利用GPS監測網分析尼泊爾地震對珠峰地區及周邊影響

王小瑞,黨引群,高新妍,李康

(國家測繪地理信息局大地測量數據處理中心,西安 710054)

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利用GPS監測網分析尼泊爾地震對珠峰地區及周邊影響

王小瑞,黨引群,高新妍,李康

(國家測繪地理信息局大地測量數據處理中心,西安 710054)

通過收集相關監測點在尼泊爾地震前后的數據,采用統一的模式進行數據處理,將震前與震后的形變監測成果歸算到ITRF2008參考框架和2015.315(2015年4月25日)歷元,計算得到監測點的平面變化和高程變化,對監測點的形變進行分析,得出2005年5月至2015年5月之間,珠峰地區地形變化的情況。

尼泊爾地震;形變監測;參考框架

0　引　言

2015年4月25日14時11分,在尼泊爾(北緯28.2°,東經84.7°)發生8.1級地震,震源深度20 km.震中位于博克拉,最大烈度為X度,重烈度區從震中向東延伸。中國與尼泊爾毗鄰的西藏自治區日喀則市聶拉木縣、定日縣、吉隆縣震感非常強烈。

地震的直接動力學成因是印度板塊與歐亞板塊沿北北東走向以45 mm/a的速度匯聚,造成喜馬拉雅山脈的隆起。印度板塊向北俯沖在歐亞板塊之下,導致巖石的強度低于應力的強度,產生逆沖斷裂,并在破裂的過程中釋放巨大的能量。這種板塊匯聚對整個亞洲的地質構造格局都有很大影響,可能造成中國、尼泊爾邊境山體的不穩定[1-3]。震中距珠穆朗瑪峰(簡稱珠峰)約241 km,地震波及珠峰,珠峰發生大型雪崩。

2015年4月25日14時11分,在尼泊爾(北緯28.2°,東經84.7°)發生的8.1級地震(文中稱震中1);2015年5月12日15時05分,在尼泊爾(北緯27.8°,東經86.1°)發生的7.5級地震,震源深度10 km(文中稱震中2).

本文針對尼泊爾地震對珠峰地區及周邊的影響進行分析和研究。

1　監測網及布測情況

監測網由中國大陸構造環境監測網絡(簡稱陸態網)[5]、“2005珠穆朗瑪峰高程測量GPS網”、2015年珠穆朗瑪峰監測網構成,如圖1所示,其中2005珠穆朗瑪峰高程測量GPS網與2015年珠穆朗瑪峰監測網重合的點為監測點。

1.1震前資料情況

為了分析研究尼泊爾地震對珠峰地區及周邊的影響,收集了震前陸態網、“2005珠穆朗瑪峰高程測量GPS網”的觀測資料。

1) 中國大陸構造環境監測網絡

陸態網在西藏地區有13個站,如圖1所示,距離地震受災地區較近的點有6個:LHAZ(拉薩)、XZBG(普蘭縣)、XZZB(仲巴縣)、XZAR(昂仁縣)、XZRK(日喀則市)、XZZF(定日縣)。選取這13個點2015年4月10日-4月24日(day 100～114),共計15天的觀測數據,每天觀測24 h.

2) 2005珠穆朗瑪峰高程測量GPS網

采用“2005珠穆朗瑪峰高程測量GPS網”項目的外業觀測數據用于震前內業數據處理及分析。

選取2005年4月7日-6月4日(day 2005 097～155)觀測的10個監測點,其中監測網3個點,點號為0018、0029、0030,控制網7個點,點號為J030、0035、0037、0038、0049、0052、0053.監測網觀測2個時段,每時段為24 h,控制網觀測1～3個時段,每時段為8 h.

圖1　陸態網及監測點分布

1.2震后資料情況

1) 中國大陸構造環境監測網絡

選取前述陸態網13個點2015年4月26日-5月11日(day 116-131)16天的觀測數據、5月13日～5月18日(day 133-138) 6天的觀測數據,共計22天的觀測數據,每天觀測24 h.

2) 2015珠峰監測網

根據已收集到的震前觀測資料情況,國家測繪地理信息局組織相關部門對珠峰地區的大地控制點于2015年5月10日-13日進行了野外觀測。在珠峰地區選取了6個點,控制點4個,點號為0018、0029、0037、0038;交會點2個,點號為0049、0052.控制點觀測3個時段,每時段為24 h,交會點觀測1個時段,每時段為8 h.

