四川宜宾6.0级地震对北斗地基增强基准站稳定性的短期影响
第４２卷㊀第６期２０２０年１１月
地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报
C H I N A E A R T H Q U A K EE N G I N E E R I N GJ O U R N A L
V o l ．４２㊀N o ．６
２０２０,N o v e m b e r
㊀㊀收稿日期:２０１９Ｇ１２Ｇ２３
㊀㊀基金项目：中国科学院青年科学基金促进会资助项目(１１８８００００C F )㊀㊀第一作者简介：贾逸君(１９９５－)，陕西西安人，在读硕士，主要从事卫星导航通信技术研究.E Ｇm a i l :６３１３２５０１０＠q q
6级地震严重吗．c o m .贾逸君，成芳，沈鹏礼．四川宜宾６．０级地震对北斗地基增强基准站稳定性的短期影响[
J ]．地震工程学报,２０２０,４２(６):１４７３Ｇ１４７８．d o i :１０．３９６９/j
．i s s n ．１０００－０８４４．２０２０．０６．１４７３J I A Y i j u n ,C H E N GF a n g ,S H E NP
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o u r n a l ,２０２０,４２(６):１４７３Ｇ１４７８．d o i :１０．３９６９/j
．i s s n ．１０００－０８４４．２０２０．０６．１４７３四川宜宾６．０级地震对北斗地基增强
基准站稳定性的短期影响
贾逸君１,
２,３，成㊀芳１,２，沈鹏礼１,２,３
(１．中国科学院国家授时中心，陕西西安７１００６１;
２．中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室，陕西西安７１００６１;
３．中国科学院大学，北京１０００４９
)摘要：通过收集２０１９年６月１７日宜宾长宁６．０级地震震源附近北斗地基增强系统基准站前后
一个
月的观测数据，研究探讨短时间内地震对北斗地基增强基准站坐标稳定性的影响.通过数据对比发现宜宾地震对基准站坐标影响与基准站和震源断裂带的相对方位有较大关联.震源周围基准站间基线的变化说明基准站稳定性在较短时间跨度内受到较为明显的地震影响，对北斗地基增强框架网整体稳定性具有一定的扰动，进一步论证了建立北斗地基增强框架网基准站稳定性监控系统
的必要性.
关键词：地震同震形变；北斗基准站；基准站稳定性；北斗地基增强系统中图分类号:P ３１５．７㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀文章编号:１０００－０８４４(２０２０)０６－１４７３－０６
D O I :１０．３９６９/j
．i s s n ．１０００－０８４４．２０２０．０６．１４７３S h o r t Ｇt e r mI n f l u e n c e o f M ６．０E a r t h q
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K e y w o r d s:c o s e i s m i cd e f o r m a t i o n;B e i D o ur e f e r e n c es t a t i o n;r e f e r e n c es t a t i o ns t a b i l i t y;B e i D o u
g r o u n dＧb a s e d a u g m e n t a t i o n s y s t e m
０㊀引言
北斗地基增强系统作为国家卫星导航高精度服
务基础设施，是北斗卫星导航系统的重要组成部分,
是高效实现现代经济社会发展和位置服务的重要项
目.作为北斗地基增强系统广域服务的数据基础,
北斗地基增强系统框架网基准站的正常稳定运行对
北斗地基增强系统充分发挥自身作用和提供优质服
务具有重要意义.由于北斗地基增强系统框架网基
准站在全国区域内分布较广，尤其在地震多发区域
很容易受到地震影响，已经有学者利用北斗观测数
据分析了北斗系统在地壳变形运动中的监测能力,
但对于北斗地基增强系统受地震影响的研究尚未展
开[１].２０１９年６月１７日，四川省宜宾市发生了６．０级地震.在宜宾市周围分布有多个北斗地基增强系
统框架网基准站，本文拟通过收集这些基准站的观
测数据，计算基准站间基线的长度变化，来研究此次
地震对周边北斗地基增强系统框架网基准站与框架
网区域整体稳定性的影响.
１㊀研究背景
目前北斗地基增强系统已经开始向外提供数据
分析㊁差分产品㊁观测服务等多项产品与服务，而这些
产品与服务的指标性能在很大程度上依赖于框架网
基准站的稳定，所以北斗地基增强系统的基准站坐标
稳定性是一个非常重要的指标.有学者基于国际I G S站与G P S观测资料研究了地震对I G S站的影响情况，其中江在森等[２]㊁张楠等[３]基于地震台网G P S 数据同时对汶川地震和川北地震带的震前孕育与同震影响进行了研究.顾国华[４]利用I G S跟踪站数据研究了日本九州７．３级地震的地壳运动；单新建等[５]尝试利用I G S跟踪站数据建立地震监测系统.但由于北斗地基增强系统刚刚建成并投入使用，尚未有系统性的针对其基准站稳定性的研究.２０１９年６月１７日，位于青藏高原东缘㊁四川盆地南缘的宜宾市长宁县发生了M S６．０地震.该地震震中半径４００k m内分布了多个北斗地震增强系统框架网基准站，包括天全(２６０k m)㊁成都(２１０k m)㊁达州(３６０k m)㊁彭水(３７０k m)㊁黄平(３７０k m)㊁水城(２５０k m)和筠连(８０k m)基准站.其具体分布如图１所示.
