2021年云南漾濞MS6.4地震GNSS基准站形变分析

史 珂 黄功文 王海涛 赵 红 李 阳

1 云南省基础测绘技术中心，昆明市西昌路223号，650034 2 自然资源部大地测量数据处理中心，西安市友谊东路334号，710054

GNSS技术可以便捷地提供高精度、大尺度的定量地壳形变信息，被广泛用于现今地壳形变和地震危险性研究[1-2]。川滇地区断层分布广泛、地震活动频繁，是我国地壳形变非常活跃的区域之一，给GNSS连续运行基准站的稳定运行带来影响。

2021-05-21云南省漾濞县(25.67°N，99.87°E)发生MS6.4地震，震源深度8 km，地震最高烈度为Ⅷ度，Ⅵ度及以上区域面积约6 600 km2，对当地群众造成较为严重的生命财产损失[3]。本文采用不同解算模式和计算方案解算云南漾濞附近的GNSS基准站2021-05-21前后几天连续观测数据，确定本次震区基准站同震形变的大小及影响范围，并对计算结果的可靠性进行对比验证。该研究对利用GNSS基准站分析破裂滑动分布反演具有参考价值。

1 GNSS基准站数据情况

收集漾濞地震周边长期稳定运行的10个陆态网和国家站、5个省级基准站doy139～143的观测数据，站点分布如图1所示。处理GNSS基准站数据时，动态PPP解算采用PRIDE PPP-AR[4]软件，静态解算采用GAMIT 10.70/GLOBK 5.31软件。

图1 漾濞MS6.4地震震中周边站点分布Fig.1 Distribution of stations around the epicenter of Yangbi MS6.4 earthquake

2 GNSS数据处理模式与方案

2.1 GNSS动态解算

采用武汉大学PRIDE PPP-AR软件，使用武汉大学提供的混合精密星历、混合精密钟差、相位偏差、地球自转参数ERP文件等产品对基准站地震当天(doy141)的1 Hz高频数据进行解算，具体解算策略如表1所示。

表1 高频动态解算策略

2.2 GNSS静态解算

以地震时刻为界，将数据分为2段进行处理，震前数据为doy139～141(震前)，震后数据为doy141(震后)～143。IGS站设置约束为0.05 m、0.05 m、0.10 m，分别解算ITRF2014参考框架(历元2021.386)和2000国家大地坐标系(CGCS2000)下坐标。其他主要解算设置如表2所示。

表2 静态解算模型和策略

本文采用2组解算方案进行计算。

方案1 采取逐级控制的原则，以中国及周边IGS站为起算点解算大理周边陆态网站点坐标，根据平差结果，分析地震前后陆态网站点稳定性；再以陆态网站点为基准站起算，解算大理地区的GNSS基准站，平差处理得到ITRF2014参考框架和CGCS2000下的坐标成果。

方案2 采用联合解算的原则，分别在ITRF2014参考框架和CGCS2000下，以中国及周边IGS站为起算点解算大理地区的GNSS基准站；根据稳定性分析结果，再以IGS站和离震中较远的基岩站作为起算点，求解震中附近的GNSS基准站坐标。

2.2.1 方案1结果

1)起算点稳定性分析。选定长期稳定运行的9个IGS站(BJFS、SHAO、WUHN、LHAZ、IISC、KIT3、PIMO、ULAB、URUM)和大理州以外地区7个陆态网站(震中距>120km)数据进行解算，基线解算时对9个IGS站进行松弛约束，按照震前、震后分段解算，得到7个陆态网站点坐标成果(表3)。

表3 地震前后陆态网站点ENU坐标变化量(震后-震前)

从表3可以看出，7个陆态网站点解算结果坐标差异极小，未受到本次云南漾濞地震的影响，说明陆态网站点距离震中较远，站点稳定，数据质量可靠，可以作为云南大理地区GNSS基准站的起算点。

2)基线精度。统计在ITRF2014参考框架和CGCS2000下分别解算的震前、震后的基线精度，结果如表4所示。可以看出，2种框架下震前、震后基线解算精度较高且基本一致，解算结果可靠。

表4 地震前后基线解算精度统计

3)坐标精度。统计在ITRF2014参考框架和CGCS2000下平差得到的震前、震后坐标成果精度，结果如表5所示。可以看出，逐级控制方案震前、震后各站点平差后坐标精度相当，说明解算和平差结果正确可靠，静态解算结果可以作为分析基准站形变的数据基础。

表5 地震前后GNSS站坐标解算精度统计

2.2.2 方案2结果

1)起算点稳定性分析。首先在基线解算时将IGS站进行松弛约束，按照震前、震后分段解算。分别在ITRF2014参考框架和CGCS2000下进行平差，以方案1中9个IGS站为约束，求解YNYS、YNYL、NJIA三个距震中较远的基岩站在地震前后的坐标变化，结果如表6所示。可以看出，3个基岩站平面坐标差异均在4 mm以内；YNYL和NJIA站因部分数据可用历元较少，高程精度略差，但也均在6 mm以内，表明这3个基岩站未受到本次云南漾濞地震的影响。为进一步检验其稳定性，利用PPP动态解算采样率为1 Hz的高频数据，得到YNYS、YNYL、NJIA三个基岩站在地震当天的坐标变化，限于篇幅，仅给出YNYL站结果(图2，蓝色竖线为地震发生时刻，下同)。可以看出，YNYL站稳定性较好。

