第五章 地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理(二)

1、武漢大學(xué)武漢大學(xué) 許才軍許才軍地殼形變地殼形變第五章第五章 地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理（二）地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理（二）地殼形變地殼形變 1 1、緒論緒論 2 2、地殼形變測(cè)量地殼形變測(cè)量 3 3、地球參考系與參考框架、地球參考系與參考框架4 4、板塊構(gòu)造學(xué)說與活動(dòng)地塊學(xué)說板塊構(gòu)造學(xué)說與活動(dòng)地塊學(xué)說 5 5、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理 6 6、地殼應(yīng)力與應(yīng)變分析、地殼應(yīng)力與應(yīng)變分析 7 7、連續(xù)形變、應(yīng)變觀測(cè)與數(shù)據(jù)處理、連續(xù)形變、應(yīng)變觀測(cè)與數(shù)據(jù)處理 8 8、地震活動(dòng)的大地測(cè)量研究方法地震活動(dòng)的大地測(cè)量研究方法1 1、 板塊、地塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析板塊、地塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分

2、析2 2、 區(qū)域、局部地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析區(qū)域、局部地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析3 3、 地殼垂直運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析地殼垂直運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的的數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析1、 板塊、地塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析板塊、地塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理與分析 a. 建立剛體運(yùn)動(dòng)模型建立剛體運(yùn)動(dòng)模型zyxGzyxxyxzyzVVV000sincos0sincossinsincoscoscoscossinsinexnyuzGVVVVVV zyxrnerrrrrVV0coscossinsinsinsincosxyzzyx/arct

3、an/arcsin2/1222b.b.建立現(xiàn)今板塊（地塊）運(yùn)動(dòng)和應(yīng)變模型建立現(xiàn)今板塊（地塊）運(yùn)動(dòng)和應(yīng)變模型 利用板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)理論研究塊體運(yùn)動(dòng)時(shí)一般都把塊體作為剛性塊體對(duì)利用板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)理論研究塊體運(yùn)動(dòng)時(shí)一般都把塊體作為剛性塊體對(duì)待，其實(shí)在板塊內(nèi)部，每個(gè)塊體在周圍板塊或塊體的作用下，不僅會(huì)待，其實(shí)在板塊內(nèi)部，每個(gè)塊體在周圍板塊或塊體的作用下，不僅會(huì)產(chǎn)生平移和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)塊體內(nèi)部將會(huì)發(fā)生變形。由于變形，塊體上各產(chǎn)生平移和旋轉(zhuǎn)，同時(shí)塊體內(nèi)部將會(huì)發(fā)生變形。由于變形，塊體上各部分的相對(duì)位置將會(huì)改變，這實(shí)質(zhì)上也是塊體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。為此部分的相對(duì)位置將會(huì)改變，這實(shí)質(zhì)上也是塊體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。為此活動(dòng)地塊運(yùn)動(dòng)

4、模型需要同時(shí)考慮活動(dòng)（塊體）地塊的剛性運(yùn)動(dòng)和塊體活動(dòng)地塊運(yùn)動(dòng)模型需要同時(shí)考慮活動(dòng)（塊體）地塊的剛性運(yùn)動(dòng)和塊體內(nèi)部的應(yīng)變。內(nèi)部的應(yīng)變。 0000000000011sincos021sin10coscos2eneennenVVB LrB Lr Br BvvB Lr BrB LrB L2 2、區(qū)域、局部地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理及分析、區(qū)域、局部地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理及分析 a a、建立地殼水平運(yùn)動(dòng)模型法、建立地殼水平運(yùn)動(dòng)模型法 R RA. Snay,1978, A. Snay,1978, 該方法該方法將監(jiān)測(cè)區(qū)按將監(jiān)測(cè)區(qū)按自然存在的斷層界線分為若干個(gè)單元自然存在的斷層界線分為若干個(gè)單元，在一個(gè)單

5、元中，一大地點(diǎn)在時(shí)刻在一個(gè)單元中，一大地點(diǎn)在時(shí)刻 的大地坐標(biāo)表示為的大地坐標(biāo)表示為： 都是都是 和和 的函數(shù)的函數(shù) (A)(A)(B)(B)t204020203010ttfttfttfttftt204 . 403 . 402 . 41 . 44204 . 303 . 302 . 31 . 33204 . 203 . 202 . 21 . 22204 . 103 . 102 . 11 . 11bbbbfbbbbfbbbbfbbbbff00(B)(B)中中 是待定的地殼動(dòng)力參數(shù)，（是待定的地殼動(dòng)力參數(shù)，（B B）代入（）代入（A A）可得觀測(cè)）可得觀測(cè)方程，待定量是未知坐標(biāo)（方程，待定量是未知坐標(biāo)

