【摘要】：GNSS(Global Navigation Satellite System)測站坐標(biāo)垂向分量的時(shí)間序列蘊(yùn)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(shù)特點(diǎn)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(yīng)用研究領(lǐng)域。近年來,隨著GNSS數(shù)據(jù)分析經(jīng)驗(yàn)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(dá)3 mm,為研究地表以及地球深部形變機(jī)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(nèi)的GNSS持續(xù)及流動(dòng)觀測站的監(jiān)測數(shù)據(jù),在高精度的區(qū)域坐標(biāo)參考框架基礎(chǔ)下,通過削弱系統(tǒng)誤差、時(shí)間序列非線性項(xiàng)、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(chǔ)上,主要進(jìn)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(chǔ)上,增加布設(shè)了8個(gè)流動(dòng)站。利用區(qū)域內(nèi)高密度的GNSS測站聯(lián)合全球分布的高精度ITRF臺(tái)站建立高精度、高穩(wěn)定性的區(qū)域坐標(biāo)框�；诟呔葏^(qū)域坐標(biāo)參考框架,解算得到測站坐標(biāo)垂向分量時(shí)間序列,并利用時(shí)間序列分析工具有效分離已知地球物理機(jī)制導(dǎo)致的地表形變信號(hào),提取預(yù)期的區(qū)域地表形變機(jī)制信號(hào)。通過對時(shí)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(jié)沉降機(jī)制所致,且區(qū)域?yàn)V波可導(dǎo)致該機(jī)制引起的垂向信號(hào)被當(dāng)做共模誤差消除。結(jié)合GNSS實(shí)測的垂向形變信號(hào)和沖填土自重固結(jié)沉降機(jī)制,建立了區(qū)域沉降模型,可以分區(qū)塊預(yù)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(jī)制,在監(jiān)測以及預(yù)測圍海造陸區(qū)域的地表沉降方面具有廣泛的應(yīng)用前景。2、美國北加州MTJ區(qū)域是地球深部構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究的熱點(diǎn)區(qū)域,MTJ南部的板片窗是研究該區(qū)域地殼與上地幔動(dòng)力學(xué)耦合機(jī)制的極佳天然實(shí)驗(yàn)室。MCC(Mendocino Crustal Conveyor)模型提出了區(qū)域地表形變的公認(rèn)機(jī)制,即MTJ南部板片窗內(nèi)北美板塊基礎(chǔ)與涌入的地幔熱流物質(zhì)之間的粘滯動(dòng)力學(xué)耦合是該區(qū)域快速地表形變的主要策動(dòng)力。然而,該模型以往未能獲得空間大地測量觀測驗(yàn)證。本研究工作利用PBO(the Plate Boundary Observatory network)監(jiān)測網(wǎng)GNSS測站的垂向時(shí)間序列,獲得了MTJ區(qū)域內(nèi)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(nèi)地幔熱流物質(zhì)的流動(dòng),實(shí)現(xiàn)了三維GNSS垂向速度場與二維MCC模型預(yù)測速度曲線的對比。投影結(jié)果表明,當(dāng)GNSS垂向速度場投影方向與MCC模型剖面線呈約41°~45°夾角時(shí),兩者非常吻合,從而為驗(yàn)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(shí)現(xiàn)了利用GNSS技術(shù)探尋地球深部地幔熱流物質(zhì)上涌動(dòng)力學(xué)粘滯耦合的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
【圖文】：

國內(nèi)外研究進(jìn)展. GNSS 高精度垂向分量解算相關(guān)理論及方法.1. 高精度參考框架的建立NSS 臺(tái)站坐標(biāo)及隨其時(shí)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(dǎo)致這些區(qū)域利用 ITRF 得到高精度 GNSS 坐標(biāo)[19]。因而，通常的解決方案是考慮利用ITRF 臺(tái)站以及區(qū)域內(nèi)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(jì)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(zhì)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(xué)性質(zhì)及指標(biāo)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(xué)性質(zhì)及指標(biāo)[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(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P228.4;P542

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 馬本俊;吳時(shí)國;范建柯;;板片窗構(gòu)造研究綜述[J];海洋地質(zhì)前沿;2015年12期

2 梁洪寶;劉志廣;黃立人;占偉;;非構(gòu)造形變對中國大陸GNSS基準(zhǔn)站垂向周期運(yùn)動(dòng)的影響[J];大地測量與地球動(dòng)力學(xué);2015年04期

3 姜衛(wèi)平;王鍇華;鄧連生;李昭;;熱膨脹效應(yīng)對GNSS基準(zhǔn)站垂向位移非線性變化的影響[J];測繪學(xué)報(bào);2015年05期

4 夏傳義;郭啟幼;張順期;袁金球;帥勤輝;張麗;;ITRF08下中國大陸區(qū)域地殼板塊運(yùn)動(dòng)分析[J];測繪地理信息;2014年06期

5 趙紅;張勤;瞿偉;涂銳;劉智;;海潮負(fù)荷對利用GPS解算對流層天頂延遲的影響[J];大地測量與地球動(dòng)力學(xué);2014年03期

6 姜衛(wèi)平;李昭;鄧連生;夏傳義;;高階電離層延遲對GPS坐標(biāo)時(shí)間序列的影響分析[J];科學(xué)通報(bào);2014年10期

7 盛傳貞;甘衛(wèi)軍;梁詩明;陳為濤;肖根如;;滇西地區(qū)GPS時(shí)間序列中陸地水載荷形變干擾的GRACE分辨與剔除[J];地球物理學(xué)報(bào);2014年01期

8 劉經(jīng)南;魏娜;施闖;;國際地球參考框架(ITRF)的研究現(xiàn)狀及展望[J];自然雜志;2013年04期

9 季永興;;上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司哈爾濱辦事處部分工程簡介[J];上海水務(wù);2013年02期

10 李大煒;李建成;金濤勇;胡敏章;;利用驗(yàn)潮站資料評估全球海潮模型的精度[J];大地測量與地球動(dòng)力學(xué);2012年04期

本文編號(hào)：2650270