论文题目: 大地测量联合反演的模式及算法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体地球物理学
作者: 李爽
导师: 许才军,王新洲
关键词: 大地测量反演,联合反演,区间算法,位错模式
文献来源: 武汉大学
发表年度: 2005
论文摘要: 大地测量反演问题是大地测量学科深入地学研究领域的核心问题之一,是利用地球表面观测到的形变资料推测地球内部介质物理状态的空间变化及演化的一个分支,它与地震学、地球物理学等学科的结合,在研究地球动力学和地球物理的深部结构细节、地球内部动力过程和物性特征等方面不仅具有理论意义,而且具有实用价值,已受到国内外学者的高度重视。特别是由大地测量所得的地壳形变与地震之间存在着某种形式的必然联系,利用震间和震前的形变测量,了解孕震过程,研究孕震模式,进而预测预报地震的发生,是大地测量反演的一个主要内容。位错理论就是研究震源机制的一个常用模式。 论文系统地讨论了大地测量反演的位错理论,研究了基于位错模式的多类数据的联合反演问题,进行了多种常用反演算法的比较分析,着重研究了区间算法,采用区间模拟退火法,进行了近震定位试验,并利用重力和GPS数据联合反演了川西地区的断层参数。 论文的具体研究工作和主要创新点包括以下几个部分: 1.位错模型的研究 论文系统总结了由于断层运动产生的位移、应变、应斜、重力的变化,以及地壳内部形变,并改正了文献中原有位错模型的偏导数中的不正确部分,为最小二乘等以求导为手段的反演研究做出了贡献,完善了位错理论。 2.联合反演模式的研究 多类数据的联合反演是本文研究的核心内容之一。广泛进行的地壳运动和变形的监测,可获得丰富的高质量的地表形变信息数据,包括GPS、水准测量、重力测量以及合成孔径雷达干涉测量(InSAR)的监测数据。实际上,地壳运动和地形变监测数据是地球内部动力过程地表力学响应的输出信号,这种响应是由地下介质的物理特性激发的。虽然各种响应互不相同,但由这些响应推断的地下介质是相同的。因此,联合反演是大地测量数据进行地球物理解释的理想工具。 论文提出采用附有相对权比确定的多类数据的联合反演。在位错模式下,通过模拟的GPS、水准和重力数据,研究了附有相对权比确定的采用GPS和水准、GPS和重力、水准和重力以及这三类数据共同参与的三维位错模式的联合反演问题。在反演区域或局部水平速度场方面,给出了兼顾权比确定的大地测量、地震和地质(第四纪断层滑动速率)三种数据的联合反演模式。 3.反演算法的研究 联合反演算法的研究是本文的另一个核心内容。反演最终归结为求目标函数的最小值,从数学角度上看是一个优化问题,传统的方法如最小二乘法和附有先验信息的贝叶斯法等,需要计算模型的偏导数,但通常来说,大地测量和地球物理模型是强烈非线性的,参数的偏导数非常复杂,甚至一些参数的偏导数很难得到。因此,近年来,无需计算模型偏导数的优化方法得到了广泛的运用。 在反演算法优缺点方面,论文比较了蒙特卡罗法、遗传算法、模拟退火法、随机耗费法和
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究意义
1.2 国内外研究综述
1.3 论文的主要研究内容
第二章 反演的基本理论
2.1 引言
2.2 一般反演理论
2.2.1 理论模型
2.2.2 几何模型
2.3 位错模式理论
2.3.1 位错引起的位移、应变和应斜
2.3.2 位错引起的重力变化
2.3.3 位错引起的内部形变
2.3.4 对位错模型偏导数的改正
2.4 本章小结
第三章 联合反演模式研究
3.1 引言
3.2 用GPS和水准数据联合反演断层参数
3.2.1 用GPS和水准数据联合反演的模拟计算
3.2.2 顾及权比确定的GPS和水准数据联合反演
3.3 用GPS和重力数据联合反演断层参数
3.3.1 重力数据的模拟计算
3.3.2 顾及权比确定的GPS和重力数据联合反演
3.4 用水准和重力数据联合反演断层参数
3.5 用GPS、重力和水准数据联合反演断层参数
3.6 地震、地质和大地测量三类数据的联合反演模式
3.6.1 连续速度场的参数化
3.6.2 用地震矩张量反演地壳运动水平速度场
3.6.3 用地质数据反演地壳运动水平速度场
3.6.4 地震、地质和大地测量数据的联合反演
3.7 本章小结
第四章 联合反演的算法研究
4.1 引言
4.2 几种常用的优化算法
4.2.1 蒙特卡罗法(Monte Carlo Method)
4.2.2 随机耗费法(Random Cost)
4.2.3 模拟退火法(Simulated Annealing method)
4.2.4 遗传算法(Genetic Algorithm)
4.3 全局最优算法——区间算法(IA)
4.3.1 采用区间算法的原因
4.3.2 基本区间运算准则
4.3.3 区间运算的扩展
4.3.4 相关概念
4.3.5 区间牛顿法的一种改进
4.3.6 区间算法的应用
4.4 各算法比较分析
4.4.1 随机耗费法(RC)的反演结果
4.4.2 模拟退火法(SA)的反演结果
4.4.3 遗传(GA)算法的反演结果
4.4.4 区间算法(IA)的反演结果
4.5 本章小结
第五章 区间算法在地震定位中的应用
5.1 引言
5.2 坐标变换
5.3 近震的初步定位
5.4 台站数据的检查
5.5 经典修定法
5.6 区间模拟退火法的地震定位原理
5.7 试探法求近震震源深度
5.8 应用实例
5.8.1观测数据和台站数据
5.8.2 经典定位法
5.8.3 区间模拟退火法(IA-SA)定位
5.9 本章小节
第六章 联合反演的实现
6.1 川西地质构造背景
6.2 GPS数据的反演
6.2.1 数据源
6.2.2 原理
6.2.3 反演及其结果分析
6.3 重力数据的反演
6.4 GPS和重力的联合反演
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要研究成果及创新点
7.2 研究展望
参考文献
攻读博士学位期间的科研工作
后记
发布时间: 2006-03-27
参考文献
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- [3].青藏高原中东部地区的现今地壳形变研究[D]. 丁开华.武汉大学2010
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