图１㊀震中周边基准站分布
F i g．１㊀D i s t r i b u t i o no f b a s e s t a t i o n s a r o u n d t h e e p i c e n t e r
为探讨此次地震对震中周边基准站坐标稳定性的影响，本文采集了上述７个基准站２０１９年６月的观测文件，采样间隔为３０s.通过按单日计算每个基准站的坐标时间序列，得到基准站间基线长度变
化的时间序列.通过基准站基线的长度变化来探讨此次M S６．０地震对框架网基准站坐标稳定性的影响.
此次地震位于川东南地区，发生于四川盆地边缘的长宁背斜构造附近规模不大的次级断层上，该区域自２０１８年１２月以来５级以上地震活跃.根据主震和余震的分布方向推测，地震原发断层的走向大体是从西北到东南(图２).
２㊀基线选取与数据处理
已经有众多学者利用区域连续参考站网或区域北斗卫星观测数据研究地震孕育过程和同震变化，一般采用的方法是网平差解算单个北斗基准站的坐标时序序列[６Ｇ７].北斗基准站坐标获取的常规方法是利用双差定位，但由于此次选用的基准站数目不多，故本文采用静态单点定位技术获取基准站坐标.精密单点定位模型简单，可以直接获得全球参考框架下的坐标，数据处理效率高，而且站点与站点间相互独立，不存在误差累积[８Ｇ１０].具体步骤是：首先采用静态精密单点定位确定该网基准站的坐标时间序
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列，以单天为单位，利用R T K L I B 软件进行精密单
点定位解算，解算结果中给出了各基准站的N E U
坐标(采用的星历为I G S 精密星历)
；再用精密单点定位的坐标结果计算北斗基准站间的基线，以去除基准站坐标中的大部分共模误差；最后通过基线长度的变化来考量此次宜宾长宁６．０级地震对北斗地基增强系统基准站稳定性的影响.
考虑到各个基准站与震中的相对位置关系，选择以下几条基线进行基线长度变化量的计算：成都 筠连㊁筠连 水城㊁水城 成都㊁成都 天全㊁筠连 黄平㊁筠连 彭水㊁筠连 达州㊁水城 黄平
(图３
).图２㊀四川长宁６．０级地震分布示意图
F i g ．２㊀D i s t r i b u t i o no fC h a n g n i n g M S ６．０e a r t h q
u a k e i nS i c h u a nP r o v i n c
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图３㊀四川长宁６．０级地震周边基线分布示意图
F i g ．３㊀D i s t r i b u t i o no f b a s e l i n e s a r o u n dC h a n g n i n g
M S ６．０e a r t h q
u a k e ３㊀基线单日解数据处理
取天全㊁成都㊁筠连㊁水城㊁达州㊁彭水㊁黄平这７
个基准站２０１９年６月１ ３０日的基础观测数据，进行精密单点定位后获得基准站坐标３０天的稳定收
敛单日坐标解(即单日静态观测收敛后的坐标平均值)，并将基准站坐标做差得到３０天的基准站间基线长度变化数据.通过数据处理得到各基准站基线长度变化的时序曲线如图４所示(取６月１日的基线长度为基准值,６月１日差值为０)，其中黄平站缺少２１ ２２日数据,
故有数据缺失.由图４可知，这几条基线中，筠连 黄平基线的同震变化比较明显，约为０．０５m ；其他基线的同震变化不是很明显，尤其是成都 天全基线，其同震变化小于０．０２m .筠连 黄平㊁筠连 彭水㊁水城 黄平这３条基线的长度在震前变化比较剧烈，但在
剧烈变化后存在一定的回弹现象.震前５天内基线长度变化量存在反复现象，单日最大变化量在０．０４
m 左右,
但这种震前的剧烈变化与同震基线长度变化并无明显的相关性.筠连 黄平㊁筠连 彭水㊁水
城 黄平这３条基线的震前变化会延伸到震后数日内，且震后数日内的基线长度变化仍然保持着较大的变化幅度，到２２日后才趋于缓和.基线的这种剧
烈变化可能与地震的孕育与发生存在一定关联.如图５所示，成都 筠连㊁筠连 水城这两条基
线的同震变化较为明显，这种同震变化的幅度与日
常基线长度的变化幅度有明显区别，并且能观察到明显的回弹现象.两条基线的同震长度变化均为０．０８m 左右，但方向相反：成都 筠连基线的变化呈现为压缩，筠连 水城基线的变化呈现为拉伸.这两条基线的长度变化在震后一天内就很快恢复到日常水平，可见地震对这两个基准站坐标稳定性的影响是瞬时性的，但影响幅度较大.
