王伶俐 邵德盛 洪 敏

（云南省地震局，昆明 650041）

云南境內(nèi)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GNSS觀測資料數(shù)據(jù)處理與初步結(jié)果1

王伶俐 邵德盛 洪 敏

（云南省地震局，昆明 650041）

利用GAMIT/GLOBK軟件對云南境內(nèi)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GNSS觀測資料，包括27個GNSS基準站自2011年至今的連續(xù)觀測資料，以及170多個GNSS區(qū)域站2009、2011、2013年3期區(qū)域復測資料進行了處理，基線處理的重復性在水平方向優(yōu)于1.79mm+1.1×10-9×S，在垂直方向優(yōu)于5.99mm+1.46×10-9×S（S為基線長度，以mm為單位），計算得到了基線及點位時間序列和歐亞框架下的測站運動速度場。初步分析了坐標時間序列的變化規(guī)律，并利用剛體運動模型反演了云南地區(qū)各活動塊體的現(xiàn)今地殼運動，初步結(jié)果表明云南地塊運動方向逐漸由SSE向SSW變化，運動幅度由西向東、由北向南逐漸減弱，菱形塊體外各個塊體運動速度大幅衰減。該初步結(jié)果可為后期GNSS數(shù)據(jù)的進一步運用提供參考。

陸態(tài)網(wǎng)絡(luò) 云南 GAMIT/GLOBK 時間序列 速度場

王伶俐，邵德盛，洪敏，2015.云南境內(nèi)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GNSS觀測資料數(shù)據(jù)處理與初步結(jié)果.震災防御技術(shù)，10（1）：141—150. doi：10.11899/zzfy20150115

引言

云南處于歐亞、太平洋和印度三大地質(zhì)板塊碰撞匯聚地帶，青藏高原東南邊緣，位居中國-東南亞次級板塊中西部，跨揚子、華南、印支及滇緬泰4個亞板塊（申重陽等，2002）。其地殼變動劇烈，新構(gòu)造活動強烈，活動斷裂發(fā)育，是中國最活動的地震構(gòu)造區(qū)之一，也是重點監(jiān)視的強震活動區(qū)?！笆濉逼陂g，“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)”在全國范圍內(nèi)建成了25個連續(xù)跟蹤站點，1000個區(qū)域站點，地震分析預報人員將處理后的時間序列及速度場成果用于地震年度會商，在中長期地震預報方面取得了一些有價值的研究成果（顧國華等，2000；孟國杰等，2001；牛之俊等，2002）。但當時由于云南境內(nèi)站點少，點位分散，尚不能滿足地震預測預報的實際需求?！笆晃濉逼陂g，由中國地震局牽頭的國家重大科學工程項目“中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)工程”（簡稱陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)）啟動，項目在全國范圍內(nèi)展開了高密度、大范圍的GNSS觀測，在云南范圍內(nèi)共建成了27個連續(xù)跟蹤站（GNSS基準站），170多個流動觀測站（GNSS區(qū)域站），并陸續(xù)開展了監(jiān)測工作。GNSS基準站和GNSS區(qū)域站的建成，在該區(qū)域形成了點位密集且分布均勻的水平形變監(jiān)測網(wǎng)，獲取了大量的觀測資料。本文利用GAMIT/GLOBK 軟件對云南境內(nèi)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GNSS觀測資料，包括27個GNSS基準站自2011年至今的連續(xù)觀測資料，以及170多個GNSS區(qū)域站2009、2011、2013年3期區(qū)域復測資料進行了處理。初步分析了坐標時間序列的變化規(guī)律，并利用剛體運動模型反演了云南地區(qū)各活動塊體的現(xiàn)今地殼運動，以期為后期GNSS數(shù)據(jù)的進一步運用提供參考，為云南省的強震預測預報提供基礎(chǔ)資料。

