2011年日本MW9.0强震对天津地区地壳运动的影响分析①

朱 爽，杨国华，占 伟

（中国地震局第一监测中心，天津 300180））

0 引言

2011年3月11日13时46分（北京时间）在日本本州东海岸附近海域（N 38.1°，E 142.6°）发生9.0级巨大地震，并引发了强烈的海啸和严重的核泄漏等次生灾害。此次强震给太平洋板块及其邻近板块的活动带来了一定的影响［1－3］，对中国大陆东北部地区引起了永久性的同震位移。太平洋板块对欧亚板块的俯冲作用是华北地区地震活动的重要动力来源之一［4］。已有研究结果表明，位于太平洋板块俯冲带的日本地区的强震活动对我国华北地区的地震活动具有重要的影响，因此研究相对活跃的日本地震对天津及周边地区地震活动性的影响是有意义的。

随着中国地壳运动观测网络（CMONOC）和中国大陆构造环境监测网络（CMTEMN）等的建立［5－6］，通过对GNSS数据的处理与分析可以获得震时的同震位移，这些解算结果对进一步研究地震动力学特征及判定未来地震趋势提供了实测依据［7－9］。王敏［10］、蔡华［11］、杨少敏［12］等已经研究了该地震对周缘各国及相邻板块运动的同震影响；殷海涛等［13－14］分析了跨断层基线的时间序列变化。

本文利用天津地区分布均匀的GNSS测站数据进行日本地震对天津地区地壳运动的影响进行分析，研究同震位移、震后时间序列及速度场的变化，以期为天津地区地震趋势分析提供依据。

1 数据处理

整理收集来自陆态网、天津测绘院、天津地震局的GNSS数据，组成了天津市地壳运动GNSS观测网，该网由23个GNSS连续站组成如（图1）。

图1 天津市地壳运动GNSS观测网Fig.1 GNSS network of crustal movement in Tianjin

为了保证数据解算质量，本文同时收集了陆态观测网及周边IGS站的相应时间段的观测数据，统一利用GAMIT／GLOBK和QOCA软件进行处理。利用GAMIT／GLOBK软件的单天解算策略如下：截止高度角为15°；基线处理模式为RELAX（松驰解）；卫星钟差模型为精密星历误差的钟差参数；接收机钟差改正模型为伪距计算出的钟差；电离层延迟模型为LC－HELP；对流层模型为Saastamoinen模型；光压模型为BERNE；固体潮改正为IERS03；测站坐标约束为0.010m，0.010m，0.010m ；对流层参数设置为13。完成单天解算后，利用QOCA软件获得时间序列及速度场。

2 结果分析

2.1 时间序列分析

首先分析了地震前后测站坐标时间序列。限于篇幅，只展示GGSL和WQCG站的时间序例（图2）。由图2可以看出，受到日本地震的影响，两个测站在E方向上都出现了数毫米的位移，而且是永久性的，地震后测站的长趋势运动方向未发生突出的改变。然而在北方向及垂直方向上变化不明显，其余测站情况相同，说明日本地震对天津地区的影响主要体现在水平E方向上。

图2 GGSL，WQCG站时间序列图Fig.2 Time series curves of GGSL and WQCG stations

2.2 同震位移分析

采用地震前后的时间序列，将地震发生后3天的平均值与震前3天平均值结果进行比较，得到天津地区GNSS测站的同震位移。由于测站在垂直方向上的形变不显著，故只显示了水平方向上的同震位移。具体信息如表1所示。日本地震对天津地区产生了明显的影响，各测站水平同震方向基本一致，均为E方向，即指向震中方向；除个别站外（JHAI和KC01），位移区间在8.5～10.1mm范围内，说明日本地震对天津地区产生的影响主要为E向位移。

2.3 基线时间序列分析

为了更好地揭示日本地震对天津地区的影响，以JIXN为参考计算了日本地震前后部分测站基线向量和基线长度的变化。其中GGSL－JIXN跨越了沧东断裂北段，WQCG－JIXN基线跨越了宝坻断裂（图3）。

如图3所示，分别从e、n、u坐标差变化及基线长度变化4个方面进行对比。从长时间变化趋势上来看，基线GGSL－JIXN与基线 WQCG－JIXN都具有明显的年周期特性，从基线长度变化上来看，跨越沧东断裂北段的GGSL－JIXN存在缓慢的拉张，但近年来拉张状态有所平缓；跨越了宝坻断裂的WQCG－JIXN同样以很缓慢的速度在不断拉张。从短时间变化趋势来看，在地震后GGSL－JIXN的变化幅度很小，在误差范围之内；而 WQCG－JIXN在e方向上先有一定程度的增强，在震后又恢复到原来的数值水平，在基线长度上出现较明显的增大，这与其在地震后的长期变化趋势相对应。说明日本地震对于天津地区部分地块有一定的拉张作用。

图3 两条基线时序图Fig.3 Time series of two baseline

表1 天津地区GNSS测站同震位移Table 1 Coseismic displacements of GNSS stations in Tianjin

2.4 速度场分析

本文首先将时间序列进行了去除年周期，半年周期处理，并去除了共模误差，得到较为干净的时间序列，然后利用时间序列进行了速度场的计算。统计了地震前与地震后的速度场差值，如表2所示。日本地震后，各站E向运动速度变化较弱，基本上在0.1～2mm／yr之内，NS方向上的运动速度没有发生明显变化，均在误差范围之内。

3 结论

（1）通过天津地区GNSS测站时间序列的分析，测站在东方向上有8～10mm的上升，而且是永久性的，地震后测站的长趋势运动方向未发生改变。在北方向及垂直方向上变化不明显，说明日本地震对天津地区的影响主要体现在水平E方向上。

表2 日本地震前后天津地区GNSS测站运动速度变化Table 2 Velocity change of GNSS station in Tianjin area before and after the Japanese earthquake

（2）日本地震对天津地区产生了明显的同震位移，各测站水平同震方向基本一致，均为E方向，即指向震中方向；位移量一般为8.5～10.1mm，说明日本地震对天津地区产生的影响主要是E向位移。

（3）从基线结果可以看出，部分基线长度增长，地震对天津地区起到了一定的拉张作用。

（4）速度场的结果变化不大，天津地区各测站主要是向E运动，地震后E向速度变化较小，约在0.1～2mm／yr之间。

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