汶川地震前后重慶地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)特征分析*

陳 濤 朱麗霞 占 偉 王紫燕 趙 斌

(1)重慶市地震局，重慶 401147 2)中國地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180 3)福建省地震局，福州 350000 4)中國地震局地震研究所，武漢430071)

汶川地震前后重慶地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)特征分析*

陳 濤1)朱麗霞1)占 偉2)王紫燕3)趙 斌4)

(1)重慶市地震局，重慶 401147 2)中國地震局第一監(jiān)測(cè)中心，天津 300180 3)福建省地震局，福州 350000 4)中國地震局地震研究所，武漢430071)

通過處理重慶GPS觀測(cè)網(wǎng)2008年2月—2010年10月的觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到該地區(qū)12個(gè)測(cè)站的汶川地震同震位移、地震前后跨斷層基線時(shí)間序列，及相對(duì)于WUHN站的水平運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和區(qū)域無整體旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)下的速度場(chǎng)。結(jié)果表明，重慶地區(qū)的同震水平位移最大達(dá)到24 mm，最小達(dá)到7 mm;汶川地震后重慶地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)整體平穩(wěn)。

汶川地震;同震位移;GPS;水平位移場(chǎng);地殼運(yùn)動(dòng)

1 引言

2008年汶川8.0級(jí)地震，其同震位移具有突變性和時(shí)間上的同步性以及變化幅度的顯著性［1，2］。地質(zhì)考察給出了沿映秀-北川斷裂和灌縣-江油斷裂形成的地表破裂帶及同震位移場(chǎng)，但沒有給出地表破裂以外區(qū)域同震位移場(chǎng)。而地震引起的區(qū)域和遠(yuǎn)場(chǎng)的變形是認(rèn)識(shí)發(fā)震斷裂運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)不可缺少的，對(duì)于研究地震的破裂特征和判定未來地震趨勢(shì)具有重要的意義。GPS連續(xù)觀測(cè)已發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)離震中的觀測(cè)站有同震水平位移［2］。本文對(duì)重慶 GPS監(jiān)測(cè)網(wǎng)2008年2月—2010年10月的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)一解算、處理，得到了各測(cè)站的同震位移、速度場(chǎng)及地震前后跨斷層基線時(shí)間序列。

2 數(shù)據(jù)處理

重慶市位于我國南北地震帶中段東側(cè)，為了監(jiān)測(cè)重慶地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)與華鎣山斷裂和七曜山-金佛山斷裂的活動(dòng)，重慶市地震局于2008年開始沿長(zhǎng)江兩側(cè)建設(shè)了15個(gè)GPS連續(xù)觀測(cè)參考站(圖1)。其中奉節(jié)紅土(FJHT)、巫山建坪(WSJP)、開縣臨江(KXLJ)、合川云臺(tái)(HCYM)、巴南石龍(BNSL)、江津麻柳(JJML)、墊江新民(DJXM)、奉節(jié)興隆(FJXL)、榮昌盤龍(RCPL)、萬州(WANZ)、豐都龍河(FDLH)11個(gè)臺(tái)站于2008年1月建成，梁平復(fù)平(LPFP)于2008年4月建成，黔江(QJIA)于2008年7月建成，石柱(SZHU)和武隆仙女山(WLXN)于2008年10月建成。所有GPS站點(diǎn)均建在基巖上。

圖1 重慶GPS觀測(cè)站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of GPS observation stations in Chongqing

