利用GPS监测网分析尼泊尔地震对珠峰地区及周边影响

王小瑞,党引群,高新妍,李康

(国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心,西安 710054)



利用GPS监测网分析尼泊尔地震对珠峰地区及周边影响

王小瑞,党引群,高新妍,李康

(国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心,西安 710054)

通过收集相关监测点在尼泊尔地震前后的数据,采用统一的模式进行数据处理,将震前与震后的形变监测成果归算到ITRF2008参考框架和2015.315(2015年4月25日)历元,计算得到监测点的平面变化和高程变化,对监测点的形变进行分析,得出2005年5月至2015年5月之间,珠峰地区地形变化的情况。

尼泊尔地震;形变监测;参考框架

0　引　言

2015年4月25日14时11分,在尼泊尔(北纬28.2°,东经84.7°)发生8.1级地震,震源深度20 km.震中位于博克拉,最大烈度为X度,重烈度区从震中向东延伸。中国与尼泊尔毗邻的西藏自治区日喀则市聂拉木县、定日县、吉隆县震感非常强烈。

地震的直接动力学成因是印度板块与欧亚板块沿北北东走向以45 mm/a的速度汇聚,造成喜马拉雅山脉的隆起。印度板块向北俯冲在欧亚板块之下,导致岩石的强度低于应力的强度,产生逆冲断裂,并在破裂的过程中释放巨大的能量。这种板块汇聚对整个亚洲的地质构造格局都有很大影响,可能造成中国、尼泊尔边境山体的不稳定[1-3]。震中距珠穆朗玛峰(简称珠峰)约241 km,地震波及珠峰,珠峰发生大型雪崩。

2015年4月25日14时11分,在尼泊尔(北纬28.2°,东经84.7°)发生的8.1级地震(文中称震中1);2015年5月12日15时05分,在尼泊尔(北纬27.8°,东经86.1°)发生的7.5级地震,震源深度10 km(文中称震中2).

本文针对尼泊尔地震对珠峰地区及周边的影响进行分析和研究。

1　监测网及布测情况

监测网由中国大陆构造环境监测网络(简称陆态网)[5]、“2005珠穆朗玛峰高程测量GPS网”、2015年珠穆朗玛峰监测网构成,如图1所示,其中2005珠穆朗玛峰高程测量GPS网与2015年珠穆朗玛峰监测网重合的点为监测点。

1.1震前资料情况

为了分析研究尼泊尔地震对珠峰地区及周边的影响,收集了震前陆态网、“2005珠穆朗玛峰高程测量GPS网”的观测资料。

1) 中国大陆构造环境监测网络

陆态网在西藏地区有13个站,如图1所示,距离地震受灾地区较近的点有6个:LHAZ(拉萨)、XZBG(普兰县)、XZZB(仲巴县)、XZAR(昂仁县)、XZRK(日喀则市)、XZZF(定日县)。选取这13个点2015年4月10日-4月24日(day 100～114),共计15天的观测数据,每天观测24 h.

2) 2005珠穆朗玛峰高程测量GPS网

采用“2005珠穆朗玛峰高程测量GPS网”项目的外业观测数据用于震前内业数据处理及分析。

选取2005年4月7日-6月4日(day 2005 097～155)观测的10个监测点,其中监测网3个点,点号为0018、0029、0030,控制网7个点,点号为J030、0035、0037、0038、0049、0052、0053.监测网观测2个时段,每时段为24 h,控制网观测1～3个时段,每时段为8 h.

图1　陆态网及监测点分布

1.2震后资料情况

1) 中国大陆构造环境监测网络

选取前述陆态网13个点2015年4月26日-5月11日(day 116-131)16天的观测数据、5月13日～5月18日(day 133-138) 6天的观测数据,共计22天的观测数据,每天观测24 h.

2) 2015珠峰监测网

根据已收集到的震前观测资料情况,国家测绘地理信息局组织相关部门对珠峰地区的大地控制点于2015年5月10日-13日进行了野外观测。在珠峰地区选取了6个点,控制点4个,点号为0018、0029、0037、0038;交会点2个,点号为0049、0052.控制点观测3个时段,每时段为24 h,交会点观测1个时段,每时段为8 h.

2　数据处理方案与框架点

2.1数据处理方案

利用震前和震后两期观测数据,采用同一参考框架与历元和统一的数据处理模式,计算两期监测点坐标成果之差,得到监测点的位错,以此研究监测点的形变问题,进一步分析尼泊尔地震对珠峰地区的影响[4，6-7]。

数据处理采用GAMIT/GLOBK软件,利用国际GPS服务跟踪(IGS)精密星历,估计卫星钟差、接收机钟差、电离层与对流层延迟、测站固体潮汐、卫星与接收机天线相位中心偏差等各项改正,以中国及周边地区IGS站为框架点,估计其坐标和速度场,选择ITRF2008参考框架[4-7]和2015.315(2015年4月25日,DOY 115)参考历元进行数据处理。

主要参数设置:

卫星轨道:IGS精密星历,且固定;卫星截止高度角:10 °;数据采样间隔:30 s或15 s;对流层改正模型:采用Saastamoinen模型进行标准气象改正;观测值:采用消除电离层后的组合观测值;数据解算模式:周跳自动修复技术;固体潮模型:IERS2003;海潮模型:FES2004;天顶延迟改正模型:VMF1;天顶延迟参数个数:13;坐标约束:GPS连续运行站给予2～3个中间误差的约束[4，6-10]。

