GNSS 數據在長春地殼形變觀測中的初步應用

張 良，王 宇，季靖坤，趙文渤

（長春市地震速測速報中心，吉林 長春 130000）

0 引言

全球衛星定位系統（global navigation satellite sysˉ tem, GNSS）是由北斗系統、GPS、GLONASS、Galileo 等多個衛星導航定位及其增強型系統所組成的大系統，在全球范圍內應用衛星提供全天候、高精度的位置、速度和時間等信息。目前GNSS 定位精度已經達到監測地殼形變、應變積累速率研究所需要的毫米級[1]。

地震的孕育和發生與地殼形變密切相關，而地殼形變是地震過程中最直觀的現象，因此精確確定區域地殼形變狀態，能夠為地震監測與預報提供重要的依據[2]。GNSS 觀測具有精度高、效率高和成本低的特點，其在地震長中期地殼運動監測、地震短臨期地殼運動異常、地震過程中各觀測點瞬時運動情況和震后地殼運動位移量和變化情況等方面都有很大的應用前景[3]。

1 長春市地殼運動觀測網絡

長春市位于松遼斷陷盆地與吉林東部斷塊山地的過渡地帶，處于山區與平原的結合部，松遼斷陷盆地東南隆起的東緣，在大黑山地壘與松遼斷陷盆地交界處盆地一側，地勢東南高而西北低[4]。長春被長白山火山區、汪清深震區、松原震區扇形環伺，伊通-舒蘭斷裂帶和四平-長春斷裂帶像一把活動的剪刀把長春夾在中間。長春市是國務院劃定的地震重點監視防御區，建立高精度的GNSS 觀測網有利于加強對區域內地殼和斷層活動的實時監控，為從更大的空間范圍和多角度認識地震活動和構造活動，以及為數值地震預測提供全新的技術支持[5]。

長春市地震局從2014 年起，在國家地震臺網中心專家的指導幫助下，先后建立了石頭口門觀測站（STKM）、富鋒山觀測站（FUFE）、雙陽觀測站（SUYA）、榆樹觀測站（YUSH）、開安觀測站（NGAN）和太平觀測站（SUTP），組成了長春市地殼運動觀測網絡。網內各觀測站較均勻的分布于長春地區內，東部有1 個觀測站，南部有2 個觀測站，西部有1 個觀測站，北部有2 個觀測站，基本實現了對長春地區地殼活動情況的實時監控。長春市地殼運動觀測網絡建成后，將與長春市形變綜合臺雙陽地震臺一同監視研究長春地區地殼運動情況，豐富了長春地區地球物理觀測方法和手段。

2 GNSS 觀測數據和處理

通過處理解算GNSS 觀測數據，可以得到各觀測站位移變化量和速度矢量，進而了解區域地殼運動時空特征，分析區域內地殼運動情況，獲取是否存在地震異常信息。長春市地殼運動觀測網絡自2014 年建設以來，已經歷了多年的觀測運行，觀測數據采用美國麻省理工學院研發的開源軟件GAMIT/GLOBK 進行解算，得到各觀測站位移時序和速度矢量結果，并已初步應用在長春市震情趨勢會商中。

本次研究選取了長春市地殼運動觀測網絡2017年1 月—2023 年9 月的觀測數據，在解算過程中，為了提高解算精度，結合了15 個我國陸態網東北地區觀測站和22 個IGS 亞太地區GPS 跟蹤站的觀測數據。利用這些數據解算獲取長春市地殼運動觀測網絡各測站的坐標時間序列。考慮到數據量的大小，本次研究選取了GNSS 接收機中采樣率為30s 的GNSS 連續觀測數據，以一天為一觀測時段。數據處理采用的美國麻省理工學院研發的開源軟件GAMIT/GLOBK，也以一天為一處理時段。利用GAMIT 軟件對觀測數據中的載波相位觀測值進行定位定軌的處理，得到基線解算結果。利用GLOBK 軟件對基線處理結果進行網平差處理，得到各觀測站每天精確的位置信息，得到各觀測站在解算時段內的位移時序和速度矢量結果。

3 數據解算結果初步分析

本文利用長春市地殼運動觀測網2017 年1 月—2023 年9 月的觀測數據，結合15 個我國陸態網東北地區觀測站和22 個IGS 國際GPS 跟蹤站共37 個觀測站數據，利用GAMIT/GLOBK 軟件解算出長春市地殼運動觀測網絡各觀測站的位移時序曲線，選取SUYA 和NGAN 2 個觀測站的位移時序曲線圖進行分析，其包括原始時序曲線和去除長趨勢后的時序曲線（縱向為位移的波動值，直線部分為趨勢擬合曲線）。

圖1 為2017 年1 月—2023 年9 月長春市雙陽GNSS 觀測站東西向、北南向和垂直方向的位移時間序列，從圖1a.中可以看出，從2017 年1 月—2023 年9月，SUYA 觀測站在北南向向南偏移了75mm，年運行速率（11.66±0.02）mm/a；在東西向向東偏移了170mm，年運行速率為（27.59±0.02）mm/a；在垂直向向下偏移了8mm，年運行速率為（0.99±0.08）mm/a。

圖1 雙陽GNSS 觀測站位移時序曲線

圖2 為2017 年1 月—2023 年9 月長春市開安GNSS 觀測站東西向、北南向和垂直方向的位移時間序列，從圖2a.中可以看出，從2017 年1 月—2023 年9月，NGAN 觀測站在北南向向南偏移了80mm，年運行速率（11.77±0.02）mm/a；在東西向向東偏移了170mm，年運行速率為（26.98±0.02）mm/a；在垂直向向下偏移了15mm，年運行速率為（1.82±0.08）mm/a。

可以看出，SUYA 和NGAN 兩測站在水平方向上運動方向一致，運動速率基本相同，其余4 個測站位移時序曲線與SUYA 和NGAN 測站基本一致，均為北南向向南均偏移80mm 左右，年運行速率在12mm/a 左右；東西向向東均偏移170mm 左右，年運行速率為27mm/a 左右。相對于全球參考框架（ITRF2014），所有觀測站均隨著中國大陸較均勻地向南東（南東東）方向運動，運動速率均在30mm/a 左右。這與國家局第一監測中心關于東北地區地殼運動研究結果基本相同[6]。垂直方向無明顯規律，且各觀測站的偏移量和運動速率均較小。

為更加清楚地展示長春地區地殼運動情況，將長春市地殼運動網各觀測站全球參考框架（ITRF2014）下的時間序列統一進行去線性化趨勢處理，得到去趨勢后的時序曲線。從圖1～2 中b 圖和其余測站解算結果，可以看出各GNSS 觀測站北南向、東西向和垂向都具有很好的年變特征。

4 結論

通過分析長春市地殼運動觀測網各觀測站數據解算結果可以得到。

（1）解算GNSS 數據采用的軟件和參與解算的參數選取是合理的，各觀測站觀測精度達到毫米級，能夠滿足監視研究長春地區地殼運動情況的需要。

（2）由各觀測站北南向和東西向相對于全球參考框架下（ITRF2014）的趨勢變化速度，得到長春地區地殼向南東向運動，運動速率為30mm/a 左右。

（3）各觀測站數據處理結果在三分向上均顯現出較好的年變特征。

本文是GNSS 觀測技術在長春地區地殼形變研究的初步應用，后期將逐步開展對長春地區應變場特征和伊通-舒蘭斷裂帶活動特征研究，相信其在長春地區的地震監測中將發揮越來越大的作用。