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  大地测量与地球动力学  2020, Vol. 40 Issue (3): 258-263  DOI: 10.14075/j.jgg.2020.03.008

引用本文  

杨建文, 张鹏映, 茶文剑, 等. 2018年云南地区GNSS面应变变化及地震关系分析[J]. 大地测量与地球动力学, 2020, 40(3): 258-263.
YANG Jianwen, ZHANG Pengying, CHA Wenjian, et al. Analysis of Relationship between GNSS Surface Strain Change and Earthquake in Yunnan in 2018[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2020, 40(3): 258-263.

项目来源

云南省青年地震科学基金(2018k08);云南省地震局科技专项(2018ZX04);云南省陈颙院士工作站专项(2014IC007)。

Foundation support

Yunnan Youth Seismology Science Fund, No. 2018k08; Science and Technology Project of Yunnan Earthquake Agency, No. 2018ZX04; Special Fund of Academician Chen Yong's Workstation, Yunnan Province, No.2014IC007.

第一作者简介

杨建文,工程师,主要从事地壳形变及地震预测预报研究,E-mail:928547602@qq.com

About the first author

YANG Jianwen, engineer, majors in crustal deformation analysis and earthquake prediction and forecasting, E-mail: 928547602@qq.com.

文章历史

收稿日期:2019-03-30
2018年云南地区GNSS面应变变化及地震关系分析
杨建文1     张鹏映2     茶文剑1     何应文3     叶泵1     陈佳1     王军1     
1. 中国地震局滇西地震预报实验场办公室,云南省大理市滨海大道,671000;
2. 大理海东开发市政建设有限公司,云南省大理市海东新区,671006;
3. 云南省地震局云县地震台,云南省云县草皮街98号,675803
摘要:基于2018-01以来云南地区GNSS连续观测资料,利用高精度数据处理软件GAMIT/GLOBK处理后获取位移场并采用克里金插值方法进行网格化插值,获得均匀分布的位移场,再进行应变计算获取面应变信息,动态分析2018年云南地区面应变变化特征,探讨其与通海2次5.0级地震及墨江5.9级地震的内在联系。结果表明,2018-01~11云南地区面应变经历了拉张为主、区域应变快速积累、区域强挤压和强拉张并存(双柏-新平-墨江条带)、区域应变快速调整、震后应变格局改变(双柏-新平-墨江条带消失)的动态过程。通海2次5.0级地震和墨江5.9级地震分别发生在区域应变调整过程中以易门-塔甸为代表的强张拉和以景东-思茅为代表的强挤压高梯度带上,可能是在应变显著积累和应变调整双重因素作用下的产物,不同的是,墨江5.9级地震改变了以双柏-新平-墨江条带为界的强挤压和强拉张并存的区域特征,对云南整体区域面应变格局造成实质性的影响。
关键词GNSS连续观测面应变通海5.0级地震墨江5.9级地震

地震是一种突发的、具有极大破坏力的自然现象,地震的发生与区域应力调整的关系是目前研究的焦点[1-2]。由高精度、高时空分辨率的GNSS数据获取的面应变(面膨胀)参数能直接反映区域挤压或拉张强弱特性[3],且GNSS的连续观测特点为全天候地捕捉区域形变信息、定量跟踪地震前后应变场特征奠定了基础。近年来,不少学者针对云南地区的面应变特征进行了研究[3-6]

继2018-08-13~14云南通海2次5.0级地震后,2018-09-08 10:31云南省普洱市墨江县(23.28°N,101.53°E)发生5.9级地震,震源深度11 km,是继2014-10-07景谷6.6级地震后云南省发生的震级最高的一次地震[7]。该地震的震中位于阿墨江断裂附近,地震区最大烈度为Ⅷ度,等震线呈椭圆形分布,长轴走向总体呈北西向。墨江5.9级地震与通海2次5.0级地震发震间隔不到1个月,震中位置相距约160 km。

