日本大地震(Mw 9.0)对中国大地基准框架的影响

蒋光伟，程传录，田晓静，王 斌

(国家测绘地理信息局 大地测量数据处理中心，陕西 西安 710054)

一、前 言

2011年3月11日北京时间13时46分，日本仙台东部(38.03°N，143.15°E)约129 km的太平洋海域发生了Mw9.0大地震。此前的3月9日，在本次地震震中位置的东北方向发生了一次Mw7.5级地震。大地震引发浪高高达23 m的海啸，并造成重大人员和财产损失。

仙台Mw9.0地震震后，国内外学者对此次地震进行了大量研究。如日本国土地理院在震后迅速发布了其1 200站观测到的GPS同震形变[1]。日本筑波大学副教授八木勇对地震进行了解析与分析,认为11日大地震是由长约500 km、宽约200 km的巨大断层出现最大20 m的位移而引发的[2]。国际上相关组织和专家均利用GPS观测值，如采取高频GPS数据的精密单点定位技术对地震进行了同震形变分析和相关反演工作[2-4]。相关研究显示，位于震中西北部的宫城县牡鹿半岛向东南移动了5.3 m，同时下沉约1.2 m，宫城海域海底基准点向东南方向移动了24 m；福岛海域基准点距离震源较远，移动了约5 m。国内学者大都是针对地震的机理及对地震进行同震变形分析研究，没有探讨此次地震对周边国家框架尤其是对我国大地基准的影响。

鉴于此，本文利用连续运行GPS跟踪站数据，分析了日本地震对我国大地基准点的变化情况，这对我国框架点的合理采用具有重要借鉴意义。

二、监测网布设情况与数据处理方案

为分析日本大地震对中国大陆基准的影响，笔者收集了2011年3月6日—2011年3月16日33个中国地壳运动观测网络连续跟踪站数据，以及离震中120 km左右的MIZU和较远的 STK2站及周边IGS站。采用GAMIT 10.4软件，利用国际GPS服务跟踪站精密星历，估计卫星钟差、接收机钟差、对流层、电离层延迟、天线相位中心等各项改正进行解算，选择ITRF2008参考框架和2011年3月8日参考历元进行数据处理，分析日本大地震对我国框架的影响。

由于日本大地震是由于板块的相互运动造成的，因此，分析我国大地基准的变化的关键是选取稳定的基准点。本文最终选取了离震中较远的昆明(KUNM)、拉萨(LHAS)、乌鲁木齐(GUAO)、乌兰巴托(ULAB)、韩国(SUWN)、俄罗斯(KHAJ)6个IGS站为基准站，利用震前与震后观测数据，采用同一参考框架与参考历元分析我国框架点的变化。

三、结果分析与讨论

1. 结果统计

利用震后与震前处理结果得到大地基准点的变化量，从统计结果(见表1)可得出：日本大地震对我国基准点的影响量级平均在毫米级。N方向最大变化量为-14.6 mm;E方向最大变化量为16.2 mm;U方向最大变化量为19.4 mm。因此，可得出我国大地基准点受日本大地震影响不显著。

2. 基准点稳定性分析

地震造成我国大地框架点具有一定的变化量，因此，分析框架点的稳定性是GPS数据处理时选择框架的关键[5,6]，对我国大地基准的维护具有重要借鉴意义，本文重点分析了CHAN、BJSH两个框架点的稳定性(如图1、图2所示)。

图2 震后BJSH、CHAN时间序列

从图1与图2震前与震后时间序列可得出：震后较震前BJSH、CHAN在N、E方向虽有一定的摆动，但变化不大，保持了较好的稳定性。因此，地震对我国基准点没有造成大的影响。

3. 大地基准点位移变化分析

从大地基准点的分布情况及大地震造成基准点水平与垂直位移的影响分布图可得出：

1) 日本岛附近的宫城区域 STK2、MIZU点都向东南方向运动，MIZU点变化量级达到2.6 m,STK2点变化量为2 cm左右，这两点都下沉。这与目前地震对日本的造成的岛屿下沉基本一致。我国东北附近的HRBN、CHAN、SUIY基准点及韩国SUWN都有向东南方向运动的趋势。

2) 我国大地基准点SUIY变化量为1.5 cm左右，CHAN、HRBN变化量在5 mm左右，其余基准点变化都非常小；韩国的SUWN、DAEJ变化量也都小于5 mm。同时，也可得出大地基准点变化量明显具有区域性，离日本地震区域越近影响越大，离震中越远影响越小。

3) 从垂直位移分布可看出，我国大地基准点稍有向上变化的趋势，但影响量级不大。这与此次地震发生的机理基本一致，太平洋板块西向俯冲到欧亚板块之下，俯冲带从日本海沟冲到中国东部地区[2]，菲律宾板块在日本西南地区俯冲到欧亚板块之下[7]。

4) 整体上看，中国GPS大地基准点变化量级很小，基本保持了良好的稳定性，地震对我国框架影响不大。

四、结束语

1) 此次日本大地震波及范围广，但从我国大地基准点变化量来看，平面变化最大将近2.2 cm，垂直变化最大将近2.0 cm， 整体影响量级很小， 基本对我国的框架没有造成较大的影响。

2) 我国东北地区基准点位移变化量明显较我国其他地方变化量大，且东北地区基准点位移变化量都向东南方向，同时，欧亚板块上的基准点稍有抬升，这与此次日本大地震的物理解释基本一致。

3) 大地基准点变化量明显具有区域性，离日本地震区域越近影响越大，离震中越远影响越小。

参考文献：

[1] AMMON C,LAY T,KANAMORI H,et al.A Rupture Model of the 2011 off the Pacific Coast of Tohoku Earthguake[J].Earth Planets Space,2011,63(7):693-696.

[2] OZAWA S, NISHIMURA T, SUITO H, et al.Coseismic and Postseismic Slip of the 2011Magnitude-9 Tohoku-Oki Earthquake[J].Nature，2011，475(7356):373-376.

[3] ITO T, OZAWA K, WATANABE T,et al., Slip Distribution of the 2011 Tohoku Earthquake Inferred from Geodetic Data[J]. Earth Planets Space, 2011,63(7):627-630.

[4] NORMILE D.日本大地震的科学共识来得太迟[J].国际地震动态，2011(5)：1-2.

[5] 李志才，张鹏，金双根，等.基于GPS观测数据的汶川地震断层形变反演分析[J].测绘学报，2009，38(2)，108-113.

[6] 白贵霞，程传录，郭春熙，等.汶川地震地形形变监测与分析[J].地球科学与环境学报，2010，32(2)：205-210.

[7] 邵志刚，武艳强，江在森，等.基于GPS观测分析日本9.0级地震同震位错与近场形变特征[J].地球物理学报，2011，54(9)：2243-2249.