日本大地震(Mw 9.0)對中國大地基準框架的影響

蔣光偉，程傳錄，田曉靜，王 斌

(國家測繪地理信息局 大地測量數據處理中心，陜西 西安 710054)

一、前 言

2011年3月11日北京時間13時46分，日本仙臺東部(38.03°N，143.15°E)約129 km的太平洋海域發生了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生了一次Mw7.5級地震。大地震引發浪高高達23 m的海嘯，并造成重大人員和財產損失。

仙臺Mw9.0地震震后，國內外學者對此次地震進行了大量研究。如日本國土地理院在震后迅速發布了其1 200站觀測到的GPS同震形變[1]。日本筑波大學副教授八木勇對地震進行了解析與分析,認為11日大地震是由長約500 km、寬約200 km的巨大斷層出現最大20 m的位移而引發的[2]。國際上相關組織和專家均利用GPS觀測值，如采取高頻GPS數據的精密單點定位技術對地震進行了同震形變分析和相關反演工作[2-4]。相關研究顯示，位于震中西北部的宮城縣牡鹿半島向東南移動了5.3 m，同時下沉約1.2 m，宮城海域海底基準點向東南方向移動了24 m；福島海域基準點距離震源較遠，移動了約5 m。國內學者大都是針對地震的機理及對地震進行同震變形分析研究，沒有探討此次地震對周邊國家框架尤其是對我國大地基準的影響。

鑒于此，本文利用連續運行GPS跟蹤站數據，分析了日本地震對我國大地基準點的變化情況，這對我國框架點的合理采用具有重要借鑒意義。

二、監測網布設情況與數據處理方案

為分析日本大地震對中國大陸基準的影響，筆者收集了2011年3月6日—2011年3月16日33個中國地殼運動觀測網絡連續跟蹤站數據，以及離震中120 km左右的MIZU和較遠的 STK2站及周邊IGS站。采用GAMIT 10.4軟件，利用國際GPS服務跟蹤站精密星歷，估計衛星鐘差、接收機鐘差、對流層、電離層延遲、天線相位中心等各項改正進行解算，選擇ITRF2008參考框架和2011年3月8日參考歷元進行數據處理，分析日本大地震對我國框架的影響。

由于日本大地震是由于板塊的相互運動造成的，因此，分析我國大地基準的變化的關鍵是選取穩定的基準點。本文最終選取了離震中較遠的昆明(KUNM)、拉薩(LHAS)、烏魯木齊(GUAO)、烏蘭巴托(ULAB)、韓國(SUWN)、俄羅斯(KHAJ)6個IGS站為基準站，利用震前與震后觀測數據，采用同一參考框架與參考歷元分析我國框架點的變化。

三、結果分析與討論

1. 結果統計

利用震后與震前處理結果得到大地基準點的變化量，從統計結果(見表1)可得出：日本大地震對我國基準點的影響量級平均在毫米級。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，可得出我國大地基準點受日本大地震影響不顯著。

2. 基準點穩定性分析

地震造成我國大地框架點具有一定的變化量，因此，分析框架點的穩定性是GPS數據處理時選擇框架的關鍵[5,6]，對我國大地基準的維護具有重要借鑒意義，本文重點分析了CHAN、BJSH兩個框架點的穩定性(如圖1、圖2所示)。

圖2 震后BJSH、CHAN時間序列

從圖1與圖2震前與震后時間序列可得出：震后較震前BJSH、CHAN在N、E方向雖有一定的擺動，但變化不大，保持了較好的穩定性。因此，地震對我國基準點沒有造成大的影響。

3. 大地基準點位移變化分析

從大地基準點的分布情況及大地震造成基準點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域 STK2、MIZU點都向東南方向運動，MIZU點變化量級達到2.6 m,STK2點變化量為2 cm左右，這兩點都下沉。這與目前地震對日本的造成的島嶼下沉基本一致。我國東北附近的HRBN、CHAN、SUIY基準點及韓國SUWN都有向東南方向運動的趨勢。

2) 我國大地基準點SUIY變化量為1.5 cm左右，CHAN、HRBN變化量在5 mm左右，其余基準點變化都非常小；韓國的SUWN、DAEJ變化量也都小于5 mm。同時，也可得出大地基準點變化量明顯具有區域性，離日本地震區域越近影響越大，離震中越遠影響越小。

3) 從垂直位移分布可看出，我國大地基準點稍有向上變化的趨勢，但影響量級不大。這與此次地震發生的機理基本一致，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東部地區[2]，菲律賓板塊在日本西南地區俯沖到歐亞板塊之下[7]。

4) 整體上看，中國GPS大地基準點變化量級很小，基本保持了良好的穩定性，地震對我國框架影響不大。

四、結束語

1) 此次日本大地震波及范圍廣，但從我國大地基準點變化量來看，平面變化最大將近2.2 cm，垂直變化最大將近2.0 cm， 整體影響量級很小， 基本對我國的框架沒有造成較大的影響。

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

3) 大地基準點變化量明顯具有區域性，離日本地震區域越近影響越大，離震中越遠影響越小。

參考文獻：

[1] AMMON C,LAY T,KANAMORI H,et al.A Rupture Model of the 2011 off the Pacific Coast of Tohoku Earthguake[J].Earth Planets Space,2011,63(7):693-696.

[2] OZAWA S, NISHIMURA T, SUITO H, et al.Coseismic and Postseismic Slip of the 2011Magnitude-9 Tohoku-Oki Earthquake[J].Nature，2011，475(7356):373-376.

[3] ITO T, OZAWA K, WATANABE T,et al., Slip Distribution of the 2011 Tohoku Earthquake Inferred from Geodetic Data[J]. Earth Planets Space, 2011,63(7):627-630.

[4] NORMILE D.日本大地震的科學共識來得太遲[J].國際地震動態，2011(5)：1-2.

[5] 李志才，張鵬，金雙根，等.基于GPS觀測數據的汶川地震斷層形變反演分析[J].測繪學報，2009，38(2)，108-113.

[6] 白貴霞，程傳錄，郭春熙，等.汶川地震地形形變監測與分析[J].地球科學與環境學報，2010，32(2)：205-210.

[7] 邵志剛，武艷強，江在森，等.基于GPS觀測分析日本9.0級地震同震位錯與近場形變特征[J].地球物理學報，2011，54(9)：2243-2249.