福建地区速度场特征

关玉梅,李祖宁,王紫燕

(福建省地震局,福州 350003)

福建地区速度场特征

关玉梅,李祖宁,王紫燕

(福建省地震局,福州 350003)

利用2005—2009年福建 GPS基准站资料,解算了各测站20期的季速度场,结合近年福建及其周边大地震,分析了福建地区速度场变化特征。结果表明,2007年南海地震发生时段,福建各测站的速度场发生明显变化,反映了福建地区速度场受菲律宾板块运动的影响。

GPS测站;速度场;福建地区

0 引言

福建位于华南亚板块东南部,临近欧亚板块、太平洋板块和菲律宾板块的碰撞之处,相邻的台湾海峡及台湾地区都是地震发生频繁的地区。全球定位系统 GPS给出福建地区高精度定量观测结果,能否根据 GPS解算结果来建立福建地区的速度场,对推动大陆构造形变研究具有十分重要的意义[1]。马宗晋等学者在2000年提交的全国地震趋势会商会的地震形势报告中,就尝试用速度场来分析地壳运动。李延兴等认为,GPS不仅可获得块体速度场的方向,而且还可以得到运动速率的大小,经过多期观测可以获得高精度的速度场变化,长期观测还可以监测块体速度场随时间和空间的变化过程[2]。说明这方面的工作有深入开展的前景。

本文在研究福建块体运动特征时,首先利用福建地区8个GPS基准站5年的观测资料(2004年台站初建成,数据的产出不稳定,故取2005—2009年的数据),解算后得到福建地区速度场,选用GAMIT 10.32GOLB K软件进行处理,以3个月(1个季度)资料为1期,分别解算8个基准站2005—2009年20期的精确速度场。

1 资料选取及处理过程

自2001年,福建省地震局“十五”重点项目“福建省地壳形变观测台网项目”开始实施,其间陆续建成了福州、泉州、龙岩、南平、莆田、永春和东山7个GPS连续观测站,与已建成的厦门国家GPS基准站组成福建 GPS观测网络,台站分布如图1所示。2004年后,各台站相继产生连续观测记录,本文选取测站记录相对稳定的2005年1月—2009年12月数据进行解算,根据解算得出各基准站基于地心直角坐标系精确坐标,然后将其换算为空间大地坐标系统(B,L,H)坐标,最后投影在高斯平面上,得到高斯坐标,在此基础上解算各期的精确坐标差值得到基准站运动季速度场。

图1 福建省8个基准站分布图

1.1 数据准备

解算过程中使用 GAMIT/GLOBK软件,GAMIT版本号为10.32,计算机操作系统是 Red Hat enterprise Linux 3.0,所有解算在 ITRF2000框架下进行。解算中使用到的国内外 GPS测站数据分别有:

(1)省内 GPS基准站:FUZH、XIAM、L YAN、QUZH、PU TI、YONC、NANP、L YAN 共 8个站点数据;

(2)国内 GPS 跟踪站:L HAS、BJ FS、SHAO、URUM、WU HN共5个 GPS观测点;

(3)IGS国际跟踪站数据:YSSK、GUAM、HYDE、IISC、IRKT、KIT3、PIMO、POL2、SUWN、TSKB、TWTF共11个 GPS观测点。

参与解算的数据,采样间隔均设置为30s,截止高度角10°,数据从2005年1月1日起至2009年12月31日止,以3个月为1期得到共计20期解算结果。

使用LINUX操作系统进行每天的基线解算,排除各别站点偶有缺数情况后,同时参与解算的国际及省内外至少有20个 GPS站点数据,而且确保了福建周边测站的均匀分布。

1.2 数据解算

解算处理使用IGS精密星历,基线解算过程采用松弛解,对流层误差模型为Sastamoinen模型和缺省气象参数,使用9个卫星轨道参数(6个开普勒根数和3个太阳辐压参数)。其中测站约束设置是根据测站坐标精度的级别不同而进行设置的。SHAO、L HAS、TSKB、IRKT、KIT3是 ITRF2000框架中的核心观测站,它们的测站坐标精度和运动速率精度较高,对它们的测站约束设置南北向、东西向和高程向分别为:3mm、3mm、10mm。其余各观测站采用松驰约束设置,南北向、东西向和高程向分别为:30mm、40mm、100mm。

在完成 GAMIT解算后使用 GLOB K进行平差,得到最终的速度矢量结果,每个测站每期给出一个处理结果。本文使用的 GLOBK版本是5.06,平差运算使用数据为 GAMIT软件解算产生的 H文件,处理结果给出最终的 GPS测站坐标和测站速度,以及这2项的精度评定。

对每一期GPS基线解算结果进行一次平差计算,获得这一期各测站运动速度和精确坐标。具体平差参数设置为:

(1)对所有的 GPS观测处理结果进行平差处理的同时估计测站坐标和运动速率。给出这些 GPS观测数据的整体平差处理结果。

(2)坐标参考框架为ITRF2000全球坐标系统框架。使用ITRF2000系统的核心观测站的坐标和坐标运动速率为坐标系统控制参数。对观测站的运动速率给予松弛约束,东西向和南北向为20mm/a,高程向为60mm/a。

