地殼形變GPS監(jiān)測數(shù)據的統(tǒng)計分析研究

引文格式：酒正綱，張林廣，郁雯. 地殼形變GPS監(jiān)測數(shù)據的統(tǒng)計分析研究[J].測繪通報，2015(2)：67-69.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0044

地殼形變GPS監(jiān)測數(shù)據的統(tǒng)計分析研究

酒正綱，張林廣，郁雯

(河北建筑工程學院，河北 張家口 075024)

TheStudyofGPSCrustalDeformationMonitoringStatisticalAnalysis

JIUZhenggang，ZHANGLinguang，YUWen

摘要：地殼形變與地震孕育有非常密切的關系，地殼形變監(jiān)測可為地震預報提供重要的數(shù)據依據。本文論述了地殼形變和地震孕育的相互關系，對中國地殼運動觀測網絡的建立進行說明，并采用統(tǒng)計軟件SPSS對區(qū)域網的GPS點位變化數(shù)據進行了統(tǒng)計分析，采用箱圖的形式表示數(shù)據分析的結果，得到了統(tǒng)計數(shù)據中一些奇異點數(shù)據，這些點位數(shù)據需要進一步研究和探討。

關鍵詞：GPS；地殼形變監(jiān)測；地震預報；SPSS；統(tǒng)計分析

中圖分類號：P228.4文獻標識碼：B

收稿日期：2013-12-04

基金項目：華北地區(qū)地殼形變及地震預報研究(11276927)

作者簡介：酒正綱(1965—)，男，碩士，副教授，主要研究方向為GPS理論與應用。E-mail：zjkzlg001@sohu.com

一、引言

全球定位系統(tǒng)(GPS) 觀測可提供高精度、大范圍和準實時的地殼運動定量數(shù)據, 使得在短時間內獲取大范圍地殼運動速度場成為可能, 已廣泛地用于監(jiān)測現(xiàn)今地殼運動[1]。本文將通過研究中國地殼運動觀測網絡各GPS觀測站點的坐標變化來找到點位變化奇異的點，這些奇異點將是地殼形變監(jiān)測中重點關注的點。

前期的大量研究表明，地殼形變與地震孕育有著非常密切的關系，而地殼形變的具體數(shù)值在某種程度上可以通過GPS站點三維坐標的變化表現(xiàn)出來。對于地殼形變和地震孕育的相互關系，國內專家和學者論述較多，汪在森(2007)認為從地殼運動速度場的分布來看，強烈地震通常發(fā)生在地殼運動差異顯著的區(qū)域，也就是運動速度的矢量大小、方向存在顯著差異的地區(qū)[2]。王雙緒(2009)有以下論述：通過研究2001年昆侖山口西8.1級地震和汶川8.0級地震發(fā)現(xiàn)，通常人們認為強烈地震或巨大地震應該發(fā)生在構造運動非常強烈的區(qū)域，而這兩個強震的發(fā)生區(qū)域卻并不如此，2001年昆侖山口西8.1級強震發(fā)生在青藏高原塊體內部第二弧形帶上，該區(qū)域斷裂錯動速率不高，但兩側的昆侖山地塊和柴達木地塊運動速率南強、北弱差異十分顯著；汶川8.0級地震發(fā)生在青藏高原塊體東部邊界的龍門山斷裂中段水平區(qū)域，該區(qū)域相對運動量不大，但其兩側的羌塘地塊與華南地塊運動速率西強、東弱差異十分顯著[3]。冒愛泉(2008)利用GPS監(jiān)測地殼形變得出了以下結論：地殼水平運動的方向和大小顯著變化的區(qū)域是需要密切關注的區(qū)域，強烈地震可能就發(fā)生在這樣的區(qū)域[4]。

中國地殼運動觀測網絡是1997年國家批準實施的“九五”國家重大科學工程，該工程于2000年12月全面建成并正式投入運行。中國地殼運動觀測網絡建成了由27個連續(xù)觀測基準站組成的基準網、55個定期觀測的基本站組成的基本網和1000個不定期觀測的區(qū)域站組成的區(qū)域網3部分構成的觀測網絡，以及由一個數(shù)據中心與3個數(shù)據共享子系統(tǒng)構成的數(shù)據傳輸與分析處理系統(tǒng)。本文對中國地殼運動觀測網絡GPS區(qū)域網1999年、2001年、2004年、2007年觀測資料的數(shù)據處理結果分析點位異常的點，即采用統(tǒng)計分析的方法，對中國地殼運動觀測網絡的地殼形變數(shù)據進行統(tǒng)計分析，通過統(tǒng)計分析尋找奇異點。