1 云南省陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)GNSS網(wǎng)點分布與觀測

陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)項目在云南省范圍內(nèi)共建成27個GNSS基準站和170多個GNSS區(qū)域站，再加上其他行業(yè)專項建成的1個基準站，目前云南省內(nèi)共有28個GNSS基準站，幾乎覆蓋了云南省的大部份地區(qū)，且跨越了瀾滄江、紅河和小江等主要活動斷裂帶（圖1）。其中，27個基準站基本上都位于穩(wěn)定的基巖上，基準站采用Trimble NETR8的GPS 接收機及扼流圈天線，主要進行GPS觀測，也可擴充GLONASS、GALILEO和北斗導航系統(tǒng)觀測。網(wǎng)絡(luò)中所有測站均為強制歸心的GPS觀測墩，避免了對中誤差的影響。自2010年底開始運行至今，28個GNSS站點已經(jīng)積累了4年多的連續(xù)觀測數(shù)據(jù)；GNSS區(qū)域站點自2009年開始，每2年觀測1期，到目前為止共有3期的復測資料，資料采集的時間分別為2009年3—10月、2011年4—10月、2013年4—10月，每期每個測點的觀測時間長度均不少于90h。

圖1 云南省GNSS基準站點位分布Fig. 1 Location of the GNSS continuous stations in Yunnan province

2 數(shù)據(jù)解算

2.1 數(shù)據(jù)預處理

本文采用MIT（Massachusetts Institute of Technology）和SIO（Scripps Institution of Oceanography）研制的GAMIT/GLOBK軟件對基線進行處理，版本為GAMIT10.5。選取HYDE、BJFS、IRKT、PIMO、GUAO、IISC、USUD、TSKB、WUHN、TWTF、LHAZ、URUM等十幾個中國及周邊的IGS跟蹤站與省內(nèi)的28個GNSS基準站聯(lián)合進行數(shù)據(jù)預處理。其中，IGS核心站強約束（水平方向0.005—0.020m、垂直方向0.020—0.050m）于IERS（International Earth Rotation Service）公布的ITRF2008值；基準點松弛約束（水平方向1m、垂直方向1m）于其先驗值。主要的模型選擇和參數(shù)設(shè)置如下：①數(shù)據(jù)采樣間隔為30s；②根據(jù)軌道松弛模式對IGS精密星歷給予10-9量級的約束；③極移和UT1（經(jīng)極移修正的世界時）采用USNO的Bull_B或Bull_A值一并給予強約束；④衛(wèi)星截止高度角為10°，觀測值隨高度角定權(quán)；⑤根據(jù)標準大氣模型，用Saastamoinen模型修正對流層折射；⑥根據(jù)分段線性模型估計對流層天頂延遲和水平大氣梯度，每2個小時估計1個天頂延遲參數(shù)；⑦分別根據(jù)IERS03標準和FES2004標準建立重力場、固體潮的地球物理模型；⑧根據(jù)GMF模型修正大氣層的映射函數(shù)；⑨根據(jù)NGS提供的絕對模型修正衛(wèi)星和接收機天線相位中心。

2.2 數(shù)據(jù)后處理

為盡快獲得基線時序資料以滿足云南省地震局地震監(jiān)測預報時效性的需要，筆者在數(shù)據(jù)處理中對基準站數(shù)據(jù)采用的是快速解方式，即在GAMIT數(shù)據(jù)預處理中用的是快速精密星歷。同時為了消除或減少全球參考框架基準點的先驗坐標誤差和觀測誤差對單日解的影響，采用的是局域基準。下文的基線重復性評估均基于該時間序列（見圖2b）。

為了獲得單日解與ITRF2008參考框架的聯(lián)系，利用GLOBK將GAMIT處理得到的單日松弛解和SOPAC（Scripps Orbital and Permanent Array Center）給出的全球IGS站的單日松弛解合并，最終利用GLOBK通過7個參數(shù)的相似變換可得到ITRF2008參考框架下的單日解。綜合幾年來的單日解，可得到ITRF2008參考框架下點位坐標的時間序列（見圖2a）。考慮到點位坐標的精度，在點位移的求取過程中對每4天的數(shù)據(jù)進行綜合平差，以求出一個基于ITRF2000框架的點位靜態(tài)解。綜合2年來各期基準站的坐標，可得到ITRF2000參考框架下點坐標時間序列，而進一步的分析均基于該時間序列。

對于GNSS區(qū)域站觀測數(shù)據(jù)，為了更好地研究川滇菱塊南段的構(gòu)造變形，筆者收集了部分川滇交界以及四川省區(qū)域站點聯(lián)測數(shù)據(jù)與云南省內(nèi)站點的觀測資料進行聯(lián)合解算；經(jīng)過GAMIT預處理獲得了一個時段同步觀測站的數(shù)據(jù)（目前一般一個時段的長度為1天），利用GLOBK將獲取的基線文件和全球的IGS站基線文件聯(lián)合解算，將同1期內(nèi)每天的單天解文件結(jié)合成一個總的解文件，選擇研究區(qū)外圍比較穩(wěn)定的IGS站在ITRF2008的坐標、運動速率作為約束條件，進而可得到本期觀測內(nèi)所選擇ITRF框架下的測站的平均坐標；將多期結(jié)合后的總的解文件進行聯(lián)合解算，則可獲得多期時間段內(nèi)的測站速度。

