關(guān)玉梅,李祖寧,王紫燕

(福建省地震局,福州 350003)

福建地區(qū)速度場特征

關(guān)玉梅,李祖寧,王紫燕

(福建省地震局,福州 350003)

利用2005—2009年福建 GPS基準(zhǔn)站資料,解算了各測站20期的季速度場,結(jié)合近年福建及其周邊大地震,分析了福建地區(qū)速度場變化特征。結(jié)果表明,2007年南海地震發(fā)生時(shí)段,福建各測站的速度場發(fā)生明顯變化,反映了福建地區(qū)速度場受菲律賓板塊運(yùn)動(dòng)的影響。

GPS測站;速度場;福建地區(qū)

0 引言

福建位于華南亞板塊東南部,臨近歐亞板塊、太平洋板塊和菲律賓板塊的碰撞之處,相鄰的臺(tái)灣海峽及臺(tái)灣地區(qū)都是地震發(fā)生頻繁的地區(qū)。全球定位系統(tǒng) GPS給出福建地區(qū)高精度定量觀測結(jié)果,能否根據(jù) GPS解算結(jié)果來建立福建地區(qū)的速度場,對(duì)推動(dòng)大陸構(gòu)造形變研究具有十分重要的意義[1]。馬宗晉等學(xué)者在2000年提交的全國地震趨勢會(huì)商會(huì)的地震形勢報(bào)告中,就嘗試用速度場來分析地殼運(yùn)動(dòng)。李延興等認(rèn)為,GPS不僅可獲得塊體速度場的方向,而且還可以得到運(yùn)動(dòng)速率的大小,經(jīng)過多期觀測可以獲得高精度的速度場變化,長期觀測還可以監(jiān)測塊體速度場隨時(shí)間和空間的變化過程[2]。說明這方面的工作有深入開展的前景。

本文在研究福建塊體運(yùn)動(dòng)特征時(shí),首先利用福建地區(qū)8個(gè)GPS基準(zhǔn)站5年的觀測資料(2004年臺(tái)站初建成,數(shù)據(jù)的產(chǎn)出不穩(wěn)定,故取2005—2009年的數(shù)據(jù)),解算后得到福建地區(qū)速度場,選用GAMIT 10.32GOLB K軟件進(jìn)行處理,以3個(gè)月(1個(gè)季度)資料為1期,分別解算8個(gè)基準(zhǔn)站2005—2009年20期的精確速度場。

1 資料選取及處理過程

自2001年,福建省地震局“十五”重點(diǎn)項(xiàng)目“福建省地殼形變觀測臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目”開始實(shí)施,其間陸續(xù)建成了福州、泉州、龍巖、南平、莆田、永春和東山7個(gè)GPS連續(xù)觀測站,與已建成的廈門國家GPS基準(zhǔn)站組成福建 GPS觀測網(wǎng)絡(luò),臺(tái)站分布如圖1所示。2004年后,各臺(tái)站相繼產(chǎn)生連續(xù)觀測記錄,本文選取測站記錄相對(duì)穩(wěn)定的2005年1月—2009年12月數(shù)據(jù)進(jìn)行解算,根據(jù)解算得出各基準(zhǔn)站基于地心直角坐標(biāo)系精確坐標(biāo),然后將其換算為空間大地坐標(biāo)系統(tǒng)(B,L,H)坐標(biāo),最后投影在高斯平面上,得到高斯坐標(biāo),在此基礎(chǔ)上解算各期的精確坐標(biāo)差值得到基準(zhǔn)站運(yùn)動(dòng)季速度場。

圖1 福建省8個(gè)基準(zhǔn)站分布圖

1.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

解算過程中使用 GAMIT/GLOBK軟件,GAMIT版本號(hào)為10.32,計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是 Red Hat enterprise Linux 3.0,所有解算在 ITRF2000框架下進(jìn)行。解算中使用到的國內(nèi)外 GPS測站數(shù)據(jù)分別有:

(1)省內(nèi) GPS基準(zhǔn)站:FUZH、XIAM、L YAN、QUZH、PU TI、YONC、NANP、L YAN 共 8個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù);

(2)國內(nèi) GPS 跟蹤站:L HAS、BJ FS、SHAO、URUM、WU HN共5個(gè) GPS觀測點(diǎn);

(3)IGS國際跟蹤站數(shù)據(jù):YSSK、GUAM、HYDE、IISC、IRKT、KIT3、PIMO、POL2、SUWN、TSKB、TWTF共11個(gè) GPS觀測點(diǎn)。

參與解算的數(shù)據(jù),采樣間隔均設(shè)置為30s,截止高度角10°,數(shù)據(jù)從2005年1月1日起至2009年12月31日止,以3個(gè)月為1期得到共計(jì)20期解算結(jié)果。