下面通過箱圖表示中國地殼運動觀測網絡區(qū)域網點坐標變化的統(tǒng)計特性。

二、區(qū)域網點坐標變化統(tǒng)計分析界面

1. 區(qū)域網點X坐標變化箱圖

從中國地殼運動觀測網絡GPS數(shù)據共享服務(http:∥www.igs.org.cn:8080/)獲取846個區(qū)域網點坐標在ITRF2000框架下X、Y和Z方向的變化數(shù)據，并輸入到SPSS系統(tǒng)中，編輯成文件區(qū)域網點*.sav。圖1為區(qū)域網點位變化分析界面。圖2是經過運行統(tǒng)計分析程序后得到的區(qū)域網點X坐標變化箱圖。

從圖2區(qū)域網點X坐標變化箱圖中可以明顯看到區(qū)域網點X坐標變化數(shù)據的最大值、最小值、中位數(shù)和兩個四分位數(shù)5個特征點，以及所有異常值的點，這些異常值點分別是H057、J019、J010、H062、H067、H056、H075、H053、H042、C044、A109、A100、A101、H218、H21、H213、C011、A103、C029、A096、A105、A146、B012、C003、C022，A137和C002。

圖1　區(qū)域網點位變化分析界面

圖2　區(qū)域網點X坐標變化箱圖

2. 區(qū)域網點Y坐標變化箱圖

圖3是經過運行統(tǒng)計分析程序后得到的區(qū)域網點Y坐標變化箱圖。

圖3　區(qū)域網點Y坐標變化箱圖

圖3顯示了區(qū)域網點Y坐標變化數(shù)據的最大值、最小值、中位數(shù)和兩個四分位數(shù)5個特征值，并顯示出了所有異常值的點號，這些點號分別是C002、A137、C022、、A105、C029、C007、C003、B012、A096、A103、C011、A112、C058、A138、A146、C010、A100、B021、C021、D029、C034、I027、H078、H186、H107和H137。

3. 區(qū)域網點Z坐標變化箱圖

圖4是經過運行統(tǒng)計分析程序后得到的區(qū)域網點Z坐標變化箱圖，圖4區(qū)域網Z坐標變化箱圖顯示了區(qū)域網點位Z坐標變化數(shù)據的最大值、最小值、中位數(shù)和兩個四分位數(shù)5個特征值，并顯示了所有異常值的點號，這些點號分別是C002、A137、C022、A105、C030、C003、B012、A103、H205、A096、C044、A135、C010、A138、A136、I009、I068、G156、I017、I075、J043、I090、I084和I088。

圖4　區(qū)域網點Z坐標變化箱圖

以上圖2—圖4分別顯示了區(qū)域網X、Y和Z坐標變化異常的點號，在以上點號中， X、Y和Z坐標變化均為異常的點號為A096、A103、A105、A137、C002、C003、C022；將這些X、Y和Z坐標變化均為異常的點確定為奇異點，這些奇異點的位置及坐標變化量見表1。

表1　奇異點的位置及坐標變化量

在數(shù)據計算之前曾認為這些奇異點會分布在全國各地，但是計算結果卻出人意外地顯示這些點幾乎全部位于河北省中南部地區(qū)(A137寧河除外)，這是非常令人關注的，希望有關研究人員對此進一步深入研究和探討。

三、結束語

本文論述了地震的孕育和地殼形變存在著密切的關系，并通過相關震例論證了部分強震震前地殼形變的特點，即強烈地震常常發(fā)生在地殼形變差異較大的區(qū)域；同時本文又論述了中國地殼運動觀測網絡的建立過程，采用了其中846個區(qū)域網點的X、Y、和Z方向變化的數(shù)據，并采用統(tǒng)計軟件SPSS對數(shù)據進行統(tǒng)計計算，對統(tǒng)計計算的結果進行分析，得到了一些奇異點數(shù)據，這些數(shù)據具有明顯的統(tǒng)計異常，本文給出了這些奇異點數(shù)據的編號和點位，以便進行深入的研究。

致謝：本文計算原始數(shù)據來自中國地殼運動觀測網絡GPS數(shù)據共享服務(http:∥www.igs.org.cn:8080/)，在此表示感謝。

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