利用GAMIT/GLOBK10.35對(duì)2008年2月—2010年10月的30 s GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行處理采用的是ITRF2005框架、SP3精密星歷，并加入了分布較為均勻且自身穩(wěn)定、觀測(cè)數(shù)據(jù)較為完整的17個(gè)中國大陸及其周邊的IGS站(BJFS、SHAO、WUHN、CHAN、KUNM、LHAZ、IRKT、POL2、SELE、IISC、DAEJ等)一并解算［3，4］。運(yùn)用GLOBK計(jì)算出所有測(cè)站坐標(biāo)松弛約束的整體解，然后運(yùn)用上述17個(gè)IGS站作為框架，用GLORG通過4次迭代、2倍中誤差將整體解的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)到17個(gè)IGS站確定的參考框架上，從而得到GPS測(cè)站的坐標(biāo)和基線時(shí)間序列。所得結(jié)果中15個(gè)測(cè)站坐標(biāo)的重復(fù)性分別為：南北向?yàn)?.3～2.8 mm，東西向?yàn)?.4～2.6 mm，垂向?yàn)?.8～6.6 mm;基線長(zhǎng)度重復(fù)性為2.6 mm，重復(fù)性精度基本達(dá)到中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)同等的GPS連續(xù)觀測(cè)站的重復(fù)性精度［5］，表明基準(zhǔn)站運(yùn)行平穩(wěn)。

3 汶川地震同震水平位移

在ITRF2005框架下計(jì)算重慶GPS同震形變時(shí)，不考慮其震后的運(yùn)動(dòng)［6］，只考慮站點(diǎn)時(shí)間序列的周年和半周年變化。分析結(jié)果顯示，重慶地區(qū)12個(gè)GPS觀測(cè)站均監(jiān)測(cè)到了同震水平位移，汶川地震對(duì)重慶的華鎣山斷裂及七曜山-金佛山斷裂也產(chǎn)生了一定的影響：

1)同震位移場(chǎng)的結(jié)果顯示，重慶12個(gè)GPS觀測(cè)站均向西北運(yùn)動(dòng)。其中，HCYT觀測(cè)站水平位移量達(dá)到了24.08 mm，RCPL觀測(cè)站達(dá)到了21.92 mm，其余的觀測(cè)站水平位移量為7.66～18.48 mm。該結(jié)果與文獻(xiàn)［7］所得結(jié)果相差1～4 mm(表1，圖2(誤差橢圓代表95%置信區(qū)間))。

表1 汶川地震同震水平位移(單位：mm)Tab.1 Coseismic displacement of the Wenchuan earthquake in Chongqing(unit：mm)

2)通過跨華鎣山斷裂的BNSL-HCYT、BNSLRCPL、JJML-RCPL、JJML-HCYT的基線時(shí)間序列可以看出(圖3)，汶川地震使華鎣山斷裂呈現(xiàn)拉張。跨七曜山-金佛山斷裂的FJHT-WSJP、FJHT-FJXL基線時(shí)序曲線則沒有表現(xiàn)出明顯的同震變形，說明汶川地震對(duì)七曜山-金佛山斷裂的影響較小，其中跨七曜山-金佛山斷裂的QJIA-SZHU、FDLH-QJIA基線是震后才有數(shù)據(jù)。由于汶川地震前重慶GPS只有3個(gè)月的觀測(cè)時(shí)間，無法與震后的基線時(shí)間序列進(jìn)行對(duì)比。但是，通過震后基線時(shí)間序列還是可以看出，震后各跨斷層GPS基線時(shí)間序列無明顯的波動(dòng)。

圖2 汶川地震同震水平位移Fig.2 Coseismic horizontal displacement of the Wenchuan earthquake in Chongqing

5 重慶活動(dòng)地塊運(yùn)動(dòng)速度背景場(chǎng)

游新兆［8］的研究表明：三峽庫首區(qū)為非常穩(wěn)定的區(qū)域，該GPS網(wǎng)內(nèi)部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)即速率差異性為1～2 mm/a水平，區(qū)域內(nèi)水平差異運(yùn)動(dòng)不顯著。

