张全德 ，陈俊勇 ，庞尚益 ，张骥!，王∀
( 国家基础地理信息中心，北京100044; 国家测绘局，北京100830; 国家测绘局第一大地测量队，西安710054;
!国家测绘局大地测量数据处理中心，西安710054;∀武汉大学测绘科学与技术学院，武汉430079)[摘要]叙述了我国大地测量工作者于1998年对珠穆朗玛峰及邻近区域进行的第四次大规模的大地测量外业概况和取得的成果，以及数据处理方法和最终结果。经过对1998、1966-1968、1975、1992年珠峰及邻近区域四次大地测量数据综合分析，从地学方面进行研究，得出青藏块体在印度板块的推动下，仍向北东东方向运动；珠峰地区相对垂直运动在整体抬升的过程中伴有波浪式的起伏等结论。[关键词]珠穆朗玛峰；大地测量；地壳运动 [中图分类号]P 228 [文献标识码]A [文章编号]1009-2307(2001)01-10-06
1 引 言
珠穆朗玛峰(以下简称珠峰)作为世界第一高峰一直是世界地学工作者关注和研究的焦点，又因它位于欧亚板块和印度板块边缘的碰撞挤压地带。它的隆升和水平运动无疑成为两大板块相对运动的敏感指
示器。近年来地学工作者对珠峰及周边地区的研究已从初期的探险、地质考查转向深层的地学定量研究。我国大地测量工作者占据独特的地利优势，曾分别于1966、1975和1992年对这两大板块边缘的碰撞挤压地带，即珠峰及其北部毗邻地带进行了三次大规模的大地测量，其中包括天文、重力、GPS 、激光测距、三角测量、水准测量及大气折光等大地测量工作。根据这些大地测量的成果，对该地区地壳水平和垂直运动进行了定量研究，结果发现1975至1992年珠峰及邻近区域地壳的水平和垂直运动速率显然比1966～1975年相应值要小，其中水平运动速率在这两个时期的快慢比率竟达1∶3。珠峰位于两大板块冲撞边缘的“敏感”地区，它的运动速率变化直接反映这两大板块之间作用力的强弱变化。这说明两大板块之间的作用力可能是一种变化的、不恒定的量。根据中国地震学者的研究，中国大陆的地震活跃期在某种程度上呈现周期性，目前已步入本世纪以来的第五个强震活跃期，故拟对珠峰及邻近区域地壳水平运动和垂直运动再进行一次精确测定。这对于研究印度板块对欧亚板块压力的变化，以及与我国地震活动周期的变化之间的关系，不仅在地学研究中具有重要的理论价值，而且对我国地震
预报和减灾、防灾有重要的实际意义。
1998年初，国家测绘局得知美国将组织登山队携带GPS 仪器和反射棱镜，准备于1998年5月中、
下旬从珠峰南坡尼泊尔方登顶并进行测量的信息，便立即组织了有关单位和人员成立了“珠穆朗玛峰及
邻近区域地壳运动监测研究”课题组。利用美方登顶的机会，对珠峰及邻近区域进行第四次大地测量。本次测量用三角高程交会、GPS 测定珠峰顶雪面高程，并利用GPS 、水准、重力等技术手段精确测定绒布寺(大本营)珠峰基准点和1966年、1975年、1992年珠峰及邻近区域大地点位。 2 实测概况及外业成果
2.1 实测概况
珠峰复测外业工作仍由国家测绘局第一大地测量队承担，为保证外业实施中安全、高质量地采集观测数据。根据实施方案，国家测绘局第一大地测量队在总结前三次实测珠峰经验的基础上，结合此次与美国登山队合作，以及珠峰地区非常艰苦的自然地理特点，从人员的知识层次、年龄结构、身体条件、思想状况等方面综合考虑，组建了一支新老结合，以老带新，以近年毕业的大中专学生为骨干的珠峰复测分队。
1998年5月10日复测分队到达了二号营地，翌日对西绒布冰川进行了踏勘，发现中、西绒布冰川的通道上最大的障碍仍是东绒布河。由于气温急剧转暖，引起冰雪大量消融，导致河水暴涨。人一进入中、西绒布冰川，冰层的断裂声不时传来，有时就在
