区域地壳运动模型实现的理论与方法研究
地壳运动研究是对地球表面变形特征、产生原因及形成机制进行定量研究的一个重要地学领域，而区域地壳运动的模型描述一直是地学界研究的重点。现代大地测量技术的广泛应用使我们获得了丰富的、高质量的地表形变信息数据，如何寻求高精度、可靠的数据处理方法，合理、有效地利用这些数据，并通过合适的背景场对数据处理结果进行合理地分析，成为地壳形变研究领域的重要问题。本文以区域地壳运动模型的建立为中心，着重围绕模型建立与实现的相关问题进行了研究和探讨。
1.对区域地壳运动研究中常用的函数模型进行了对比分析。针对观测数据中难以避免的异常数据对模型解算的影响，本文提出基于高崩溃污染率抗差估计的相对稳定点组判别法，该方法通过对异常观测信息赋以O权或降低权值，在模型参数解算的同时，抵制其对参数估值的影响。
2.对函数模型拟合和统计模型逼近方法进行了比较分析，并将二者有机的结合起来，构建了形变分析的函数模型与统计模型统一逼近法。该方法利用合适的函数模型控制区域整体趋势性变形，再利用统计逼近的方法对函数模型拟合残差（其中包含区域内局部的、随机的变形信息）进行补偿，充分利用函数模型拟合的规律性和统计模型逼近的灵活性。在具体应用方面，构建了基于随机模型验后自适应估计的形变分析拟合推估模型，应用抗差估计法调整观测向量权阵偏差，应用方差分量估计调整观测值与随机信号先验方差.协方差阵之间的不协调问题，平衡观测信息与随机信号对拟合推估解的贡献。另外，还提出函数模型逼近与克里金统计逼近的综合形变参数估计法对区域整体运动趋势及局部随机的不规则变形进行全面逼近，以望合理的反映区域地壳运动的实际特征。
3.针对大尺度、地壳运动复杂的形变场中往往由于小断层或隐伏断层存在而导致形变的连续介质中产生非连续面，提出了地壳断层诊断与分块体形变拟合推估法。该方法首先利用已有地质资料对研究区域进行概略划分；然后估计各个区域的形变参数，并建立形变参数的置信区间；通过对断层附近分界不明的点进行判别检验来确定由断层分割的不同块体的边界；对分界明确的各区域再次建立拟合推估模型。该模型顾及了由断层分割的不同块体间不同的运动趋势，能更好地吻合区域的断裂构造与块体运动差异，并能发现隐伏断层及其分布。
4.在综合利用地球物理资料和大地测量观测资料方面，提出了利用地球物理模型与大地测量观测信息的形变综合逼近法。该方法将现今较为成熟的地球物理模型信息与空间大地测量技术(GPS)得到的速度场有效的融合起来，充分、合理地应用两类数据中的有用信息，形成统一的、既有物理意义、又有很好的现实性的地壳运动速度场。为解决地球物理模型信息和几何观测信息之间内部精度和外部可靠性的不一致性问题，本文依据自适应滤波的思想，构造了自适应贝叶斯估计模型，通过抗差估计和自适应因子平衡两类形变信息的贡献，使它们的精度之间尽可能协调一致。
5.研究了随机优化法和贝叶斯估计的联合算法在非线性模型解算中的应用。针对先验信息难免失真这一情况，探讨了基于稳健轮回搜索的贝叶斯法及其在先验信息随机模型修正中的应用。还探讨了粒子群优化法在地壳形变分析中的应用，针对传统贝叶斯法在非线性模型解算时存在的对初值选取要求严格，计算过程易发散等缺点，本文在先验参数信息不明确或无先验信息的情况下先利用粒子群优化算法给出较为接近的未知参数估值，以此作为贝叶斯方法的先验参数求解模型参数的最优无偏估计值。
地壳运动;函数模型;参数估值;不规则变形;拟合推估法;形变综合逼近法
长安大学
博士
大地测量学与测量工程
杨元喜;张勤
2011
中文
P542
145
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）