使用LINUX操作系統(tǒng)進(jìn)行每天的基線解算,排除各別站點(diǎn)偶有缺數(shù)情況后,同時(shí)參與解算的國際及省內(nèi)外至少有20個(gè) GPS站點(diǎn)數(shù)據(jù),而且確保了福建周邊測站的均勻分布。

1.2 數(shù)據(jù)解算

解算處理使用IGS精密星歷,基線解算過程采用松弛解,對(duì)流層誤差模型為Sastamoinen模型和缺省氣象參數(shù),使用9個(gè)衛(wèi)星軌道參數(shù)(6個(gè)開普勒根數(shù)和3個(gè)太陽輻壓參數(shù))。其中測站約束設(shè)置是根據(jù)測站坐標(biāo)精度的級(jí)別不同而進(jìn)行設(shè)置的。SHAO、L HAS、TSKB、IRKT、KIT3是 ITRF2000框架中的核心觀測站,它們的測站坐標(biāo)精度和運(yùn)動(dòng)速率精度較高,對(duì)它們的測站約束設(shè)置南北向、東西向和高程向分別為:3mm、3mm、10mm。其余各觀測站采用松馳約束設(shè)置,南北向、東西向和高程向分別為:30mm、40mm、100mm。

在完成 GAMIT解算后使用 GLOB K進(jìn)行平差,得到最終的速度矢量結(jié)果,每個(gè)測站每期給出一個(gè)處理結(jié)果。本文使用的 GLOBK版本是5.06,平差運(yùn)算使用數(shù)據(jù)為 GAMIT軟件解算產(chǎn)生的 H文件,處理結(jié)果給出最終的 GPS測站坐標(biāo)和測站速度,以及這2項(xiàng)的精度評(píng)定。

對(duì)每一期GPS基線解算結(jié)果進(jìn)行一次平差計(jì)算,獲得這一期各測站運(yùn)動(dòng)速度和精確坐標(biāo)。具體平差參數(shù)設(shè)置為:

(1)對(duì)所有的 GPS觀測處理結(jié)果進(jìn)行平差處理的同時(shí)估計(jì)測站坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)速率。給出這些 GPS觀測數(shù)據(jù)的整體平差處理結(jié)果。

(2)坐標(biāo)參考框架為ITRF2000全球坐標(biāo)系統(tǒng)框架。使用ITRF2000系統(tǒng)的核心觀測站的坐標(biāo)和坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)速率為坐標(biāo)系統(tǒng)控制參數(shù)。對(duì)觀測站的運(yùn)動(dòng)速率給予松弛約束,東西向和南北向?yàn)?0mm/a,高程向?yàn)?0mm/a。

從最終計(jì)算結(jié)果看,省內(nèi)8個(gè) GPS連續(xù)觀測站點(diǎn)位精度水平方向在2.1～2.6mm,垂直方向在4.0～5.8mm。解算結(jié)果表明 GPS連續(xù)觀測站觀測工作和數(shù)據(jù)處理計(jì)算都是正常的[3],達(dá)到了預(yù)期目的。

1.3 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

將各期解算所得地心直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至WGS84坐標(biāo)系,根據(jù)換算公式[4]

2 研究成果應(yīng)用及展望

經(jīng)過上述解算及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后,得到2005—2009年共計(jì)20期(每3個(gè)月為1期)的福建地區(qū)速度場,解算結(jié)果運(yùn)用于2009年度福建地區(qū)會(huì)商中,收到較好效果。

圖2為從2006年秋季至2008年秋季共9期的全省各臺(tái)站運(yùn)動(dòng)速度場。

圖2 2006年南海地震對(duì)福建塊體的影響

由圖2可見,2005—2009年各期季速度解算出的福建省8個(gè) GPS臺(tái)站運(yùn)動(dòng)速度場,至2006年第3季度之前,福建地區(qū)隨華南亞板塊整體呈東南向運(yùn)動(dòng)趨勢,表現(xiàn)平穩(wěn),2006年12月26日南海7.2級(jí)地震發(fā)生后,由于受菲律賓板塊向北東方向擠壓,省內(nèi)各臺(tái)站運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生較為劇烈的變化,由原東南向變?yōu)楸睎|向,2007年后才逐漸恢復(fù)原東南向運(yùn)動(dòng)趨勢,至今為止均依然呈穩(wěn)定的東南向運(yùn)動(dòng)趨勢。

南海強(qiáng)震導(dǎo)致福建省 GPS臺(tái)站運(yùn)動(dòng)速度場的明顯變化,GPS速度場對(duì)菲律賓板塊運(yùn)動(dòng)反應(yīng)明顯,當(dāng)福建及其周邊地區(qū)處于平靜時(shí)段時(shí),福建塊體整體向東南方向運(yùn)動(dòng),反之則偏離平靜時(shí)段運(yùn)動(dòng)方向,運(yùn)動(dòng)方向或速率上發(fā)生變化。