表6 地震前后3个基岩站ENU方向变化量

图2 YNYL站高频数据处理结果Fig.2 Results of high-frequency data processingat YNYL station

静态和动态解算结果都显示，上述3个基岩站均未受到此次地震的影响，站点稳定，数据质量可靠，可以作为漾濞震中附近其余5个GNSS基准站的起算点。

2)基线精度。本方案最终以9个IGS站和3个基岩站数据进行联合解算。由表7可知，2种框架下地震前后基线解算结果基本一致，相邻点基线水平方向优于1.2 mm，高程方向优于5.5 mm。

表7 地震前后基线解算精度统计

3)坐标精度。分别统计2种框架下平差得到的震前、震后坐标成果精度，结果如表8所示。可以看出，地震前后各站点平差后坐标精度相当，可为形变分析提供基础数据资料。

表8 地震前后坐标解算精度统计

3 结果分析

3.1 GNSS动态解算结果

GNSS动态解算结果表明，距震中最近(5.3 km)的YABI站在水平和垂直方向都存在较为显著的同震位移，其中E方向为30.3±4.5 mm，N方向为-13.6±5.7 mm，U方向为17.7±10.5 mm(图3)；其他站点未记录到明显的同震位移信号。

图3 YABI站动态PPP解算结果Fig.3 Dynamic PPP solution results at YABI station

3.2 GNSS静态解算结果

方案1(表9)的结果表明，YABI和XIAG站的水平方向位移显著。其中，在ITRF2014参考框架下，YABI站向东变化39.6±1.1 mm，向南变化26.4±1.0 mm；XIAG站向东变化11.9±1.3 mm，向南变化1.2±1.2 mm。在CGCS2000下，YABI站向东变化40.2±1.1 mm，向南变化26.5±1.0 mm，水平方向变化48.1 mm(最大站点位移)；XIAG站向东变化12.0±1.3 mm，向南变化1.2±1.2 mm，水平方向变化12.0 mm。

表9 地震前后ENU坐标变化(方案1)

方案1的优点是各站点的基线距离较为均匀统一，避免了长短边混合，可确保解算精度和可靠性，同时也可避免因IGS站距离震区较远带来的长距离解算误差，而且能验证结果的准确性，还获取了震区基准站在CGCS2000下的坐标变化量，便于灾后测绘基准的恢复重建；缺点是需要解算的基准站较多，在地震发生后对各类数据的实时推送要求较高。

方案2(表10)的结果也表明，YABI和XIAG站在水平方向位移显著，其他站点位移较小。其中，在ITRF2014参考框架下，YABI站向东变化38.2±1.1 mm，向南变化25.6±1.0 mm；XIAG站向东变化10.7±1.3 mm，向南变化0.2±1.1 mm。

表10 地震前后ENU坐标变化(方案2)

方案2的优点是需要的数据较少，地震后可以第一时间开展形变计算，同时采用稳定基岩站作为短边进行误差控制，可以更有效地保证解算精度；缺点是必须对起算的基岩站变化进行详尽可靠的分析。

本文采用静态解算和PPP动态解算2种方式分别检验震区附近基岩站在地震当天的坐标变化，从而确定有效起算点，其水平方向变化如图4所示。可以看出，不同框架下2组方案结果一致性较好，验证了本次解算分析结果正确可靠。震中附近的YABI和XIAG站水平方向位移显著，主要表现为东南方向右旋走滑运动特征；震区内各站点在高程方向无显著位移变化，地震主要影响区域为震中附近50 km左右，这与文献[3,5-6]的研究结果一致。

图4 大理区域GNSS基准站不同方案地震前后水平位移变化Fig.4 Variations of horizontal displacements of GNSS reference stations before and after the earthquake for different schemes in Dali area

4 结 语

1)GNSS动态解算结果表明，距震中最近的YABI站在地震后向东移动30.3±4.5 mm，向南移动13.6±5.7 mm，其余站点无显著位移变化。但受快速星历、钟差以及实时数据流质量等影响，动态解算精度受到一定限制，与静态计算结果存在差异，不过该方法能很好地反映地震发生过程中基准站的瞬时位移。

2)GNSS静态计算考虑了坐标框架、站点间距、起算点稳定性、数据获取时效性等因素，并采用不同方案进行比对分析。结果表明，在ITRF2014参考框架下，YABI基准站(楼顶)在地震后向东移动39.6±1.1 mm，向南移动26.4±1.0 mm；XIAG站(基岩)向东移动11.9±1.3 mm，向南移动1.2±1.2 mm，主要表现为东南方向右旋走滑运动特征,其余站点无显著位移变化。

3)漾濞地震主要影响区域为震中附近约50 km。