收稿日期:2000-12-06
基金项目：国家测绘局“九五”攻关科研项目(C 95-04-06)
第26卷第1期2001年3月 测绘科学Science of Sur veying and M apping V ol.26N o.1M ar.,2001
脚下，这给冰川、冰塔林穿越行动造成严重的威胁，所以中、西绒布冰川已很少有人问津。特别是在攀登西1、西2、西3、西5等点时，必须要上一个八十度左右的大陡坡，该地段攀登艰难且危险，随时都有石块从上面滚落下来。队员们只能靠一条尼龙绳上下攀登。由于十分危险，民工曾多次拒绝给以上各点运送物质。队员们只好自已下去把背包背上来，分到各点。
西1点距塌方处仅两米左右:Ⅲ7点由于在半山腰上，搭帐篷的地方十分有限，无遮无挡炉子也无法点燃。两位队员每天只有靠山下送来的一暧壶水和方便面解决饮食，渴的实在不行了，就吃一两口雪，最难熬的是晚上，不时传来的滚石声和担心翻身时坠下山的恐惧心理使人难以忍受；东3′点距冰川最近，强烈的紫外线和积雪的反光照射，使两位队员的脸上落下了片片伤痕；东2′点点位较高，没有饮水，每天靠冰和雪熬水吃。就在这样严重缺氧和恶劣的生态条件下，队员们在山上工作了三十多天。有的人回到拉萨一过秤，瘦了二十多斤。但大家都很少有怨言。
5月20日U TC时间3时左右，美国登山队从南坡将GPS接收机带上峰顶。据说因为天线盘太小，观测数据不理想,5时左右又有一队员将大天线盘送至峰顶。但事后得知实际上GPS只放在了珠峰基岩点处(
离珠峰峰顶约110m，比珠峰峰顶低40m)，当时地面各测站的GPS仪器与珠峰基岩点的GPS进行了同步观测。地面站试图用常规技术对基岩点的GPS天线进行交会观测，遗憾的是天线未竖在山顶，各测站从经纬仪中无法到它的位置和高度；而峰顶的觇标、棱镜等设施，美方登山队始终也未能树立起来(后了解美方登山队由于登山出了事故，未能完成该项预定任务)。20、21、22日三天队员们进行了峰顶交会，随后进行了地面GPS网的观测和测距高程导线的施测。
5月23日起复测分队进行了有关的重力测量, 5月27日至7月10日进行了水准测量。
2.2 外业成果
2.2.1 GPS测量
采用GPS技术，对珠峰邻近区域I定江6、曲宗、I定江1、I定加2、吉隆(Ⅱ4)、Ⅲ7、珠峰基准点、西1、聂拉木、珠峰北基本点(JB54)、东2′、东3′、西2、西3等14点组成珠峰邻近区域GPS监测网进行了观测(实测点位见图1)。其中有6点(曲宗、珠峰
基准点、西1、西3、东2′、Ⅲ7)与珠峰顶联测。另外还用GPS观测了一个登山协会点，此点作为珠峰基准点交会珠峰的方向点。
2.2.2 水准测量
由Ⅰ萨拉58-1基引出，沿Ⅱ帮绒线至珠峰基准点(Ⅱ萨拉58至Ⅱ帮绒21基)，进行了83公里的一等水准路线复测。从大本营珠峰基准点向南(Ⅱ帮绒21基至Ⅲ02(支1))施测三等水准支线11.5公里(见图2)。
图1 珠峰地区G PS施测图
图2 1998年珠峰水准复测图
图3 三角高程交会珠峰图
2.2.3 三角高程交会
在西2、西3、Ⅲ7、东2′、东3′、珠峰基准点等6个点上，采用三角方法对珠峰进行了交会(见图3)。
2.2.4 GPS点高程联测
11
第1期 张全德等 珠峰及邻近区域第四次大地测量
对西3、西2、西1、支1、Ⅲ7、东2-1′、东2′、东3′等点采用测距高程导线联测。此导线共计13.3公里。
对聂拉木、珠峰北基本站、I定江1、I定江6、I 定加2、曲宗、珠峰基准点等7个GPS点采用一等水准直接进行了联测。吉隆(Ⅱ4)采用测距高程方法进行了联测。
2.2.5 重力测量
(1)使用“拉科斯特-隆贝格G型”重力仪从拉萨重力基准点、拉孜一等重力点、珠峰北基本点、珠峰基准点组成一条一等重力支线，进行往返对称观测。
