四川區(qū)域GNSS網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)到瑪多7.4級(jí)地震引起的遠(yuǎn)場(chǎng)同震位移

何福秀，楊 洋，饒?zhí)珖?guó)，陳 聰，劉 江，張 瀾，羅 凌，姚賢良，張 翼

（四川省地震局，四川 成都 610041）

晚新生代以來(lái)，巴顏喀拉塊體是青藏高原向東“逃逸”的強(qiáng)活動(dòng)板塊之一（鄧起東等，2014）。近20年來(lái)，在巴顏喀拉塊體周緣邊界發(fā)生了一系列強(qiáng)震：在該塊體的北緣與柴達(dá)木塊體交界的東昆侖構(gòu)造帶發(fā)生了2001年昆侖山口西8.1級(jí)地震（Xu et al，2002；任金衛(wèi)等，2005）；在塊體的南緣甘孜—玉樹(shù)斷裂上2010年發(fā)生了青海玉樹(shù)7.0級(jí)地震（孫鑫喆等，2012；張軍龍等，2010）；在塊體東向逃逸東端與華南地塊擠壓碰撞帶龍門(mén)山斷裂帶上先后發(fā)生了2008年四川汶川8.0級(jí)和2013年四川蘆山7.0級(jí)地震（徐錫偉等，2008，2013；國(guó)家重大科學(xué)工程“中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目組，2008；楊國(guó)華等，2015）；2017年在該塊體東北邊角擠壓與走滑變形帶上發(fā)生了四川九寨溝7.0級(jí)地震（徐錫偉等，2017；王東振等，2018）。

2021年5月22日2時(shí)4分29秒，在巴顏喀拉塊體內(nèi)部發(fā)生了青海瑪多（34.59°N，98.34°E）7.4級(jí)地震，這是繼2017年8月8日四川九寨溝7.0級(jí)地震之后，發(fā)生在巴顏喀拉塊體上又一次震級(jí)超過(guò)7級(jí)的地震。該次7.4級(jí)地震的發(fā)生印證了巴顏喀拉塊體的大地震強(qiáng)活動(dòng)主體區(qū)域特性，未來(lái)大震或強(qiáng)震風(fēng)險(xiǎn)仍值得關(guān)注。該次7.4級(jí)地震是近年來(lái)又一次發(fā)生在巴顏喀拉塊體內(nèi)部的地震，通過(guò)余震精確定位和震源機(jī)制反演結(jié)果分析其發(fā)震構(gòu)造為位于巴顏喀拉地塊內(nèi)部一條NWW 向的高傾角左旋走滑斷裂，主破裂觸發(fā)了東西兩端分支斷層活動(dòng)，斷層面的非均勻性控制了余震序列時(shí)空分布的差異性（徐志國(guó)等，2021）；經(jīng)野外調(diào)查，地震地表破裂發(fā)育特征顯示，分析其發(fā)震斷層為昆侖山口—江錯(cuò)斷裂，斷面整體南傾，其性質(zhì)為左行走滑（周保等，2021），位于青海省中南部的高平原區(qū)與巴顏喀拉褶皺帶的交匯地帶，是巴顏喀拉塊體邊界持續(xù)活動(dòng)的結(jié)果（馬玉虎等，2017；王維歡等，2021）。根據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心測(cè)定的快報(bào)目錄，截至2021年5月27日，共記錄到瑪多7.4級(jí)地震余震2700多次，余震空間分布長(zhǎng)度達(dá)170 km（王維歡等，2021）；根據(jù)地震現(xiàn)場(chǎng)考察的結(jié)果，王龍等（2021）發(fā)現(xiàn)在瑪多—甘德斷裂帶西段出現(xiàn)了長(zhǎng)約130 km大型地表破裂帶，最大的水平錯(cuò)動(dòng)為2～3 m，最大豎向位移為1～2 m；由此可見(jiàn)，瑪多7.4級(jí)地震的影響范圍較廣。