从最终计算结果看,省内8个 GPS连续观测站点位精度水平方向在2.1～2.6mm,垂直方向在4.0～5.8mm。解算结果表明 GPS连续观测站观测工作和数据处理计算都是正常的[3],达到了预期目的。

1.3 坐标系转换

将各期解算所得地心直角坐标转换至WGS84坐标系,根据换算公式[4]

2 研究成果应用及展望

经过上述解算及坐标转换后,得到2005—2009年共计20期(每3个月为1期)的福建地区速度场,解算结果运用于2009年度福建地区会商中,收到较好效果。

图2为从2006年秋季至2008年秋季共9期的全省各台站运动速度场。

图2 2006年南海地震对福建块体的影响

由图2可见,2005—2009年各期季速度解算出的福建省8个 GPS台站运动速度场,至2006年第3季度之前,福建地区随华南亚板块整体呈东南向运动趋势,表现平稳,2006年12月26日南海7.2级地震发生后,由于受菲律宾板块向北东方向挤压,省内各台站运动方向发生较为剧烈的变化,由原东南向变为北东向,2007年后才逐渐恢复原东南向运动趋势,至今为止均依然呈稳定的东南向运动趋势。

南海强震导致福建省 GPS台站运动速度场的明显变化,GPS速度场对菲律宾板块运动反应明显,当福建及其周边地区处于平静时段时,福建块体整体向东南方向运动,反之则偏离平静时段运动方向,运动方向或速率上发生变化。

福建随同中国大陆整体较均匀地向东南方向运动的同时,地块内部与边界带的运动存在较大差异,显示福建陆区以晋江—永安NWW向断裂带为界,地壳运动呈分区差异特征,两个地块分界明显,块体边界带的活动相对较强烈[6-7]。GPS观测记录揭示了在长乐—诏安断裂带上,位于东西两侧的点运动存在差异,显示块体内部存在差异运动。中部的拉张活动尽管微小,但在块体内部变形中反应较为明显[8-9]。

GPS连续观测基准站设站密度与设站所选的构造位置等依然是难题。美、日等国在站点较密的GPS连续观测网内,至今未报道在已发生的7级左右大地震前观测到异常地壳运动,这表明利用 GPS观测地壳运动开展地震预测研究难度很大[3]。由于目前福建省内只有8个GPS基准站,GPS观测网密度较低,而这一状况在2010年有望得到显著提高,正在兴建的十一五重点项目包括建设30个 GPS基准站,年底即将投入使用,届时福建省 GPS观测网络得以加密,依托加密观测网,以福建省地质构造为背景,可以对GPS速度场及应变场进行深入分析,追踪福建地区断层的活动情况,分析断层两侧地块的运动状态,为地震预报与震情跟踪积累宝贵资料。

[1] 周本刚,周庆.对现今地壳变形资料在地震区划中的应用的初步探讨[J].中国地震,2005,21(2):155-164.

[2] 李延兴,李智.中国大陆及周边地区的水平应变场[J].地球物理学报,2004,47(2):222-231.

[3] 丁学仁,吴绍祖.福建GPS台网位移时间序列分析[J].国际地震动态,2007,(10):5-20.

[4] 边少锋,柴洪洲,金际航.大地坐标系与大地基准[M].北京:国际工业出版社,2005:15.

[5] 孙达,蒲英霞.地图投影[M].南京:南京大学出版社,2005,145-156.

[6] 丁学仁,胡新康,刘序俨.福建地区地块运动时空变化特征研究[J].大地测量与地球动力学,2005,26(2):58-61.

[7] 丁学仁,史粦华,林继华,等.福建地区现今地壳水平运动及形变特征[C]//中国地球物理学会第20届年会论文集.西安:陕西省地球物理学会,2004.

[8] 周本刚,周庆.对现今地壳变形资料在地震区划中的应用的初步探讨[J].中国地震,2005,21(2):155-164.

[9] 张希,张晓亮,王双绪,等.青藏块体东北缘近期地壳水平运动与应变积累[J].大地测量与地球动力学,2008,28(4):12-16.

Analysis of Velocity Field in Fujian Area

GUAN Yu-mei,LI Zu-ning,WANG Zi-yan
(Earthquake Administration of Fujian Province,Fuzhou,350003)

Based on GPS base station data in Fujian area from 2005to 2009,velocity fields of twenty stages are calculated and analyzed combined with strong earthquakes in Fujian and the surrounding area.The result shows that the velocity fields of Fujian area changed obviously during the occurrence of the South China Sea earthquake in 2007,which indicates that the velocity fields is affected by the Filipinas plate.

GPS observation station;velocity field;Fujian area

P228.4;P315.72

A

1003-1375(2011)02-0027-04

2010-09-19

福建省地震局科研基金

关玉梅(1976-),女(汉族),福建三明人,工程师,主要从事 GPS形变观测与研究工作.E-mail:amei5102@gmail.com