甘肃岷县漳县MS6．6地震前“陆态网络”基准站东西分量时序曲线异常特征研究①

李桂荣，艾力夏提·玉山，王晓强，朱治国，2，帕尔哈提·再努拉，布艾杰尔·库尔班

（1．新疆维吾尔自治区地震局，新疆 乌鲁木齐 830011；2．长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

0 引言

地壳应力场的变化是地震发生的直接原因。地壳形变测量能够精确定量监测断层和活动构造在地震前后一系列变动，被认为是最直接的地震前兆之一［1］。在地震孕育过程中，震中附近点位运动随地壳变化常常表现出一定程度的突变性异常，探索和发现点位运动变化规律与地震发生之间的关系是地震预测的重要手段［2］。近几年来，利用 GNSS（Global Navigation Satellite System）观测技术观测地壳运动已经取得巨大进步，并获得大量的观测成果［1］。“中国大陆构造环境监测网络”简称“陆态网络”，是以全球卫星导航定位系统为主，辅以甚长基线干涉测量（VLBI）、人卫激光测距（SLR）和干涉合成孔径雷达（InSAR）等空间技术，结合精密重力和精密水准观测技术，对地球岩石圈、水圈和大气圈变化进行实时监测的国家级地球科学综合观测网络。“陆态网络”以监测地壳运动服务于地震预测预报为主，同时服务于军事测绘保障、大地测量和气象预报，兼顾科学研究、教育发展、社会减灾和经济建设，并为其产业化发展打下坚实基础［3］。

北京时间2013年7月22日在甘肃省定西市岷县、漳县交界（北纬34．5°，东经104．2°）发生了6．6级地震。笔者对震中附近中国大陆构造环境监测网络（“陆态网络”）GNSS基准站资料进行处理，初步分析其位移三分量时间序列震前变化特征，研究震前基准站位移中存在的前兆异常。

1 数据选取与数据处理方法

1．1 数据选取

顾国华（2006年）曾研究过2004年印尼8．7级地震的影响范围达远离震中4 500km之外，甚至更远［4］。MS6．6地震影响范围虽然没那么远，但对区域地壳形变的影响应该是明显的，因此选用地震周围300km内的10个GNSS站点，对其2013年7月2日至2013年7月5日的30秒采样率数据进行处理和分析。解算时采用IGS发布的精密星历、精密钟差及30秒精密钟差。解算过程中所需以下tables文件：重力场模型文件EGM、跳秒leap．sec、文件命名panda＿file＿name、行星星历jpleph＿de405、天线相位中心改正文件igs08．atx、卫星物理信息文件svnav．dat、接收机天线分类文件antnam、EOP参数poleut1、海洋潮汐改正文件oceantide、ut1潮汐改正文件ut1tid、章动表nutabl、海洋负荷潮汐oceanload、地球定向参数文件eopc04等，其中EOP参数 poleut1、地 球 定 向 参 数 文 件 eopc04、finals2000A．all、gpsrapid．out等文件需要每周更新，这些文件都可以从武汉大学卫星导航定位技术研究中心官方发布的网站ftp目录下得到，地址是ftp：／／ics．gnsslab．cn／panda＿tables。

本次计算选用的“陆态网络”基准站的站点分布如图1所示。表1中详细列出了选用基准站的站名与代码的对照，以及各站与震中的距离。

表1 基准站名称、代码和震中距统计表Table 1 The names、codes of GNSS and distances from epicenter

图1 GNSS基准站分布及甘肃岷县漳县MS6．6地震震中Fig．1 Distribution of GNSS reference stations and epicenter of Minxian－Zhangxian MS6．6earthquake in Gansu province

1．2 数据处理方法

数据解算采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心编写的精密定轨定位软件（英文简称“PODAP”）。“PODAP”软件基于惯性系，采用非差处理模式，数据预处理采取与“Blewitt（1990）”一致的单站数据预处理方法，尽可能探测与修复周跳并剔除异常值。对未修复的周跳引入新的模糊度参数，对未探测的周跳与粗差观测值，在估计模块的质量控制中进行处理［5］。

