四川区域GNSS网络观测到玛多7.4级地震引起的远场同震位移

何福秀，杨 洋，饶太国，陈 聪，刘 江，张 澜，罗 凌，姚贤良，张 翼

（四川省地震局，四川 成都 610041）

晚新生代以来，巴颜喀拉块体是青藏高原向东“逃逸”的强活动板块之一（邓起东等，2014）。近20年来，在巴颜喀拉块体周缘边界发生了一系列强震：在该块体的北缘与柴达木块体交界的东昆仑构造带发生了2001年昆仑山口西8.1级地震（Xu et al，2002；任金卫等，2005）；在块体的南缘甘孜—玉树断裂上2010年发生了青海玉树7.0级地震（孙鑫喆等，2012；张军龙等，2010）；在块体东向逃逸东端与华南地块挤压碰撞带龙门山断裂带上先后发生了2008年四川汶川8.0级和2013年四川芦山7.0级地震（徐锡伟等，2008，2013；国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”项目组，2008；杨国华等，2015）；2017年在该块体东北边角挤压与走滑变形带上发生了四川九寨沟7.0级地震（徐锡伟等，2017；王东振等，2018）。

2021年5月22日2时4分29秒，在巴颜喀拉块体内部发生了青海玛多（34.59°N，98.34°E）7.4级地震，这是继2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震之后，发生在巴颜喀拉块体上又一次震级超过7级的地震。该次7.4级地震的发生印证了巴颜喀拉块体的大地震强活动主体区域特性，未来大震或强震风险仍值得关注。该次7.4级地震是近年来又一次发生在巴颜喀拉块体内部的地震，通过余震精确定位和震源机制反演结果分析其发震构造为位于巴颜喀拉地块内部一条NWW 向的高倾角左旋走滑断裂，主破裂触发了东西两端分支断层活动，断层面的非均匀性控制了余震序列时空分布的差异性（徐志国等，2021）；经野外调查，地震地表破裂发育特征显示，分析其发震断层为昆仑山口—江错断裂，断面整体南倾，其性质为左行走滑（周保等，2021），位于青海省中南部的高平原区与巴颜喀拉褶皱带的交汇地带，是巴颜喀拉块体边界持续活动的结果（马玉虎等，2017；王维欢等，2021）。根据中国地震台网中心测定的快报目录，截至2021年5月27日，共记录到玛多7.4级地震余震2700多次，余震空间分布长度达170 km（王维欢等，2021）；根据地震现场考察的结果，王龙等（2021）发现在玛多—甘德断裂带西段出现了长约130 km大型地表破裂带，最大的水平错动为2～3 m，最大竖向位移为1～2 m；由此可见，玛多7.4级地震的影响范围较广。

由于玛多7.4级地震震级大、震源浅，引起的地表震动十分强烈，地震的发生对四川部分地区也产生了永久形变，在距玛多7.4级地震震中约250 km的鲜水河断裂带上布设的GNSS连续观测站也记录到了此次地震的远场同震位移。文章借鉴相关学者（王敏等，2006；王东振等2018；王阅兵等，2018）利用GNSS资料获取同震位移的方法，收集了四川地区12个GNSS基准站震前、震后约1个月的观测资料，基于GAMIT／GLOBK软件进行解算，获得此次地震的同震位移，分析玛多7.4级地震在四川区域的远场同震形变，为进一步认识玛多7.4级地震发生机理和地震动力学特征提供基础实测资料。

1 GNSS在地震监测中的应用

GNSS是目前最炙热的大地测量技术，能精确地监测出地表形变，尤其在水平方向监测精度非常高，已广泛应用于地壳形变、地质构造、地球动力学等相关研究中（杨君妍等，2021）。同震形变是震源区地震断层破裂在其周围残留的地壳形变，同震位移则是同震形变最基本的形式，是大地震特有的地壳运动现象（顾国华等，2020a，2020b），并能被传统大地测量观测到。地震发生时，尤其是强震发生时，通常会引起地壳的剧烈变动，连续运行的GNSS基准站可以实时、大范围、可靠地监测到这一信号，并通过通讯网络实时传输，通过解算快速获取地震的形变信息。密集的GNSS基准站除了能有效地获取同震形变场，还可以利用高频GNSS数据（1 Hz等）快速确定地震发震位置、滑动大小等（李志才等，2013）。

2008年汶川8.0级地震发生后，国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”项目组利用GNSS获取了大区域、远场同震位移场，揭示了龙门山断裂带两侧产生相向运动和水平地壳缩短的同震特征（张培震等，2008）。2013年芦山7.0级地震震中附近约12 km的LS05台监测到垂向永久位移约7 cm，水平向逆冲位移约4 cm（杨国华等，2015）。2017年九寨沟7.0级地震发生后，四川松潘GNSS台（距震中约69 km）观测到N方向约7.3 mm的同震形变（王东振等，2018）。2021年玛多7.4级地震，距震中约30 km的玛多台GNSS监测到约25 cm的东西向永久位移（中国大陆构造环境监测网资料）。大量研究结果表明GNSS能提供同震、震后以及震间地壳形变信息，为地震破裂研究和认识发震断层运动学性质提供基础观测资料（杨君妍等，2021）。

