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蚁群算法反演断层三维滑动速率

作　者: 刘宁
导　师: 张永志
学　校: 长安大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 断层大地测量反演位错模型蚁群算法三维滑动速率
分类号: P22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

利用地面大地测量数据反演大断裂的滑动速率等动态参数,从而通过地面观测到的地表变形来认识断层滑动的动力过程,探讨地壳运动与地震关系,进行地震、地质灾害的预测预报,具有重要的科学意义。本文将三种大地测量观测数据(GPS、水准、重力变化)与位错模型结合起来,并引入一种新的优化算法—蚁群算法反演计算断层的三维滑动速率,给出位错模式的蚁群算法反演断层参数的基本思路,结合河西地区的祁连山北缘断层、龙首山断层、皇城-塔儿庄断层进行了具体的反演研究。主要工作和取得的结论概括如下:1.详细介绍了大地测量反演、位错模型理论、蚁群算法的研究现状和基本原理,为本文开展研究工作提供理论基础。2.给出了利用单一数据(GPS、水准、重力变化)反演断层滑动参数的计算模型(目标函数),针对断层待反演参数的特点,探讨了利用搜素空间离散化的方法将其进行离散,并利用蚁群算法求解经典TSP问题与断层滑动参数反演问题的相似性,对蚁群算法进行改进,从而建立了位错模式蚁群算法反演断层参数的基本方法。3.利用位错理论通过纯走滑断层正演得到地表重力变化值,在此计算结果上人为地加上一定的扰动误差来模拟真实的重力变化实测值,以本文所述的基本思路,利用蚁群算法反演计算断层的三维滑动速率,同时也利用传统的反演方法—蒙特卡洛法进行对比计算分析,结果表明:蚁群算法结合位错模型在断层参数反演中有较好的可行性和有效性,并且其反演结果优于蒙特卡洛法反演所得结果。4.河西地区位于青藏块体东北缘,是中国大陆地壳运动最强烈、地震活动频度最高、强度最大的地区之一;本文所选的祁连山北缘断层、龙首山断层、皇城-塔儿庄断层是该地区现今仍在活动的三条断层,论文以这三条断层为应用实例,根据地质资料确定断层的几何参数,利用河西地区1999～2001年观测的GPS数据、1995～2000年观测的水准数据和2002～2003年观测的重力变化数据,分别对三条断层的滑动速率采用蚁群算法结合位错模型进行单一数据的反演计算,结果表明:单一数据蚁群算法反演的结果在断层运动性质上与构造地质基本一致,在三维滑动速率的数值上与地质方法所得结果有一定的差异。5.研究了蚁群算法在两种数据联合反演断层滑动速率中的应用;通过采用两种方案:常规定权法和顾及权比确定法分别对上述三条断层进行联合反演计算,并把两种方案的反演效果进行了比较分析,定量说明了在粗略的先验信息下,常规定权使得权比例因子λ的取值存在较大的主观性,断层滑动速率的反演结果偏差较大;顾及权比确定法进行反演定权能使不同种观测数据匹配更合理,从而得到较满意的反演结果。

蚁群算法反演断层三维滑动速率

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