2021年云南漾濞MS6.4地震GNSS基準站形變分析

史 珂 黃功文 王海濤 趙 紅 李 陽

1 云南省基礎測繪技術中心，昆明市西昌路223號，650034 2 自然資源部大地測量數據處理中心，西安市友誼東路334號，710054

GNSS技術可以便捷地提供高精度、大尺度的定量地殼形變信息，被廣泛用于現今地殼形變和地震危險性研究[1-2]。川滇地區斷層分布廣泛、地震活動頻繁，是我國地殼形變非常活躍的區域之一，給GNSS連續運行基準站的穩定運行帶來影響。

2021-05-21云南省漾濞縣(25.67°N，99.87°E)發生MS6.4地震，震源深度8 km，地震最高烈度為Ⅷ度，Ⅵ度及以上區域面積約6 600 km2，對當地群眾造成較為嚴重的生命財產損失[3]。本文采用不同解算模式和計算方案解算云南漾濞附近的GNSS基準站2021-05-21前后幾天連續觀測數據，確定本次震區基準站同震形變的大小及影響范圍，并對計算結果的可靠性進行對比驗證。該研究對利用GNSS基準站分析破裂滑動分布反演具有參考價值。

1 GNSS基準站數據情況

收集漾濞地震周邊長期穩定運行的10個陸態網和國家站、5個省級基準站doy139～143的觀測數據，站點分布如圖1所示。處理GNSS基準站數據時，動態PPP解算采用PRIDE PPP-AR[4]軟件，靜態解算采用GAMIT 10.70/GLOBK 5.31軟件。

圖1 漾濞MS6.4地震震中周邊站點分布Fig.1 Distribution of stations around the epicenter of Yangbi MS6.4 earthquake

2 GNSS數據處理模式與方案

2.1 GNSS動態解算

采用武漢大學PRIDE PPP-AR軟件，使用武漢大學提供的混合精密星歷、混合精密鐘差、相位偏差、地球自轉參數ERP文件等產品對基準站地震當天(doy141)的1 Hz高頻數據進行解算，具體解算策略如表1所示。

表1 高頻動態解算策略

2.2 GNSS靜態解算

以地震時刻為界，將數據分為2段進行處理，震前數據為doy139～141(震前)，震后數據為doy141(震后)～143。IGS站設置約束為0.05 m、0.05 m、0.10 m，分別解算ITRF2014參考框架(歷元2021.386)和2000國家大地坐標系(CGCS2000)下坐標。其他主要解算設置如表2所示。

表2 靜態解算模型和策略

本文采用2組解算方案進行計算。

方案1 采取逐級控制的原則，以中國及周邊IGS站為起算點解算大理周邊陸態網站點坐標，根據平差結果，分析地震前后陸態網站點穩定性；再以陸態網站點為基準站起算，解算大理地區的GNSS基準站，平差處理得到ITRF2014參考框架和CGCS2000下的坐標成果。

方案2 采用聯合解算的原則，分別在ITRF2014參考框架和CGCS2000下，以中國及周邊IGS站為起算點解算大理地區的GNSS基準站；根據穩定性分析結果，再以IGS站和離震中較遠的基巖站作為起算點，求解震中附近的GNSS基準站坐標。

2.2.1 方案1結果

1)起算點穩定性分析。選定長期穩定運行的9個IGS站(BJFS、SHAO、WUHN、LHAZ、IISC、KIT3、PIMO、ULAB、URUM)和大理州以外地區7個陸態網站(震中距>120km)數據進行解算，基線解算時對9個IGS站進行松弛約束，按照震前、震后分段解算，得到7個陸態網站點坐標成果(表3)。

表3 地震前后陸態網站點ENU坐標變化量(震后-震前)

從表3可以看出，7個陸態網站點解算結果坐標差異極小，未受到本次云南漾濞地震的影響，說明陸態網站點距離震中較遠，站點穩定，數據質量可靠，可以作為云南大理地區GNSS基準站的起算點。

2)基線精度。統計在ITRF2014參考框架和CGCS2000下分別解算的震前、震后的基線精度，結果如表4所示。可以看出，2種框架下震前、震后基線解算精度較高且基本一致，解算結果可靠。

表4 地震前后基線解算精度統計

3)坐標精度。統計在ITRF2014參考框架和CGCS2000下平差得到的震前、震后坐標成果精度，結果如表5所示。可以看出，逐級控制方案震前、震后各站點平差后坐標精度相當，說明解算和平差結果正確可靠，靜態解算結果可以作為分析基準站形變的數據基礎。

表5 地震前后GNSS站坐標解算精度統計

2.2.2 方案2結果

1)起算點穩定性分析。首先在基線解算時將IGS站進行松弛約束，按照震前、震后分段解算。分別在ITRF2014參考框架和CGCS2000下進行平差，以方案1中9個IGS站為約束，求解YNYS、YNYL、NJIA三個距震中較遠的基巖站在地震前后的坐標變化，結果如表6所示。可以看出，3個基巖站平面坐標差異均在4 mm以內；YNYL和NJIA站因部分數據可用歷元較少，高程精度略差，但也均在6 mm以內，表明這3個基巖站未受到本次云南漾濞地震的影響。為進一步檢驗其穩定性，利用PPP動態解算采樣率為1 Hz的高頻數據，得到YNYS、YNYL、NJIA三個基巖站在地震當天的坐標變化，限于篇幅，僅給出YNYL站結果(圖2，藍色豎線為地震發生時刻，下同)。可以看出，YNYL站穩定性較好。