6、（ ， ）和地殼動(dòng)力參數(shù)。）和地殼動(dòng)力參數(shù)。00方法特點(diǎn)：方法特點(diǎn)：1 1、不論各期觀測(cè)中的觀測(cè)量是什么，只要每得出一點(diǎn)的、不論各期觀測(cè)中的觀測(cè)量是什么，只要每得出一點(diǎn)的大地坐標(biāo)（大地坐標(biāo)（ ， ），就可以立出形式如（），就可以立出形式如（A A）（）（B B）式的）式的兩個(gè)方程。將各期觀測(cè)中所得的方程聯(lián)合平差，就可以兩個(gè)方程。將各期觀測(cè)中所得的方程聯(lián)合平差，就可以得出未知坐標(biāo)（得出未知坐標(biāo)（ ， ）和各參數(shù)的最小二乘估值。）和各參數(shù)的最小二乘估值。2 2、這一模型把地殼水平運(yùn)動(dòng)表示成為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)和位置這一模型把地殼水平運(yùn)動(dòng)表示成為時(shí)間的連續(xù)函數(shù)和位置的非連續(xù)函數(shù)，這種不連續(xù)發(fā)生在單元邊界

7、上。的非連續(xù)函數(shù)，這種不連續(xù)發(fā)生在單元邊界上。 3 3、主要反映、主要反映地區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)總的趨勢(shì)，而不是局部細(xì)節(jié)地區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)總的趨勢(shì)，而不是局部細(xì)節(jié)。 tt00ijbb b、活動(dòng)斷層區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析、活動(dòng)斷層區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析 b.1b.1）活動(dòng)斷層區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)特點(diǎn)：）活動(dòng)斷層區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)特點(diǎn)： （短基線）測(cè)邊網(wǎng)、測(cè)角網(wǎng)（短基線）測(cè)邊網(wǎng)、測(cè)角網(wǎng)b.2b.2）監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析基本思想）監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析基本思想 首先在斷層兩盤各判定一組首先在斷層兩盤各判定一組相對(duì)穩(wěn)定相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)，作為固定點(diǎn)組；斷層每的點(diǎn)，作為固定點(diǎn)組；斷層每 一盤各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都以各自

8、的一盤各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都以各自的固定點(diǎn)組固定點(diǎn)組為參考為參考來求定。來求定。b.3b.3）相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)）相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)( (組）的概念組）的概念在變形分析中，往往需要對(duì)一組觀測(cè)值來確定運(yùn)動(dòng)模型中的各個(gè)參數(shù)。但在變形分析中，往往需要對(duì)一組觀測(cè)值來確定運(yùn)動(dòng)模型中的各個(gè)參數(shù)。但是有由于各種原因（如某個(gè)點(diǎn)因局部干擾引起位移，或原始觀測(cè)值中真正是有由于各種原因（如某個(gè)點(diǎn)因局部干擾引起位移，或原始觀測(cè)值中真正存在粗差等），有些觀測(cè)點(diǎn)上的位移可能存在粗差等），有些觀測(cè)點(diǎn)上的位移可能“不合群不合群”，即可以用來描述大，即可以用來描述大部分觀測(cè)點(diǎn)的一組運(yùn)動(dòng)參數(shù)不能恰當(dāng)?shù)拿枋鲞@些觀測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。反過來說，部分觀測(cè)點(diǎn)的一組運(yùn)動(dòng)參

9、數(shù)不能恰當(dāng)?shù)拿枋鲞@些觀測(cè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。反過來說，如果在求取模型參數(shù)時(shí)，采用了這些如果在求取模型參數(shù)時(shí)，采用了這些“不合群不合群”的觀測(cè)值的觀測(cè)值, ,得到的模型參數(shù)得到的模型參數(shù)會(huì)受到會(huì)受到“污染污染”。因此，我們可以將這些。因此，我們可以將這些“不合群不合群”的位移觀測(cè)值看作是的位移觀測(cè)值看作是某種粗差觀測(cè)值，從而采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑺鼈兣袆e篩選出來，我們把不包某種粗差觀測(cè)值，從而采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑺鼈兣袆e篩選出來，我們把不包含含“不合群不合群”位移觀測(cè)點(diǎn)的所有其它點(diǎn)的集合稱為位移觀測(cè)點(diǎn)的所有其它點(diǎn)的集合稱為相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組。相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組概念相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組概念相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組也可以認(rèn)為是

10、也可以認(rèn)為是相對(duì)不動(dòng)相對(duì)不動(dòng)的點(diǎn)組，或者說是一組的點(diǎn)組，或者說是一組幾何關(guān)系幾何關(guān)系不變不變的點(diǎn)組。的點(diǎn)組。相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組確定的幾種方法相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)組確定的幾種方法b.4b.4）相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)的判別）相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)的判別通過對(duì)視位移函數(shù)的分析，來判定相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)。所謂視位移函數(shù)，是指兩通過對(duì)視位移函數(shù)的分析，來判定相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)。所謂視位移函數(shù)，是指兩點(diǎn)之間的邊長、方位角和高差的變化。沿著兩點(diǎn)連接線的位移引起邊長變化，點(diǎn)之間的邊長、方位角和高差的變化。沿著兩點(diǎn)連接線的位移引起邊長變化，垂直于此連接線的位移引起方位角變化，沿垂線方向的位移引起高差變化，垂直于此連接線的位移引起方位角變化，沿垂線方向的位移引起高