2　數據處理方案與框架點

2.1數據處理方案

利用震前和震后兩期觀測數據,采用同一參考框架與歷元和統一的數據處理模式,計算兩期監測點坐標成果之差,得到監測點的位錯,以此研究監測點的形變問題,進一步分析尼泊爾地震對珠峰地區的影響[4，6-7]。

數據處理采用GAMIT/GLOBK軟件,利用國際GPS服務跟蹤(IGS)精密星歷,估計衛星鐘差、接收機鐘差、電離層與對流層延遲、測站固體潮汐、衛星與接收機天線相位中心偏差等各項改正,以中國及周邊地區IGS站為框架點,估計其坐標和速度場,選擇ITRF2008參考框架[4-7]和2015.315(2015年4月25日,DOY 115)參考歷元進行數據處理。

主要參數設置:

衛星軌道:IGS精密星歷,且固定;衛星截止高度角:10 °;數據采樣間隔:30 s或15 s;對流層改正模型:采用Saastamoinen模型進行標準氣象改正;觀測值:采用消除電離層后的組合觀測值;數據解算模式:周跳自動修復技術;固體潮模型:IERS2003;海潮模型:FES2004;天頂延遲改正模型:VMF1;天頂延遲參數個數:13;坐標約束:GPS連續運行站給予2～3個中間誤差的約束[4，6-10]。

2.2選取框架點

珠峰周邊形變監測數據分析的關鍵是選擇穩定的基準站。為此分析了珠峰周邊地區的全球IGS站數據,最后選取俄羅斯(IRKJ)、吉爾吉斯斯坦(POL2)、烏茲別克斯坦(KIT3)、印度(IISC)、COCOS島(COCO)、武漢(WUHN)6個穩定的IGS站為基準站,分析中國GPS連續運行基準站的穩定性。

在選取的6個全球IGS站控制下,通過對震前、震后中國西部地區的中國GPS連續運行基準站32天的觀測數據進行解算和平差,得到了震前、震后各站點坐標,將震前、震后各站點成果進行比對,比較結果如表1所示。由表1可知,4.25地震對WUSH、TASH、DLHA、XNIN、LUZH、KMIN 6個站沒有影響,表明這幾個站穩定。

2.3確定框架點坐標

基于全球IGS站和中國GPS連續運行站的基線解文件(不含4月25日、5月12日數據),在6個全球IGS站的控制下,求得WUSH、TASH、DLHA、XNIN、LUZH、KMIN等6個GPS連續運行站的ITRF2008參考框架、2015.315(2015年4月25日,DOY 115)歷元的坐標,以此作為框架點的坐標。

表1　4.25震后與震前中國基準站結果比較

3　結果分析

3.1精度統計

由表2、3可知,水平分量精度平均值優于±2.0 mm,垂直分量精度平均值優于±5.0 mm.

表2　框架點坐標精度統計

表3　監測點在尼泊爾地震前后坐標精度統計

3.2結果統計

3.2.1陸態網點結果統計

由表4可知,4.25地震對距離震中1的300 km以內的點有明顯影響,受地震影響的站有3個,分別是XZZB(仲巴縣)、XZZF(定日縣)、XZAR(昂仁縣)。XZZB(仲巴縣)點向南偏東偏移18 mm,高程方向下沉2 mm;XZAR(昂仁縣)點向西南偏移22 mm,高程方向下沉1 mm;XZZF(定日縣)點向西南偏移33 mm,高程方向下沉7 mm.由表5可知,5.12地震對陸態網點幾乎沒有影響。

表4　陸態網點4.25震后與震前結果比較

表5　陸態網點5.12震后與震前結果比較

3.2.2監測點結果統計

1) 監測點2005-2015結果統計

由表6可知,珠峰地區2005-2015這10年沿東北方向移動40 cm,該地區10年上升3 cm.

2) 監測點震前震后結果統計

由表7可知,4.25地震使珠峰地區向西南方向移動約3.3 cm, 垂直方向下沉約0.7 cm.

