基于GNSS的地殼形變監(jiān)測

賀 婧

(楊凌職業(yè)技術學院 交通與測繪工程分院, 陜西 楊凌 712100)

0 引 言

福建沿海地區(qū)處于亞歐板塊與太平洋板塊交接處，該地區(qū)連接著太平洋地震帶，在華南褶皺系武夷-戴云隆折帶，因此是地震多發(fā)地區(qū)，據(jù)調(diào)查顯示共發(fā)生多次8級地震，分布在整條帶上。為了更好地進行地震預報，獲得斷裂帶地殼活動情況，采用高新技術進行監(jiān)測，能提高精度與穩(wěn)定度，信息獲取速度也能大幅度提高。

1 GNSS基本原理

GNSS是高精度、全時段、全天候的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其定位有兩種測定形式：偽距測量和載波相位測量。通過GNSS測量可得到點的空間坐標，GNSS測量的基本原理是測得衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，再根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)就可計算出接收機的三維坐標。進行測量時，使用二進制碼元0和1的偽隨機碼來發(fā)射導航電文。它包括時鐘改正、工作狀況、衛(wèi)星星歷等。當用戶接收到導航電文時，提取出衛(wèi)星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離。

2 GNSS數(shù)據(jù)處理準備

GAMIT/GLOBK是基于UNIX系統(tǒng)設計出來，能夠計算出衛(wèi)星軌道與地面測站間相對位置的數(shù)據(jù)處理軟件，該軟件適用于LINUX系統(tǒng)，DEC、IBM等系統(tǒng)。該軟件中采用雙差觀測量進行最小二乘算法計算出點的相對位置。其中雙差觀測量可以減弱衛(wèi)星鐘差、大氣折射誤差、接收機鐘差等的影響。GNSS中的雙差觀測使用值高度角定權，其表達式為：

GAMIT是直接從文件station.oct中讀取測站海潮系數(shù)。它處理數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)的編輯和篩選，由數(shù)據(jù)編輯模塊AUTCLN完成。隨GAMIT軟件包還提供 sh-gamit又將繁多的數(shù)據(jù)準備和處理工作集成化。因此GAMIT軟件的主要功能是：地球自轉(zhuǎn)參數(shù)和衛(wèi)星軌道估計；地面測站的相對定位計算；數(shù)據(jù)編輯既能人工干預，也能自動處理；可選觀測值等權、反比于基線長度或隨高度角定權。

GLOBK是為初步處理得到的結(jié)果進行后處理的，是卡爾曼濾波器，使用時需要輸入地球自轉(zhuǎn)參數(shù)及方差-協(xié)方差量、衛(wèi)星軌道、測站坐標。GLOBK主要應用于：不同年份獲取的測站坐標結(jié)果估計測站的速度；結(jié)合一個觀測作業(yè)期內(nèi)不同時段的初步處理結(jié)果，獲取該觀測作業(yè)期的測站坐標最佳估值；每個時段或作業(yè)期的坐標結(jié)果以評估觀測質(zhì)量。

3 GNSS監(jiān)測數(shù)據(jù)處理

在已有中國地殼運動觀測網(wǎng)和地殼形變觀測臺網(wǎng)的基礎上，福建沿海地區(qū)長樂-南澳斷裂帶增加15個觀測點。共有CGCS2000控制點15個，如圖1所示：

圖1 GPS點位展圖

可以從圖1中明顯看到長樂-南澳斷裂帶和閩江下游斷裂帶的交接處發(fā)生突變，因此用Z3、Z4點監(jiān)測，Z5、Z6點監(jiān)測長樂-南澳斷裂帶和莆田-南日斷裂帶交接處，Z7、Z8點監(jiān)測長樂-南澳斷裂帶和晉江下游斷裂帶交接處；Z9點監(jiān)測九龍江下游斷裂帶增加等。結(jié)合A級點、C級點，斷裂帶監(jiān)測點位布設如圖2所示：

圖2 福建沿海地區(qū)斷裂帶監(jiān)測GPS點位布設圖

在GAMIT軟件中XYZ坐標生成L文件，運行makeup，得到輸入文件；運行sh_sp3fit，得到軌道初始根數(shù)；運行makej，得到衛(wèi)星鐘差文件；運行makex，得到X文件；運行fixdrv，得到批處理文件。再用GLOBK軟件進行網(wǎng)平差，運行htoglb，得到二進制的h-文件，運行glred，進行重復性精度評價，運行globk、glorg，得到平差結(jié)果及精度。最終得到研究區(qū)域應變率場及其水平運動速率情況，如圖3所示：

圖3 福建地區(qū)主應變率場結(jié)果

從圖3中可以看出：福建沿海地區(qū)應變率最大值位于福建東南沿海，然后從沿海向內(nèi)陸逐漸減小，主應變方向形成的主要分界帶是政和海豐斷裂，東南沿海地區(qū)以NE-EW向擠壓為主，東北沿海地區(qū)以NW-NS向擠壓為主，西側(cè)以NE向擠壓為主。

根據(jù)GNSS數(shù)據(jù)處理結(jié)果，得到福建沿海水平運動速率，如圖4?？煽闯鲅芯繀^(qū)域內(nèi)東向的地殼水平運動平均速度約為7.0 mm/a，南向的地殼水平運動平均速度約為2.2 mm/a。說明福建沿海的地殼形變基本沿 SE 方向運動，且具有較強的整體一致性。

圖4 福建沿海地區(qū)水平運動速率

4 總 結(jié)

研究數(shù)據(jù)證明福建沿海地區(qū)運動基本沿SE方向運動，整體一致，從運動速率來看，由南向北逐漸減弱，南段層運動比北段大。利用GNSS技術有效的分析了福建沿海地區(qū)的地殼運動，為福建東南沿海地區(qū)大陸動力學的研究提供了重要的理論依據(jù)。