日本大地震(Mw 9.0)對(duì)中國(guó)大地基準(zhǔn)框架的影響

蔣光偉，程傳錄，田曉靜，王 斌

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

一、前 言

2011年3月11日北京時(shí)間13時(shí)46分，日本仙臺(tái)東部(38.03°N，143.15°E)約129 km的太平洋海域發(fā)生了Mw9.0大地震。此前的3月9日，在本次地震震中位置的東北方向發(fā)生了一次Mw7.5級(jí)地震。大地震引發(fā)浪高高達(dá)23 m的海嘯，并造成重大人員和財(cái)產(chǎn)損失。

仙臺(tái)Mw9.0地震震后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此次地震進(jìn)行了大量研究。如日本國(guó)土地理院在震后迅速發(fā)布了其1 200站觀測(cè)到的GPS同震形變[1]。日本筑波大學(xué)副教授八木勇對(duì)地震進(jìn)行了解析與分析,認(rèn)為11日大地震是由長(zhǎng)約500 km、寬約200 km的巨大斷層出現(xiàn)最大20 m的位移而引發(fā)的[2]。國(guó)際上相關(guān)組織和專家均利用GPS觀測(cè)值，如采取高頻GPS數(shù)據(jù)的精密單點(diǎn)定位技術(shù)對(duì)地震進(jìn)行了同震形變分析和相關(guān)反演工作[2-4]。相關(guān)研究顯示，位于震中西北部的宮城縣牡鹿半島向東南移動(dòng)了5.3 m，同時(shí)下沉約1.2 m，宮城海域海底基準(zhǔn)點(diǎn)向東南方向移動(dòng)了24 m；福島海域基準(zhǔn)點(diǎn)距離震源較遠(yuǎn)，移動(dòng)了約5 m。國(guó)內(nèi)學(xué)者大都是針對(duì)地震的機(jī)理及對(duì)地震進(jìn)行同震變形分析研究，沒(méi)有探討此次地震對(duì)周邊國(guó)家框架尤其是對(duì)我國(guó)大地基準(zhǔn)的影響。

鑒于此，本文利用連續(xù)運(yùn)行GPS跟蹤站數(shù)據(jù)，分析了日本地震對(duì)我國(guó)大地基準(zhǔn)點(diǎn)的變化情況，這對(duì)我國(guó)框架點(diǎn)的合理采用具有重要借鑒意義。

二、監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)情況與數(shù)據(jù)處理方案

為分析日本大地震對(duì)中國(guó)大陸基準(zhǔn)的影響，筆者收集了2011年3月6日—2011年3月16日33個(gè)中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)連續(xù)跟蹤站數(shù)據(jù)，以及離震中120 km左右的MIZU和較遠(yuǎn)的 STK2站及周邊IGS站。采用GAMIT 10.4軟件，利用國(guó)際GPS服務(wù)跟蹤站精密星歷，估計(jì)衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、對(duì)流層、電離層延遲、天線相位中心等各項(xiàng)改正進(jìn)行解算，選擇ITRF2008參考框架和2011年3月8日參考?xì)v元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析日本大地震對(duì)我國(guó)框架的影響。

由于日本大地震是由于板塊的相互運(yùn)動(dòng)造成的，因此，分析我國(guó)大地基準(zhǔn)的變化的關(guān)鍵是選取穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。本文最終選取了離震中較遠(yuǎn)的昆明(KUNM)、拉薩(LHAS)、烏魯木齊(GUAO)、烏蘭巴托(ULAB)、韓國(guó)(SUWN)、俄羅斯(KHAJ)6個(gè)IGS站為基準(zhǔn)站，利用震前與震后觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用同一參考框架與參考?xì)v元分析我國(guó)框架點(diǎn)的變化。

三、結(jié)果分析與討論

1. 結(jié)果統(tǒng)計(jì)