表6　2005-2015珠峰地區監測點結果比較

表7　監測點震后與震前結果比較

3.3結果分析

由表4、表5可知,4.25地震對距離震中1的300 km以內的點有明顯影響,300 km以外的點則沒有明顯變化;5.12地震對陸態網點沒有影響。所以,下面僅分析4.25地震對監測點的影響。

3.3.1水平位移分析

從監測點位移圖圖2、圖3可知,1) 2005-2015珠峰地區每年以約4 cm的速度向東北方向移動; 2) 4.25地震使該區域監測點向西南方向移動約3 cm.

圖2　2005-2015珠峰地區平面變化位移圖

圖3　監測點地震前后平面變化位移圖

3.3.2高程變化分析

從監測點位移圖圖4、圖5可知, 1) 2005-2015珠峰地區垂直方向每年以約0.3 cm的速度上升; 2) 4.25地震使該區域監測點垂直方向下沉約0.7 cm.

圖4　2005-2015珠峰地區高程變化位移圖

圖5　監測點地震前后高程變化位移圖

4　結束語

通過外業監測和精密數據處理分析,得出以下主要結論:

1) 2005年5月至2015年5月,珠峰地區每年以約4 cm的速度向東北方向移動,垂直方向每年以約0.3 cm的速度上升。

2) 4.25地震使該區域向西南方向移動約3 cm, 垂直方向下沉約0.7 cm.

3) 5.12地震對珠峰地區的地形變基本沒有影響。

[1] 張培震,鄧起東,張竹其,等.中國大陸的活動斷裂、地震災害及其動力過程 [J].中國科學:地球科學,2013,43(10):1607-1620.

[2] 張培震,王琪,馬宗晉.中國大陸現今構造運動的GPS速度場與活動地塊[J].地學前沿,2002,9(2):430-441.

[3] 魏子卿,劉光明,吳富梅.2000中國大地坐標系:中國大陸速度場[J].測繪學報,2011,40(4):403-411.

[4] 白貴霞,程傳錄,郭春喜,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):205-211.

[5] 黨亞民,陳俊勇.國際大地測量參考框架技術進展[J].測繪學報,2008,33(1):33-36.

[6] 陳俊勇,楊元喜,王敏,等.2000國家大地控制網的構建和它的技術進步[J].測繪學報,2007,36(1):1-8.

[7] 楊元喜.2000中國大地坐標系[J].科學通報,2009,54(16):2271-2276.

[8] 程傳錄,郭春喜,王小瑞.關于國家高精度GPS B級網成果的使用問題[J].測繪科學,2005,30(5):31-32.

[9] 王小瑞,程傳錄.不同類型GPS接收機天線觀測結果分析[J].全球定位系統,2013,38(6):54-58.

[10]程傳錄,謝方,王小瑞.2000國家大地坐標系數據處理的若干技術研究[J].地球科學與環境學報,2012,34(3):106-111.

Analysis Influence Everest Area Surrounding Nepal Earthquake With GPS Monitoring Network

WANG Xiaorui,DANG Yinqun,GAO Xinyan,LI Kang

(GeodeticDataProcessingCenterofNationalBureauofSurveyingandMapping,Xi′an710054,China)

By collecting the data of monitoring points before and after the Nepal earthquake,adopting the same mode to process data, unifying the result of variety monitoring before and after earthquake towards reference frame of ITRF2008 and epoch of 2015.315, calculating the variety of monitoring points in level and altitude,and analyzing the variety of monitor points, author thinks the Everest area was moving northeastward at speed of 4 cm per year and rising at speed of 0.3 cm per year from May of 2005 to May of 2015; the 4.25 earthquake made the Everest area move southwestward about 3 cm and sink about 0.7 cm; and 5.12 earthquake had few influence on the Everest area.

Nepal earthquake; variety monitoring; reference frame

2015-06-10

P315.2

A

1008-9268(2016)03-0073-05

王小瑞(1965-),女,陜西渭南人,高級工程師,主要從事大地測量數據處理研究。

黨引群(1970-),女,陜西涇陽人,高級工程師,主要從事大地測量數據處理研究。

高新妍(1981-),女,河北正定人,助理工程師,主要從事大地測量數據處理。

李康(1990-)男,陜西清澗人,助理工程師,從事大地測量數據處理。

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.03.015

聯系人： 王小瑞 E-mail: xr_wang1965@126.com