11、差變化，這三個(gè)方向是互相正交的；因此，分析每兩點(diǎn)的邊長函數(shù)、方位角函數(shù)和高這三個(gè)方向是互相正交的；因此，分析每兩點(diǎn)的邊長函數(shù)、方位角函數(shù)和高差函數(shù)，就可以為估計(jì)兩點(diǎn)的相對(duì)穩(wěn)定性提供充分信息。差函數(shù)，就可以為估計(jì)兩點(diǎn)的相對(duì)穩(wěn)定性提供充分信息。 對(duì)于水平網(wǎng)初步擬定了一組備選的相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)之后，就每一期觀測(cè)計(jì)算每兩對(duì)于水平網(wǎng)初步擬定了一組備選的相對(duì)穩(wěn)定點(diǎn)之后，就每一期觀測(cè)計(jì)算每兩點(diǎn)之間的邊長和方位角及其中誤差，然后由新、舊兩期的計(jì)算結(jié)果得出平差點(diǎn)之間的邊長和方位角及其中誤差，然后由新、舊兩期的計(jì)算結(jié)果得出平差后的長度之差和方位角之差及其中誤差后的長度之差和方位角之差及其中誤差 2222mmmmmmdS

12、SdSdSSdS水平網(wǎng)穩(wěn)定準(zhǔn)則水平網(wǎng)穩(wěn)定準(zhǔn)則 LL是一個(gè)系數(shù)，是一個(gè)系數(shù)，1 3 水準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定準(zhǔn)則水準(zhǔn)網(wǎng)的穩(wěn)定準(zhǔn)則MNJKddMNJKmmLddMNJKdSMNdSJKLMdSLMdSkidhdhkimmLdhdh22hhdhmmmb.5b.5）誤差方程的建立）誤差方程的建立位于斷層異盤的兩點(diǎn)，其間的邊跨越斷層邊界，其角度和邊長改正數(shù)方程位于斷層異盤的兩點(diǎn)，其間的邊跨越斷層邊界，其角度和邊長改正數(shù)方程將含有表征斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的元素。如圖所示，將含有表征斷層兩盤相對(duì)運(yùn)動(dòng)的元素。如圖所示，B B點(diǎn)的總位移量包括：點(diǎn)的總位移量包括：1 1）表征）表征B B點(diǎn)局部運(yùn)動(dòng)的向量點(diǎn)局部運(yùn)動(dòng)的向量 ，即是以

13、東盤基準(zhǔn)為參考計(jì)算的運(yùn)動(dòng)；，即是以東盤基準(zhǔn)為參考計(jì)算的運(yùn)動(dòng)；2 2）斷層?xùn)|盤相對(duì)于西盤的旋轉(zhuǎn)向量）斷層?xùn)|盤相對(duì)于西盤的旋轉(zhuǎn)向量 ，這一向量的大小逐點(diǎn)不同；，這一向量的大小逐點(diǎn)不同；3 3）表征東盤相對(duì)于西盤位移的大小和方向的位移向量）表征東盤相對(duì)于西盤位移的大小和方向的位移向量 ；位于東盤的；位于東盤的 每一點(diǎn)，這一向量相同。每一點(diǎn)，這一向量相同。 lWSWtWlWSWtW在判定了斷層兩盤的固定點(diǎn)組之后，由跨越在判定了斷層兩盤的固定點(diǎn)組之后，由跨越斷層邊界的一些邊的長度變化和角度變化，斷層邊界的一些邊的長度變化和角度變化，來求定斷層兩盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。來求定斷層兩盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 如圖斷層兩盤的相對(duì)

14、旋轉(zhuǎn)是一個(gè)小角如圖斷層兩盤的相對(duì)旋轉(zhuǎn)是一個(gè)小角 d東盤相對(duì)于西盤的旋轉(zhuǎn)中心可以設(shè)為位于東盤東盤相對(duì)于西盤的旋轉(zhuǎn)中心可以設(shè)為位于東盤的穩(wěn)定點(diǎn)組網(wǎng)形的的穩(wěn)定點(diǎn)組網(wǎng)形的重心重心S SR R是由是由重心重心S S到到K K點(diǎn)的距離點(diǎn)的距離 , ,進(jìn)一步有進(jìn)一步有tSltSlWWWWWWWWdydydydydxdxdxdxKSWKSWxdRddyydRddxSScossintltlWKSWWWKSWWdyxddydydxyddxdxdb5.1 b5.1 邊長誤差方程邊長誤差方程0000cossincossinijkjjkjjkkjkkvxyxydd 初122210002100200000()() 1 2

15、()()21 2()()2()()ikjkjiijkkjkjkjkjjkjkkjkjjkjkjkLxxyyLvsZxxxxZyyyyxyxxyysss位于斷層異盤兩點(diǎn)位于斷層異盤兩點(diǎn)K K（東盤）、（東盤）、J J（西盤）之間的邊長改正數(shù)方程（西盤）之間的邊長改正數(shù)方程 西盤西盤東盤東盤斷層邊界斷層邊界JK 00000000cossincossincossin(cossin)jkdjkjjkjjkkljkkljkktjkktjkksjkksjkVxyxyxyyxl tltlWKSWWWKSWWdyxddydydxyddxdx0000cossincossinijkjjkjjkkjkkvxyxyd

