利用超高频 GPS获取人工爆破引起的位移信号

李祖宁 林 树 陈超贤 陈 光 关玉梅 王紫燕（福建省地震局，福州 350003）

利用超高频 GPS获取人工爆破引起的位移信号

李祖宁 林 树 陈超贤 陈 光 关玉梅 王紫燕
（福建省地震局，福州 350003）

高频GPS在地震学中的应用越来越成熟，高频GPS获取位移信号的能力与采样率有很大的关系， 随着高频（1 Hz）和超高频（20～50 Hz）GPS接收机的出现以及高频GPS数据处理算法的成熟，使得GPS 的观测精度和对形变谱的敏感性朝着测量地壳动态瞬时变化的方向不断改进，目前已经出现大地测量和地震学观测谱范围逐渐合并的趋势。但是，由于GPS测量所受的影响因素比较多，而且高频GPS的观测精度相对于地震仪的观测精度相差较大，导致其对地震信号观测精度比地震仪低很多。高频GPS所观测到的信号到底是噪声还是真正的位移信号？一些学者还存在疑问和争论，同时，对于超高频GPS数据的稳定性以及可靠性也存在不同的意见和说法。因此，利用超高频GPS（50 Hz）对人工爆破引起的位移信号进行测量，探究超高频GPS数据在实际观测中的可靠性及捕获位移信号的能力及精度，显得非常必要。

2014年6月福建省地震局在福建境内进行了不同当量的人工爆破实验，2014年6月16日在漳州南靖试验场我们采用50 Hz的超高频GPS接收机进行近场观测。为了进一步验证高频GPS确实能够捕捉到近场爆破引起的地壳振动信号，2014年6月23日福建省地震局在漳州华安实施人工爆破前，我们又在另外一次人工爆破试验场华安试验场的爆破点附近布置了超高频接收机。为了获取高采样率高精度的结果，我们采用短基线差分处理模式，选择离炮点最近的福建GNSS基准站（几十千米）为参考站，由于爆破源能量衰减非常快，在参考站附近由于爆破源引起的位移基本为零，利用动态历元差分方法对50 Hz超高频GPS数据进行解算，所采用的软件为GAMIT/GLOBK程序中的track模块。为了获取更准确的时间信号信息，我们对解算结果进行带通滤波来去掉不需要的噪声信号，通过对原始观测记录进行频谱分析，找出爆破信号所集中的频率范围，再基于这个频率范围对原始观测结果进行带通滤波来消除其他噪声信号。

利用快速预报星历以及事后精密星历，我们对观测的数据分别进行准实时和事后精密处理（图1和图2）。结果显示，高频GPS在差分处理模式下，其水平向噪声大致为5 mm，垂直向大致为10 mm，南靖人工爆破近场清晰记录到55 mm的垂直向位移，而华安人工爆破近场清晰记录到20 mm的东西向位移，同时说明如果地壳的振动幅度超过高频GPS噪声水平，高频GPS能够捕捉到近场地震引起的位移信号；高频GPS差分单历元解在采用快速预报星历与事后精密星历得到的结果基本一致，这也说明采用快速预报星历进行高频GPS实时解算的结果的可靠性；高频GPS记录可以作为有效的“地震位移计”，对以记录速度和加速度的地震仪起到很重要的补充作用，使得“GPS地震学”这一交叉学科具有很好的发展前景，高频GPS数据的实时处理结果将可应用于地震烈度速报与地震预警。

图1　南靖人工爆破记录的高频GPS位

图2　华安人工爆破记录的高频GPS位移