發(fā)布時(shí)間：2020-07-06 22:41

【摘要】：中國地震局在2008年以來的多次重大工程中,陸續(xù)新建改造了 78個(gè)站84套連續(xù)重力觀測(cè)儀,利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成了連續(xù)重力觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。該監(jiān)測(cè)網(wǎng)為地震監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)提供了一類有效的觀測(cè)手段。同時(shí),國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水資源變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)也日益得到重視。為了克服水循環(huán)過程中各圈層相互耦合規(guī)律的復(fù)雜性,并發(fā)揮連續(xù)重力觀測(cè)對(duì)水資源監(jiān)測(cè)的作用。本文利用4類連續(xù)重力觀測(cè)儀所采集的超過3-4年的觀測(cè)數(shù)據(jù),利用GRACE、GLDAS和同址觀測(cè)的水井資料,基于重力場(chǎng)負(fù)荷理論、敏感場(chǎng)理論以及水負(fù)荷季節(jié)性變化規(guī)律,利用SSA方法研究連續(xù)重力觀測(cè)序列中周期變化的水負(fù)荷重力效應(yīng)。最后利用華北地區(qū)6期流動(dòng)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)、53個(gè)水井資料采用EOF分析方法比較主要模態(tài)相關(guān)性,并利用敏感場(chǎng)理論研究京津地區(qū)的重力變化、孔隙度、敏感場(chǎng)、地下水位之間關(guān)系。本文簡(jiǎn)略闡述重力儀的基本構(gòu)成和工作原理,總結(jié)和分類了目前連續(xù)重力觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)中各種干擾因素,提出這些干擾因素的改正方法和推薦使用的工具。利用彈簧重力儀和超導(dǎo)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)比較了 ETERNA和VAV調(diào)和分析方法,兩者的潮汐分析結(jié)果相當(dāng)。超導(dǎo)重力儀的潮汐參數(shù)最優(yōu)觀測(cè)精度可優(yōu)于0.0001,彈簧重力的只有0.0007,總體都能夠達(dá)到0.005。對(duì)臺(tái)網(wǎng)重力儀觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析認(rèn)為VAV調(diào)和分析方法更適合彈簧重力儀的潮汐分析和改正。在非潮汐分析方法中,影響重力儀觀測(cè)的的影響因素除氣壓、極潮、海潮外,最突出的是重力儀的零漂。本研究分別分析了 4種類型的連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)合臺(tái)站鄰區(qū)水井資料、降雨資料以及全球陸地水模型等水文資料,利用4種零漂模擬的方法提取了和水負(fù)荷有關(guān)的重力信號(hào)。該信號(hào)的振幅在5-15× 10-8m/s2,并具有春冬季重力信號(hào)微弱,夏秋季重力信號(hào)明顯的季節(jié)性變化特征。同時(shí)本研究還利用4類5套重力儀超過4年的連續(xù)觀測(cè)資料和同址觀測(cè)的氣壓數(shù)據(jù),利用相關(guān)分析方法研究非線性零漂的變化特征,發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)重力儀(SG)氣壓導(dǎo)納規(guī)律和理論結(jié)果一致,其它重力儀只能在有限的時(shí)間段內(nèi)(PETgPhone為100-200天)認(rèn)為并不是所有重力儀都能夠利用上述信號(hào)分離方法獲得水負(fù)荷重力信號(hào),觀測(cè)時(shí)間序列還受到臺(tái)站類型以及儀器的控溫系統(tǒng)的影響。在解釋和分析地面重力(5-15×10-8m/s2)和衛(wèi)星重力觀測(cè)到的水負(fù)荷信號(hào)(2-6×10-8m/s2)差異前,先利用京津地區(qū)水井觀測(cè)資料從時(shí)間域和空間域兩個(gè)方面驗(yàn)證了 GLDAS提供的陸面模型、SBH發(fā)布的GLDAS月重力球諧系數(shù)模型、GRACE的重力球諧系數(shù)模型數(shù)據(jù)處理的正確性以及有效性。再選用和地下水井資料更為一致的的數(shù)據(jù)模型(GRACE和SBH發(fā)布的GLDAS月重力球諧系數(shù)模型)在時(shí)間域和空間域進(jìn)行相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)兩者相關(guān)系數(shù)在空間上存在著差異。京津地區(qū)兩者(40%-60%)相關(guān)性較周邊地區(qū)低。該結(jié)果表明GRACE和GLDAS模型在京津地區(qū)有差異,也進(jìn)一步證明了在京津地區(qū)除地表水活動(dòng)外,存在較周邊地區(qū)明顯的地下水變化信息。在解釋和分析地面重力(5-15 X10-8m/s2)和衛(wèi)星重力觀測(cè)到的水負(fù)荷信號(hào)(2-6×10-8m/s2)差異時(shí),首先利用華北地區(qū)53 口井的觀測(cè)資料,采用小波、SSA分析方法,研究華北地區(qū)地下水井資料的水位速率特征。結(jié)果顯示,在京津地區(qū)的水位下降速率較大約為1m/yr的變化。同時(shí)發(fā)現(xiàn)京津地區(qū)的水位變化還具有區(qū)域特征,北京城區(qū)內(nèi)水位下降變化不明顯,而遠(yuǎn)城區(qū)水位下降變化超過了1m/yr。其次利用3臺(tái)連續(xù)重力觀測(cè)儀超過2年的觀測(cè)資料以及同址觀測(cè)的水井觀測(cè)資料采用SSA分析方法研究周期變化特征。發(fā)現(xiàn)2階信號(hào)和水井資料的周年信號(hào)的周期和振幅一致。張家口、北京和太原3個(gè)站點(diǎn)該頻段的振幅約為4-8×10-8m/s2。再次利用上述水井觀測(cè)資料(選擇周期信號(hào)信噪比優(yōu)于0.16的站點(diǎn))以及2011-2014年的7次測(cè)量得到的6期華北地區(qū)流動(dòng)重力觀測(cè)結(jié)果(采用正態(tài)分布95%的置信區(qū)間檢驗(yàn)),以及GRACE和GLDAS的在該區(qū)域的數(shù)據(jù),分別進(jìn)行正交經(jīng)驗(yàn)函數(shù)(EOF)的分析,分別比較京津地區(qū)18個(gè)水井觀測(cè)資料處的模型數(shù)據(jù)和陸地觀測(cè)數(shù)據(jù)的第一模態(tài)和第二模態(tài)之間的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)水井結(jié)果和地面重力觀測(cè)結(jié)果的第一模態(tài)有14 口井觀測(cè)到的振幅變化相同。模型數(shù)據(jù)兩者完全一致。這表明,第一模態(tài)的地面重力分析結(jié)果能夠反映京津地區(qū)水井變化的空間分布特征。最后,基于上述的GRACE、GLDAS、地面重力觀測(cè)的和水井資料觀測(cè)的第一模態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù),提出重力負(fù)荷理論以及敏感場(chǎng)方法計(jì)算評(píng)估水井資料的影響范圍以及孔隙度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)水井觀測(cè)資料僅僅能夠反映水井周邊2-5km范圍內(nèi)的地下水位變化特征,孔隙度也和巖性評(píng)估的理論值具一致性。差異不足±10%。本文的工作改進(jìn)了連續(xù)重力觀測(cè)資料數(shù)據(jù)處理方法,提出了彈簧重力儀的非線性零漂改正并給出了實(shí)例。同時(shí)利用包括SSAM分析方法和EOF分析方法提取地面重力觀測(cè)資料中的和水負(fù)荷信號(hào)有關(guān)的重力信號(hào)。在利用地面水井資料驗(yàn)證GRACE、GLDAS等全球模型正演的水負(fù)荷重力信號(hào)有效性的基礎(chǔ)上,比較研究華北地區(qū)地面重力、地下水井觀測(cè)資料在周年頻段的一致性。利用地面重力觀測(cè)資料重點(diǎn)研究了京津地區(qū)水井水位埋深處的孔隙度。為后期利用地面觀測(cè)資料進(jìn)一步研究本地區(qū)的水儲(chǔ)量變化奠定基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P315.7
【圖文】：