16、d 初iLjhjkjkhb5.2 b5.2 角度觀測(cè)誤差方程角度觀測(cè)誤差方程 iijkjhijkjhiLvvl000000000000()()()()()()()()kjkkjjjkkjkkjjkjjkjkjjkjjjjkjkkkkkyyyyyyarctgarctgxxxxxxyyarctgxyxxxyxyxy0000()()()()jkjkjkjkjkjjkkjjkkxyxyxyxy00 2()jkkjjkjjkjjkyyxarctgyyxxs 00 2()jkkjjkjjkjjkyyyarctgxxxxs00 2()jkkjjkkkkjjkyyyarctgxxxxs 00 2()jkkjj

17、kkkkjjkyyxarctgyyxxs所以所以LjhjhLjhjhRjkjkRjkjkbsasbsas00000000cossincossinihLhLkRkRjLRjLRilybxaybxaybbxaav)()(令令則則00000000sincossincosjhjhjhjhjhjjhhjhjhjhjhxyxyssss00000000sincossincosjkjkjkjkjkjjkkjkjkjkjkxyxyssssb5.3 b5.3 斷層異盤的點(diǎn)間的角度的三種形式斷層異盤的點(diǎn)間的角度的三種形式 （a） （b） （c） 令令 h=L, k=R, j=Ch=L, k=R, j=C則則()()

18、iRLCRLCRRRRLLLLvaaxbbyaxbyaxbyl圖（圖（a a）所示，當(dāng)）所示，當(dāng)L L和和R R點(diǎn)位于西盤，點(diǎn)位于西盤，C C點(diǎn)位于東盤時(shí)點(diǎn)位于東盤時(shí)因?yàn)橛校阂驗(yàn)橛校?所以有所以有l(wèi)tltWWKSWWWKSWdxdxdydxdydydxdyCxclcsctCclcsctxdyxyydxy即()()()()()()iLLLLRRRRRLclRLclRLctRLctRLcsRLcsivaxbyaxbyaaxbbyaaxbbyaaybbxdlb5.4 b5.4 斷層異盤的點(diǎn)間的角度改正數(shù)方程的三種形式斷層異盤的點(diǎn)間的角度改正數(shù)方程的三種形式c.1 c.1 當(dāng)當(dāng) L L和和 R R點(diǎn)點(diǎn)

19、位于西盤，位于西盤，C C點(diǎn)點(diǎn)位于東盤時(shí)位于東盤時(shí)c.2 c.2 當(dāng)當(dāng) L L和和 C C點(diǎn)點(diǎn)位于西盤，位于西盤，R R點(diǎn)點(diǎn)位于東盤時(shí)位于東盤時(shí) c.3 c.3 當(dāng)當(dāng) L L點(diǎn)點(diǎn)位于西盤，位于西盤，C C 和和 R R點(diǎn)點(diǎn)位于東盤時(shí)位于東盤時(shí)()()()()()()iLLLLRRRRRLclRLclRLctRLctRLcsRLcsiva dxb dya dxb dyaa dxbb dyaa dxbb dyaaybbxdl()()lliRLCRLCRRRRLLLLRRtRRtRRSRRSivaadxbb dya dxb dya dxb dya dxb dyaybxdl()()()()iLLLLR

20、RlRRlRLClRLClLCtLCtRRsCsRRsCsLCsLCsiva dxb dya dxb dyaadxbb dya dxb dyayybxxaybxdl地殼垂直運(yùn)動(dòng)的分類地殼垂直運(yùn)動(dòng)的分類 3 3、地殼垂直運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及分析、地殼垂直運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理及分析 1）長趨勢(shì)的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）長趨勢(shì)的區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)其特點(diǎn)是涉及的區(qū)域大，速率通常較低，而且運(yùn)動(dòng)的方向和速率一般認(rèn)為其特點(diǎn)是涉及的區(qū)域大，速率通常較低，而且運(yùn)動(dòng)的方向和速率一般認(rèn)為在一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。運(yùn)動(dòng)速率的分布常常與大的地質(zhì)地貌構(gòu)在一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)穩(wěn)定。運(yùn)動(dòng)速率的分布常常與大的地質(zhì)地貌構(gòu)造單元有較密切的關(guān)系。造

21、單元有較密切的關(guān)系。2）局部的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）局部的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)它涉及的范圍較小，例如一些活動(dòng)斷裂兩側(cè)的地塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)它涉及的范圍較小，例如一些活動(dòng)斷裂兩側(cè)的地塊間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)在空間分布上多變，速率通常比長趨勢(shì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)要高。同一地點(diǎn)的長期在空間分布上多變，速率通常比長趨勢(shì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)要高。同一地點(diǎn)的長期監(jiān)測(cè)有時(shí)可發(fā)現(xiàn)長趨勢(shì)變化和周期性變化的特征。監(jiān)測(cè)有時(shí)可發(fā)現(xiàn)長趨勢(shì)變化和周期性變化的特征。 地殼垂直運(yùn)動(dòng)的分類地殼垂直運(yùn)動(dòng)的分類 3）隨機(jī)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）隨機(jī)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)這一類運(yùn)動(dòng)的機(jī)理不甚清楚，它可能是地殼外部和內(nèi)部某些不確定因素造這一類運(yùn)動(dòng)的機(jī)理不甚清楚，它可能是地殼外部和內(nèi)部某些不確定因素造成的

