地殼形變GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析研究

引文格式：酒正綱，張林廣，郁雯. 地殼形變GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析研究[J].測繪通報(bào)，2015(2)：67-69.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0044

地殼形變GPS監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析研究

酒正綱，張林廣，郁雯

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075024)

TheStudyofGPSCrustalDeformationMonitoringStatisticalAnalysis

JIUZhenggang，ZHANGLinguang，YUWen

摘要：地殼形變與地震孕育有非常密切的關(guān)系，地殼形變監(jiān)測可為地震預(yù)報(bào)提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。本文論述了地殼形變和地震孕育的相互關(guān)系，對中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)的建立進(jìn)行說明，并采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對區(qū)域網(wǎng)的GPS點(diǎn)位變化數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，采用箱圖的形式表示數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，得到了統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中一些奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)，這些點(diǎn)位數(shù)據(jù)需要進(jìn)一步研究和探討。

關(guān)鍵詞：GPS；地殼形變監(jiān)測；地震預(yù)報(bào)；SPSS；統(tǒng)計(jì)分析

中圖分類號：P228.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

收稿日期：2013-12-04

基金項(xiàng)目：華北地區(qū)地殼形變及地震預(yù)報(bào)研究(11276927)

作者簡介：酒正綱(1965—)，男，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)镚PS理論與應(yīng)用。E-mail：zjkzlg001@sohu.com

一、引言

全球定位系統(tǒng)(GPS) 觀測可提供高精度、大范圍和準(zhǔn)實(shí)時(shí)的地殼運(yùn)動定量數(shù)據(jù), 使得在短時(shí)間內(nèi)獲取大范圍地殼運(yùn)動速度場成為可能, 已廣泛地用于監(jiān)測現(xiàn)今地殼運(yùn)動[1]。本文將通過研究中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)各GPS觀測站點(diǎn)的坐標(biāo)變化來找到點(diǎn)位變化奇異的點(diǎn)，這些奇異點(diǎn)將是地殼形變監(jiān)測中重點(diǎn)關(guān)注的點(diǎn)。

前期的大量研究表明，地殼形變與地震孕育有著非常密切的關(guān)系，而地殼形變的具體數(shù)值在某種程度上可以通過GPS站點(diǎn)三維坐標(biāo)的變化表現(xiàn)出來。對于地殼形變和地震孕育的相互關(guān)系，國內(nèi)專家和學(xué)者論述較多，汪在森(2007)認(rèn)為從地殼運(yùn)動速度場的分布來看，強(qiáng)烈地震通常發(fā)生在地殼運(yùn)動差異顯著的區(qū)域，也就是運(yùn)動速度的矢量大小、方向存在顯著差異的地區(qū)[2]。王雙緒(2009)有以下論述：通過研究2001年昆侖山口西8.1級地震和汶川8.0級地震發(fā)現(xiàn)，通常人們認(rèn)為強(qiáng)烈地震或巨大地震應(yīng)該發(fā)生在構(gòu)造運(yùn)動非常強(qiáng)烈的區(qū)域，而這兩個(gè)強(qiáng)震的發(fā)生區(qū)域卻并不如此，2001年昆侖山口西8.1級強(qiáng)震發(fā)生在青藏高原塊體內(nèi)部第二弧形帶上，該區(qū)域斷裂錯(cuò)動速率不高，但兩側(cè)的昆侖山地塊和柴達(dá)木地塊運(yùn)動速率南強(qiáng)、北弱差異十分顯著；汶川8.0級地震發(fā)生在青藏高原塊體東部邊界的龍門山斷裂中段水平區(qū)域，該區(qū)域相對運(yùn)動量不大，但其兩側(cè)的羌塘地塊與華南地塊運(yùn)動速率西強(qiáng)、東弱差異十分顯著[3]。冒愛泉(2008)利用GPS監(jiān)測地殼形變得出了以下結(jié)論：地殼水平運(yùn)動的方向和大小顯著變化的區(qū)域是需要密切關(guān)注的區(qū)域，強(qiáng)烈地震可能就發(fā)生在這樣的區(qū)域[4]。

中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)是1997年國家批準(zhǔn)實(shí)施的“九五”國家重大科學(xué)工程，該工程于2000年12月全面建成并正式投入運(yùn)行。中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)建成了由27個(gè)連續(xù)觀測基準(zhǔn)站組成的基準(zhǔn)網(wǎng)、55個(gè)定期觀測的基本站組成的基本網(wǎng)和1000個(gè)不定期觀測的區(qū)域站組成的區(qū)域網(wǎng)3部分構(gòu)成的觀測網(wǎng)絡(luò)，以及由一個(gè)數(shù)據(jù)中心與3個(gè)數(shù)據(jù)共享子系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳輸與分析處理系統(tǒng)。本文對中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)GPS區(qū)域網(wǎng)1999年、2001年、2004年、2007年觀測資料的數(shù)據(jù)處理結(jié)果分析點(diǎn)位異常的點(diǎn)，即采用統(tǒng)計(jì)分析的方法，對中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)的地殼形變數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過統(tǒng)計(jì)分析尋找奇異點(diǎn)。

