中国大陆98－99年地壳运动与地震危险性分析.doc

PAGE 1 PAGE 2 With abstract in English. No pdf file available 区域网GPS观测得到的汶川大地震前后的地壳垂直运动 顾国华 王武星 中国地震局地震预测研究所 北京 100036 摘要:中国地壳运动观测网络1000个站的GPS非连续观测区域网分别在1999、2001、2004、2007和2009年作了5次观测。2008年5月12日8.0 级汶川地震震中（31°.0N，103°.4E）恰好在区域网GPS观测站密集的地区。区域网长期、多期GPS观测可降低年周期变化影响，有利于获取此次地震前后的垂直位移趋势变化。简要讨论了GPS垂直位移观测的精度。分析了垂直位移观测的主要干扰-地面沉降，特别是华北地区因大量抽用地下水产生的严重地面沉降。为获取汶川地震前垂直运动信息，首先剔除因大量抽用地下水产生的大幅度沉降干扰结果，通过趋势面分析中国大陆垂直位移空间分布，显示了3个垂直位移沉降最显著区域。通过对比分析表明，临近汶川震区的沉降区，观测站密集，未见大量抽用地下水干扰影响。汶川地震前1999至2007年区域网GPS观测站得到的垂直位移表明，汶川地震紧临显著沉降区的西北侧，龙门山断层北段垂直运动闭锁。此沉降区与另两个沉降区的时空变化明显不同，也与区域网水平应变异常区的空间分布不同，但此沉降区与区域网水平应变异常区同时出现。大幅度同震垂直位移集中在龙门山断层北段震前垂直位移闭锁区。这些事实表明，汶川地震前GPS观测到的紧临震中的沉降区及垂直运动闭锁区和汶川地震 关键词: 汶川大地震；地壳垂直运动；GPS；地震预测， 引言 对于GPS观测得到的水平位移和应变的研究较多，且利用中国地壳运动观测网络（以下简称网络）区域网的观测结果得到了2008年5月12日8.0 级汶川地震（31°.0N，103°.4E）前确凿的地壳水平运动异常[1，2]。本文试图利用汶川大地震前后区域网多期GPS观测资料，分析此次地震震前后大范围地壳垂直运动。区域网原有1000个 无论是在全球框架或区域框架中，不少GPS连续观测站的垂直运动显示有明显的年周期[3，4]，其原因仍有待研究。这种年周期变化增加了垂直运动的变化复杂性。一些观测时间间隔较长的非连续GPS观测结果无法获 收稿日期：2011-03-10 基金项目：地震预测研究所基本科研业务专项和中国地震局老专家科研基金课题资助 作者简介：顾国华（1944--），男，江苏启东人，研究员，主要从事GPS数据处理方法、软件和地震预报研究。 得和消除这种年周期变化。而当有多年(4.5年以上)多期观测，且观测季节安排适当时，所得观测结果有可能显现较长趋势的变化[4]。在汶川地震所处的南北地震带上区域网站点较密，且该网分别在1999、2001（昆仑山口西8.1级地震前完成观测）、2004、2007及2009年共作了5次观测，GPS观测的时空分布有利于本项研究。 网络数据中心用美国麻省理工学院等研制的GAMIT/GLOBK软件处理GPS数据[5，6] 。本文采用网络数据中心的结果作进一步处理和分析。不同时期的GPS观测数据处理中曾先后采用了不同时期的全球坐标参考框架，包括IGS97、IGS00、IGb00和IGS05参考框架。通过（一维）相似变换，可获取区域参考框架（或基准）下的垂直位移[7，8]，据此分析汶川大地震前区域网地壳垂直运动。 2009年区域网观测数据的处理获得了包括新建站在内2000多个站的计算结果，本文采用了与此前区域网观测重复的955个站的计算结果。 以往的不少分析主要采用垂直位移等值线图和各种曲面拟合图。本文除了直接分析站点垂直位移外，还利用夏威夷大学Paul Wessel和美国海洋和大气局Walter Smith研制的GMT绘图软件对其作趋势面（trend surface）分析，获得垂直位移空间分布彩图，显示的垂直位移最突出的区域一目了然，可更形象地描绘地震前后垂直位移场的空间演化过程。由于中国大陆境外实际上无观测数据，本文不考虑境界外的趋势面结果。 汶川大地震前后区域网垂直位移 精密水准测量曾是观测地壳垂直运动的主要技术。中国大陆每期水准测量须延续数年，复测周期更长，无法及时获取垂直运动信息，也无法通过观测和数据处理获得或消除水准点高程的年周期变化。随着水准点间距离的增大，高程误差积累严重，所得垂直位移精度低，可靠性低。以我国为例，相对最东端的水准点，最西端水准点垂直位移的误差积累可达dm量级。利用水准测量资料获取地壳垂直运动时，采用形状极为复杂的大地水准面作为研究垂直运动的参考面。近几年卫星重力测量结果表明，大地水准面有明显且复杂的年周期变化，原因至今不明，其变化必然影响垂直运动观测结果。 相比之下，GPS观测地壳垂直运动具有水