22、地殼垂直運(yùn)動(dòng)，這類運(yùn)動(dòng)在空間分布上多變（即各處不同），例如某成的地殼垂直運(yùn)動(dòng)，這類運(yùn)動(dòng)在空間分布上多變（即各處不同），例如某些地區(qū)觀測(cè)到的地殼垂直運(yùn)動(dòng)的脈沖現(xiàn)象。些地區(qū)觀測(cè)到的地殼垂直運(yùn)動(dòng)的脈沖現(xiàn)象。4）非構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）非構(gòu)造運(yùn)動(dòng)這一類地殼運(yùn)動(dòng)的主要特征是機(jī)理比較清楚，可以找到比較確切的直接外這一類地殼運(yùn)動(dòng)的主要特征是機(jī)理比較清楚，可以找到比較確切的直接外部原因，其幅度和影響的范圍則隨原因的不同而差別很大。例如；因過量部原因，其幅度和影響的范圍則隨原因的不同而差別很大。例如；因過量抽取地下油、氣、水造成的地面沉降，礦山采礦區(qū)的塌陷以及凍土影響、抽取地下油、氣、水造成的地面沉降，礦山采礦區(qū)的塌陷以及

23、凍土影響、冰期后回彈、大型構(gòu)筑物的重荷引起的局部地面變形、水庫蓄水后庫區(qū)周冰期后回彈、大型構(gòu)筑物的重荷引起的局部地面變形、水庫蓄水后庫區(qū)周圍的局部地面沉降等等圍的局部地面沉降等等 。由水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)求定地殼垂直運(yùn)動(dòng)的方法和模型由水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)求定地殼垂直運(yùn)動(dòng)的方法和模型 1）簡單模型）簡單模型 當(dāng)一個(gè)小監(jiān)測(cè)區(qū)的各水準(zhǔn)路線彼此連接，都是重復(fù)測(cè)量一次，兩次測(cè)當(dāng)一個(gè)小監(jiān)測(cè)區(qū)的各水準(zhǔn)路線彼此連接，都是重復(fù)測(cè)量一次，兩次測(cè)量相距的時(shí)間相當(dāng)長，而且每次測(cè)量都是在短時(shí)期中完成的。這樣的兩次量相距的時(shí)間相當(dāng)長，而且每次測(cè)量都是在短時(shí)期中完成的。這樣的兩次水準(zhǔn)測(cè)量可以獨(dú)立平差。比較兩組平差后的高程，就可以算出垂直運(yùn)

24、動(dòng)。水準(zhǔn)測(cè)量可以獨(dú)立平差。比較兩組平差后的高程，就可以算出垂直運(yùn)動(dòng)。2 2）速度差模型）速度差模型 監(jiān)測(cè)區(qū)的原有水準(zhǔn)測(cè)量和重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量相隔的時(shí)間一般不是常數(shù)，因監(jiān)測(cè)區(qū)的原有水準(zhǔn)測(cè)量和重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量相隔的時(shí)間一般不是常數(shù)，因而數(shù)據(jù)不是均勻的。如果由重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果組成速度差，作為觀測(cè)值，而數(shù)據(jù)不是均勻的。如果由重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果組成速度差，作為觀測(cè)值，就可以使數(shù)據(jù)均勻。由重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量聯(lián)系的兩點(diǎn)間的速度差和其方差可表就可以使數(shù)據(jù)均勻。由重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量聯(lián)系的兩點(diǎn)間的速度差和其方差可表示為：示為：其中其中 和和 分別是新、舊水準(zhǔn)測(cè)量的先驗(yàn)單位方差，分別是新、舊水準(zhǔn)測(cè)量的先驗(yàn)單位方差，s s是兩點(diǎn)間的距離是兩

25、點(diǎn)間的距離22m21m21hhvt 221222vmmsmt3 3）速度面模型）速度面模型 以不同類型線條表示的水準(zhǔn)路線是在不同的年份施測(cè)的，所有重復(fù)水準(zhǔn)路以不同類型線條表示的水準(zhǔn)路線是在不同的年份施測(cè)的，所有重復(fù)水準(zhǔn)路線都只是重復(fù)一次，相隔的時(shí)間不均勻，而且這些重復(fù)路線之間無聯(lián)系，形成線都只是重復(fù)一次，相隔的時(shí)間不均勻，而且這些重復(fù)路線之間無聯(lián)系，形成了分散的重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量。為了由這樣的水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果求定地殼垂直運(yùn)動(dòng)，則通了分散的重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量。為了由這樣的水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果求定地殼垂直運(yùn)動(dòng)，則通過速度面模型，就是與一個(gè)通過速度差場(chǎng)的速度面來擬合。過速度面模型，就是與一個(gè)通過速度差場(chǎng)的速度面來擬合。 速

