福建天馬場地綜合水準(zhǔn)和GPS資料的地殼形變研究

林鴻杰 占惠 李光明 林淑冰

（廈門地震勘測研究中心 福建廈門 361021）

摘 要：利用福建天馬場地2009—2016年的水準(zhǔn)測量資料和GPS測量資料，通過對(duì)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并綜合分析，研究福建天馬場地多年觀測資料數(shù)據(jù)和該地區(qū)地殼形變的關(guān)系。分析結(jié)果表明福建天馬場地內(nèi)以壓性型態(tài)為主，并有持續(xù)性特征，水平形變要比垂直形變更加顯著；在年周期變化上，天馬場地水準(zhǔn)資料的年周期特征比GPS資料更加明顯。得出結(jié)論為：近幾年天馬場地的地殼活動(dòng)仍然十分活躍，應(yīng)密切關(guān)注。

關(guān)鍵詞：水準(zhǔn) GPS 地殼形變

中圖分類號(hào)：P31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）02（b）-0013-03

Abstract：Using the leveling measurements data and the GPS measurements data of Fujian-tianma site from 2009 to 2016，the authors process and analyze the relevant data to research the relationship between many yearsobservation data and crustal deformation in Fujian-tianma site.The analysis results show that he Fujian-tianma site is mainly a type of extrusion with a persistent feature，and its horizontal deformation is more distinct than the vertical deformation；as for the change of annual cycle in Fujian-tianma site，the leveling measurements data is more obvious than the GPS data. At last the authors come to the conclusion that in recent years Fujian-tianma site is still very active，so more attention should be paid to.

Key Words：Leveling；GPS；Crustal deformation

福建沿海地區(qū)自古以來是地震多發(fā)區(qū)，為了地震監(jiān)測和科研的需要，1976年福建省地震綜合隊(duì)（現(xiàn)廈門地震勘測研究中心）在廈門島外勘選并組建了天馬水準(zhǔn)測量場地。天馬場地跨越了長樂—— 詔安斷裂帶的次一級(jí)構(gòu)造斷裂，在場地的核心地帶建有天馬形變臺(tái)，作為福建省唯一的定點(diǎn)水準(zhǔn)觀測臺(tái)站，其基本任務(wù)為：應(yīng)用精密測量監(jiān)測斷裂運(yùn)動(dòng)，為地震研究和中短期預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確、完整的觀測資料[1]。

該文基于2009—2016年期間天馬地震臺(tái)提供的定點(diǎn)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)，廈門地震勘測研究中心監(jiān)測作業(yè)組提供的跨斷層流動(dòng)水準(zhǔn)數(shù)據(jù)和流動(dòng)GPS觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合天馬場地所處的地質(zhì)構(gòu)造背景，分析水準(zhǔn)數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)的時(shí)空變化率，從而綜合水準(zhǔn)和GPS資料研究近年來天馬場地的地殼形變特征。

1 資料概況

1.1 定點(diǎn)水準(zhǔn)資料

定點(diǎn)水準(zhǔn)項(xiàng)目作為天馬場地主要觀測手段，從1976年建場起開始觀測，連續(xù)至今，提供了近13 000期的高精度水準(zhǔn)觀測成果。該項(xiàng)目的資料數(shù)據(jù)由天馬地震臺(tái)人員實(shí)施野外觀測采集，使用儀器為德國蔡司廠Ni004，按規(guī)范要求整理資料，并按時(shí)將資料寄交到國家地震臺(tái)網(wǎng)中心等單位。

該文利用的天馬場地定點(diǎn)水準(zhǔn)資料從2009年開始，采用連續(xù)4年來完整的6個(gè)測段數(shù)據(jù)（E1—G—S，G—W—W2—M2—G），以高差月均值為研究指標(biāo)。