為了更好地反映研究區(qū)域內(nèi)部的構(gòu)造變形，結(jié)合實際情況在ITRF2008框架基礎(chǔ)上，利用歐亞板塊穩(wěn)定部分作為測站速度計算的參考框架，可得到歐亞框架下云南地區(qū)的速度場，如圖3所示。具體操作是選取KOSG、ONSA等10個分布在歐亞板塊上較為穩(wěn)定的IGS站，構(gòu)建穩(wěn)定的歐亞板塊，在經(jīng)過相對歐亞板塊的最佳歐拉旋轉(zhuǎn)后，這10個站的水平速度殘差均小于1.5mm/a。

圖2 GNSS基準站坐標及基線位置的時序資料Fig. 2 Time series of the GNSS reference stations

圖3 云南地區(qū)相對歐亞板塊的GPS水平速度場（2009—2013年）Fig. 3 GPS-derived horizontal velocity filed relative to Eurasia plate in Yunnan area（2009—2013）

3 精度分析

為評估GPS所測數(shù)據(jù)的精度，筆者給出了精度分析或統(tǒng)計檢驗，并對結(jié)果進行了如下評價。

（1）GAMIT軟件采用的是網(wǎng)解（即全組合解），其同步環(huán)閉合差在基線解算時已經(jīng)進行了分配。對于GAMIT軟件基線解的同步環(huán)檢核，可以把解的nrms值（標準均方根誤差）作為同步環(huán)質(zhì)量好壞的一個指標，一般要求nrms值小于0.5，而且nrms值越小，基線估算精度越高。實際單時段數(shù)據(jù)處理的nrms值均小于0.2。

（2）單日解的重復性是衡量GPS觀測質(zhì)量和處理結(jié)果的一個重要指標（王敏等，2005）。基線重復性是相對幾個時段解而言的，是基線內(nèi)符合精度的反映，其值越小，基線的內(nèi)符合精度越高，基線質(zhì)量越好；反之，內(nèi)符合精度越低，質(zhì)量越差。基線重復性可表示為：

利用基線長度及各分量分別對固定誤差a和比例誤差b進行線性擬合，檢驗其是否在我國GPS測量規(guī)范規(guī)定的等級范圍內(nèi)。為了得到固定誤差和比例誤差，利用基線重復性的結(jié)果，采用最小二乘法的一元線性回歸，對所有的單天解基線向量的重復性進行計算，將重復性表示為固定誤差和比例誤差（a+b）ppm的組合形式。表1是在站心地平坐標系中，南北方向、東西方向、垂直方向及基線方向的重復性統(tǒng)計結(jié)果。

表1 基線向量的重復性統(tǒng)計結(jié)果Table 1 Statistics of repeatability of baseline vector

利用GLOBK軟件對觀測期間各測點的點位重復性進行計算，可得到每個測點的時間序列。筆者的計算結(jié)果顯示，除個別站點（下關(guān)XIAG、耿馬YNDM）因為觀測環(huán)境影響，精度較差以外，云南境內(nèi)GNSS基準站測點的點位重復性精度為：南北向分量在5mm以內(nèi)；東西向分量在2mm以內(nèi)；垂直向分量在8mm以內(nèi)。如圖4所示。

從以上統(tǒng)計結(jié)果來看，GNSS基準站基線向量重復性在水平方向上優(yōu)于1.79mm+ 1.1×10-9×S，垂直方向優(yōu)于5.99mm+1.46×10-9×S（S為基線長度，以mm為單位），可滿足地震監(jiān)測的需要。相對基準站而言，GNSS區(qū)域站觀測精度稍低一些，制約定位精度的因素主要是：大氣折射誤差、軌道誤差、天線相位中心標定以及測站季節(jié)性非構(gòu)造變動等方面的影響（王琪等，2003）。其中，測站季節(jié)性非構(gòu)造變動對垂直分量的測定有直接的影響。研究表明，大氣、降水等負荷的季節(jié)性變化可引起地殼的周期性變動，從YNSD站點時序資料可以看出，云南境內(nèi)GPS測站與季節(jié)有關(guān)的變動在垂直方向上有近15mm的幅度，但從基線統(tǒng)計結(jié)果看并不明顯，影響尚不突出（見圖2）。