本文基于GNSS面应变资料,分析地震前后云南整体的区域应变变化情况,探讨其与通海2次5.0级地震及墨江5.9级地震的内在联系,可提高对地震孕育过程的认识,也对将GNSS资料应用于云南地区的地震预测研究有重要的意义[8-9]

1 数据处理

选取研究区(21°~29°N、97°~107°E)内56个GNSS连续跟踪站采样率为30 s的数据(起止时间为2018-01-01~11-05),GNSS站点及3次地震震中分布见图 1。利用高精度GAMIT/GLOBK软件进行数据处理,采用与全球IGS解算数据进行联合平差的方法,选用38个IGS核心站点为云南GNSS观测网的参考基准,将平差结果归算到ITRF2000框架下[10-12]。为提高结果的精度和可靠性,在单日解的基础上选4 d的单日解进行联合平差,得到每点4 d的坐标均值;为排除噪声干扰的影响,对前期处理产出的点位坐标成果进行滑动均值处理,以获取地壳运动的真实信息,初步统计,测站的观测点位坐标精度均优于3 mm。GAMIT/GLOBK软件的数据处理结果有无约束平差产出的基线和约束平差产出的点位移2种[13],为获取稳定、均匀的应力应变场图像,在各个测点的点位移时间序列中引入克里金插值方法对位移场进行1°×1°格网化[2](格网划分结果见图 1,共80个格网),获得均匀分布于各格网的位移场,并基于位移场与应力应变的关系[1],通过格网化的位移场按每个格网与相邻格网组网的方式求取区域应变场[2-7, 13],具体解算方法见文献[2]

图 1 GNSS连续站、震中分布及格网划分结果 Fig. 1 GNSS continuous station, epicenter distribution and grid division result

通过计算可获取最大剪应变、面应变(面膨胀)等应变参数[6, 14-15],本文选取面应变(面膨胀)参数为研究对象,以2018-01-01为起始时间,获取不同时间节点的面应变信息,绘制面应变累计变化图[16],结果见图 23,并动态分析通海2次5.0级地震及墨江5.9级地震前后云南整体的区域面应变变化特征。

蓝色代表挤压变形区,红色代表拉张变形区 图 2 通海2次5.0级地震前后区域应变特征 Fig. 2 Regional strain characteristics before and after two Tonghai 5.0 earthquakes

蓝色代表挤压变形区,红色代表拉张变形区 图 3 墨江5.9级地震前后区域应变特征 Fig. 3 Regional strain characteristics before and after the Mojiang M5.9 earthquake
2 2018年云南地区GNSS面应变变化特征

图 2可知,2018-01-01~04-19云南地区的挤压应变并不突出,区域整体以拉张为主。从4月中旬至7月底,区域挤压应变积累较为显著,短期内腾冲-施甸一带、滇东北的大寨-会泽一带、滇南-滇西南的思茅-勐腊一带出现快速挤压趋势。滇南-滇西南的应变场异常相对突出,双柏-新平-墨江一带形成高梯度强挤压与强拉张的过渡条带,易门-塔甸一带呈强拉张、景东-思茅一带呈强挤压特性,且在7月底达到最大(截至2018-07-27,易门-塔甸一带累积面拉张量达13.5×10-8,景东-思茅一带累积面收缩量达9.5×10-8)。从8月份开始,区域应变场出现快速调整,易门-塔甸一带的拉张和景东-思茅一带的挤压变形逐渐减弱(截至2018-08-09,易门-塔甸一带累积面拉张量为4.5×10-8,景东-思茅一带累积面收缩量为4.5×10-8),短期内以腾冲-施甸为代表的区域及以大寨-会泽为代表的滇东北地区挤压应变出现明显的减弱趋势,而通海附近的弥勒-蒙自一带的挤压变形开始增强。在应变调整过程中,2018-08-13~14先后在通海发生了2次5.0级地震,震中位于以易门-塔甸为代表的强拉张区域的高梯度带上。