利用震后與震前處理結(jié)果得到大地基準(zhǔn)點(diǎn)的變化量，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見(jiàn)表1)可得出：日本大地震對(duì)我國(guó)基準(zhǔn)點(diǎn)的影響量級(jí)平均在毫米級(jí)。N方向最大變化量為-14.6 mm;E方向最大變化量為16.2 mm;U方向最大變化量為19.4 mm。因此，可得出我國(guó)大地基準(zhǔn)點(diǎn)受日本大地震影響不顯著。

2. 基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定性分析

地震造成我國(guó)大地框架點(diǎn)具有一定的變化量，因此，分析框架點(diǎn)的穩(wěn)定性是GPS數(shù)據(jù)處理時(shí)選擇框架的關(guān)鍵[5,6]，對(duì)我國(guó)大地基準(zhǔn)的維護(hù)具有重要借鑒意義，本文重點(diǎn)分析了CHAN、BJSH兩個(gè)框架點(diǎn)的穩(wěn)定性(如圖1、圖2所示)。

圖2 震后BJSH、CHAN時(shí)間序列

從圖1與圖2震前與震后時(shí)間序列可得出：震后較震前BJSH、CHAN在N、E方向雖有一定的擺動(dòng)，但變化不大，保持了較好的穩(wěn)定性。因此，地震對(duì)我國(guó)基準(zhǔn)點(diǎn)沒(méi)有造成大的影響。

3. 大地基準(zhǔn)點(diǎn)位移變化分析

從大地基準(zhǔn)點(diǎn)的分布情況及大地震造成基準(zhǔn)點(diǎn)水平與垂直位移的影響分布圖可得出：

1) 日本島附近的宮城區(qū)域 STK2、MIZU點(diǎn)都向東南方向運(yùn)動(dòng)，MIZU點(diǎn)變化量級(jí)達(dá)到2.6 m,STK2點(diǎn)變化量為2 cm左右，這兩點(diǎn)都下沉。這與目前地震對(duì)日本的造成的島嶼下沉基本一致。我國(guó)東北附近的HRBN、CHAN、SUIY基準(zhǔn)點(diǎn)及韓國(guó)SUWN都有向東南方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。

2) 我國(guó)大地基準(zhǔn)點(diǎn)SUIY變化量為1.5 cm左右，CHAN、HRBN變化量在5 mm左右，其余基準(zhǔn)點(diǎn)變化都非常?。豁n國(guó)的SUWN、DAEJ變化量也都小于5 mm。同時(shí)，也可得出大地基準(zhǔn)點(diǎn)變化量明顯具有區(qū)域性，離日本地震區(qū)域越近影響越大，離震中越遠(yuǎn)影響越小。

3) 從垂直位移分布可看出，我國(guó)大地基準(zhǔn)點(diǎn)稍有向上變化的趨勢(shì)，但影響量級(jí)不大。這與此次地震發(fā)生的機(jī)理基本一致，太平洋板塊西向俯沖到歐亞板塊之下，俯沖帶從日本海溝沖到中國(guó)東部地區(qū)[2]，菲律賓板塊在日本西南地區(qū)俯沖到歐亞板塊之下[7]。

4) 整體上看，中國(guó)GPS大地基準(zhǔn)點(diǎn)變化量級(jí)很小，基本保持了良好的穩(wěn)定性，地震對(duì)我國(guó)框架影響不大。

四、結(jié)束語(yǔ)

1) 此次日本大地震波及范圍廣，但從我國(guó)大地基準(zhǔn)點(diǎn)變化量來(lái)看，平面變化最大將近2.2 cm，垂直變化最大將近2.0 cm， 整體影響量級(jí)很小， 基本對(duì)我國(guó)的框架沒(méi)有造成較大的影響。

2) 我國(guó)東北地區(qū)基準(zhǔn)點(diǎn)位移變化量明顯較我國(guó)其他地方變化量大，且東北地區(qū)基準(zhǔn)點(diǎn)位移變化量都向東南方向，同時(shí)，歐亞板塊上的基準(zhǔn)點(diǎn)稍有抬升，這與此次日本大地震的物理解釋基本一致。

3) 大地基準(zhǔn)點(diǎn)變化量明顯具有區(qū)域性，離日本地震區(qū)域越近影響越大，離震中越遠(yuǎn)影響越小。

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