下面通過箱圖表示中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)變化的統(tǒng)計(jì)特性。

二、區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)變化統(tǒng)計(jì)分析界面

1. 區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)X坐標(biāo)變化箱圖

從中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)共享服務(wù)(http:∥www.igs.org.cn:8080/)獲取846個(gè)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)在ITRF2000框架下X、Y和Z方向的變化數(shù)據(jù)，并輸入到SPSS系統(tǒng)中，編輯成文件區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)*.sav。圖1為區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)位變化分析界面。圖2是經(jīng)過運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析程序后得到的區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)X坐標(biāo)變化箱圖。

從圖2區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)X坐標(biāo)變化箱圖中可以明顯看到區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)X坐標(biāo)變化數(shù)據(jù)的最大值、最小值、中位數(shù)和兩個(gè)四分位數(shù)5個(gè)特征點(diǎn)，以及所有異常值的點(diǎn)，這些異常值點(diǎn)分別是H057、J019、J010、H062、H067、H056、H075、H053、H042、C044、A109、A100、A101、H218、H21、H213、C011、A103、C029、A096、A105、A146、B012、C003、C022，A137和C002。

圖1　區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)位變化分析界面

圖2　區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)X坐標(biāo)變化箱圖

2. 區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)Y坐標(biāo)變化箱圖

圖3是經(jīng)過運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析程序后得到的區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)Y坐標(biāo)變化箱圖。

圖3　區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)Y坐標(biāo)變化箱圖

圖3顯示了區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)Y坐標(biāo)變化數(shù)據(jù)的最大值、最小值、中位數(shù)和兩個(gè)四分位數(shù)5個(gè)特征值，并顯示出了所有異常值的點(diǎn)號，這些點(diǎn)號分別是C002、A137、C022、、A105、C029、C007、C003、B012、A096、A103、C011、A112、C058、A138、A146、C010、A100、B021、C021、D029、C034、I027、H078、H186、H107和H137。

3. 區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)Z坐標(biāo)變化箱圖

圖4是經(jīng)過運(yùn)行統(tǒng)計(jì)分析程序后得到的區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)Z坐標(biāo)變化箱圖，圖4區(qū)域網(wǎng)Z坐標(biāo)變化箱圖顯示了區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)位Z坐標(biāo)變化數(shù)據(jù)的最大值、最小值、中位數(shù)和兩個(gè)四分位數(shù)5個(gè)特征值，并顯示了所有異常值的點(diǎn)號，這些點(diǎn)號分別是C002、A137、C022、A105、C030、C003、B012、A103、H205、A096、C044、A135、C010、A138、A136、I009、I068、G156、I017、I075、J043、I090、I084和I088。

圖4　區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)Z坐標(biāo)變化箱圖

以上圖2—圖4分別顯示了區(qū)域網(wǎng)X、Y和Z坐標(biāo)變化異常的點(diǎn)號，在以上點(diǎn)號中， X、Y和Z坐標(biāo)變化均為異常的點(diǎn)號為A096、A103、A105、A137、C002、C003、C022；將這些X、Y和Z坐標(biāo)變化均為異常的點(diǎn)確定為奇異點(diǎn)，這些奇異點(diǎn)的位置及坐標(biāo)變化量見表1。

表1　奇異點(diǎn)的位置及坐標(biāo)變化量

在數(shù)據(jù)計(jì)算之前曾認(rèn)為這些奇異點(diǎn)會分布在全國各地，但是計(jì)算結(jié)果卻出人意外地顯示這些點(diǎn)幾乎全部位于河北省中南部地區(qū)(A137寧河除外)，這是非常令人關(guān)注的，希望有關(guān)研究人員對此進(jìn)一步深入研究和探討。

三、結(jié)束語

本文論述了地震的孕育和地殼形變存在著密切的關(guān)系，并通過相關(guān)震例論證了部分強(qiáng)震震前地殼形變的特點(diǎn)，即強(qiáng)烈地震常常發(fā)生在地殼形變差異較大的區(qū)域；同時(shí)本文又論述了中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)的建立過程，采用了其中846個(gè)區(qū)域網(wǎng)點(diǎn)的X、Y、和Z方向變化的數(shù)據(jù)，并采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，對統(tǒng)計(jì)計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，得到了一些奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有明顯的統(tǒng)計(jì)異常，本文給出了這些奇異點(diǎn)數(shù)據(jù)的編號和點(diǎn)位，以便進(jìn)行深入的研究。

致謝：本文計(jì)算原始數(shù)據(jù)來自中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)GPS數(shù)據(jù)共享服務(wù)(http:∥www.igs.org.cn:8080/)，在此表示感謝。

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