【摘要】：地殼運動及其形變的運動學(xué)及動力學(xué)研究一直是地球科學(xué)領(lǐng)域的熱點和難點課題。近幾十年來,以GPS為代表的高精度空間大地測量技術(shù)的崛起,開辟了研究地殼運動與板塊構(gòu)造變化的新途徑,尤其是在地殼彈塑性形變研究方面取得較大進展,但對其數(shù)學(xué)物理機制的研究尚缺乏系統(tǒng)性,該領(lǐng)域的研究需進一步深入。本文針對地殼形變分析中傳統(tǒng)地殼剛體旋轉(zhuǎn)運動模型難以顧及板內(nèi)形變的問題,根據(jù)地殼形變的物理機制,利用模型補償思想,采用不同數(shù)學(xué)方法描述板內(nèi)形變;針對現(xiàn)有彈性地殼運動形變分析模型對塊體內(nèi)部形變假設(shè)過強的問題,提出兩種優(yōu)化的彈性地殼形變分析模型。利用“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)(CMONOC)”在環(huán)渤海地區(qū)的GPS觀測速度場資料,研究了環(huán)渤海區(qū)域整體及各主要塊體的地殼運動及形變規(guī)律,具體內(nèi)容包括:1、討論了大地測量觀測數(shù)據(jù)與地質(zhì)、地球物理資料建立地殼運動及其形變分析模型的原理,分析了研究地殼形變的必要性和科學(xué)意義;梳理了空間大地測量資料在地殼運動及形變分析領(lǐng)域的主要研究成果和存在的主要問題。2、闡述了大地測量及地質(zhì)和地球物理兩種技術(shù)手段進行地殼運動及形變建模分析的參考框架理論,并討論分析了ITRF參考框架的建立和更新方法。3、探討了地殼彈性運動模型的提出依據(jù)及建模理論,建立了喜馬拉雅塊體和祁連山塊體的整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型(REHSM)和整體旋轉(zhuǎn)與線性應(yīng)變(RELSM)兩種彈性運動模型。研究結(jié)果顯示,兩種模型結(jié)果與實際運動的差異均較小,明顯優(yōu)于剛體地殼運動模型,且對塊體形變分析結(jié)果與地質(zhì)結(jié)論符合較好。4、鑒于地殼整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型可以表達塊體內(nèi)部主要變形,本文提出利用“非參數(shù)”描述偏離整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型的不規(guī)則形變,從而建立地殼形變的半?yún)?shù)分析模型。對祁連山塊體的GPS速度場數(shù)據(jù)及環(huán)渤海區(qū)域“陸態(tài)網(wǎng)”數(shù)據(jù)進行擬合分析,結(jié)果表明,新模型有效的改善了整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型。由于新模型并不假設(shè)塊體內(nèi)部形變是均勻變化的,也不是線性變化的,實際上是優(yōu)化了兩種彈性運動形變分析模型。5、將塊體內(nèi)部偏離整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變的不規(guī)則形變看作是對整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型所確定的主體運動的干擾信號,建立了地殼形變分析的最小二乘配置模型,考慮到地殼形變均有明顯的區(qū)域性和方向性差異特點,建模時采用分區(qū)分方向確定協(xié)方差函數(shù)相關(guān)參數(shù)。分析結(jié)果表明,最小二乘配置模型的分析結(jié)果優(yōu)于塊體的整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型,表明本文方法進一步精化了整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型。6、針對GPS速度場數(shù)據(jù)可能包含粗差影響地殼形變分析結(jié)果的問題,提出一種利用小波變換剔除速度場噪聲從而優(yōu)化第5條中地殼形變分析的最小二乘配置模型。對中國大陸6個次級板塊的速度場數(shù)據(jù)進行建模分析結(jié)果顯示,采用小波變換對塊體運動速率進行預(yù)處理,再進行相關(guān)參數(shù)的求解,得到的參數(shù)解更加符合實際,處理結(jié)果的精度要高于最小二乘配置方法。7、建立了環(huán)渤海區(qū)域及鄰區(qū)的小波輔助的最小二乘配置法優(yōu)化的整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型,繪制了環(huán)渤海區(qū)域地殼形變、應(yīng)變的空間分布圖像;所得應(yīng)變參數(shù)表明:環(huán)渤海區(qū)域整體上呈現(xiàn)0.24×10~(-9)/a的NW-SE22.1°的雙向趨勢性擴張運動,主壓應(yīng)變軸方向基本為NEE-SWW,主張應(yīng)變軸基本為NNW-SSE,且主壓應(yīng)變軸方向為NE47.70°~89.74°,這與地球物理方法得到該區(qū)的主壓應(yīng)變軸的優(yōu)勢方向是大體一致的,表明環(huán)渤海區(qū)域現(xiàn)今地殼運動是相對穩(wěn)定的。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P227;P228.4
【圖文】：

?基于 GPS 的環(huán)渤海區(qū)域地殼水平運動及形變模型研究34圖3.1 三種方案東方向速率殘差圖3.2 三種方案北方向速率殘差對計算結(jié)果進行分析：1）從表3.3可以看出，整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型在東方向和北方向處理的精度都在2.5 mm以內(nèi)，表明用均勻假設(shè)描述板內(nèi)的局部塑性形變，具有一定的合理性。對三種模型的擬合效果進行比較，整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型擬合的效果最差，是因為地殼內(nèi)部可能存在隱伏斷層等多種形式的復(fù)雜構(gòu)造形變，這種簡單假設(shè)從

34圖3.1 三種方案東方向速率殘差圖3.2 三種方案北方向速率殘差對計算結(jié)果進行分析：1）從表3.3可以看出，整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型在東方向和北方向處理的精度都在2.5 mm以內(nèi)，表明用均勻假設(shè)描述板內(nèi)的局部塑性形變，具有一定的合理性。對三種模型的擬合效果進行比較，整體旋轉(zhuǎn)與均勻應(yīng)變模型擬合的效果最差，是因為地殼內(nèi)部可能存在隱伏斷層等多種形式的復(fù)雜構(gòu)造形變，這種簡單假設(shè)從

【參考文獻】

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本文編號：2714281