图６所示为同震变化较明显的成都 筠连和筠
连 水城基线.这两条基线与断裂带的方位夹角基本上一致，而同震变化不明显的成都 天全㊁筠连 达州基线与断裂带的方位夹角也基本上一致(图７
).可见地震对基准站坐标稳定性的影响与基准站和地震原发断层的相对位置具有较强的关联，且这种影响的表现形式也与两者间的相对位置有较强的
关联.在四川宜宾６．０级地震中,
与断裂带走向约４５ʎ
夹角方位上的基准站坐标受同震影响较大，其基线长度变化最大为０．０８m ，而与断裂带走向成９０ʎ
５７４１第４２卷第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀贾逸君，等：四川宜宾６．０级地震对北斗地基增强基准站稳定性的短期影响㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
夹角方位上的基准站坐标受同震影响较小(小于０．０２m).其他方位上的基准站根据位置不同受同震影响各不相同，但其基线长度会在震前５天至震后５天内发生反复的剧烈变化，震前变化应该与地震发生前剧烈的块体活动有关，震后的剧烈变化应该是基准站坐标在震后回弹的表现.
图４㊀各基准站基线长度变化时序曲线
F i g．４㊀T i m eＧs e r i e s c u r v e s o f l e n g t hv a r i a t i o no f b a s e l i n e s
㊀㊀从地震对北斗地基增强系统框架网基准站稳定性影响的角度看，此次地震对成都㊁筠连㊁水城这三个基准站的影响较大，主要表现为在北偏西方向上的同震位移，但这三个基准站间的基线在震后较短时间内均能恢复成较为平缓的波动，说明北偏西方向上的同震影响幅度较大，但持续时间较短.在北偏东方向上，几条基线的长度变化都不是很明显，应该是几个基准站坐标的整体偏移.说明这次地震对
基准站坐标稳定性的影响主要是西北方向上的坐标偏移，且基线长度能较快恢复，对基准站稳定性不存在长期影响.综合来看，此次宜宾周边北斗地基增强框架网基准站受地震影响主要是暂时性的，并不
６７４１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀地㊀震㊀工㊀程㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２０年
存在长期的明显的坐标稳定性偏移，但基准站在地震前后数日内还是有明显波动.这种地震造成的明显波动完全可以从日常的波动中发现并剔除，在用北斗地基增强框架网基准站数据进行长时间的地球动力学研究或对框架网基准站进行日常稳定性监测时都应该考虑对这种地震造成的短时间波动进行甄别.北斗地基增强系统相当多的服务与产品都依赖
系统基准站坐标的稳定性[１１Ｇ１２
]，如卫星数据质量分
析㊁卫星情况监测㊁精密差分产品等，而基准站坐标稳定性在很大程度上影响着北斗地基增强系统的服务性能.因此在地基增强框架网前期工作的基础上，建立框架网基准站稳定性监测系统是十分必要的，对于北斗地基增强系统持续稳定提供高精度产品与高性能服务也有十分重大的意义
.
图５㊀成都 筠连㊁筠连 水城基线长度变化量
F i g ．５㊀L e n g t hv a r i a t i o no fC h e n g d u －J u n l i a n ,J u n l i a n －S h u i c h e n g b
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s 图６㊀成都 筠连㊁筠连 水城基线与断裂带的
方位关系
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d u －J u n l i a n ,J u n l i a n －S h u i c h
e n g b
a s e l i n e a n d f a u l t z o n e ４㊀结论及讨论
在上述几条基线中，成都 筠连㊁筠连 水城两条基线的同震变化较为明显，且形变量一正一负，考虑到成都㊁筠连㊁水城三者连线基本上是一条直线，且宜宾也在这条直线上，说明此次地震造成的块体位移大致是沿着这条线向西北方向挤压.同时地震
造成的同震变化都伴有明显的回弹现象，这可能与地震的弹性回跳有关.其他基线尤其是跟震源断裂带夹角９０ʎ较接近的几条基线的同震变化较不明
显，如成都 天全，说明地震对北斗基准站坐标的影响跟基准站与震源断裂带的相对方位有一定联系
.图７㊀成都 天全㊁筠连 达州基线与断裂带的
方位关系
F i g ．７㊀O r i e n t a t i o n r e l a t i o n s h i p b e t w e e nC h e n g d u －T i a n q
u a n ,J u n l i a n －D a z h o ub a s e l i n e a n d f a u l t z o n e
北斗地基增强网北斗基准站分布较稀疏，彼此之间的距离较长，用基准站观测资料研究块体或大
７７４１第４２卷第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀贾逸君，等：四川宜宾６．０级地震对北斗地基增强基准站稳定性的短期影响㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀

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