摘 要 利用陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)黑龍江省5個測站的GNSS觀測資料，計算了2011年日本9.0級地震對我省測站位移時間序列、基線時間序列、電離層TEC變化的影響，解算了這次地震在黑龍江省的同震位移場，與國內(nèi)專家計算結(jié)果進行了比較，具有很好的一致性。分析表明：周邊地區(qū)日本、俄羅斯大震對我省地殼運動影響顯著，進而可能影響到我省地震活動。
關(guān)鍵詞 陸態(tài)網(wǎng)絡(luò) GNSS 位移時間序列 電離層電子總含量 同震位移場

0 引言

  地震與地殼運動密切相關(guān)。黑龍江省地處歐亞板塊的東緣，緊鄰太平洋板塊，區(qū)域地殼運動和構(gòu)造活動相對活躍，主要受控于西太平洋板塊的擠壓和俯沖。在本區(qū)域內(nèi)，中強地震時常發(fā)生，同時近鄰日本是大震、巨震的多發(fā)區(qū)。高精度GNSS定位可監(jiān)測地殼動態(tài)變化和獲得地殼較大時空尺度的相對運動信息，反演的電離層電子總含量TEC可以捕捉地震前兆異常。本文采用“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)”（簡稱“陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)”）在黑龍江省的鶴崗、哈爾濱、綏陽、撫遠和五大連池等5個基準站的觀測資料和專業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件（PODAP、GNSS-PWV、WHIGGION、GAMIT），計算和分析了2011年日本9.0級地震對我省測站位移時間序列、基線時間序列、電離層時間序列的影響。

1日本9.0級地震在黑龍江省的同震位移場

  據(jù)覆蓋日本全境的GEONET網(wǎng)絡(luò)GPS觀測資料顯示，2011年3月11日日本9.0級地震造成日本半島向東移動（王凡，2011）（楊少敏，2011）（趙國強，2012），最大達到了5.3m。我們分析此次地震對黑龍江省構(gòu)造形變場的同震影響。結(jié)果顯示（圖1，表1）：相對ITRF2008參考框架，此次地震造成黑龍江省鶴崗站、哈爾濱站、綏陽站、撫遠站、五大連池站厘米級的同震水平位移，五個站中最大值為綏陽站東向位移2.73cm.。
表1 日本9.0級地震同震位移（單位：cm）
Table 1 Japan Mw9.0 earthquake coseismic displacement field（cm）

	HLHG	HRBN	HLFY	SUIY	HLWD
EW	1.34	1.48	0.98	2.73	0.91
NS	-1.25	-1.05	-1.40	-1.83	-0.9

圖1日本9.0級地震黑龍江省同震位移場

結(jié)合黑龍江省洞體應(yīng)變（圖2）和體應(yīng)變（圖3）連續(xù)觀測資料，日本9級地震引起鶴崗臺、牡丹江臺、依蘭臺同震響應(yīng)表現(xiàn)為正方向增大，說明測點所在基巖受地震影響，表現(xiàn)為伸張。體應(yīng)變同震階躍表現(xiàn)為負方向變化，說明巖石應(yīng)變同樣表現(xiàn)為拉伸。洞體應(yīng)變和體應(yīng)變量值震后均未恢復(fù)，產(chǎn)生了永久形變。由此可判斷日本9級地震對我省區(qū)域產(chǎn)生了不同程度的張性應(yīng)變，對于本地區(qū)應(yīng)變積累是一個釋放的過程，這也與王敏（2012）基于日本宮城Mw9.0級地震同震位移場，采用插值方法計算的水平應(yīng)變場結(jié)果一致。






圖2 鶴崗、牡丹江、依蘭洞體應(yīng)變?nèi)毡?.0級地震同震階躍






圖3 鶴崗、牡丹江、通河體應(yīng)變?nèi)毡?.0級地震同震階躍

2日本、俄羅斯地震對鶴崗站GPS位移時間序列的影響

2011年1月～2012年9月發(fā)生在黑龍江省及周邊地區(qū)，對省內(nèi)GNSS基準站位移時間序列產(chǎn)生明顯影響的地震主要有4次（表2）。圖4是鶴崗站單站GPS位移時間序列。由北南向可以看出，日本9.0級地震發(fā)生后，產(chǎn)生12.5mm的同震階躍，同時使得鶴崗站運動速率北南向加速，10月14日俄羅斯發(fā)生6.6級地震，震后測站運動速率未改變。2012年2月26日俄羅斯發(fā)生7.0級地震，震后測站運動速率發(fā)生明顯改變，北南向速率減小。6月18日的蘿北地震使得北南向速率重新加快。而東西向速率始終未發(fā)生明顯變化。此外，我們也計算了其他站位移時間序列，結(jié)果有類似特點。說明黑龍江省各測站運動速率和方向受周邊地區(qū)大震影響顯著，而且主要影響北南向。