利用时间序列分析模块从单日所有基准站精密定位结果中提取出含有NEU或XYZ分量信息的时间序列文件。以此得到的结果文件虽已能清晰的显示出位移分量的时序特征，但由于解算结果中的时间表示方法通常为十进制型，或年积日型，不利于大部分人对异常信息的直观解读，为此课题组自主编写了提取软件，该软件将三分量值进行提取，并对其附加年月日方式表示的时间信息。

2 水平分量位移时间序列

通过解算2012年7月2日至2013年7月5日这个时间段内10个基准站30s采样率数据，笔者得到了各基准站水平分量的位移时间序列图。由于在ITRF08框架下基准站位移分量时序曲线受地震影响范围较大，因此笔者选取同时段中国大陆及其周边9次6级以上地震（表2）进行震例对比。由于篇幅限制，笔者仅列举两个基准站的水平分量位移时序图对其进行分析。图2（a）、（b）分别是距离岷县漳县地震震中最近仅18km的岷县基准站和距震中68km的陇西基准站水平分量位移时间序列图，上面的是NS分量，下面的是EW分量。

从图2可以看出，基准站水平位移分量在中国大陆及其周边6级以上地震前后均有一定的变化，但相对明显的是雅安地震和本次地震。雅安地震为7级大震，影响范围相对较大，本次岷县漳县地震处于地震震中周围300km范围内，因此两次地震前曲线变化都很明显。雅安地震前一个月左右，3月17日至3月18日岷县基准站EW分量出现6．7 mm的下降变化，变化幅度略大；震前半个多月的3月29～30日其NS分量也出现较为明显的变化，但变幅仅为3．8mm。陇西基准站EW分量4月11～15日持续下降7mm，其NS分量4月17～21日也出现持续下降现象，降幅4mm。从时间和幅度上来看，NS分量对地震预测的指示意义略弱于EW分量。

岷县漳县MS6．6地震前岷县基准站EW分量早在2013年6月1日就出现上升10．9mm和下降11mm的大幅变化，在近期曲线形态上表现较为突出。具体来说，2013年6月1日的数值为36．5 mm，6月4日为47．4mm，上升10．9mm；6月6日为36．4mm，下降11mm。而陇西基准站的EW分量则由6月25日的36．4mm，降低至6月26日的25．8mm，随后在6月28日又大幅上升至39．5 mm，变化幅度分别为10．6mm和13．7mm，在近期时序曲线图上表现也很突出。虽然NS分量也有一定量的变化，但变化幅度没有EW分量的显著，且陇西基准站NS分量的变化明显滞后于EW分量，事后处理发现其突变时间为7月11日，而这个时间点是在获取精密星历解算数据的滞后时间范围内，震前无法捕捉到异常信息。分析认为，本次地震前EW分量的突变异常显著于NS的突变异常。

表2 2013年中国大陆及其周边9次6级以上地震参数Table 2 The parameters of 9earthquakes with magnitude≥6in china mainlandand surroundings in 2013

图2 GNSS基准站水平分量位移时间序列图Fig．2 Horizontal displacement time series charts of GNSS reference stations

从时间上来说，由于精密星历的更新周期，7月22日地震时，能解算出的数据截止到7月5日，在后期分析处理时能够发现震前确实存在一定的异常，但已经对此次地震没有了实际预报意义。以上分析表明EW分量在地震前1个月甚至更早些就出现较为明显的变化，这是一个明确的前兆信号，为我们关注中强震的发生赢得较为充分的时间。

由于EW分量在震前存在显著变化，因此我们把关注的重点放在EW分量上。结合表3和图3可以看出，自6月1日以来，几乎所有基准站EW分量都开始陆续出现相邻两天位移的变化量超过10 mm以上的现象，特别是在2013年6月23日前后这样的变化更加明显。即震前一个月左右出现幅度较大的变化，变化幅度通常为两日差值10mm左右，且大部分基准站的变幅超过这个量值。

从表3中我们可以看出天水基准站从6月1日至6月2日开始出现大幅变化，变幅达19．4mm；6月8日至6月9日变化量值也有17．7mm；6月12日至6月15日四天时间出现较为明显的失稳现象，两日差值为16．3mm、17．3mm、15．4mm，异常出现最早；7月5日前频繁出现变化量较大情况。