由于瑪多7.4級(jí)地震震級(jí)大、震源淺，引起的地表震動(dòng)十分強(qiáng)烈，地震的發(fā)生對(duì)四川部分地區(qū)也產(chǎn)生了永久形變，在距瑪多7.4級(jí)地震震中約250 km的鮮水河斷裂帶上布設(shè)的GNSS連續(xù)觀測(cè)站也記錄到了此次地震的遠(yuǎn)場(chǎng)同震位移。文章借鑒相關(guān)學(xué)者（王敏等，2006；王東振等2018；王閱兵等，2018）利用GNSS資料獲取同震位移的方法，收集了四川地區(qū)12個(gè)GNSS基準(zhǔn)站震前、震后約1個(gè)月的觀測(cè)資料，基于GAMIT／GLOBK軟件進(jìn)行解算，獲得此次地震的同震位移，分析瑪多7.4級(jí)地震在四川區(qū)域的遠(yuǎn)場(chǎng)同震形變，為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)瑪多7.4級(jí)地震發(fā)生機(jī)理和地震動(dòng)力學(xué)特征提供基礎(chǔ)實(shí)測(cè)資料。

1 GNSS在地震監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

GNSS是目前最炙熱的大地測(cè)量技術(shù)，能精確地監(jiān)測(cè)出地表形變，尤其在水平方向監(jiān)測(cè)精度非常高，已廣泛應(yīng)用于地殼形變、地質(zhì)構(gòu)造、地球動(dòng)力學(xué)等相關(guān)研究中（楊君妍等，2021）。同震形變是震源區(qū)地震斷層破裂在其周?chē)鷼埩舻牡貧ば巫?，同震位移則是同震形變最基本的形式，是大地震特有的地殼運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象（顧國(guó)華等，2020a，2020b），并能被傳統(tǒng)大地測(cè)量觀測(cè)到。地震發(fā)生時(shí)，尤其是強(qiáng)震發(fā)生時(shí)，通常會(huì)引起地殼的劇烈變動(dòng)，連續(xù)運(yùn)行的GNSS基準(zhǔn)站可以實(shí)時(shí)、大范圍、可靠地監(jiān)測(cè)到這一信號(hào)，并通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸，通過(guò)解算快速獲取地震的形變信息。密集的GNSS基準(zhǔn)站除了能有效地獲取同震形變場(chǎng)，還可以利用高頻GNSS數(shù)據(jù)（1 Hz等）快速確定地震發(fā)震位置、滑動(dòng)大小等（李志才等，2013）。

2008年汶川8.0級(jí)地震發(fā)生后，國(guó)家重大科學(xué)工程“中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目組利用GNSS獲取了大區(qū)域、遠(yuǎn)場(chǎng)同震位移場(chǎng)，揭示了龍門(mén)山斷裂帶兩側(cè)產(chǎn)生相向運(yùn)動(dòng)和水平地殼縮短的同震特征（張培震等，2008）。2013年蘆山7.0級(jí)地震震中附近約12 km的LS05臺(tái)監(jiān)測(cè)到垂向永久位移約7 cm，水平向逆沖位移約4 cm（楊國(guó)華等，2015）。2017年九寨溝7.0級(jí)地震發(fā)生后，四川松潘GNSS臺(tái)（距震中約69 km）觀測(cè)到N方向約7.3 mm的同震形變（王東振等，2018）。2021年瑪多7.4級(jí)地震，距震中約30 km的瑪多臺(tái)GNSS監(jiān)測(cè)到約25 cm的東西向永久位移（中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)資料）。大量研究結(jié)果表明GNSS能提供同震、震后以及震間地殼形變信息，為地震破裂研究和認(rèn)識(shí)發(fā)震斷層運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)提供基礎(chǔ)觀測(cè)資料（楊君妍等，2021）。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