表6 地震前后3個基巖站ENU方向變化量

圖2 YNYL站高頻數據處理結果Fig.2 Results of high-frequency data processingat YNYL station

靜態和動態解算結果都顯示，上述3個基巖站均未受到此次地震的影響，站點穩定，數據質量可靠，可以作為漾濞震中附近其余5個GNSS基準站的起算點。

2)基線精度。本方案最終以9個IGS站和3個基巖站數據進行聯合解算。由表7可知，2種框架下地震前后基線解算結果基本一致，相鄰點基線水平方向優于1.2 mm，高程方向優于5.5 mm。

表7 地震前后基線解算精度統計

3)坐標精度。分別統計2種框架下平差得到的震前、震后坐標成果精度，結果如表8所示。可以看出，地震前后各站點平差后坐標精度相當，可為形變分析提供基礎數據資料。

表8 地震前后坐標解算精度統計

3 結果分析

3.1 GNSS動態解算結果

GNSS動態解算結果表明，距震中最近(5.3 km)的YABI站在水平和垂直方向都存在較為顯著的同震位移，其中E方向為30.3±4.5 mm，N方向為-13.6±5.7 mm，U方向為17.7±10.5 mm(圖3)；其他站點未記錄到明顯的同震位移信號。

圖3 YABI站動態PPP解算結果Fig.3 Dynamic PPP solution results at YABI station

3.2 GNSS靜態解算結果

方案1(表9)的結果表明，YABI和XIAG站的水平方向位移顯著。其中，在ITRF2014參考框架下，YABI站向東變化39.6±1.1 mm，向南變化26.4±1.0 mm；XIAG站向東變化11.9±1.3 mm，向南變化1.2±1.2 mm。在CGCS2000下，YABI站向東變化40.2±1.1 mm，向南變化26.5±1.0 mm，水平方向變化48.1 mm(最大站點位移)；XIAG站向東變化12.0±1.3 mm，向南變化1.2±1.2 mm，水平方向變化12.0 mm。

表9 地震前后ENU坐標變化(方案1)

方案1的優點是各站點的基線距離較為均勻統一，避免了長短邊混合，可確保解算精度和可靠性，同時也可避免因IGS站距離震區較遠帶來的長距離解算誤差，而且能驗證結果的準確性，還獲取了震區基準站在CGCS2000下的坐標變化量，便于災后測繪基準的恢復重建；缺點是需要解算的基準站較多，在地震發生后對各類數據的實時推送要求較高。

方案2(表10)的結果也表明，YABI和XIAG站在水平方向位移顯著，其他站點位移較小。其中，在ITRF2014參考框架下，YABI站向東變化38.2±1.1 mm，向南變化25.6±1.0 mm；XIAG站向東變化10.7±1.3 mm，向南變化0.2±1.1 mm。

表10 地震前后ENU坐標變化(方案2)

方案2的優點是需要的數據較少，地震后可以第一時間開展形變計算，同時采用穩定基巖站作為短邊進行誤差控制，可以更有效地保證解算精度；缺點是必須對起算的基巖站變化進行詳盡可靠的分析。

本文采用靜態解算和PPP動態解算2種方式分別檢驗震區附近基巖站在地震當天的坐標變化，從而確定有效起算點，其水平方向變化如圖4所示。可以看出，不同框架下2組方案結果一致性較好，驗證了本次解算分析結果正確可靠。震中附近的YABI和XIAG站水平方向位移顯著，主要表現為東南方向右旋走滑運動特征；震區內各站點在高程方向無顯著位移變化，地震主要影響區域為震中附近50 km左右，這與文獻[3,5-6]的研究結果一致。

圖4 大理區域GNSS基準站不同方案地震前后水平位移變化Fig.4 Variations of horizontal displacements of GNSS reference stations before and after the earthquake for different schemes in Dali area

4 結 語

1)GNSS動態解算結果表明，距震中最近的YABI站在地震后向東移動30.3±4.5 mm，向南移動13.6±5.7 mm，其余站點無顯著位移變化。但受快速星歷、鐘差以及實時數據流質量等影響，動態解算精度受到一定限制，與靜態計算結果存在差異，不過該方法能很好地反映地震發生過程中基準站的瞬時位移。

2)GNSS靜態計算考慮了坐標框架、站點間距、起算點穩定性、數據獲取時效性等因素，并采用不同方案進行比對分析。結果表明，在ITRF2014參考框架下，YABI基準站(樓頂)在地震后向東移動39.6±1.1 mm，向南移動26.4±1.0 mm；XIAG站(基巖)向東移動11.9±1.3 mm，向南移動1.2±1.2 mm，主要表現為東南方向右旋走滑運動特征,其余站點無顯著位移變化。

3)漾濞地震主要影響區域為震中附近約50 km。