福建隨同中國大陸整體較均勻地向東南方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí),地塊內(nèi)部與邊界帶的運(yùn)動(dòng)存在較大差異,顯示福建陸區(qū)以晉江—永安NWW向斷裂帶為界,地殼運(yùn)動(dòng)呈分區(qū)差異特征,兩個(gè)地塊分界明顯,塊體邊界帶的活動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)烈[6-7]。GPS觀測記錄揭示了在長樂—詔安斷裂帶上,位于東西兩側(cè)的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)存在差異,顯示塊體內(nèi)部存在差異運(yùn)動(dòng)。中部的拉張活動(dòng)盡管微小,但在塊體內(nèi)部變形中反應(yīng)較為明顯[8-9]。

GPS連續(xù)觀測基準(zhǔn)站設(shè)站密度與設(shè)站所選的構(gòu)造位置等依然是難題。美、日等國在站點(diǎn)較密的GPS連續(xù)觀測網(wǎng)內(nèi),至今未報(bào)道在已發(fā)生的7級(jí)左右大地震前觀測到異常地殼運(yùn)動(dòng),這表明利用 GPS觀測地殼運(yùn)動(dòng)開展地震預(yù)測研究難度很大[3]。由于目前福建省內(nèi)只有8個(gè)GPS基準(zhǔn)站,GPS觀測網(wǎng)密度較低,而這一狀況在2010年有望得到顯著提高,正在興建的十一五重點(diǎn)項(xiàng)目包括建設(shè)30個(gè) GPS基準(zhǔn)站,年底即將投入使用,屆時(shí)福建省 GPS觀測網(wǎng)絡(luò)得以加密,依托加密觀測網(wǎng),以福建省地質(zhì)構(gòu)造為背景,可以對(duì)GPS速度場及應(yīng)變場進(jìn)行深入分析,追蹤福建地區(qū)斷層的活動(dòng)情況,分析斷層兩側(cè)地塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),為地震預(yù)報(bào)與震情跟蹤積累寶貴資料。

[1] 周本剛,周慶.對(duì)現(xiàn)今地殼變形資料在地震區(qū)劃中的應(yīng)用的初步探討[J].中國地震,2005,21(2):155-164.

[2] 李延興,李智.中國大陸及周邊地區(qū)的水平應(yīng)變場[J].地球物理學(xué)報(bào),2004,47(2):222-231.

[3] 丁學(xué)仁,吳紹祖.福建GPS臺(tái)網(wǎng)位移時(shí)間序列分析[J].國際地震動(dòng)態(tài),2007,(10):5-20.

[4] 邊少鋒,柴洪洲,金際航.大地坐標(biāo)系與大地基準(zhǔn)[M].北京:國際工業(yè)出版社,2005:15.

[5] 孫達(dá),蒲英霞.地圖投影[M].南京:南京大學(xué)出版社,2005,145-156.

[6] 丁學(xué)仁,胡新康,劉序儼.福建地區(qū)地塊運(yùn)動(dòng)時(shí)空變化特征研究[J].大地測量與地球動(dòng)力學(xué),2005,26(2):58-61.

[7] 丁學(xué)仁,史粦華,林繼華,等.福建地區(qū)現(xiàn)今地殼水平運(yùn)動(dòng)及形變特征[C]//中國地球物理學(xué)會(huì)第20屆年會(huì)論文集.西安:陜西省地球物理學(xué)會(huì),2004.

[8] 周本剛,周慶.對(duì)現(xiàn)今地殼變形資料在地震區(qū)劃中的應(yīng)用的初步探討[J].中國地震,2005,21(2):155-164.

[9] 張希,張曉亮,王雙緒,等.青藏塊體東北緣近期地殼水平運(yùn)動(dòng)與應(yīng)變積累[J].大地測量與地球動(dòng)力學(xué),2008,28(4):12-16.

Analysis of Velocity Field in Fujian Area

GUAN Yu-mei,LI Zu-ning,WANG Zi-yan
(Earthquake Administration of Fujian Province,Fuzhou,350003)

Based on GPS base station data in Fujian area from 2005to 2009,velocity fields of twenty stages are calculated and analyzed combined with strong earthquakes in Fujian and the surrounding area.The result shows that the velocity fields of Fujian area changed obviously during the occurrence of the South China Sea earthquake in 2007,which indicates that the velocity fields is affected by the Filipinas plate.

GPS observation station;velocity field;Fujian area

P228.4;P315.72

A

1003-1375(2011)02-0027-04

2010-09-19

福建省地震局科研基金

關(guān)玉梅(1976-),女(漢族),福建三明人,工程師,主要從事 GPS形變觀測與研究工作.E-mail:amei5102@gmail.com