文章的GNSS數(shù)據(jù)包括中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、四川GNSS監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、測(cè)繪地理信息局GNSS觀測(cè)站點(diǎn)的連續(xù)觀測(cè)資料；監(jiān)測(cè)臺(tái)站主要分布于川青藏交界的四川境內(nèi)，離震中最近的臺(tái)站（SHIQ）約180 km、最遠(yuǎn)的臺(tái)站（TAGO）約600 km。時(shí)間跨度為震前30天、震后30天，采樣間隔為30 s，24 h為一個(gè)時(shí)段，除個(gè)別站點(diǎn)數(shù)據(jù)缺失，其余的8個(gè)站點(diǎn)都完整的記錄到了此次地震的震動(dòng)過(guò)程。文章基于美國(guó)麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的GAMIT／GLOBK軟件，選取了中國(guó)境內(nèi)均勻分布的6個(gè)IGS連續(xù)觀測(cè)站點(diǎn)（見(jiàn)表1），對(duì)上述GNSS觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解算，先獲得測(cè)站的單日松弛解，然后與麻省理工學(xué)院發(fā)布的全球站點(diǎn)聯(lián)合觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行融合，最終獲取歐亞框架（ITRF14＿EURA）下的位置信息。

表1 IGS測(cè)站信息表

在利用GAMIT對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，使用了IGS精密軌道產(chǎn)品，并采用松約束的BASELINE處理模式。相關(guān)模型和參數(shù)設(shè)置為：衛(wèi)星截止高度角為15°；對(duì)流層天頂延遲參數(shù)估計(jì)間隔設(shè)置為2小時(shí)；電離層延遲模型選用消除電離層的LC＿AUTCLN觀測(cè)量，其約束為0.0 mm＋8.0 ppm；海潮模型使用otl＿FES2004.grid，參考框架為ITRF2014＿EURA；IGS跟蹤站坐標(biāo)約束（NEU）分別為0.05 m、0.05 m和0.10 m，文章測(cè)站坐標(biāo)約束為100 m、100 m和100 m。根據(jù)單日松弛解Q文件的NRMS值（見(jiàn)圖1），單天解Postfit NRMS均小于0.25，說(shuō)明GAMIT基線解算合理；同時(shí)，文章基于GLOBK網(wǎng)平差獲得坐標(biāo)時(shí)間序列WRMS統(tǒng)計(jì)直方圖（見(jiàn)圖2）具有正態(tài)分布特性，水平向（N、E）均值均小于2，說(shuō)明時(shí)間序列具有較好的穩(wěn)定性，獲取的測(cè)站位置信息可靠。

圖1 單日松弛解的NRMS

圖2 坐標(biāo)時(shí)間序列三分量（N、E、U）WRMS統(tǒng)計(jì)直方圖

因?yàn)樵谳^短時(shí)間內(nèi)可以忽略GNSS站點(diǎn)線性運(yùn)動(dòng)（長(zhǎng)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)）和非線性運(yùn)動(dòng)（周期性運(yùn)動(dòng)），即認(rèn)為GNSS站點(diǎn)在震前短時(shí)間和震后短時(shí)間內(nèi)水平運(yùn)動(dòng)速率為0（王東振等，2018），因此我們直接對(duì)地震前后30天的單日解3個(gè)坐標(biāo)分量分別取平均值，再用震后平均值減去震前平均值（李志才等，2021），即得瑪多7.4級(jí)地震的遠(yuǎn)場(chǎng)同震形變（表2）。