26、度面速度面v用以下的廣義二維多項(xiàng)式表示用以下的廣義二維多項(xiàng)式表示 速度差可以表示為：速度差可以表示為： 常常采用二維代數(shù)函數(shù)，則有：常常采用二維代數(shù)函數(shù)，則有： if1,kiiiv x yc fx y 201234,v x ycc xc yc xyc x1,kiiiv x ycfx y,iiBBiAAfx yfxyfxy4) 簡單多項(xiàng)式模型簡單多項(xiàng)式模型 這一模型以簡單的多項(xiàng)式描述監(jiān)測(cè)區(qū)一些這一模型以簡單的多項(xiàng)式描述監(jiān)測(cè)區(qū)一些選定的結(jié)點(diǎn)上的高程變選定的結(jié)點(diǎn)上的高程變化化，其中的觀測(cè)值是高差，而不是速度差。它要求各高差是有聯(lián)系的，其中的觀測(cè)值是高差，而不是速度差。它要求各高差是有聯(lián)系的，如圖所示

27、如圖所示 首先選定一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)刻首先選定一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)刻t t0 0，任一點(diǎn)，任一點(diǎn)A A在時(shí)在時(shí)刻刻 時(shí)的高程表示為時(shí)的高程表示為 這一模型的觀測(cè)方程是這一模型的觀測(cè)方程是 ,ba ia ib iba ivhhh 2,01020a iaiihha ttatt,b a ih是是A和和B點(diǎn)之間在時(shí)刻點(diǎn)之間在時(shí)刻 的觀測(cè)高差的觀測(cè)高差itit在一般情況下，多余的數(shù)據(jù)不足以利用高于三次的多項(xiàng)式。當(dāng)表示高程在一般情況下，多余的數(shù)據(jù)不足以利用高于三次的多項(xiàng)式。當(dāng)表示高程的多項(xiàng)式的次數(shù)是的多項(xiàng)式的次數(shù)是2 2時(shí)，時(shí)， 是在基準(zhǔn)時(shí)刻是在基準(zhǔn)時(shí)刻t t0 0的高程變化速度，的高程變化速度， 是加速度。在其他是加速度

28、。在其他的時(shí)刻的時(shí)刻 ，任一點(diǎn)，任一點(diǎn)A A的瞬時(shí)速度是：的瞬時(shí)速度是：當(dāng)表示高程的多項(xiàng)式的次數(shù)是當(dāng)表示高程的多項(xiàng)式的次數(shù)是1 1時(shí)，時(shí)， 是常速度。是常速度。 和和 稱為動(dòng)態(tài)參稱為動(dòng)態(tài)參數(shù)。數(shù)。 1a2a1a1a2a該模型有以下的優(yōu)點(diǎn)：該模型有以下的優(yōu)點(diǎn)：第一，如果相同線段上有三次或更多次重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量，這些數(shù)據(jù)都可以參入平差，第一，如果相同線段上有三次或更多次重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量，這些數(shù)據(jù)都可以參入平差，不必有賴于非對(duì)角權(quán)矩陣；在適當(dāng)位置上的單次水準(zhǔn)測(cè)量有助于提高解的強(qiáng)度。不必有賴于非對(duì)角權(quán)矩陣；在適當(dāng)位置上的單次水準(zhǔn)測(cè)量有助于提高解的強(qiáng)度。第二，速度和速度差觀測(cè)值易于參入平差，由驗(yàn)潮記錄推斷的速度

29、和由成對(duì)的湖第二，速度和速度差觀測(cè)值易于參入平差，由驗(yàn)潮記錄推斷的速度和由成對(duì)的湖泊水位站記錄計(jì)算的速度差，可以分別作為加權(quán)參數(shù)和系數(shù)差參入平差。泊水位站記錄計(jì)算的速度差，可以分別作為加權(quán)參數(shù)和系數(shù)差參入平差。第三，由求解結(jié)果，可以得出一些選定的點(diǎn)在時(shí)刻的第三，由求解結(jié)果，可以得出一些選定的點(diǎn)在時(shí)刻的t t0 0高程。高程。第四，每一點(diǎn)的多項(xiàng)式可以有各自的次數(shù)，根據(jù)常識(shí)和不同日期多余觀測(cè)的次數(shù)第四，每一點(diǎn)的多項(xiàng)式可以有各自的次數(shù)，根據(jù)常識(shí)和不同日期多余觀測(cè)的次數(shù)來判斷。來判斷。 tit,1202a iivaatt5) 速度面的多項(xiàng)式模型速度面的多項(xiàng)式模型 00 ,ttyxvhhiaaaia 2

30、43210,aaaaaaaxcyxcycxccyxv監(jiān)測(cè)區(qū)中任一點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)中任一點(diǎn)A在時(shí)刻在時(shí)刻ti的高程表示為的高程表示為 由平差求定的未知數(shù)是每一點(diǎn)在時(shí)刻由平差求定的未知數(shù)是每一點(diǎn)在時(shí)刻t0的高程以及定義速度面的高程以及定義速度面v(x，y)的系數(shù)的系數(shù)( , k1，2，3，m)。 kC這一模型兼有模型這一模型兼有模型3和和4的主要優(yōu)點(diǎn)的主要優(yōu)點(diǎn). .所平差的量是高差，而不是速度差；因所平差的量是高差，而不是速度差；因此，無需將水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)值換算為速度差。此，無需將水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)值換算為速度差。 模型模型4 4和和5 5兩者之間的選擇，取決于重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量的布局以及對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)運(yùn)動(dòng)兩者之間的選擇，取

