2011年日本MW9.0強震對天津地區(qū)地殼運動的影響分析①

朱 爽，楊國華，占 偉

（中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180））

0 引言

2011年3月11日13時46分（北京時間）在日本本州東海岸附近海域（N 38.1°，E 142.6°）發(fā)生9.0級巨大地震，并引發(fā)了強烈的海嘯和嚴重的核泄漏等次生災(zāi)害。此次強震給太平洋板塊及其鄰近板塊的活動帶來了一定的影響［1－3］，對中國大陸東北部地區(qū)引起了永久性的同震位移。太平洋板塊對歐亞板塊的俯沖作用是華北地區(qū)地震活動的重要動力來源之一［4］。已有研究結(jié)果表明，位于太平洋板塊俯沖帶的日本地區(qū)的強震活動對我國華北地區(qū)的地震活動具有重要的影響，因此研究相對活躍的日本地震對天津及周邊地區(qū)地震活動性的影響是有意義的。

隨著中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)（CMONOC）和中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（CMTEMN）等的建立［5－6］，通過對GNSS數(shù)據(jù)的處理與分析可以獲得震時的同震位移，這些解算結(jié)果對進一步研究地震動力學特征及判定未來地震趨勢提供了實測依據(jù)［7－9］。王敏［10］、蔡華［11］、楊少敏［12］等已經(jīng)研究了該地震對周緣各國及相鄰板塊運動的同震影響；殷海濤等［13－14］分析了跨斷層基線的時間序列變化。

本文利用天津地區(qū)分布均勻的GNSS測站數(shù)據(jù)進行日本地震對天津地區(qū)地殼運動的影響進行分析，研究同震位移、震后時間序列及速度場的變化，以期為天津地區(qū)地震趨勢分析提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)處理

整理收集來自陸態(tài)網(wǎng)、天津測繪院、天津地震局的GNSS數(shù)據(jù)，組成了天津市地殼運動GNSS觀測網(wǎng)，該網(wǎng)由23個GNSS連續(xù)站組成如（圖1）。

圖1 天津市地殼運動GNSS觀測網(wǎng)Fig.1 GNSS network of crustal movement in Tianjin

為了保證數(shù)據(jù)解算質(zhì)量，本文同時收集了陸態(tài)觀測網(wǎng)及周邊IGS站的相應(yīng)時間段的觀測數(shù)據(jù)，統(tǒng)一利用GAMIT／GLOBK和QOCA軟件進行處理。利用GAMIT／GLOBK軟件的單天解算策略如下：截止高度角為15°；基線處理模式為RELAX（松馳解）；衛(wèi)星鐘差模型為精密星歷誤差的鐘差參數(shù)；接收機鐘差改正模型為偽距計算出的鐘差；電離層延遲模型為LC－HELP；對流層模型為Saastamoinen模型；光壓模型為BERNE；固體潮改正為IERS03；測站坐標約束為0.010m，0.010m，0.010m ；對流層參數(shù)設(shè)置為13。完成單天解算后，利用QOCA軟件獲得時間序列及速度場。

2 結(jié)果分析

2.1 時間序列分析

首先分析了地震前后測站坐標時間序列。限于篇幅，只展示GGSL和WQCG站的時間序例（圖2）。由圖2可以看出，受到日本地震的影響，兩個測站在E方向上都出現(xiàn)了數(shù)毫米的位移，而且是永久性的，地震后測站的長趨勢運動方向未發(fā)生突出的改變。然而在北方向及垂直方向上變化不明顯，其余測站情況相同，說明日本地震對天津地區(qū)的影響主要體現(xiàn)在水平E方向上。

圖2 GGSL，WQCG站時間序列圖Fig.2 Time series curves of GGSL and WQCG stations

2.2 同震位移分析

采用地震前后的時間序列，將地震發(fā)生后3天的平均值與震前3天平均值結(jié)果進行比較，得到天津地區(qū)GNSS測站的同震位移。由于測站在垂直方向上的形變不顯著，故只顯示了水平方向上的同震位移。具體信息如表1所示。日本地震對天津地區(qū)產(chǎn)生了明顯的影響，各測站水平同震方向基本一致，均為E方向，即指向震中方向；除個別站外（JHAI和KC01），位移區(qū)間在8.5～10.1mm范圍內(nèi)，說明日本地震對天津地區(qū)產(chǎn)生的影響主要為E向位移。

2.3 基線時間序列分析

為了更好地揭示日本地震對天津地區(qū)的影響，以JIXN為參考計算了日本地震前后部分測站基線向量和基線長度的變化。其中GGSL－JIXN跨越了滄東斷裂北段，WQCG－JIXN基線跨越了寶坻斷裂（圖3）。

如圖3所示，分別從e、n、u坐標差變化及基線長度變化4個方面進行對比。從長時間變化趨勢上來看，基線GGSL－JIXN與基線 WQCG－JIXN都具有明顯的年周期特性，從基線長度變化上來看，跨越滄東斷裂北段的GGSL－JIXN存在緩慢的拉張，但近年來拉張狀態(tài)有所平緩；跨越了寶坻斷裂的WQCG－JIXN同樣以很緩慢的速度在不斷拉張。從短時間變化趨勢來看，在地震后GGSL－JIXN的變化幅度很小，在誤差范圍之內(nèi)；而 WQCG－JIXN在e方向上先有一定程度的增強，在震后又恢復到原來的數(shù)值水平，在基線長度上出現(xiàn)較明顯的增大，這與其在地震后的長期變化趨勢相對應(yīng)。說明日本地震對于天津地區(qū)部分地塊有一定的拉張作用。

圖3 兩條基線時序圖Fig.3 Time series of two baseline

表1 天津地區(qū)GNSS測站同震位移Table 1 Coseismic displacements of GNSS stations in Tianjin

2.4 速度場分析

本文首先將時間序列進行了去除年周期，半年周期處理，并去除了共模誤差，得到較為干凈的時間序列，然后利用時間序列進行了速度場的計算。統(tǒng)計了地震前與地震后的速度場差值，如表2所示。日本地震后，各站E向運動速度變化較弱，基本上在0.1～2mm／yr之內(nèi)，NS方向上的運動速度沒有發(fā)生明顯變化，均在誤差范圍之內(nèi)。

3 結(jié)論

（1）通過天津地區(qū)GNSS測站時間序列的分析，測站在東方向上有8～10mm的上升，而且是永久性的，地震后測站的長趨勢運動方向未發(fā)生改變。在北方向及垂直方向上變化不明顯，說明日本地震對天津地區(qū)的影響主要體現(xiàn)在水平E方向上。

表2 日本地震前后天津地區(qū)GNSS測站運動速度變化Table 2 Velocity change of GNSS station in Tianjin area before and after the Japanese earthquake

（2）日本地震對天津地區(qū)產(chǎn)生了明顯的同震位移，各測站水平同震方向基本一致，均為E方向，即指向震中方向；位移量一般為8.5～10.1mm，說明日本地震對天津地區(qū)產(chǎn)生的影響主要是E向位移。

（3）從基線結(jié)果可以看出，部分基線長度增長，地震對天津地區(qū)起到了一定的拉張作用。

（4）速度場的結(jié)果變化不大，天津地區(qū)各測站主要是向E運動，地震后E向速度變化較小，約在0.1～2mm／yr之間。

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