在通海2次5.0级地震后,从应变场短期变化来看(图 2(d)3(a)),应变场异常集中的滇西南地区挤压应变有所减弱,滇东北地区的挤压应变也呈现明显的减弱趋势,但双柏-新平-墨江一带形成的高梯度挤压与拉张过渡条带并未消失,易门-塔甸一带呈强拉张、景东-思茅一带呈强挤压的特性并未改变(截至2018-09-04,易门-塔甸一带累积面拉张量达4.5×10-8,景东-思茅一带累积面收缩量达4.0×10-8),表明通海2次5.0级地震并未对区域整体的面应变格局造成实质性的影响,邻近区域应力积累特性依然存在。此后短期内,在以景东-思茅为代表的强挤压区域高梯度带上发生了2018-09-08云南墨江5.9级地震。

图 3可知,墨江5.9级地震后,易门-塔甸一带的强拉张、景东-思茅一带的强挤压区域及双柏-新平-墨江一带形成的高梯度挤压与拉张的过渡条带已消失(截至2018-10-16,易门-塔甸一带累积面拉张量为1.5×10-8,景东-思茅一带累积面收缩量达1.0×10-8),短期内区域应变场变化较为明显,沿着红河断裂带的宾川、大姚、墨江、金平等地区均有一定程度的挤压应变增强趋势。腾冲-云龙一带及滇东北的大寨-会泽一带挤压应变增强趋势较为明显,耿马周边的挤压经异常核实为干扰,在对耿马站的观测环境进行干扰消除后,随着时间的推移,耿马周边的挤压应变逐渐减弱。

2018-10-28~11-05(图 3(c)3(d))宾川附近的挤压应变逐渐消失,思茅-江城一带的挤压应变逐渐增强。墨江5.9级地震的震中附近挤压应变呈逐渐增强的趋势,可能与震后调整存在一定的关系。在此期间,四川木里-大寨的挤压增强区发生了2018-10-31四川凉山州西昌市5.1级地震,也是短期内区域应变调整的另一产物。

为了更直观地表示通海2次5.0级地震(震中位于35号格网)和墨江5.9级地震(震中位于24号格网)震中附近区域2018-01~11的面应变变化速率和动态变化特征,分别提取24号和35号格网的面应变时间序列,并从时序曲线上计算各格网的面应变率。由图 4可知,2个格网的面应变时序曲线的变化情况符合相关区域的面应变整体变化特征,24号格网的面应变率为-1.69×10-8/a,RMS为±0.50,总体呈现微弱的压性特征;35号格网的面应变率为2.27×10-8/a,RMS为±0.88,总体呈拉张特征。

图 4 震中所在格网面应变时间序列 Fig. 4 Grid surface strain time series of the epicenter
3 区域面应变总体变化特征及地震关系分析

从云南地区区域面应变的整体变化趋势来看,2018-04底开始,滇南-滇西南应变场的异常突出,6月底出现强挤压(景东-思茅一带)和强拉张(易门-塔甸一带)并存的格局,并在双柏-新平-墨江一带形成明显的过渡条带,7月底达到最大,累计面应变量级在±10×10-8左右,表明短期内应变积累较为显著。新平站因对应变过程最为敏感而出现明显异常,其时间序列见图 5。新平站的点位速度为15.87 mm/a,E向速度为-10.04 mm/a,RMS为±7.10,N向速度为-12.29 mm/a,RMS为±3.50,经实地异常核实,排除干扰因素,确定为形变异常。从8月份开始,强挤压和强拉张并存的区域面应变场出现快速调整,累积面应变量呈逐渐减弱趋势,减弱速率在时间上存在差异。在应变场调整的过程中,在以易门-塔甸为代表的强拉张区域的高梯度带上先后发生了通海2次5.0级地震,以景东-思茅为代表的强挤压区域的高梯度带上发生了墨江5.9级地震。在墨江5.9级地震发生后,强挤压和强拉张并存的格局消失,截至2018-10-16,易门-塔甸一带累积面拉张量为1.5×10-8,景东-思茅一带累积面收缩量为1.0×10-8,墨江地震改变了以双柏-新平-墨江条带为界的强挤压和强拉张并存的区域特征。