1.2 跨斷層流動(dòng)水準(zhǔn)資料

跨斷層流動(dòng)水準(zhǔn)項(xiàng)目是天馬場地另一個(gè)主要觀測手段，從2000年開始選點(diǎn)埋石，2001年開始觀測，連續(xù)觀測至今近15年，該項(xiàng)目的資料數(shù)據(jù)由廈門地震勘測研究中心監(jiān)測作業(yè)組人員實(shí)施野外觀測采集，使用儀器為德國蔡司廠Ni002，按規(guī)范要求整理資料，至今提供了近180期的高精度水準(zhǔn)觀測資料。跨斷層流動(dòng)水準(zhǔn)觀測路線為TM1—TM2—W2—G—S—TM3—TM4。

該文利用的天馬場地跨斷層流動(dòng)水準(zhǔn)資料從2009年開始，采用連續(xù)7年來完整的6個(gè)測段數(shù)據(jù)，以高差月值為研究指標(biāo)。

1.3 跨斷層流動(dòng)GPS資料

根據(jù)“福建省前兆流動(dòng)觀測項(xiàng)目的流動(dòng)GPS觀測項(xiàng)目”的要求，2009—2011年廈門地震勘測研究中心完成了天馬跨斷層短邊GPS場地觀測共六期。2009年至今廈門地震勘測研究中心完成了天馬跨斷層短邊GPS場地觀測共六期，第一期觀測時(shí)間為2009年7月22日～7月25日，第二期觀測時(shí)間為2009年9月25日～9月28日，第三期觀測時(shí)間為2010年1月15日～1月18日，第四期觀測時(shí)間為2010年8月10日～8月14日，第五期觀測時(shí)間為2011年4月19日～4月22日，第六期觀測時(shí)間為2011年10月21日～10月24日。天馬場地GPS站點(diǎn)共有4個(gè)GPS觀測點(diǎn)，其中TM04站點(diǎn)位于天馬場地之外的翔安西巖山上，具體的天馬場地GPS站點(diǎn)如表1所示。

由于2009年第一期觀測中天馬西點(diǎn)（TM02）在年積日204觀測時(shí)，因大雨致使GPS接收機(jī)發(fā)生故障，放棄觀測，第一期該點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)，因此第一期有效觀測成果為3個(gè)站點(diǎn)。所以從數(shù)據(jù)的一致性考慮，該文利用的天馬場地跨斷層流動(dòng)GPS資料選擇從2009年第二期（同時(shí)也為總第二期）開始，采用連續(xù)5期完整的跨斷層流動(dòng)GPS觀測數(shù)據(jù)，以GPS基線長度為研究指標(biāo)。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 對(duì)水準(zhǔn)資料的數(shù)據(jù)處理

天馬場地水準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)的處理，是采用天馬場地水準(zhǔn)觀測資料各測段的原始高差值，其中對(duì)定點(diǎn)水準(zhǔn)資料取高差月均值，對(duì)流動(dòng)水準(zhǔn)資料取高差月值。為了提高精密水準(zhǔn)測量的精度，對(duì)水準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了相應(yīng)的水準(zhǔn)標(biāo)尺長度改正。同時(shí)考慮到天馬場地的水準(zhǔn)各測段距離較短（測段平均距離約為0.4 km）和外業(yè)觀測溫度較為理想（大致處于10 ℃～35 ℃之

間），未對(duì)水準(zhǔn)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行水準(zhǔn)標(biāo)尺溫度改正、正常水準(zhǔn)面不平行改正和重力異常改正等對(duì)高差數(shù)據(jù)影響不顯著的改正[2，4]。

2.2 對(duì)GPS資料的數(shù)據(jù)處理

天馬場地流動(dòng)GPS觀測數(shù)據(jù)的處理處理使用的是GAMIT軟件，在進(jìn)行每天一個(gè)時(shí)段的基線解算中，天馬站點(diǎn)、國內(nèi)站點(diǎn)再加上IGS國際GPS站點(diǎn)一般約有22個(gè)GPS點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行解算。

