GNSS技術(shù)與地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)淺議

劉作華 陳傳華 朱飛

【摘 要】GNSS技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等方面具有非常良好的應(yīng)用空間。本文從GNSS技術(shù)的原理和在地震監(jiān)測(cè)中的意義出發(fā)，以GNSS觀測(cè)的地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行解算和分析，對(duì)GNSS技術(shù)在地殼速度場(chǎng)分析、水平應(yīng)變速率計(jì)算、地殼垂直升降研究以及斷層活動(dòng)分析等在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，GNSS在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)方面具有較好的效果。

【關(guān)鍵詞】GNSS 地震 監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)

隨著科技的發(fā)展，許多新的高科技技術(shù)也應(yīng)用到了地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)上，為我們的地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作提供了更為廣闊的平臺(tái)。由中國(guó)地震局牽頭聯(lián)合中國(guó)氣象局、科技部、國(guó)土資源部、教育部及總參測(cè)繪局共同建設(shè)的中國(guó)大陸構(gòu)造運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（即GNSS）為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作提供了一個(gè)新的手段。GNSS（Global Navigation Satellite System）是全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱， 它是一個(gè)多系統(tǒng)、多層面、多模式的復(fù)雜組合系統(tǒng)，常用于大面積水平形變場(chǎng)、地震帶形變反常和斷層形跡觀測(cè)與研究。

近年來(lái)GNSS觀測(cè)技術(shù)，在地震預(yù)報(bào)探索方面取得了很大的進(jìn)步。本文基于GNSS技術(shù)的原理和地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的意義，探索研究其在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。

1 GNSS技術(shù)

GNSS技術(shù)包括差分定位技術(shù)、精密定位技術(shù)、GNSS-R技術(shù)、GNSS掩星技術(shù)、組合導(dǎo)航技術(shù)和嵌入式技術(shù)等。GNSS技術(shù)具有全天候、全覆蓋、穿透性強(qiáng)、精度高和觀測(cè)方便等特點(diǎn)。

“十五”和“十一五”期間，“陸網(wǎng)態(tài)一期”工程在地震預(yù)報(bào)等方面取得了重要的成果。借鑒這期間的重要成果資料，現(xiàn)階段將進(jìn)一步開展“陸態(tài)網(wǎng)二期”工程的建設(shè)。因此有效地利用這些觀測(cè)的資料對(duì)地震活動(dòng)作系統(tǒng)地研究具有非常重要的研究意義和實(shí)用意義。本文以現(xiàn)有的GNSS觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，分析中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)與地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的關(guān)系。

2 GNSS在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

“中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)”開始運(yùn)行以來(lái)，目前已經(jīng)積累了大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)，GNSS觀測(cè)的地震數(shù)據(jù)資料可以作為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的研究基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)解算

通過(guò)解算地殼形變數(shù)據(jù)可以獲取地殼形變的空間序列和時(shí)間序列，從而得到地震前兆信息，以便進(jìn)一步達(dá)到地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的目的。GNSS數(shù)據(jù)處理使用GAMIT/GLOBK軟件，采用IGS解釋數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合平差，平差結(jié)果歸算到ITRF2000框架下。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

由于數(shù)據(jù)解算過(guò)程非常復(fù)雜，解算結(jié)果或多或少會(huì)受到許多干擾因素的影響，為了提高信噪比，方便提取地殼運(yùn)動(dòng)中真實(shí)的信息，還需要對(duì)解算后的數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)處理，處理方法包括：滑動(dòng)均值處理；扣除地殼介質(zhì)存在橫向不均勻性變化的區(qū)域；計(jì)算地殼運(yùn)動(dòng)速度等。

3 地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)應(yīng)用

（1）通GNSS觀測(cè)，高精度地研究板塊運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)的變化，能幫助人們認(rèn)識(shí)大陸構(gòu)造變形與強(qiáng)震關(guān)系。從圖1a可以看出中國(guó)大陸板塊運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向主要為順時(shí)針，東慢西快，青藏高原與揚(yáng)子板塊交界入運(yùn)動(dòng)速度場(chǎng)密度，是地震高發(fā)區(qū)。

（2）通過(guò)GNSS觀測(cè)地殼水平應(yīng)變速率，研究膨脹或壓縮及應(yīng)變集中區(qū)域，對(duì)研究應(yīng)變積累過(guò)程有重要意義。從圖1b可以看出，東部地區(qū)應(yīng)力相對(duì)較弱，西部（主要包括青藏高原、四川盆地和云貴高原）應(yīng)力強(qiáng)。

（3）通過(guò)GNSS觀測(cè)地殼的垂直運(yùn)動(dòng)，觀察上升或下降趨勢(shì)與過(guò)程，對(duì)研究地震孕育有幫助。根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)可知，GNSS觀測(cè)的數(shù)據(jù)在垂直向位移存在一定的規(guī)律分布，青藏高原板塊邊界、華北、內(nèi)蒙等地方垂直運(yùn)動(dòng)明顯。

（4）為更好地分析地層內(nèi)部運(yùn)動(dòng)特征，將基準(zhǔn)站站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列進(jìn)行線性趨勢(shì)化處理，去除各站點(diǎn)水平方向共性運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，從而得到位移殘差曲線。分析殘差曲線，可以分析站點(diǎn)在東西南北向有同震位移情況，研究地殼運(yùn)動(dòng)情況，為地震監(jiān)測(cè)提供有效數(shù)據(jù)。

（5）GNSS觀測(cè)和水準(zhǔn)測(cè)量一樣，測(cè)定斷層的活動(dòng)速率，可反映現(xiàn)在斷層的活動(dòng)水平，使我們發(fā)現(xiàn)容易發(fā)生地震的閉鎖段。GNSS測(cè)量斷層滑動(dòng)速率的變化及斷層遠(yuǎn)近場(chǎng)差異運(yùn)動(dòng)，對(duì)認(rèn)識(shí)斷層的活動(dòng)性及地震發(fā)生周期具有重要意義。通過(guò)GNSS矢量位移場(chǎng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)的參考基準(zhǔn)后，可以將位移場(chǎng)矢量分解成斷層走向分量與斷層垂向分量之和，然后繪制相應(yīng)的GNSS分矢量圖，易于直觀判定斷層活動(dòng)的大小和性質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

GNSS技術(shù)是一項(xiàng)非常前沿的領(lǐng)域，在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等方面具有非常廣闊的應(yīng)用空間。本文以GNSS技術(shù)的原理以及在地震監(jiān)測(cè)中的意義出發(fā)，以GNSS觀測(cè)的地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用處理解算后的數(shù)據(jù)分析其在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。結(jié)果表明GNSS技術(shù)在地殼速度場(chǎng)分析、水平應(yīng)變速率計(jì)算、地殼垂直升降研究以及斷層活動(dòng)水平等方面具有良好的應(yīng)用空間。

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