(2)使用“拉科斯特-隆贝格G型”重力仪，从I 萨拉58-1基起沿帮绒水准路线共计16点，逐个水准点进行了重力剖面测量。
(3)使用石英弹簧重力仪对珠峰北部的西1、西3、西5、东2′、东3′、Ⅲ7等6点进行了加密重力测量。
3 数据处理
3.1 平面控制成果的计算
3.1.1 98’GPS网的平差
外业观测数据除采用我国的观测数据外，还搜集并采用了美方在珠峰基岩点及南坡几个点观测的数据及意大利在Piramide点同步观测的数据。基线解算采用IGS综合精密星历，软件采用GAM IT9. 74版软件。
将珠峰北邻近区域的GPS网(14个点)与联测珠峰的点(12个点)共26个点组成一个整网在空间坐标系下进行整体平差，以求得各点的ITRF框架下的地心坐标。
平差的起始点：拉萨、武汉、KIT3和IISC四个全球站作为起算点；历元为98.445，坐标框架为ITRF96；平差观测量取各独立时观测时段的基线解及方差、协方差阵；平差采用GLOBK4.2版。
为了与以往各期成果进行比较，地心坐标系成果需转换到1954年北京坐标系。为保持同历次计算一致，取Ⅰ定江1、Ⅰ定加2、吉隆(Ⅱ4)三点地面网平差成果作为固定值进行转换。
塔山英雄团
3.1.2 常规方法确定峰顶(峰顶)平面位置的计算
外业采用三角测量方法在珠峰基准点、Ⅲ7、西2、西3、东′2、东′3等六点设站交会珠峰(峰顶)。数
始点为各交会点，待定点为珠峰(峰顶)。数据处理软件采用国家测绘局大地测量数据处理中心编制的网平差软件。平差结果见表1
表1 珠峰(山头)成果表 1954北京坐标系
点 名
B
L
X
Y
珠峰(峰顶)
27°59′16″94241
86°55′31″72137
3097173.629m
15492668.959m
3.2 用常规方法确定珠峰峰顶雪面高程
3.2.1 水准观测成果的计算
水准高程的计算在外业观测高差中加入标尺改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正。
3.2.2 测距高程导线点的高程计算
外业由支1水准点用测距高程导线联测西1、西2、西3及Ⅲ7、东′2、东′3，由Ⅱ邦绒16-1联测了吉隆(Ⅱ4)点。测距高差的计算公式为:
h=S sin 12+(i1-a2)+
1
2R
(S cos 12)2+dh 其中:S：观测斜距加上加常数、乘常数和气象改正后的斜距;
12：观测垂直角;i1：本点仪器高;a2：对点的觇牌高;
R：平均曲率半径;d h：正常水准面不平行改正。
测距高程导线点的高程异常值取自1975年或1992年计算的结果，大地高由上面计算的正常高加高程异常值求得。
H大地高=H正常高+高程异常
3.2.3 珠峰大地高计算
1998年采用单向三角高程测量的方法在珠峰基准点、Ⅲ7、西2、西3、东′2、东′3等六点交会了珠峰山头。各交会点至山头的大地高差△H Q-i的计算公式:
H Q-i=S i(1+H Q
R
tg 大i+(H+K)S2i+i i 式中:H=
H Q
3R2i
+
H i
6R2i
K=1
2R i
(1-
K
cos 大i
)
H Q：珠峰大地高，采用8880m;
H i：交会点i的大地高程;
i i：交会点i的仪器高;
S i：交会点i至珠峰的球面边长;
大i：交会点i至珠峰山头的大地垂直角;
K：交会点的折光系数，采用Brocks公式计算。
即 K= 6.706
P
T2
(3.42+!){1-(3.42+
Z
12
测绘科学 第26卷
P：测站的实测气压，毫米水银柱高;
T：测站的绝对温度T=t+273°,t为实测摄氏温度;
Z：测站至珠峰的观测天顶距;
H：测站至珠峰的大地高差，以m(米)为单位。
!