2 数据处理与分析

文章的GNSS数据包括中国大陆构造环境监测网络、四川GNSS监测网络、测绘地理信息局GNSS观测站点的连续观测资料；监测台站主要分布于川青藏交界的四川境内，离震中最近的台站（SHIQ）约180 km、最远的台站（TAGO）约600 km。时间跨度为震前30天、震后30天，采样间隔为30 s，24 h为一个时段，除个别站点数据缺失，其余的8个站点都完整的记录到了此次地震的震动过程。文章基于美国麻省理工学院开发的GAMIT／GLOBK软件，选取了中国境内均匀分布的6个IGS连续观测站点（见表1），对上述GNSS观测数据进行联合解算，先获得测站的单日松弛解，然后与麻省理工学院发布的全球站点联合观测结果进行融合，最终获取欧亚框架（ITRF14＿EURA）下的位置信息。

表1 IGS测站信息表

在利用GAMIT对原始观测数据进行处理时，使用了IGS精密轨道产品，并采用松约束的BASELINE处理模式。相关模型和参数设置为：卫星截止高度角为15°；对流层天顶延迟参数估计间隔设置为2小时；电离层延迟模型选用消除电离层的LC＿AUTCLN观测量，其约束为0.0 mm＋8.0 ppm；海潮模型使用otl＿FES2004.grid，参考框架为ITRF2014＿EURA；IGS跟踪站坐标约束（NEU）分别为0.05 m、0.05 m和0.10 m，文章测站坐标约束为100 m、100 m和100 m。根据单日松弛解Q文件的NRMS值（见图1），单天解Postfit NRMS均小于0.25，说明GAMIT基线解算合理；同时，文章基于GLOBK网平差获得坐标时间序列WRMS统计直方图（见图2）具有正态分布特性，水平向（N、E）均值均小于2，说明时间序列具有较好的稳定性，获取的测站位置信息可靠。

图1 单日松弛解的NRMS

图2 坐标时间序列三分量（N、E、U）WRMS统计直方图

因为在较短时间内可以忽略GNSS站点线性运动（长期构造运动）和非线性运动（周期性运动），即认为GNSS站点在震前短时间和震后短时间内水平运动速率为0（王东振等，2018），因此我们直接对地震前后30天的单日解3个坐标分量分别取平均值，再用震后平均值减去震前平均值（李志才等，2021），即得玛多7.4级地震的远场同震形变（表2）。

表2 基于GNSS观测的玛多7.4级地震的远场同震形变

图3给出了沿鲜水河断裂带记录到明显同震形变的GNSS连续观测站坐标时间序列，从整体上看，GNSS台站东方向同震位移为优势方向，这与巴颜喀拉块体东向挤出（逃逸）的运动背景相一致。同时，靠近震中与远离震中的GNSS站点位置时间序列也直观地反映了玛多7.4级地震对不同区域影响的差异，SHIQ台距震中最近约180 km，受地震影响，向东的位移分量为8.8±2.4 mm，向南的位移分量2.5±2.3 mm（见图3a）；SCGZ台（距震中约370 km）向东位移分量为4.7±2.1 mm，向南位移分量4.4±2.1 mm（见图3b）；SCLH台（距震中约410 km）向南的同震位移为5.2±2.6 mm，向东的同震位移仅3.3±2.6 mm（见图3c）；WARI台（距震中约485 km）东向同震位移为4.7±3.4 mm，向南的同震位移为4.1±3.2 mm（见图3e）。虽然QIME和MNIU台（见图3d、f）的同震位移较小，在误差范围内，但在地震发生时刻仍能看到明显的跳变，这个跳变只能是玛多7.4级地震造成的，表明地震破裂对地壳形变的影响有限，离震中越近影响越大，反之越小。

图3 玛多7.4级地震前后远场GNSS水平静态时间序列

图4为玛多7.4级地震引起的鲜水河断裂带及附近区域的同震水平位移场，图中不同GNSS站点观测到的水平位移显示了鲜水河断裂带周边地壳形变状态。由图4可知，玛多7.4级地震发生在巴颜喀拉块体内且邻近北缘，块体的南缘也产生了比较明显的水平位移，水平位移大幅度偏向东南，且沿鲜水河断裂自西向东逐渐衰减。根据弹性位错理论，同震水平位移是震前积累位移的（弹性）回跳（即震前积累水平位移相同量级的反向变化）。从玛多7.4级地震同震位移方向可以推断震前积累的水平位移方向为西或西北，这与青藏高原向东逃逸受到华南地块阻挡的构造背景相一致。

3 结论与讨论

文章基于GNSS数据开展了青海玛多7.4级地震可能引起的远场同震形变研究，收集了沿鲜水河断裂带12个GNSS基准站的数据并进行解算，获取高精度玛多7.4级地震引起的远场同震形变。玛多7.4级地震对近场产生了明显的同震位移（李志才等，2021），通过对玛多7.4级地震产生的远场GNSS观测到的同震位移分析，玛多7.4级地震对巴颜喀拉块体的南边界的活动断裂（鲜水河断裂带）也具有明显的影响。在本研究区域内，GNSS监测到的最大水平位移站点为鲜水河北段的SHIQ台，其东向分量为8.8±2.4 mm，南向分量2.5±2.3 mm；玛多7.4级地震的影响沿鲜水河断裂自北西向东南逐渐衰减。

致谢：感谢中国大陆构造环境监测网络、测绘地理信息局提供的GNSS连续站数据。