利用超高頻 GPS獲取人工爆破引起的位移信號(hào)

李祖寧 林 樹 陳超賢 陳 光 關(guān)玉梅 王紫燕（福建省地震局，福州 350003）

利用超高頻 GPS獲取人工爆破引起的位移信號(hào)

李祖寧 林 樹 陳超賢 陳 光 關(guān)玉梅 王紫燕
（福建省地震局，福州 350003）

高頻GPS在地震學(xué)中的應(yīng)用越來越成熟，高頻GPS獲取位移信號(hào)的能力與采樣率有很大的關(guān)系， 隨著高頻（1 Hz）和超高頻（20～50 Hz）GPS接收機(jī)的出現(xiàn)以及高頻GPS數(shù)據(jù)處理算法的成熟，使得GPS 的觀測(cè)精度和對(duì)形變譜的敏感性朝著測(cè)量地殼動(dòng)態(tài)瞬時(shí)變化的方向不斷改進(jìn)，目前已經(jīng)出現(xiàn)大地測(cè)量和地震學(xué)觀測(cè)譜范圍逐漸合并的趨勢(shì)。但是，由于GPS測(cè)量所受的影響因素比較多，而且高頻GPS的觀測(cè)精度相對(duì)于地震儀的觀測(cè)精度相差較大，導(dǎo)致其對(duì)地震信號(hào)觀測(cè)精度比地震儀低很多。高頻GPS所觀測(cè)到的信號(hào)到底是噪聲還是真正的位移信號(hào)？一些學(xué)者還存在疑問和爭(zhēng)論，同時(shí)，對(duì)于超高頻GPS數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性以及可靠性也存在不同的意見和說法。因此，利用超高頻GPS（50 Hz）對(duì)人工爆破引起的位移信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，探究超高頻GPS數(shù)據(jù)在實(shí)際觀測(cè)中的可靠性及捕獲位移信號(hào)的能力及精度，顯得非常必要。

2014年6月福建省地震局在福建境內(nèi)進(jìn)行了不同當(dāng)量的人工爆破實(shí)驗(yàn)，2014年6月16日在漳州南靖試驗(yàn)場(chǎng)我們采用50 Hz的超高頻GPS接收機(jī)進(jìn)行近場(chǎng)觀測(cè)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證高頻GPS確實(shí)能夠捕捉到近場(chǎng)爆破引起的地殼振動(dòng)信號(hào)，2014年6月23日福建省地震局在漳州華安實(shí)施人工爆破前，我們又在另外一次人工爆破試驗(yàn)場(chǎng)華安試驗(yàn)場(chǎng)的爆破點(diǎn)附近布置了超高頻接收機(jī)。為了獲取高采樣率高精度的結(jié)果，我們采用短基線差分處理模式，選擇離炮點(diǎn)最近的福建GNSS基準(zhǔn)站（幾十千米）為參考站，由于爆破源能量衰減非常快，在參考站附近由于爆破源引起的位移基本為零，利用動(dòng)態(tài)歷元差分方法對(duì)50 Hz超高頻GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，所采用的軟件為GAMIT/GLOBK程序中的track模塊。為了獲取更準(zhǔn)確的時(shí)間信號(hào)信息，我們對(duì)解算結(jié)果進(jìn)行帶通濾波來去掉不需要的噪聲信號(hào)，通過對(duì)原始觀測(cè)記錄進(jìn)行頻譜分析，找出爆破信號(hào)所集中的頻率范圍，再基于這個(gè)頻率范圍對(duì)原始觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行帶通濾波來消除其他噪聲信號(hào)。

利用快速預(yù)報(bào)星歷以及事后精密星歷，我們對(duì)觀測(cè)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)時(shí)和事后精密處理（圖1和圖2）。結(jié)果顯示，高頻GPS在差分處理模式下，其水平向噪聲大致為5 mm，垂直向大致為10 mm，南靖人工爆破近場(chǎng)清晰記錄到55 mm的垂直向位移，而華安人工爆破近場(chǎng)清晰記錄到20 mm的東西向位移，同時(shí)說明如果地殼的振動(dòng)幅度超過高頻GPS噪聲水平，高頻GPS能夠捕捉到近場(chǎng)地震引起的位移信號(hào)；高頻GPS差分單歷元解在采用快速預(yù)報(bào)星歷與事后精密星歷得到的結(jié)果基本一致，這也說明采用快速預(yù)報(bào)星歷進(jìn)行高頻GPS實(shí)時(shí)解算的結(jié)果的可靠性；高頻GPS記錄可以作為有效的“地震位移計(jì)”，對(duì)以記錄速度和加速度的地震儀起到很重要的補(bǔ)充作用，使得“GPS地震學(xué)”這一交叉學(xué)科具有很好的發(fā)展前景，高頻GPS數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理結(jié)果將可應(yīng)用于地震烈度速報(bào)與地震預(yù)警。

圖1　南靖人工爆破記錄的高頻GPS位

圖2　華安人工爆破記錄的高頻GPS位移