：温度的垂直梯度,1998年采用外业搜集的定日气象站20～22日气象资料进行计算的。经计算! =-0.6706；大地高差与高程计算见表2。
厦门哪个区最繁华表2 大地高差与高程计算 1954年北京坐标系
测 站
测站
大地高
至珠峰
距离佛坪政府网
权数
至珠峰(山
头)大地高差
稻城珠峰山头
大地高
改正数
Ⅲ75717.40135860.543162.528879.92-0.10珠峰基准点5183.80179200.313695.988879.790.03西25770.74116680.733109.248879.97-0.15西35784.28120140.693095.698879.96-0.14东′25954.72101620.972925.058879.770.05
东′35983.359739 1.052896.288879.640.18由表2得到珠峰峰顶雪面在1954年北京坐标系下的大地高程为:
H大珠=8879.82m
3.2.4 珠峰峰顶雪面海拔高程的确定
由1975与1992年计算珠峰峰顶在1954年北京坐标系下的高程异常值为32.52米，故珠峰峰顶在1985国家高程基准下的正常高程为
H r Q=H大Q-32.52m
=8879.82-32.52=8847.30m
利用1975年计算珠峰大地水准面与似大地水准面相差为1.28米，故进一步可求出珠峰峰顶雪面的海拔高程。
H g Q=H r Q+ 1.28=8847.30+ 1.28=8848.58m
3.3 利用98’GPS网成果计算珠峰(基岩点)的海拔高
美方在1998年珠峰测量时，未将天线中心放置在珠峰基岩点上，此点不在峰顶，而放置离峰顶有一段距离的基岩上，我们称该点为珠峰基岩点。利用天文水准方法可以求出两点间高程异常的差值。采用的公式为:
1-2=-U m×S-E
U m=1
2p″
[(∀′1+∀′2)cos A12+(#1+#2)sin A12]∀、#为天文大地垂线偏差(地面值)，以秒为单位取至0″.1
∀′=∀-0.171sin2∃
信阳免费的旅游景点
E=[(g-r)1+(g-r)2]×H/(r1+r2)
根据98’GPS网的处理结果，在空间坐标系下珠峰基准点的大地高为:
H大珠峰基准点=5125.235m
根据水准计算结果，珠峰基准点在1985国家高程基准下的正常高为H r珠峰基准点=5149.325m 因而在空间坐标系下 珠峰基准点=H大珠峰基准点-H r珠峰基准点=-24.09m
经珠峰基准点-Ⅲ7-东2-东3-东5-东6-北坳-7600-珠峰基岩点，求得
珠峰基岩点-珠峰基准点=- 1.991m
因此，珠峰基岩点在空间坐标系下的高程异常值
珠峰基岩点= 珠峰基准点+△ 珠峰基岩点-珠峰基准点=
-24.09- 1.99=-26.08m(WGS-84椭球)由98’GPS网的平差结果得到珠峰基岩点(天线相位中心)的大地高程为8781.19m。
由此可得珠峰基岩点的正常高H r珠峰基岩点= H大珠峰基岩点- 珠峰基岩点=8781.19+26.08=8807. 27
m (天线相位中心,1985国家高程基准)
根据1975年计算结果，珠峰点大地水准面差距与似大地水准面差距相差1.28米，故珠峰基岩点(天线相位中心)的海拔高:
H g珠峰基岩点=8807.27+ 1.28=8808.55m (天线相位中心)
根据Trimble4800仪器天线盘的厚度为17.8cm及美方提供的基座高度(岩石面到基座上沿)为11cm，因而最终得到:
H g珠峰基岩点=8808.55-(0.178+0.11)= 8808.26m
即利用GPS网空间成果计算的珠峰基岩点的海拔高为8808.26m。
3.4 计算高程异常值
利用98’GPS网的成果，计算出了相应于WGS -84椭球的垂线偏差与以珠峰基准点为起算的高程异常值。
3.5 计算并绘制垂线偏差与高程异常图
利用98’GPS网成果，计算并绘制出了对应于WGS84椭球的垂线偏差与高程异常图。
3.6 珠峰99'GPS网(美国施测)数据处理
1998年美方由于登山出现事故，没有完成峰顶放置GPS天线的任务,1999年5月3日至5月5日重新登顶并进行了GPS测量，课题组通过国际合作收到美方在珠峰施测的GPS资料(简称99'GPS 网)，该网由三个点组成,1471(South Nai'ao)、1035 (珠峰峰顶)、1036(Kala pattar2)。课题组立刻对上
13
第1期 张全德等 珠峰及邻近区域第四次大地测量
述GPS 网进行了处理，处理的方法与98'GPS 网相同。坐标参考框架为IT RF96，历元采用1999.341。测站约束条件:IGS 全球站的KIT 3、LHAS 及WUHN 三个站为0.001m ,1471、1035及1036三站为5.0m 。卫星轨道参数的约束：轨道松弛约0.1ppm 。计算结果见表3、表4、表5。
表3 珠峰99'G PS 网大地坐标成果表
参考框架:IT RF96 历元:1999.341 (W GS84参考椭球)
Name S ite Latitude
Longitude
Height(m)
WU HN WUHN 30.315395209114.21261369725.8208LHAS