接下来是玛曲和平凉站。玛曲站距离略近，但6月2日至6月3日变幅略小，为11．2mm，而平凉站距离略远，变化反而较大，6月2日至6月3日变幅为13．6mm。

随后是景泰与岷县站。在6月3日至6月4日这两日内，由于景泰站距离震中略远，变化量值略小，仅为10．6mm；而岷县站变化量值较大，为14．1 mm；清水站在6月6日至6月7日出现10．4mm的变化，与平凉站在这一时间段的变化同步，只是平凉的变化没有之前的那么明显，仅为8．5mm。清水站在6月22日至6月23日再次出现14．5mm的变化。

表3 6月1日至7月4日震中周围300km范围基准站EW分量变化时间与幅度统计表Table 3 Time and change amplitudes of EW compenent of displacement at GNSS stations，which are 300km from the epicenter in Jun 1to Jul 4，2013

可以看出，很多基准站都出现了几次明显的大幅变化，但只有静宁、兰州、定西站变化较晚。前两个基准站同时在6月23～24日出现超过10mm的大幅明显变化，分别是兰州变幅20．9mm，静宁变幅18．1mm；而定西却在6月27日才出现明显变化，变幅22．7mm。

相比较而言，定西、玛曲、清水在6月29日至7月5日间没有出现明显变化，而NS向的基准站活动相对比较频繁，多次同步出现超过10mm的变化。且大致存在离震中距离越近，异常变化出现时间越晚的现象。位于震中NS向的基准站其曲线变化形态与位于震中EW向的基准站的曲线变化形态有所不同，这有可能与笔者选取的是EW分量的位移时序图有一定的关系。

整体来看，岷县漳县地震前这10个基准站的东分量时序曲线均出现先向W运动，后转向E运动的趋势，且变幅较大，持续时间较长，异常形态相对明显。最主要的是由于数据更新周期在15～21天，而异常出现的时间又在7月1日前，这就为笔者判定异常提供了较为充足的时间。

图3 各站EW分量位移变化时间序列图（ITRF2008框架坐标下）Fig．3 Displacement change time series charts in EW direction at GNSS reference stations

3 总结

在判断地震前兆异常时，单单依靠一个位移分量是远远不够的，需要结合不同的观测手段和各类数据不同角度反应的综合信息进行判定。虽然笔者从2013年7月15日解算得到的成果中看到了这一突出变化，对地震发生时间信息有一定程度的提示，但也反映出地点判断并不明确。因此可以看出这一问题仍然是难点，需要今后开展更多的工作来深入地分析研究。

通过对每个基准站位移分量的分析，笔者还发现，事实上并不是每个地震前所有基准站全部位移分量都会出现异常变化，而且异常出现时间先后差异较大，并不完全同步，有些异常变化甚至会发生在震中或震后，每个基准站的位移分量变化幅度也不尽相同。

“陆态网络”基准站的建成，为地震预测预报工作增加了一个高精度、高可靠性、全天候服务的监测手段［6］，从基准站位移时间序列数据的分析中可以看出，在地震发生前GNSS站点位移分量所反映的地壳运动信息中包含的一些现象值得我们关注［6］。通过震例总结发现和识别这些异常信息仍然是难点，也是重点。通过大量GNSS资料可以获得各类地壳形变资料，如何将这些信息整合起来，为地震预测提供科学可靠的数据支持值得进一步深入研究。

感谢工程中心提供甘肃省“陆态网络”基准站数据。

（References）

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［2］ 朱治国，李桂荣．应用GPS连续观测和流动重力资料分析新疆洛浦MS6．0级地震的前兆特征［J］．内陆地震，2013，27（2）：19－28．

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［5］ 施闯，赵齐乐，楼益栋，等．卫星导航系统综合分析处理软件［J］．航天器工程，2009，18（4）：64－70．

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［6］ 洪敏，邵德盛，李春光，等．云南GNSS基准站连续观测资料应用研究［J］．地震研究，2012，35（4）：535－539．

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［7］ 新华社．中国地震局正式发布甘肃漳县岷县6．6级地震烈度图［BO／BL］．中央政府门户网站：2013，http：／／www．gov．cn／jrzg／2013－07／24／content＿2454515．htm

Xinhua News Agency．China Earthquake Administration officially released intensity map of Zhangxian－ Minxian Ms6．6 earthquake in Gansu［BO／BL］．Government Portal，2013，http：／／www．gov．cn／jrzg／2013－07／24／content＿2454515．htm（in Chinese）