在基線處理中計(jì)算所使用的星歷數(shù)據(jù)是IGS精密星歷。基線計(jì)算以天為時(shí)段，一天的觀測資料處理出一個(gè)結(jié)果。

2.3 綜合水準(zhǔn)和GPS資料的數(shù)據(jù)處理

精密水準(zhǔn)測量在垂直形變精度上有明顯的優(yōu)勢，精密GPS測量在水平形變精度上有明顯的優(yōu)勢[3]。天馬場地流動(dòng)GPS的3個(gè)觀測點(diǎn)中，TM02（天馬西點(diǎn)）和TM03（天馬南點(diǎn)）分別就位于定點(diǎn)水準(zhǔn)路線的W點(diǎn)和S點(diǎn)旁邊，故天馬西點(diǎn)和天馬南點(diǎn)各產(chǎn)生一個(gè)水準(zhǔn)和GPS的組合；GPS觀測點(diǎn)中的TM01與流動(dòng)水準(zhǔn)路線的水準(zhǔn)點(diǎn)TM1都位于地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的地帶，且空間距離較近，為了空間上便于研究天馬場地的形變活動(dòng)，將TM01站點(diǎn)和TM1水準(zhǔn)點(diǎn)組成另一個(gè)水準(zhǔn)和GPS的組合。

利用各組合的水準(zhǔn)和GPS觀測數(shù)據(jù)資料，在觀測數(shù)據(jù)完整的水準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中，篩選出GPS觀測月份相同月份的水準(zhǔn)資料，整理成和天馬流動(dòng)GPS二至六期相一致的組合資料，并把各期分別與首期作比較，計(jì)算出各期的累計(jì)變化量，作為定性分析天馬場地形變的依據(jù)。天馬場地綜合水準(zhǔn)和GPS兩種資料得到的各期與首期累計(jì)變化量示意圖如圖5所示。

3 中長期形變分析

綜合水準(zhǔn)和GPS兩種形變觀測方式各自的優(yōu)點(diǎn)對(duì)2009—2016年間天馬場地水準(zhǔn)和GPS資料分析來看，天馬場地的3個(gè)GPS點(diǎn)附近整體活動(dòng)情況為壓性逆斷，并在最后一期持續(xù)，從GPS資料的變化趨勢來看，場地內(nèi)以壓性為主，其中跨越天馬東塘邊龜山斷裂的TM02-TM03基線壓性更為顯著，天馬種豬場一側(cè)的TM01-TM02基線也同樣在第四期短暫張性后持續(xù)為壓性。

另外，天馬場地的水平形變要比垂直形變更加顯著，在年周期變化上，天馬場地水準(zhǔn)資料的年周期特征比GPS資料更加明顯。

4 結(jié)語

該文采用綜合水準(zhǔn)和GPS資料的方式分別對(duì)天馬場地形變數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，并對(duì)天馬場地的形變活動(dòng)進(jìn)行了探討后得出以下結(jié)論：近幾年天馬場地的地殼活動(dòng)仍然十分活躍，其中天馬場地的水平形變指標(biāo)需要得到大家的重視，水平形變最大量在龜山斷裂附近。由于該項(xiàng)目的天馬西點(diǎn)和天馬南點(diǎn)都有受到不同程度的環(huán)境干擾，所以排除干擾后的形變機(jī)制還需進(jìn)行深入研究。

參考文獻(xiàn)

[1]國家地震局科技監(jiān)測司.大地形變臺(tái)站測量規(guī)范短水準(zhǔn)測量[M].北京：鐵道出版社，1990.

[2]薄萬舉，陳聚忠.地震水準(zhǔn)測量成果中幾項(xiàng)改正的討論[J].大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2011（3）：34-37.

[3]中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司.地形變測量（試用本）[M].北京：地震出版社，2008.

[4]GB/T12897—2006，國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.