利用GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)分析尼泊爾地震對(duì)珠峰地區(qū)及周邊影響

王小瑞,黨引群,高新妍,李康

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心,西安 710054)

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利用GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)分析尼泊爾地震對(duì)珠峰地區(qū)及周邊影響

王小瑞,黨引群,高新妍,李康

(國(guó)家測(cè)繪地理信息局大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理中心,西安 710054)

通過(guò)收集相關(guān)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在尼泊爾地震前后的數(shù)據(jù),采用統(tǒng)一的模式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,將震前與震后的形變監(jiān)測(cè)成果歸算到ITRF2008參考框架和2015.315(2015年4月25日)歷元,計(jì)算得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的平面變化和高程變化,對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的形變進(jìn)行分析,得出2005年5月至2015年5月之間,珠峰地區(qū)地形變化的情況。

尼泊爾地震;形變監(jiān)測(cè);參考框架

0　引　言

2015年4月25日14時(shí)11分,在尼泊爾(北緯28.2°,東經(jīng)84.7°)發(fā)生8.1級(jí)地震,震源深度20 km.震中位于博克拉,最大烈度為X度,重烈度區(qū)從震中向東延伸。中國(guó)與尼泊爾毗鄰的西藏自治區(qū)日喀則市聶拉木縣、定日縣、吉隆縣震感非常強(qiáng)烈。

地震的直接動(dòng)力學(xué)成因是印度板塊與歐亞板塊沿北北東走向以45 mm/a的速度匯聚,造成喜馬拉雅山脈的隆起。印度板塊向北俯沖在歐亞板塊之下,導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度低于應(yīng)力的強(qiáng)度,產(chǎn)生逆沖斷裂,并在破裂的過(guò)程中釋放巨大的能量。這種板塊匯聚對(duì)整個(gè)亞洲的地質(zhì)構(gòu)造格局都有很大影響,可能造成中國(guó)、尼泊爾邊境山體的不穩(wěn)定[1-3]。震中距珠穆朗瑪峰(簡(jiǎn)稱珠峰)約241 km,地震波及珠峰,珠峰發(fā)生大型雪崩。

2015年4月25日14時(shí)11分,在尼泊爾(北緯28.2°,東經(jīng)84.7°)發(fā)生的8.1級(jí)地震(文中稱震中1);2015年5月12日15時(shí)05分,在尼泊爾(北緯27.8°,東經(jīng)86.1°)發(fā)生的7.5級(jí)地震,震源深度10 km(文中稱震中2).

本文針對(duì)尼泊爾地震對(duì)珠峰地區(qū)及周邊的影響進(jìn)行分析和研究。

1　監(jiān)測(cè)網(wǎng)及布測(cè)情況

監(jiān)測(cè)網(wǎng)由中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱陸態(tài)網(wǎng))[5]、“2005珠穆朗瑪峰高程測(cè)量GPS網(wǎng)”、2015年珠穆朗瑪峰監(jiān)測(cè)網(wǎng)構(gòu)成,如圖1所示,其中2005珠穆朗瑪峰高程測(cè)量GPS網(wǎng)與2015年珠穆朗瑪峰監(jiān)測(cè)網(wǎng)重合的點(diǎn)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

1.1震前資料情況

為了分析研究尼泊爾地震對(duì)珠峰地區(qū)及周邊的影響,收集了震前陸態(tài)網(wǎng)、“2005珠穆朗瑪峰高程測(cè)量GPS網(wǎng)”的觀測(cè)資料。

1) 中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

陸態(tài)網(wǎng)在西藏地區(qū)有13個(gè)站,如圖1所示,距離地震受災(zāi)地區(qū)較近的點(diǎn)有6個(gè):LHAZ(拉薩)、XZBG(普蘭縣)、XZZB(仲巴縣)、XZAR(昂仁縣)、XZRK(日喀則市)、XZZF(定日縣)。選取這13個(gè)點(diǎn)2015年4月10日-4月24日(day 100～114),共計(jì)15天的觀測(cè)數(shù)據(jù),每天觀測(cè)24 h.

