利用GPS高频信号分析玛多地震产生的动态位移特征

张彩红 谭 凯 王东振 李 瑜 赵 斌

1 中国地震局地震大地测量重点实验室，武汉市洪山侧路40号，430071 2 中国地震台网中心，北京市三里河南横街5号，100045

2021-05-22青海省玛多县发生MW7.3地震，震中位于34.613°N 、98.246°E，深度10 km。该地震引发近千次余震，破坏性极强。一个世纪以来，该地震震中距250 km以内已发生2次7级以上地震[1-2]，因此研究该地区因地震产生的位移变化尤为重要。断层破裂的走向以及特征表明，玛多地震是一个典型的东西向左旋走滑事件，这主要和青藏高原的南缘喜马拉雅山一直受到印度洋板块的俯冲有关，俯冲造成的位移每年高达4～5 cm[3]，诱发了多次地震。随着GPS软硬件的日益完善，科研工作者可以在地震后对震源周围地区受到的影响给出快速响应[4-6]。本文在地震发生后利用Bernese GNSS Software Version 5.2 (简称Bernese5.2)[7]对震中附近的11个中国大陆构造环境监测网络(以下简称陆态网)[8]测站1 Hz的GPS观测数据进行处理分析，并评估地震对周围地表的破坏性影响，为后续的相关研究提供参考。

1 数据的获取

本文使用的11个陆态网测站GPS高频观测数据由中国地震台网中心提供，测站全部位于震中距400 km范围以内，分别为青海德令哈站(DLHA)、甘肃玛曲站(GSMA)、青海班玛站(QHBM)、青海都兰站(QHDL)、青海格尔木站(QHGE)、青海玛多站(QHMD)、青海玛沁站(QHMQ)、青海同仁站(QHTR)、青海西宁站(XNIN)、西藏昌都站(XZCD)、四川甘孜站(SCGZ)，具体位置分布如图1所示。其中QHMD站距离震中最近(37 km)，XZCD站距离震中最远(396 km)。配置的接收机均为天宝NET8/9，除DLHA采用TRM59900.00 SCIS天线外，其他站均采用TRM59800.00 SCIS天线。由于玛多县西部海拔较高、地形复杂，GPS站建造条件受到限制，只设有QHGE一站，无法准确分析玛多西部的地表形变。

图1 高频GPS站分布Fig.1 Distribution of the high rate GPS stations

2 数据解算策略

在解算高频观测数据时，采用瑞士伯尔尼大学研制开发的高精度数据处理软件Bernese5.2。该软件不仅能够实现GPS高精度数据处理，服务于地壳形变研究，还能够实现GPS高频动态数据处理，获得cm级的定位结果。为了提高解算效率并保证提取出地震引起的地表动态位移变化，本文解算地震发生时刻之前2 min和震后7 min的高频观测数据。由于精密星历滞后两周左右，为快速得到周围地表动态位移变化，在解算过程中采用IGS 快速星历。采用全球电离层模型进行高阶电离层改正，正常解算时需要采用CODE数据中心公布的P1P2和P1C1差分码偏差参数，但该参数按月公布，因此在解算过程中忽略差分码偏差改正。采用维也纳投影函数计算对流层天顶延迟，Bernese5.2虽然提供了单点定位动态解算模式，但是由于没有对差分码进行改正，并且采用了IGS快速星历，一些共模误差难以削弱。因此，本文基于基线模式进行单历元动态定位，以距离震中超过2 000 km的IGS核心站——上海站(SHAO)为参考点，以STAR超长基线模式辐射出11条长度约为2 000 km的基线，从而减弱轨道误差等共模误差的影响，提高动态定位精度。解算时采用的具体模型及参数如表1所示。

表1 高频动态定位采用的模型及参数

3 结果分析与讨论

根据上述解算策略，约束远离震中不受地震影响的GPS测站SHAO，获得每个GPS观测站2021-05-22 02：02～02：11 在ITRF2014参考框架下的高频定位结果。其中东西向和南北向动态位移随时间变化的序列如图2所示，由于垂向高频定位精度不高，本文只分析水平方向位移。图中垂直于时间轴的红色虚线为地震发生时刻，为了更清晰地表征各站点震中距的远近和地震引起的地表动态位移大小，GPS测站从下到上按照震中距从近到远的顺序排列。

图2 11个GPS测站东西向和南北向地表动态位移时间序列Fig.2 The time series of the eastern and northern dynamic displacements at the eleven GPS stations

由图2(a)可见，玛多地震对QHMD站东西向的影响最大，约为25 cm，对南北向的影响较小，约为10 cm。玛多地震对周围各站点东西向位移的影响总体上随着震中距的增加而减小，但对位于震中西北方向QHGE站东西向位移的影响却很小，这可能与青藏高原地下物质属性不同从而影响了地震波的衰减速度有关。结合图1可知，在图1红色虚线框内的GPS测站，其东西向位移会受到玛多地震的影响，与震中距相关性较大、与方位角相关性较小。由图2(b)可见，与东西向位移特征不同，玛多地震对周围地表各GPS站点南北向动态位移的影响随震中距增大而衰减的现象并不明显。结合图1中各GPS站点和震中的相对位置关系可知，此现象与站点的方位角有很大的相关性。玛多地震对QHMQ站和GSMA站的影响最为显著，位移均为约27 cm。由图2可知，无论东西方向还是南北方向，在地震发生之前，并没有明显的位移变化，地震使青海玛多站的位置产生不可逆的变化，说明该地区的地下塑性物质在过程中起主导作用；而地震对其他GPS站点的影响能很快恢复到震前状态，说明这些地区的地下弹性物质在过程中起主导作用。

4 结 语

本文利用超长基线模式对11个位于玛多地震震中距400 km范围内的陆态网高频GPS观测站的数据进行解算，得到地震前后共9 min的东西向和南北向动态位移时间序列。结果表明：1)地震使QHMD站发生不可逆的位移变化，说明地下的塑性物质在过程中起主导作用，而其他GPS站的位移在震后很快恢复到震前状态，说明地下弹性物质在过程中起主导作用。2)玛多地震对周围各站位移产生的影响，尤其对南北向位移的影响，与站点方位角有较大的相关性。该研究可为今后玛多地震形变分析提供参考。