31、決于重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量的布局以及對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)運(yùn)動(dòng)型式的事先了解。一般模型型式的事先了解。一般模型4 4更為敏感，但它要求重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量之間必須更為敏感，但它要求重復(fù)水準(zhǔn)測(cè)量之間必須彼此聯(lián)系；否則，每一獨(dú)立的分網(wǎng)必須設(shè)定自己的起始高程和速度。彼此聯(lián)系；否則，每一獨(dú)立的分網(wǎng)必須設(shè)定自己的起始高程和速度。 6) 多面函數(shù)法模型多面函數(shù)法模型由于地殼運(yùn)動(dòng)的空間變化通常很復(fù)雜，采用一般的函數(shù)模型達(dá)不由于地殼運(yùn)動(dòng)的空間變化通常很復(fù)雜，采用一般的函數(shù)模型達(dá)不到比較好的擬合效果，到比較好的擬合效果，20世紀(jì)世紀(jì)70年代初美國年代初美國Hardy教授提出了多教授提出了多面函數(shù)擬合法，并用于地殼運(yùn)動(dòng)曲面的擬合。面函數(shù)擬合法，

32、并用于地殼運(yùn)動(dòng)曲面的擬合。 多面函數(shù)擬合曲面的理論基礎(chǔ)是，任何一個(gè)圓滑的數(shù)學(xué)表面總可多面函數(shù)擬合曲面的理論基礎(chǔ)是，任何一個(gè)圓滑的數(shù)學(xué)表面總可以用一系列有規(guī)則的數(shù)學(xué)表面的總和以任意精度逼近。以用一系列有規(guī)則的數(shù)學(xué)表面的總和以任意精度逼近。 式中式中 是待定系數(shù)，是待定系數(shù)， 為核函數(shù)為核函數(shù) ， 是是核函數(shù)核函數(shù)中心點(diǎn)中心點(diǎn)( (結(jié)點(diǎn)）的坐標(biāo)，結(jié)點(diǎn)）的坐標(biāo)， 是是平滑因子，一般應(yīng)大于零，其作用是改變核函數(shù)的平滑因子，一般應(yīng)大于零，其作用是改變核函數(shù)的性狀，性狀， 值越大，核函數(shù)越平緩，反之則越陡峭，值越大，核函數(shù)越平緩，反之則越陡峭，m是核函數(shù)個(gè)數(shù)，是核函數(shù)個(gè)數(shù)，k是一是一個(gè)可供選擇的非零實(shí)數(shù)，

33、個(gè)可供選擇的非零實(shí)數(shù)，k一般取一般取1/2或或-1/2。 jcjjyx ,假設(shè)地面的垂直運(yùn)動(dòng)在空間上是連續(xù)的，地面點(diǎn)垂直運(yùn)動(dòng)速率的連續(xù)分假設(shè)地面的垂直運(yùn)動(dòng)在空間上是連續(xù)的，地面點(diǎn)垂直運(yùn)動(dòng)速率的連續(xù)分布構(gòu)成了垂直運(yùn)動(dòng)速率曲面。地面任一點(diǎn)的垂直運(yùn)動(dòng)速率（高程變化速布構(gòu)成了垂直運(yùn)動(dòng)速率曲面。地面任一點(diǎn)的垂直運(yùn)動(dòng)速率（高程變化速度）可表示為度）可表示為 kmjjajamjjaajjaayyxxcyxQcyxv1221),(,),(aajyxQ核函數(shù)中心點(diǎn)的不同分布對(duì)擬合和插值精度都有很大的影響，研究表明核函數(shù)中心點(diǎn)應(yīng)核函數(shù)中心點(diǎn)的不同分布對(duì)擬合和插值精度都有很大的影響，研究表明核函數(shù)中心點(diǎn)應(yīng)盡可能相對(duì)

34、均勻地覆蓋整個(gè)研究區(qū)域，尤其是水準(zhǔn)點(diǎn)密集之處應(yīng)更大比例地減少核函數(shù)盡可能相對(duì)均勻地覆蓋整個(gè)研究區(qū)域，尤其是水準(zhǔn)點(diǎn)密集之處應(yīng)更大比例地減少核函數(shù)中心點(diǎn)，這樣一般能夠達(dá)到比較滿意的擬合效果。中心點(diǎn)，這樣一般能夠達(dá)到比較滿意的擬合效果。由于多面函數(shù)擬合可以根據(jù)實(shí)際觀測(cè)由于多面函數(shù)擬合可以根據(jù)實(shí)際觀測(cè)點(diǎn)分布和速率值的空間變化特征來合理地進(jìn)行核函數(shù)數(shù)目、中心點(diǎn)的位置配置，因而多點(diǎn)分布和速率值的空間變化特征來合理地進(jìn)行核函數(shù)數(shù)目、中心點(diǎn)的位置配置，因而多面函數(shù)擬合可以達(dá)到一般曲面擬合難以達(dá)到的擬合效果。面函數(shù)擬合可以達(dá)到一般曲面擬合難以達(dá)到的擬合效果。 7) 擴(kuò)展模型擴(kuò)展模型 a a、考慮地殼的間歇性或非