2) 2005珠穆朗瑪峰高程測(cè)量GPS網(wǎng)

采用“2005珠穆朗瑪峰高程測(cè)量GPS網(wǎng)”項(xiàng)目的外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)用于震前內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及分析。

選取2005年4月7日-6月4日(day 2005 097～155)觀測(cè)的10個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),其中監(jiān)測(cè)網(wǎng)3個(gè)點(diǎn),點(diǎn)號(hào)為0018、0029、0030,控制網(wǎng)7個(gè)點(diǎn),點(diǎn)號(hào)為J030、0035、0037、0038、0049、0052、0053.監(jiān)測(cè)網(wǎng)觀測(cè)2個(gè)時(shí)段,每時(shí)段為24 h,控制網(wǎng)觀測(cè)1～3個(gè)時(shí)段,每時(shí)段為8 h.

圖1　陸態(tài)網(wǎng)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布

1.2震后資料情況

1) 中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

選取前述陸態(tài)網(wǎng)13個(gè)點(diǎn)2015年4月26日-5月11日(day 116-131)16天的觀測(cè)數(shù)據(jù)、5月13日～5月18日(day 133-138) 6天的觀測(cè)數(shù)據(jù),共計(jì)22天的觀測(cè)數(shù)據(jù),每天觀測(cè)24 h.

2) 2015珠峰監(jiān)測(cè)網(wǎng)

根據(jù)已收集到的震前觀測(cè)資料情況,國(guó)家測(cè)繪地理信息局組織相關(guān)部門對(duì)珠峰地區(qū)的大地控制點(diǎn)于2015年5月10日-13日進(jìn)行了野外觀測(cè)。在珠峰地區(qū)選取了6個(gè)點(diǎn),控制點(diǎn)4個(gè),點(diǎn)號(hào)為0018、0029、0037、0038;交會(huì)點(diǎn)2個(gè),點(diǎn)號(hào)為0049、0052.控制點(diǎn)觀測(cè)3個(gè)時(shí)段,每時(shí)段為24 h,交會(huì)點(diǎn)觀測(cè)1個(gè)時(shí)段,每時(shí)段為8 h.

2　數(shù)據(jù)處理方案與框架點(diǎn)

2.1數(shù)據(jù)處理方案

利用震前和震后兩期觀測(cè)數(shù)據(jù),采用同一參考框架與歷元和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理模式,計(jì)算兩期監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)成果之差,得到監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位錯(cuò),以此研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)的形變問(wèn)題,進(jìn)一步分析尼泊爾地震對(duì)珠峰地區(qū)的影響[4，6-7]。

數(shù)據(jù)處理采用GAMIT/GLOBK軟件,利用國(guó)際GPS服務(wù)跟蹤(IGS)精密星歷,估計(jì)衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、電離層與對(duì)流層延遲、測(cè)站固體潮汐、衛(wèi)星與接收機(jī)天線相位中心偏差等各項(xiàng)改正,以中國(guó)及周邊地區(qū)IGS站為框架點(diǎn),估計(jì)其坐標(biāo)和速度場(chǎng),選擇ITRF2008參考框架[4-7]和2015.315(2015年4月25日,DOY 115)參考?xì)v元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

主要參數(shù)設(shè)置:

衛(wèi)星軌道:IGS精密星歷,且固定;衛(wèi)星截止高度角:10 °;數(shù)據(jù)采樣間隔:30 s或15 s;對(duì)流層改正模型:采用Saastamoinen模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)氣象改正;觀測(cè)值:采用消除電離層后的組合觀測(cè)值;數(shù)據(jù)解算模式:周跳自動(dòng)修復(fù)技術(shù);固體潮模型:IERS2003;海潮模型:FES2004;天頂延遲改正模型:VMF1;天頂延遲參數(shù)個(gè)數(shù):13;坐標(biāo)約束:GPS連續(xù)運(yùn)行站給予2～3個(gè)中間誤差的約束[4，6-10]。