在分析重慶地區(qū)的地殼形變運(yùn)動(dòng)狀況時(shí)，介于汶川地震前重慶地區(qū)GPS觀測(cè)時(shí)間只有2個(gè)月，故選取震后的2008年6月—2010年10月的數(shù)據(jù)進(jìn)行速度場(chǎng)的求取。以華南地塊上的IGS站W(wǎng)UHN為參照點(diǎn)，得到重慶15個(gè)GPS觀測(cè)站相對(duì)WUHN觀測(cè)站的速度，并應(yīng)用區(qū)域無整體旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)［9，10］下的速度場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比分析(表2，圖4)。其中SZHU與WLXN兩個(gè)站點(diǎn)在進(jìn)行區(qū)域無整體旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)計(jì)算時(shí)超過2倍中誤差，予以剔除。

在相對(duì)速度場(chǎng)中，華鎣山斷裂兩側(cè)的HCYT、RCPL、JJML、BNSL的運(yùn)動(dòng)速率有一定差異，表現(xiàn)出該斷裂具有拉張?zhí)卣?七曜山-金佛山斷裂兩側(cè)的FJHT、WSJP、FJXL的運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)了斷裂的擠壓特征。區(qū)域無整體旋轉(zhuǎn)下的速度場(chǎng)中，HCYT與BNSL的運(yùn)動(dòng)方向明顯的表明了華鎣山斷裂的拉張?zhí)卣? FJHT、WSJP、FJXL與相對(duì)速度場(chǎng)下的運(yùn)動(dòng)形態(tài)相近，也表明七曜山-金佛山斷裂為擠壓活動(dòng)特征。兩種不同基準(zhǔn)速度場(chǎng)所得出的結(jié)論是相似的。其中，SZHU觀測(cè)站速率有些異常，通過其站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)間序列可以看出該站在2009年的6—7月南北向出現(xiàn)了明顯的轉(zhuǎn)折，說明存在某種較為強(qiáng)烈的干擾，經(jīng)分析可能是觀測(cè)條件變化所致，具體原因還有待進(jìn)一步研究。

6 結(jié)論

圖3 跨華鎣山斷裂及跨七曜山-金佛山斷裂的基線時(shí)間序列Fig.3 Time series of baseline length of cross-Huayingshan fault and cross-Qiyaoshan-Jinfoshan fault

從重慶地殼運(yùn)動(dòng)GPS觀測(cè)網(wǎng)的分析結(jié)果可以看出，12個(gè)GPS觀測(cè)站均觀測(cè)到了汶川地震的同震位移，最大水平位移達(dá)到24.08 mm，最小水平為7.66mm;汶川地震使華鎣山斷裂呈現(xiàn)拉張，七曜山-金佛山斷裂所受的影響不明顯。震后的跨斷層基線時(shí)間序列變化平穩(wěn)，未出現(xiàn)明顯的趨勢(shì)性變化。考慮存在一定的誤差因素，兩種基準(zhǔn)下的速度場(chǎng)均表明汶川地震后重慶地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)總體上是平穩(wěn)的。

表2 重慶區(qū)GPS觀測(cè)站相對(duì)于WUHN站的速率與區(qū)域無整體旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)下的速度(單位：mm/a)Tab.2 Horizontal movement rates of GPS observation stations in Chongqing relative to WUHN and horizontal movement rates of Chongqing under the regional NNR frame(unit：mm/a)

圖4 重慶GPS觀測(cè)站點(diǎn)相對(duì)WUHN站點(diǎn)水平運(yùn)動(dòng)速度(藍(lán)色箭頭)與區(qū)域無整體旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)下的速度圖(黑色箭頭)Fig.4 Horizontal movement rates of GPS Observation Stations in Chongqing relative to WUHN(blue arrows) and horizontal movement rates of Chongqing under the regional NNR frame(black arrows)

1 顧國華，王武星.GPS測(cè)得的汶川大地震同震位移［J］.地震，2009，29(1)：92-99.(Gu Guohua and Wang Wuxing.Coseismic displacements from the 2008 Wenchuan M8.0 earthquake observed by GPS［J］.Earthquake，2009，29(1)：92-99)

2 Vigny C，et a1.Insight into the 2004 Sumatra-Andaman earthquake from GPS measurements in southeast Asia［J］.Nature，2005，436：201-206.