表2 基于GNSS觀測(cè)的瑪多7.4級(jí)地震的遠(yuǎn)場(chǎng)同震形變

圖3給出了沿鮮水河斷裂帶記錄到明顯同震形變的GNSS連續(xù)觀測(cè)站坐標(biāo)時(shí)間序列，從整體上看，GNSS臺(tái)站東方向同震位移為優(yōu)勢(shì)方向，這與巴顏喀拉塊體東向擠出（逃逸）的運(yùn)動(dòng)背景相一致。同時(shí)，靠近震中與遠(yuǎn)離震中的GNSS站點(diǎn)位置時(shí)間序列也直觀地反映了瑪多7.4級(jí)地震對(duì)不同區(qū)域影響的差異，SHIQ臺(tái)距震中最近約180 km，受地震影響，向東的位移分量為8.8±2.4 mm，向南的位移分量2.5±2.3 mm（見(jiàn)圖3a）；SCGZ臺(tái)（距震中約370 km）向東位移分量為4.7±2.1 mm，向南位移分量4.4±2.1 mm（見(jiàn)圖3b）；SCLH臺(tái)（距震中約410 km）向南的同震位移為5.2±2.6 mm，向東的同震位移僅3.3±2.6 mm（見(jiàn)圖3c）；WARI臺(tái)（距震中約485 km）東向同震位移為4.7±3.4 mm，向南的同震位移為4.1±3.2 mm（見(jiàn)圖3e）。雖然QIME和MNIU臺(tái)（見(jiàn)圖3d、f）的同震位移較小，在誤差范圍內(nèi)，但在地震發(fā)生時(shí)刻仍能看到明顯的跳變，這個(gè)跳變只能是瑪多7.4級(jí)地震造成的，表明地震破裂對(duì)地殼形變的影響有限，離震中越近影響越大，反之越小。

圖3 瑪多7.4級(jí)地震前后遠(yuǎn)場(chǎng)GNSS水平靜態(tài)時(shí)間序列

圖4為瑪多7.4級(jí)地震引起的鮮水河斷裂帶及附近區(qū)域的同震水平位移場(chǎng)，圖中不同GNSS站點(diǎn)觀測(cè)到的水平位移顯示了鮮水河斷裂帶周邊地殼形變狀態(tài)。由圖4可知，瑪多7.4級(jí)地震發(fā)生在巴顏喀拉塊體內(nèi)且鄰近北緣，塊體的南緣也產(chǎn)生了比較明顯的水平位移，水平位移大幅度偏向東南，且沿鮮水河斷裂自西向東逐漸衰減。根據(jù)彈性位錯(cuò)理論，同震水平位移是震前積累位移的（彈性）回跳（即震前積累水平位移相同量級(jí)的反向變化）。從瑪多7.4級(jí)地震同震位移方向可以推斷震前積累的水平位移方向?yàn)槲骰蛭鞅保@與青藏高原向東逃逸受到華南地塊阻擋的構(gòu)造背景相一致。

3 結(jié)論與討論

文章基于GNSS數(shù)據(jù)開(kāi)展了青海瑪多7.4級(jí)地震可能引起的遠(yuǎn)場(chǎng)同震形變研究，收集了沿鮮水河斷裂帶12個(gè)GNSS基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)并進(jìn)行解算，獲取高精度瑪多7.4級(jí)地震引起的遠(yuǎn)場(chǎng)同震形變?，敹?.4級(jí)地震對(duì)近場(chǎng)產(chǎn)生了明顯的同震位移（李志才等，2021），通過(guò)對(duì)瑪多7.4級(jí)地震產(chǎn)生的遠(yuǎn)場(chǎng)GNSS觀測(cè)到的同震位移分析，瑪多7.4級(jí)地震對(duì)巴顏喀拉塊體的南邊界的活動(dòng)斷裂（鮮水河斷裂帶）也具有明顯的影響。在本研究區(qū)域內(nèi)，GNSS監(jiān)測(cè)到的最大水平位移站點(diǎn)為鮮水河北段的SHIQ臺(tái)，其東向分量為8.8±2.4 mm，南向分量2.5±2.3 mm；瑪多7.4級(jí)地震的影響沿鮮水河斷裂自北西向東南逐漸衰減。

致謝：感謝中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)、測(cè)繪地理信息局提供的GNSS連續(xù)站數(shù)據(jù)。