2.2选取框架点

珠峰周边形变监测数据分析的关键是选择稳定的基准站。为此分析了珠峰周边地区的全球IGS站数据,最后选取俄罗斯(IRKJ)、吉尔吉斯斯坦(POL2)、乌兹别克斯坦(KIT3)、印度(IISC)、COCOS岛(COCO)、武汉(WUHN)6个稳定的IGS站为基准站,分析中国GPS连续运行基准站的稳定性。

在选取的6个全球IGS站控制下,通过对震前、震后中国西部地区的中国GPS连续运行基准站32天的观测数据进行解算和平差,得到了震前、震后各站点坐标,将震前、震后各站点成果进行比对,比较结果如表1所示。由表1可知,4.25地震对WUSH、TASH、DLHA、XNIN、LUZH、KMIN 6个站没有影响,表明这几个站稳定。

2.3确定框架点坐标

基于全球IGS站和中国GPS连续运行站的基线解文件(不含4月25日、5月12日数据),在6个全球IGS站的控制下,求得WUSH、TASH、DLHA、XNIN、LUZH、KMIN等6个GPS连续运行站的ITRF2008参考框架、2015.315(2015年4月25日,DOY 115)历元的坐标,以此作为框架点的坐标。

表1　4.25震后与震前中国基准站结果比较

3　结果分析

3.1精度统计

由表2、3可知,水平分量精度平均值优于±2.0 mm,垂直分量精度平均值优于±5.0 mm.

表2　框架点坐标精度统计

表3　监测点在尼泊尔地震前后坐标精度统计

3.2结果统计

3.2.1陆态网点结果统计

由表4可知,4.25地震对距离震中1的300 km以内的点有明显影响,受地震影响的站有3个,分别是XZZB(仲巴县)、XZZF(定日县)、XZAR(昂仁县)。XZZB(仲巴县)点向南偏东偏移18 mm,高程方向下沉2 mm;XZAR(昂仁县)点向西南偏移22 mm,高程方向下沉1 mm;XZZF(定日县)点向西南偏移33 mm,高程方向下沉7 mm.由表5可知,5.12地震对陆态网点几乎没有影响。

表4　陆态网点4.25震后与震前结果比较

表5　陆态网点5.12震后与震前结果比较

3.2.2监测点结果统计

1) 监测点2005-2015结果统计

由表6可知,珠峰地区2005-2015这10年沿东北方向移动40 cm,该地区10年上升3 cm.

2) 监测点震前震后结果统计

由表7可知,4.25地震使珠峰地区向西南方向移动约3.3 cm, 垂直方向下沉约0.7 cm.

表6　2005-2015珠峰地区监测点结果比较

表7　监测点震后与震前结果比较

3.3结果分析

由表4、表5可知,4.25地震对距离震中1的300 km以内的点有明显影响,300 km以外的点则没有明显变化;5.12地震对陆态网点没有影响。所以,下面仅分析4.25地震对监测点的影响。

3.3.1水平位移分析

从监测点位移图图2、图3可知,1) 2005-2015珠峰地区每年以约4 cm的速度向东北方向移动; 2) 4.25地震使该区域监测点向西南方向移动约3 cm.

图2　2005-2015珠峰地区平面变化位移图

图3　监测点地震前后平面变化位移图

3.3.2高程变化分析

从监测点位移图图4、图5可知, 1) 2005-2015珠峰地区垂直方向每年以约0.3 cm的速度上升; 2) 4.25地震使该区域监测点垂直方向下沉约0.7 cm.

图4　2005-2015珠峰地区高程变化位移图

图5　监测点地震前后高程变化位移图

4　结束语

通过外业监测和精密数据处理分析,得出以下主要结论:

1) 2005年5月至2015年5月,珠峰地区每年以约4 cm的速度向东北方向移动,垂直方向每年以约0.3 cm的速度上升。

2) 4.25地震使该区域向西南方向移动约3 cm, 垂直方向下沉约0.7 cm.

3) 5.12地震对珠峰地区的地形变基本没有影响。

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Analysis Influence Everest Area Surrounding Nepal Earthquake With GPS Monitoring Network

WANG Xiaorui,DANG Yinqun,GAO Xinyan,LI Kang

(GeodeticDataProcessingCenterofNationalBureauofSurveyingandMapping,Xi′an710054,China)

By collecting the data of monitoring points before and after the Nepal earthquake,adopting the same mode to process data, unifying the result of variety monitoring before and after earthquake towards reference frame of ITRF2008 and epoch of 2015.315, calculating the variety of monitoring points in level and altitude,and analyzing the variety of monitor points, author thinks the Everest area was moving northeastward at speed of 4 cm per year and rising at speed of 0.3 cm per year from May of 2005 to May of 2015; the 4.25 earthquake made the Everest area move southwestward about 3 cm and sink about 0.7 cm; and 5.12 earthquake had few influence on the Everest area.

Nepal earthquake; variety monitoring; reference frame

2015-06-10

P315.2

A

1008-9268(2016)03-0073-05

王小瑞(1965-),女,陕西渭南人,高级工程师,主要从事大地测量数据处理研究。

党引群(1970-),女,陕西泾阳人,高级工程师,主要从事大地测量数据处理研究。

高新妍(1981-),女,河北正定人,助理工程师,主要从事大地测量数据处理。

李康(1990-)男,陕西清涧人,助理工程师,从事大地测量数据处理。

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.03.015

联系人： 王小瑞 E-mail: xr_wang1965@126.com