2.2選取框架點(diǎn)

珠峰周邊形變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵是選擇穩(wěn)定的基準(zhǔn)站。為此分析了珠峰周邊地區(qū)的全球IGS站數(shù)據(jù),最后選取俄羅斯(IRKJ)、吉爾吉斯斯坦(POL2)、烏茲別克斯坦(KIT3)、印度(IISC)、COCOS島(COCO)、武漢(WUHN)6個(gè)穩(wěn)定的IGS站為基準(zhǔn)站,分析中國(guó)GPS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的穩(wěn)定性。

在選取的6個(gè)全球IGS站控制下,通過(guò)對(duì)震前、震后中國(guó)西部地區(qū)的中國(guó)GPS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站32天的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算和平差,得到了震前、震后各站點(diǎn)坐標(biāo),將震前、震后各站點(diǎn)成果進(jìn)行比對(duì),比較結(jié)果如表1所示。由表1可知,4.25地震對(duì)WUSH、TASH、DLHA、XNIN、LUZH、KMIN 6個(gè)站沒(méi)有影響,表明這幾個(gè)站穩(wěn)定。

2.3確定框架點(diǎn)坐標(biāo)

基于全球IGS站和中國(guó)GPS連續(xù)運(yùn)行站的基線解文件(不含4月25日、5月12日數(shù)據(jù)),在6個(gè)全球IGS站的控制下,求得WUSH、TASH、DLHA、XNIN、LUZH、KMIN等6個(gè)GPS連續(xù)運(yùn)行站的ITRF2008參考框架、2015.315(2015年4月25日,DOY 115)歷元的坐標(biāo),以此作為框架點(diǎn)的坐標(biāo)。

表1　4.25震后與震前中國(guó)基準(zhǔn)站結(jié)果比較

3　結(jié)果分析

3.1精度統(tǒng)計(jì)

由表2、3可知,水平分量精度平均值優(yōu)于±2.0 mm,垂直分量精度平均值優(yōu)于±5.0 mm.

表2　框架點(diǎn)坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì)

表3　監(jiān)測(cè)點(diǎn)在尼泊爾地震前后坐標(biāo)精度統(tǒng)計(jì)

3.2結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3.2.1陸態(tài)網(wǎng)點(diǎn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表4可知,4.25地震對(duì)距離震中1的300 km以內(nèi)的點(diǎn)有明顯影響,受地震影響的站有3個(gè),分別是XZZB(仲巴縣)、XZZF(定日縣)、XZAR(昂仁縣)。XZZB(仲巴縣)點(diǎn)向南偏東偏移18 mm,高程方向下沉2 mm;XZAR(昂仁縣)點(diǎn)向西南偏移22 mm,高程方向下沉1 mm;XZZF(定日縣)點(diǎn)向西南偏移33 mm,高程方向下沉7 mm.由表5可知,5.12地震對(duì)陸態(tài)網(wǎng)點(diǎn)幾乎沒(méi)有影響。

表4　陸態(tài)網(wǎng)點(diǎn)4.25震后與震前結(jié)果比較

表5　陸態(tài)網(wǎng)點(diǎn)5.12震后與震前結(jié)果比較

3.2.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

1) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)2005-2015結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表6可知,珠峰地區(qū)2005-2015這10年沿東北方向移動(dòng)40 cm,該地區(qū)10年上升3 cm.

2) 監(jiān)測(cè)點(diǎn)震前震后結(jié)果統(tǒng)計(jì)

由表7可知,4.25地震使珠峰地區(qū)向西南方向移動(dòng)約3.3 cm, 垂直方向下沉約0.7 cm.