圖4 站點坐標重復性精度統(tǒng)計圖Fig. 4 Plot of site coordinates repeatability precision

4 初步結(jié)果的應用分析

4.1 GNSS基準站時序資料的應用分析

（1）利用GLOBK進行無約束平差后的基線成果可以繪制基線的時間序列圖，但由于單日解存在誤差不利于分析，通過對單日解進行滑動均值處理（窗長為15天，步長為1天），可得到平滑的基線時間序列。以此為基礎(chǔ)并結(jié)合基線與斷層的相對位置，可以分析斷層的運動特征。以小江斷裂為例，通過斜跨小江斷裂的2條基線變化時序圖（圖5）可以看出，昆明-魚洞、昆明-蒙自基線均表現(xiàn)出小江斷裂帶的左旋走滑特征（洪敏等，2012）。

圖5 跨過小江斷裂的2條基線時序圖Fig. 5 Time series of the two baselines which cross the Xiaojiang fault

（2）綜合近年來云南GNSS基準站的單日坐標解，可以得到ITRF2008參考框架下測站坐標的時間序列，并由此刻畫出站點的運動軌跡。對于坐標的時間序列分析，位移解中描述了相對運動的參照點即所謂的位移解基準，可以有各種不同的選擇，因此位移解具有多解性。通過大量分析試算發(fā)現(xiàn)（王伶俐等，2012），選擇位于華南塊體的文山GNSS連續(xù)跟蹤站作為云南GPS位移數(shù)據(jù)處理的參考基準是可行的。以文山GNSS點作為參考，可求出其他點的位移，從而可得到2010年初至2012年3月的點位移軌跡圖像（圖6）（洪敏等，2012）。從圖6可以看出，點位運動方向從川滇菱形塊體最初的南南東向，到川滇菱形塊體南端轉(zhuǎn)為南向，到滇南至滇西南地區(qū)轉(zhuǎn)為了南西向運動，相對于文山GNSS點的各個點位運動趨勢呈現(xiàn)繞阿薩姆構(gòu)造結(jié)順時針旋轉(zhuǎn)的特征。

圖6 2010年至2012年3月相對于文山GNSS點的位移圖像Fig. 6 Point displacement from January 2010 to March 2012

4.2 GNSS區(qū)域速度場的應用分析

根據(jù)實測速度場并按照闞榮舉等（1980，1992）的觀點，將云南地區(qū)劃分為4個活動地塊以及7個次級構(gòu)造單元，利用剛體運動模型可反演云南地區(qū)各活動塊體的現(xiàn)今地殼運動，計算各個活動塊體的歐拉旋轉(zhuǎn)矢量。采用剛性地塊假設(shè)下的最小二乘擬合方法，可計算得到各個活動塊體相對于歐亞板塊的運動及應變特征（如圖7）。經(jīng)過筆者的計算，滇東塊體運動速率為6.22mm/a，運動方向與華南地塊相近，為E37.53°S；主壓應變率為-20.67×10-9/a，其方向近似為W38.02°N；主張應變率為13.48×10-9/a；這一計算結(jié)果與謝富仁等（2004）推測得到的NWW主壓應力優(yōu)勢方位的結(jié)果一致。滇中地區(qū)整體優(yōu)勢運動為10.78mm/a，運動方向141.44°；主壓應變率為-32.71×10-9/a，方向128.20°，主張應變率為17.78×10-9/a；最大剪切應變率為25.25×10-9/a；這一計算結(jié)果與程萬正等（2003）由大量震源機制解得到的P軸優(yōu)勢分布，推測的NNW壓應力場方向一致。滇西北地區(qū)優(yōu)勢運動為10.16mm/a，運動方向163.84°；主壓應變率為-15.88×10-9/a，方向163.43°，主張應變率為22.94×10-9/a；這一計算結(jié)果與謝富仁等（1993）描述的滇西北中甸、麗江、大理一帶主要受SE、SSE向應力場控制的結(jié)論一致。滇西南地區(qū)的構(gòu)造應力場比較復雜，從筆者得到的速度場的結(jié)果可清楚地看出：靠近瀾滄江斷裂帶站點的活動性強，隨著站點到斷裂帶距離的增加，活動性逐步減弱，優(yōu)勢運動方向大多數(shù)從SN向轉(zhuǎn)至SSW向；從塊體活動性來看，該單元的優(yōu)勢運動為6.74mm/a，方向S16.53°W，主壓應變率為-17.97×10-9/a，其方位角為19.81°，主張壓應變率為29.69×10-9/a，最大剪切應變率為23.83×10-9/a；這一結(jié)果與闞榮舉等（1980；1977）和王紹晉等（2005）所獲得的NNE-NE主壓應力方向一致。