LHAS 29.39264233291.0614355123624.6627KIT 3KIT 339.08051591066.530759675
622.5208
S outh Nan'ao 147127.58226039086.5545964177862.0257珠峰峰顶(雪面)103527.59170938586.5530758518821.0937Kala Pattar2
1036
27.593792138
86.4940456925546.7687
图4.a 珠峰地区GP S 速度场(相对于IT R F96框架)
表4 珠峰99’GPS 网空间直角坐标成果表
参考框架:IT RF 96 历元:1999.341 (W GS 84参考椭球) 单位为：米(m )
Name S ite X
Rms Y Rms Z Rms W UHN WUHN -2267749.23580.00105009154.30040.00103221290.73850.0010LHAS
LHAS -106937.76690.00105549269.57900.00103139215.79030.0009KIT 3KIT 31944945.30020.00104556652.23070.00104004325.97940.0010S outh Nan'ao 1471302329.30480.00395635967.24580.00702977545.45000.0046珠峰峰顶(雪面)1035302747.94470.0757*******.81090.07472979478.65980.0693Kal a Pattar 2
1036
312142.5251
0.0073
5632293.8686
0.0135
2978508.6910
0.0077
由此，可求出珠峰峰顶雪面的海拔高程:
表5 珠峰峰顶雪面高程 单位:(m )
Site
大地高
高程异常 水准面差距差海拔高珠峰峰顶(雪面)8821.09
26.08
1.28
8848.45
4 珠峰及邻近地区地壳运动的分析
经过对1998、1966-1968、1975、1992年珠峰及邻近区域大地测量数据综合分析、研究，得出以下主要结论:
表6 珠峰地区92年G PS 网与98年GP S 网
重合点空间成果比较
4.1 青藏块体在印度板块的推动下，仍向北东东方向运动
根据珠峰地区1992、1998两期GPS 观测成果，解算出重合点的水平运动量(见表6、图4)
从上述两期GPS 观测成果清晰的反映出，青藏
图4.b 珠峰地区GP S 速度场(相对于Eur asia 板块)
14 测绘科学 第26卷
块体在印度板块的推动下，仍向北东东方向运动。同时发现在跨越喜玛拉雅山两侧的监测点之间有着相同的向北推移速度，但东西向存在明显的走滑迹象，因此推测在珠峰下方有较大的走滑断裂存在。
走滑迹象不能代表两大板块的整体运动状态，但从一个侧面说明了，印度板块作用于欧亚板块推力方向与接触面的不正交必然产生局部或整体的走滑。4.2 珠峰地区相对垂直运动在整体抬升的过程中伴有波浪式的起伏
根据1966年、1975年沿定绒线(定日—绒布寺)测量的两期Ⅱ等精密水准测量成果计算，一等水准点定江3到水准点Ⅲ7的沿线地面相对垂直运动，结果见图5.a 。
根据1992年、1998年两期精密水准测量成果计算，二等水准点萨拉58到水准点支1的沿线地面相对垂直运动，结果见图5.b
。
图5.a 珠峰北地壳垂直运动图(定绒线1966-1975)
(高程变化:m m；距珠峰距离km
神雕山野生动物园)
图5.b 珠峰北地壳垂直运动图(邦绒线1992-1998)
(高程变化:m m ；距珠峰距离km )
从上述珠峰以北100km 的范围内进行的多期
精密水准测量成果分析比较，可以看出该区域的相对垂直运动，呈类似正弦线波浪式起伏，说明珠峰以北地区在印度板块的推土机式推动下，在整体抬升的过程中伴有波浪式的起伏，这些起伏的量级与推力的大小和地壳的物理性质密切相关。
珠峰课题组通过对珠峰及邻近地区第四次大地
测量所取得的珍贵数据，并结合前三次数据，在对珠峰地区地壳运动变化进行研究外，还对珠峰地区折
光系数、珠峰峰顶雪面高程30多年的变化、珠峰及邻近地区重力场、以及珠峰地区地面垂直运动与地震活跃幕之间的关系等进行了研究。随着研究工作的深入开展，人们对青藏高原的隆升机制会有新的发现和认识。
[呜谢]珠峰及邻近地区第四次大地测量，是在国家测绘局、国家科委现代地壳运动专项支持和资助下完成的。为此，向热情支持该项工作的有关领导和科学家表示感谢，同时也特别感谢参加珠峰外业测量工作的国家测绘局第一大地测量队的全体同志，感谢参加珠峰数据处理工作的国家测绘局大地测量数据处理中心的全体同志。
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作者简介：张全德(1953—)，男，高级工程
师，长期从事大地测量工作。
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第1期 张全德等 珠峰及邻近区域第四次大地测量