     表2 2011年1月～2012 年9月黑龍江省及周邊地區(qū)地震事件
Table 2 Heilongjiang and surrounding areas 4 earthquakes events during 2011.1~2012.9

日期	時間	緯度	經(jīng)度	深度		震級		震中位置
20110311	05:46:19.0	38.10	142.50	20	Mw9.0		日本本州東岸近海
20111014	06:10:10.2	54.15	123.75	10	M6.6		俄羅斯西伯利亞東南部
20120226	06:17:16.8	51.75	96.00	10	Ms7.0		俄羅斯西伯利亞西南部
20120618	05:11:29.8	48.05	131.00	10	ML5.1		俄-中(蘿北)邊境

圖4 2011年1月～2012年9月鶴崗站(HLHG)GPS位移坐標時間序列


3基線變化
日本9.0級地震不僅引起了鶴崗等站位移時間序的變化，也引起省內(nèi)測站與日本USUD之間基線變化。我們解算得到鶴崗站、哈爾濱站與USUD站之間NS向約80mm的變化，東西向約200mm的變化（圖5）。與蔡華（2012）給出的哈爾濱站與日本TSKB站、USUD站基線變化（2011年積日017天～129天）一致。
 

           HLHG-USUD                           HRBN-USUD
圖5 GPS基線時間序列
4 電離層電子總含量TEC時間序列
  目前研究結(jié)果表明，震前0～5天的電離層異常很有可能是地震孕育引起的，通過考察電離層的異常進行地震短期預(yù)報是非常有價值的。圖6是我們計算的鶴崗站2011年2月26日至2011年3月16日日本9.0級地震期間電離層電子總含量TEC的變化，由圖8中可以看出震前3月8日存在較大的峰值，有可能是日本巨震的震前電離層異常，這也與姚宜斌（2012）研究結(jié)果一致。但是地震的發(fā)生是非常復(fù)雜的過程，是很多因素共同影響的結(jié)果。準確的的電離層前兆異常判定要綜合考慮各種因素的影響，這方面還需要做深入的研究。


圖6 日本9.0地震前鶴崗站電離層電子含量TEC變化

5結(jié)論

本文利用陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)黑龍江省GNSS觀測數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理軟件，融合同震位移場、位移時間序列、基線時間序列、電離層電子總含量TEC解算結(jié)果，分析了日本9.0級地震對黑龍江地區(qū)的影響。結(jié)果顯示：地震引起的同震位移影響是非常顯著地，影響最大的是距離震中最近的綏陽站，產(chǎn)生2.73cm的東向位移。地震對于對我省產(chǎn)生了不同程度的張性應(yīng)變，對于應(yīng)變積累是一個釋放的過程，一定程度上緩解了地震的發(fā)生。黑龍江省各測站運動速度及方向受周邊地區(qū)大震影響顯著，主要影響北南向。日本地震也引起了各測站與日本USUD基線長度80-200mm的變化量，基線增大也反映了各站點之間拉張性。震前電離層異常與國內(nèi)學(xué)者得出的研究成果一致，但因其復(fù)雜性，是否確定是震前異常，還需進一步深入研究。
  致 謝：感謝國家重大科學(xué)工程“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)”提供GNSS觀測數(shù)據(jù)

參 考 文 獻
蔡華，孫漢榮.GPS測定的2011年日本9.0級地震的中國大陸地區(qū)同震位移場[J]武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版.2012.08期
陳梅花等.強地震前水汽中長期異常變化特征研究[J].地震地質(zhì).2011.33(3):549-557
王凡，沈正康等. 2011年3月11日日本宮城Mw9.0級地震對其周邊地區(qū)火山活動的影響[J].科學(xué)通報.2011.56(14):1080～1083
王敏，李強等.全球定位系統(tǒng)測定的2011年日本宮城Mw9.0級地震遠場同震位移.科學(xué)通報.2011.56（20）:1593～1596
楊少敏，聶兆生等. GPS解算的日本Mw9.0級地震的遠場同震地表位移.武漢大學(xué)學(xué)報·信息科學(xué)版[J].2011.36(11) :1336～1339
姚宜斌，陳鵬等.2011年3月11日日本地震震前電離層異常變化分析[J].科學(xué)通報.2012.57(5):355～365
趙國強，李鵬.中國大陸GPS連續(xù)觀測站測得的日本9.0級地震同震位移與震前變化[J].地震:2012(02)
趙益洋，劉善軍等.震前大氣水汽異常識別方法與汶川地震分析.《中國遙感應(yīng)用協(xié)會2010年會暨區(qū)域遙感發(fā)展與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集》.2010