圖7 云南地區(qū)活動塊體運動速率及主應變率圖（2009—2013年）Fig. 7 Horizontal velocity and principal strain rate of active blocks in Yunnan region（2009—2013）

5 結(jié)論

筆者利用GAMIT/GLOBK軟件對陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)云南境內(nèi)觀測數(shù)據(jù)進行了處理，引入周邊10多個穩(wěn)定IGS站點參與聯(lián)合解算，并將計算結(jié)果歸算到區(qū)域參考框架下。GAMIT解算得到的“準觀測值”均滿足所須精度要求，所有解時段的標準化均方差均小于0.2；GNSS基準站水平和垂直方向基線重復性分別優(yōu)于1.79mm+1.1×10-9×S和5.99mm+1.46×10-9×S（S為基線長度，以mm為單位）；GNSS區(qū)域網(wǎng)相對于穩(wěn)定歐亞框架的速度場東西向、南北向的速度估算精度優(yōu)于2.0mm/a。這些指標顯示觀測精度是比較高的，可以滿足地震監(jiān)測的實際需要。

通過GNSS基準站時間序列分析，可不斷得到云南省地殼運動的最新信息；以GPS速度場為約束，建立各個塊體的運動-應變模型，可得到各個塊體的運動及應變參數(shù)。初步結(jié)果表明，云南各活動塊體由東至西運動方向，正逐漸向SSE-SN-SSW變化；其表現(xiàn)出以菱形塊體為主順時針旋轉(zhuǎn)的特征，且菱形塊體外各個塊體運動速度明顯衰減。從應變率參數(shù)結(jié)果來看，華南地塊和滇東塊體主要受SE向壓應力場控制；滇西北地區(qū)，應力場方向為SE-SSE；到滇中地塊，應力場方向也轉(zhuǎn)為SE-SSE方向；滇西南受NE、NNE向應力場控制，結(jié)果與前人的研究一致（王紹晉等，2005；崔效鋒等，2005；2006）。

陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)將在未來繼續(xù)進行觀測，從而完善現(xiàn)有的GNSS觀測資料，它將提供更為精細的應變場解算結(jié)果，為云南地震預測提供更為精細的基礎(chǔ)資料。

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Data Processing and Preliminary Results of GNSS Observation based on CMONOC in Yunnan Province

Wang Lingli, Shao Desheng and Hong Min
（Earthquake Administration of Yunnan Province, Kunming 650041, China）

The GNSS observation data in Yunnan region, including continuous observation data from 27

tations since 2011, and a total of three regional survey data from more than 170 regional stations between 2009 to 2013, were processed by using GAMIT/GLOBK. It is shown that the horizontal and vertical proportion errors of baseline repetition rates can reach up to 1.79mm+1.1×10-9and 5.99mm+1.46×10-9, and time series of reference stations and velocity field relative to the Eurasian reference frame was obtained. The results indicate that the direction of crustal movement to the area changes from SSE to SSW gradually. The velocities of those blocks outside the rhombic block decrease swiftly. These preliminary results provide a reference for further use of the GNSS observation in Yunnan Province.

CMONOC；Yunnan；GAMIT/GLOBK；Timeseries；Velocity filed

云南省地震局青年基金課題 “基于高密度GPS區(qū)域網(wǎng)復測資料分析云南地區(qū)近期地殼形變特征（201301）” 和中國地震局2015年度震情跟蹤青年課題“云南省GNSS時序資料異常跟蹤與地震預測（2015010219）”聯(lián)合資助

2014-06-17

王伶俐，女，生于1981年。工程師，碩士。主要從事GPS數(shù)據(jù)處理及分析、地震活動性分析及預測預報工作。E-mail：lingli365@163.com