邐武漢大學(xué)博±學(xué)位論文ＧＲＡＣＥ和超導(dǎo)重力儀殘差時(shí)間序列之間年季變化的振幅差異，不同地區(qū)兩變規(guī)律出現(xiàn)的相位滯后現(xiàn)象等。中國地震局研究小組不僅利用數(shù)字地震觀測(cè)的連續(xù)重力觀測(cè)儀獲得到和ＧＧＰ計(jì)劃類似的結(jié)果（Ｋａｎｇ，邋ｅｔ邋ａｌ．，２０１１；等，２０１２ａ；韋進(jìn)等，２０１２ｂ），而且在用流動(dòng)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)分析華北地區(qū)地殼形征時(shí)，考慮了水變化對(duì)重力的影響（郝洪濤，２０１５）。在進(jìn)行衛(wèi)星重力和地面觀據(jù)融合比較時(shí)，兩者存在極大的差異。因此中國地震局和ＧＧＰ計(jì)劃的科學(xué)方面在觀測(cè)技術(shù)上改進(jìn)嘗試融合衛(wèi)星重力和地面重力的。例如在臺(tái)站周邊進(jìn)表水觀測(cè)。另一方面通過衛(wèi)星重力向下延拓、精化處理地面重力、地下水位資料對(duì)比和正交經(jīng)驗(yàn)函數(shù)巧0巧等方法來理解衛(wèi)星和地面重為的差異原因（等，２００５；邋Ｅｏｍ，ｅｔａｌ．，２０１７）。在送個(gè)方面取得了一定的進(jìn)展，而由于地下水資缺乏和模擬模型簡(jiǎn)單導(dǎo)致兩類數(shù)據(jù)的融合問題依然存在。逡逑

－－全國流動(dòng)網(wǎng)邐全國邐Ｉ邐每２年期次邐１００－１５０逡逑青藏東緣邐１逡逑區(qū)域流動(dòng)網(wǎng)邐東北邐１邐每年期次邐３０－５０逡逑其它地區(qū)邐２逡逑連續(xù)重力觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)邐全國邐＾邐分鐘欣邐３０（Ｍ５０注：本統(tǒng)計(jì)為２０１６年的臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。逡逑１．２．２時(shí)變重為信號(hào)逡逑地球時(shí)變重力場(chǎng)包含地球各圈層物質(zhì)運(yùn)移的豐富信息，直接反映了地球最本物質(zhì)變化及其物性特征，是各種環(huán)境變化導(dǎo)致地球動(dòng)力學(xué)特征最基本、最直和最重要的物理量之一（孫和平等，２００６；王迪晉等，２００９；a側(cè)勢(shì)嫻齲玻埃鼻傘Ｔ謚謚亓Φ氖北湫藕胖�，其謱戵于�

本文編號(hào)：2744240