图 5 新平站点时间序列 Fig. 5 Time series of Xinping station

纵观整个过程,首先短期内存在应变显著积累的背景,且震前有区域应变场出现调整的现象,通海2次5.0级地震和墨江5.9级地震就是在这样的背景下发生的,可能为在双重因素作用下强拉张和强挤压区域应变变化过程的产物。

4 结语

传统的GNSS资料主要用于构造运动的长趋势规律分析与研究,但GNSS连续观测的特点使其在地震发生时间的判定上具有优势,且由GNSS点位移而获取的面应变信息具有明确的物理意义,能直接反映区域挤压或拉张强弱的特性,对震前异常指标的提取和震后趋势的判定等具有重要的意义。

GNSS资料求取的面应变信息动态揭示了2018年云南地区应变场变化特征与通海2次5.0级地震及墨江5.9级地震的关系,结果表明,2018-01~11云南地区面应变经历了拉张为主、区域应变快速积累、区域强挤压和强拉张并存(双柏-新平-墨江条带)、区域应变快速调整、震后应变格局改变(双柏-新平-墨江条带消失)的动态过程。通海2次5.0级地震和墨江5.9级地震分别发生在区域应变调整过程中以易门-塔甸为代表的强张拉和以景东-思茅为代表的强挤压高梯度带上,可能是应变显著积累背景和应变调整过程双重因素作用下强拉张和强挤压区域应变变化过程的产物。不同的是,墨江5.9级地震改变了以双柏-新平-墨江条带为界的强挤压和强拉张并存的区域特征,对云南区域整体面应变格局造成实质性的影响。

致谢: 本文研究过程中所采用的GNSS数据及数据分析软件均来自于云南省地震局形变测量中心,在此表示感谢。

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Analysis of Relationship between GNSS Surface Strain Change and Earthquake in Yunnan in 2018
YANG Jianwen1     ZHANG Pengying2     CHA Wenjian1     HE Yingwen3     YE Beng1     CHEN Jia1     WANG Jun1     
1. Office of the Western Yunnan Earthquake Prediction Study Area, CEA, Binhai Road, Dali 671000, China;
2. Dali Haidong Development Municipal Construction Co Ltd, Haidong New District, Dali 671006, China;
3. Yunxian Seismic Station of Yunnan Earthquake Agency, 98 Caopi Street, Yunxian, 675803, China
Abstract: Based on the continuous observation data of GNSS in Yunnan since January 2018, the displacement field is obtained by high-precision data processing software (GAMIT/GLOBK), and the Kriging interpolation method is used to mesh the interpolation to obtain uniform distribution. We ascertain the displacement field, calculate strain, obtain surface strain information, dynamically analyze the surface strain variation characteristics of Yunnan in 2018, and explore the intrinsic relationship between the two M5.0 earthquakes in Tonghai and Mojiang M5.9 earthquake. The results show that there are significant backgrounds of strain accumulation before the two M5.0 earthquakes in Tonghai and Mojiang M5.9 earthquake, and there is a process of regional strain field adjustment in the short term before the earthquake. The two may be strong tensile and strong compression regional strains under the dual factors, the product of the changing process. The difference is that the Mojiang M5.9 earthquake changed the regional characteristics of strong extrusion and strong tensile joints bounded by the Shuangbai-Xinping-Mojiang strip, which had a substantial impact on the overall regional surface strain pattern in Yunnan.
Key words: continuous observation of GNSS; surface strain; Tonghai M5.0 earthquake; Mojiang M5.9 earthquake