基于GNSS的地壳形变监测

贺 婧

(杨凌职业技术学院 交通与测绘工程分院, 陕西 杨凌 712100)

0 引 言

福建沿海地区处于亚欧板块与太平洋板块交接处，该地区连接着太平洋地震带，在华南褶皱系武夷-戴云隆折带，因此是地震多发地区，据调查显示共发生多次8级地震，分布在整条带上。为了更好地进行地震预报，获得断裂带地壳活动情况，采用高新技术进行监测，能提高精度与稳定度，信息获取速度也能大幅度提高。

1 GNSS基本原理

GNSS是高精度、全时段、全天候的卫星导航系统，其定位有两种测定形式：伪距测量和载波相位测量。通过GNSS测量可得到点的空间坐标，GNSS测量的基本原理是测得卫星到用户接收机之间的距离，再根据卫星数据就可计算出接收机的三维坐标。进行测量时，使用二进制码元0和1的伪随机码来发射导航电文。它包括时钟改正、工作状况、卫星星历等。当用户接收到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离。

2 GNSS数据处理准备

GAMIT/GLOBK是基于UNIX系统设计出来，能够计算出卫星轨道与地面测站间相对位置的数据处理软件，该软件适用于LINUX系统，DEC、IBM等系统。该软件中采用双差观测量进行最小二乘算法计算出点的相对位置。其中双差观测量可以减弱卫星钟差、大气折射误差、接收机钟差等的影响。GNSS中的双差观测使用值高度角定权，其表达式为：

GAMIT是直接从文件station.oct中读取测站海潮系数。它处理数据是数据的编辑和筛选，由数据编辑模块AUTCLN完成。随GAMIT软件包还提供 sh-gamit又将繁多的数据准备和处理工作集成化。因此GAMIT软件的主要功能是：地球自转参数和卫星轨道估计；地面测站的相对定位计算；数据编辑既能人工干预，也能自动处理；可选观测值等权、反比于基线长度或随高度角定权。

GLOBK是为初步处理得到的结果进行后处理的，是卡尔曼滤波器，使用时需要输入地球自转参数及方差-协方差量、卫星轨道、测站坐标。GLOBK主要应用于：不同年份获取的测站坐标结果估计测站的速度；结合一个观测作业期内不同时段的初步处理结果，获取该观测作业期的测站坐标最佳估值；每个时段或作业期的坐标结果以评估观测质量。

3 GNSS监测数据处理

在已有中国地壳运动观测网和地壳形变观测台网的基础上，福建沿海地区长乐-南澳断裂带增加15个观测点。共有CGCS2000控制点15个，如图1所示：

图1 GPS点位展图

可以从图1中明显看到长乐-南澳断裂带和闽江下游断裂带的交接处发生突变，因此用Z3、Z4点监测，Z5、Z6点监测长乐-南澳断裂带和莆田-南日断裂带交接处，Z7、Z8点监测长乐-南澳断裂带和晋江下游断裂带交接处；Z9点监测九龙江下游断裂带增加等。结合A级点、C级点，断裂带监测点位布设如图2所示：

图2 福建沿海地区断裂带监测GPS点位布设图

在GAMIT软件中XYZ坐标生成L文件，运行makeup，得到输入文件；运行sh_sp3fit，得到轨道初始根数；运行makej，得到卫星钟差文件；运行makex，得到X文件；运行fixdrv，得到批处理文件。再用GLOBK软件进行网平差，运行htoglb，得到二进制的h-文件，运行glred，进行重复性精度评价，运行globk、glorg，得到平差结果及精度。最终得到研究区域应变率场及其水平运动速率情况，如图3所示：

图3 福建地区主应变率场结果

从图3中可以看出：福建沿海地区应变率最大值位于福建东南沿海，然后从沿海向内陆逐渐减小，主应变方向形成的主要分界带是政和海丰断裂，东南沿海地区以NE-EW向挤压为主，东北沿海地区以NW-NS向挤压为主，西侧以NE向挤压为主。

根据GNSS数据处理结果，得到福建沿海水平运动速率，如图4。可看出研究区域内东向的地壳水平运动平均速度约为7.0 mm/a，南向的地壳水平运动平均速度约为2.2 mm/a。说明福建沿海的地壳形变基本沿 SE 方向运动，且具有较强的整体一致性。

图4 福建沿海地区水平运动速率

4 总 结

研究数据证明福建沿海地区运动基本沿SE方向运动，整体一致，从运动速率来看，由南向北逐渐减弱，南段层运动比北段大。利用GNSS技术有效的分析了福建沿海地区的地壳运动，为福建东南沿海地区大陆动力学的研究提供了重要的理论依据。