表6　2005-2015珠峰地區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果比較

表7　監(jiān)測(cè)點(diǎn)震后與震前結(jié)果比較

3.3結(jié)果分析

由表4、表5可知,4.25地震對(duì)距離震中1的300 km以內(nèi)的點(diǎn)有明顯影響,300 km以外的點(diǎn)則沒(méi)有明顯變化;5.12地震對(duì)陸態(tài)網(wǎng)點(diǎn)沒(méi)有影響。所以,下面僅分析4.25地震對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的影響。

3.3.1水平位移分析

從監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移圖圖2、圖3可知,1) 2005-2015珠峰地區(qū)每年以約4 cm的速度向東北方向移動(dòng); 2) 4.25地震使該區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)向西南方向移動(dòng)約3 cm.

圖2　2005-2015珠峰地區(qū)平面變化位移圖

圖3　監(jiān)測(cè)點(diǎn)地震前后平面變化位移圖

3.3.2高程變化分析

從監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移圖圖4、圖5可知, 1) 2005-2015珠峰地區(qū)垂直方向每年以約0.3 cm的速度上升; 2) 4.25地震使該區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直方向下沉約0.7 cm.

圖4　2005-2015珠峰地區(qū)高程變化位移圖

圖5　監(jiān)測(cè)點(diǎn)地震前后高程變化位移圖

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)外業(yè)監(jiān)測(cè)和精密數(shù)據(jù)處理分析,得出以下主要結(jié)論:

1) 2005年5月至2015年5月,珠峰地區(qū)每年以約4 cm的速度向東北方向移動(dòng),垂直方向每年以約0.3 cm的速度上升。

2) 4.25地震使該區(qū)域向西南方向移動(dòng)約3 cm, 垂直方向下沉約0.7 cm.

3) 5.12地震對(duì)珠峰地區(qū)的地形變基本沒(méi)有影響。

[1] 張培震,鄧起東,張竹其,等.中國(guó)大陸的活動(dòng)斷裂、地震災(zāi)害及其動(dòng)力過(guò)程 [J].中國(guó)科學(xué):地球科學(xué),2013,43(10):1607-1620.

[2] 張培震,王琪,馬宗晉.中國(guó)大陸現(xiàn)今構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的GPS速度場(chǎng)與活動(dòng)地塊[J].地學(xué)前沿,2002,9(2):430-441.

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[10]程傳錄,謝方,王小瑞.2000國(guó)家大地坐標(biāo)系數(shù)據(jù)處理的若干技術(shù)研究[J].地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào),2012,34(3):106-111.

Analysis Influence Everest Area Surrounding Nepal Earthquake With GPS Monitoring Network

WANG Xiaorui,DANG Yinqun,GAO Xinyan,LI Kang

(GeodeticDataProcessingCenterofNationalBureauofSurveyingandMapping,Xi′an710054,China)

By collecting the data of monitoring points before and after the Nepal earthquake,adopting the same mode to process data, unifying the result of variety monitoring before and after earthquake towards reference frame of ITRF2008 and epoch of 2015.315, calculating the variety of monitoring points in level and altitude,and analyzing the variety of monitor points, author thinks the Everest area was moving northeastward at speed of 4 cm per year and rising at speed of 0.3 cm per year from May of 2005 to May of 2015; the 4.25 earthquake made the Everest area move southwestward about 3 cm and sink about 0.7 cm; and 5.12 earthquake had few influence on the Everest area.

Nepal earthquake; variety monitoring; reference frame

2015-06-10

P315.2

A

1008-9268(2016)03-0073-05

王小瑞(1965-),女,陜西渭南人,高級(jí)工程師,主要從事大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理研究。

黨引群(1970-),女,陜西涇陽(yáng)人,高級(jí)工程師,主要從事大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理研究。

高新妍(1981-),女,河北正定人,助理工程師,主要從事大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理。

李康(1990-)男,陜西清澗人,助理工程師,從事大地測(cè)量數(shù)據(jù)處理。

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.03.015

聯(lián)系人： 王小瑞 E-mail: xr_wang1965@126.com