35、線性運(yùn)動(dòng)考慮地殼的間歇性或非線性運(yùn)動(dòng),001,( , , ,)na iaaaijaajjjjjhhv x yttu x y x y t dn是地震或間歇的次數(shù)，是地震或間歇的次數(shù)，tj是它們發(fā)生的時(shí)刻，是它們發(fā)生的時(shí)刻，dj是地震深度，采取與是地震深度，采取與(x，y)相同的單位，相同的單位，( )是這些事件發(fā)生地點(diǎn)的坐標(biāo)。當(dāng)間歇性高程變是這些事件發(fā)生地點(diǎn)的坐標(biāo)。當(dāng)間歇性高程變化隨著離開事件發(fā)生地點(diǎn)的距離而逐漸減小時(shí)，式中函數(shù)化隨著離開事件發(fā)生地點(diǎn)的距離而逐漸減小時(shí)，式中函數(shù)u的合理選擇的合理選擇是是 若若 titj ( , , ,)0jjjju x y xy td1/22221njjjjju

36、axxyyd,jjxy b b、考慮特定地塊的垂直運(yùn)動(dòng)考慮特定地塊的垂直運(yùn)動(dòng)( (這種運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是斷層線上運(yùn)動(dòng)不連續(xù)這種運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是斷層線上運(yùn)動(dòng)不連續(xù)) ) 地塊地塊P P上一點(diǎn)上一點(diǎn)A A在時(shí)刻在時(shí)刻t tj j的高程表示為：的高程表示為： 其中其中v vp p 描述地塊描述地塊P P的速度面的速度面。A A點(diǎn)和點(diǎn)和地塊地塊Q Q上的上的B B點(diǎn)之間的高差為點(diǎn)之間的高差為這一模型的基本思想是：每一點(diǎn)都位于一地塊上，每一地塊都有自這一模型的基本思想是：每一點(diǎn)都位于一地塊上，每一地塊都有自己的速度面。上述方程可以己的速度面。上述方程可以增加一些項(xiàng)增加一些項(xiàng)，以考慮，以考慮發(fā)生在地塊內(nèi)的間發(fā)生在地

37、塊內(nèi)的間歇性或非線性垂直運(yùn)動(dòng)。歇性或非線性垂直運(yùn)動(dòng)。,00,a iapaaihhvxytt ,00,b a ia iaQbbpaaihhhvxyvxytt理想的平差模型理想的平差模型應(yīng)當(dāng)是，既有充分的靈活性，又可以如實(shí)地描述任何應(yīng)當(dāng)是，既有充分的靈活性，又可以如實(shí)地描述任何類型的地殼垂直運(yùn)動(dòng)。靈活性的運(yùn)用要力求慎重，適度而止。這種適類型的地殼垂直運(yùn)動(dòng)。靈活性的運(yùn)用要力求慎重，適度而止。這種適度應(yīng)當(dāng)是在考慮了監(jiān)測(cè)區(qū)的地震活動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造和工程建設(shè)活動(dòng)之后度應(yīng)當(dāng)是在考慮了監(jiān)測(cè)區(qū)的地震活動(dòng)、地質(zhì)構(gòu)造和工程建設(shè)活動(dòng)之后所認(rèn)可的。所認(rèn)可的。 擴(kuò)展模型的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展模型的優(yōu)點(diǎn)：具有很強(qiáng)的靈活性，可以解出地塊運(yùn)動(dòng)

38、、間歇性具有很強(qiáng)的靈活性，可以解出地塊運(yùn)動(dòng)、間歇性 運(yùn)動(dòng)和加速度運(yùn)動(dòng)和加速度 擴(kuò)展模型的缺點(diǎn)擴(kuò)展模型的缺點(diǎn)：差不多任何一種粗差或系統(tǒng)誤差都可能混同為地差不多任何一種粗差或系統(tǒng)誤差都可能混同為地 殼運(yùn)動(dòng)殼運(yùn)動(dòng)全國水準(zhǔn)網(wǎng)資料平差和垂直形變速率圖全國水準(zhǔn)網(wǎng)資料平差和垂直形變速率圖 A A、平差中著重考慮了下述幾個(gè)因素、平差中著重考慮了下述幾個(gè)因素：（1 1）地殼運(yùn)動(dòng)的方式。地殼是在不斷運(yùn)動(dòng)的，在大多數(shù)地區(qū)，這種運(yùn)動(dòng)）地殼運(yùn)動(dòng)的方式。地殼是在不斷運(yùn)動(dòng)的，在大多數(shù)地區(qū)，這種運(yùn)動(dòng)是緩慢的，在不太長的時(shí)期（幾年到幾十年）內(nèi)，可以看作是時(shí)間的線性是緩慢的，在不太長的時(shí)期（幾年到幾十年）內(nèi)，可以看作是時(shí)間的線性函數(shù)。而在某些特定地區(qū)，運(yùn)動(dòng)方式比較復(fù)雜，甚至出現(xiàn)由于地震等原因函數(shù)。而在某些特定地區(qū)，運(yùn)動(dòng)方式比較復(fù)雜，甚至出現(xiàn)由于地震等原因造成的突變。造成的突