NSS 臺站坐標及隨其時間變化，必須以高精度、長期穩(wěn)定的參考框架為TRF2014 是目前精度和穩(wěn)定性最高和測站數(shù)最多的全球參考框架[18]。然而014 測站分布仍很不均勻（圖 1-1），局部區(qū)域測站較少，導致這些區(qū)域利用 ITRF 得到高精度 GNSS 坐標[19]。因而，通常的解決方案是考慮利用ITRF 臺站以及區(qū)域內高密度的 GNSS 測站聯(lián)合建立區(qū)域性的參考框架，如參考框架（Stable North America Reference Frame, NAREF & SNARF考框架（ European Reference Frame， EUREF）、以及我國的(Chitic Coordinate System 2000, CGCS2000)參考框架等[20]。

圖 3-1 上海浦東圍海造陸區(qū)域地理位置概況[108]上海市位于長江三角洲的前緣，屬于第四紀沉積物。埋深 0-45m 為全新世沉積，屬河流～濱海沉積，巖性主要為灰色粉砂夾亞砂土，灰色淤泥質土、灰綠色亞粘土[109] [110]。研究區(qū)域地表上覆人工沖填土，填料成分為粉性或者粘性土，埋深厚度約 4.5-7.5m，不同區(qū)域粉性及粘性土的比例有區(qū)別，，粉性土、粘性土的物理力學性質及指標見表 3-1[110]。表 3-1 上海浦東圍海造陸區(qū)域沖填土物理力學性質及指標[110]填料成分含水率W(%)重度3KN /M比重G孔隙比0e壓縮模量MPa壓縮系數(shù)1MPa 滲透系數(shù)1/vk cm s 1/hk cm s 粉性土 30.7 18.6 2.704 0.86 11.56 0.38 4.64 8.05粘性土 38.5 17.6 2.74 1.11 3.94 0.82 2.00 4.163.1.2. 圍海造陸工程概況
【學位授予單位】：華東師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P228.4;P542

【參考文獻】

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本文編號：2650270