3 王解先，等.區(qū)域性GPS地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理［J］.地殼形變與地震，1997，17(2)：6-12.(Wang Jiexian，et al.Data processing of regional GPS for crust deform action monitoring network［J］.Crustal Deformation and Earthquake，1997，17(2)：6-12)

4 陸彩萍，王解先.GPS監(jiān)測(cè)地殼運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)處理［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2002，(4)：56-60.(Lu Caiping and Wang Jiexian.Data processing for GPS crust movement monitoring network［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2002，(4)：56-60)

5 喬學(xué)軍，等.中國GPS地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)的精度分析與評(píng)定(1992-1996)［J］.地殼形變與地震，1998，(1)：52-56.(Qiao Xuejun，et al.Precision analysis and estimation of GPS crustal movement monitoring net in China(1992-1996)［J］.Crustal Deformation and Earthquake，2002，22 (4)：56-60)

6 Thomas Herring.MATLAB tools for viewing GPS velocities and time series［J］.GPS Solutions，2003，7：194-199.

7 國家重大科學(xué)工程“中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)”項(xiàng)目組.GPS測(cè)定的2008年汶川Ms 8.0級(jí)地震的同震位移場(chǎng)［J］.中國科學(xué)(D輯：地球科學(xué))，2008，38(10)：1 195-1 206.(National Scientific Project“China Crustal Movement Observation Network”Project Team.Coseismic displacements from the 2008 Wenchuan M8.0 earthquake observed by GPS［J］.Science in China Series D，2008，38(10)：1 195-1 206)

8 杜瑞林，等.長(zhǎng)江三峽GPS處理結(jié)果和應(yīng)變背景場(chǎng)［J］.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版)，2004，29(9)：769-771.(Du Ruilin，et al.Results of the crustal deformation by GPS survey and horizontal strain rate fields in the Three Gorges area［J］.Geomatics and Information Science of Wuhan University，2004，29(9)：769-771)

9 楊國華，等.中國大陸整體無凈旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)及其應(yīng)用［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2005，(4)：6-10.(Yang Guohua，et al.No-net-rotation crustal movement of China mainland and its application［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2005，(4)：6-10)

10 胡新康，等.區(qū)域無整體旋轉(zhuǎn)基準(zhǔn)的研究與應(yīng)用［J］.大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2007，72(2)：52-60.(Hu Xinkang，et al.Research and application of regi*onal no-netrotation reference frame［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2007，(2)：52-60)

ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF CRUSTAL MOVEMENT IN CHONGQING BEFORE AND AFTER WENCHUAN EARTHQUAKE

Chen Tao1)，Zhu Lixia1)，Zhan Wei2)，Wang Ziyan3)and Zhao Bin4)

(1)Earthquake Administration of Chongqing Municipality，Chongqing 401147 2)First Crust Monitoring and Application Center，CEA，Tianjin 300180 3)Earthquake Administration of Fujian Province，F(xiàn)uzhou 350000 4)Institute of Seismology，China Earthquake Administration，Wuhan430071)

By processing the observation data of the GPS network in Chongqing from February，2008 to October，2010，the following data were obtained：the coseismic displacement of 12 GPS stations in this area，the time series of cross-fault baseline length before and after Wenchuan earthquake，the horizontal movement field of Chongqing GPS stations related to WUHN and the horizontal movement rates of Chongqing under the regional NNR frame.The results show that the maximum of the coseismic horizontal displacement in Chongqing is 24 mm，and the minimum is 7 mm.After that event，the crustal movement in Chongqing has been steady as a whole.

Wenchuan earthquake;coseismic displacement;GPS;horizontal movement rate field;crustal movement

1671-5942(2011)06-0054-04

2011-03-26

重慶市科技攻關(guān)項(xiàng)目(CSTC，2008AB0095)

陳濤，男，1980年生，研究實(shí)習(xí)員，主要從事GPS數(shù)據(jù)處理與分析研究.E-mail：chentao06@126.com

P315.72+5

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