陕西重力网优化改造及监测能力评估

陕西重力网监测范围由关中盆地扩大到覆盖了鄂尔多斯块体南缘、关中盆地、秦岭山地及陕南、关中主要活动断裂带,同时与豫西、晋南、宁夏区域重力网实现了联网,测网监测能力由原来只具备对网内5级地震的监测提升到具备对发生在网内6级地震的监测。基于3个绝对重力基准约束下的重力观测平差结果表明,测网单位权中误差为7．7×10^-8 m·s-2,平均点值中误差7．9×10^-8m·s-2,当以2．5倍中误差作为限差时,可以识别发生在监测区域内40×10^-8m·s-2左右的重力相对变化,为研究鄂尔多斯块体南缘重力场变化提供依据。     

基于连续重力台观测的玛多MS7.4地震的同震重力变化特征

同震重力变化可为位错模型的检验和约束提供新数据。文中利用指数函数和阶跃函数法分析了玛多M_S7.4地震震中距≤800km的5个重力台的同震重力信号。结果显示:观测和位错模型模拟结果的方向一致性好,只是量级存在差异。通过对同震重力变化精度的讨论,同震重力变化和GNSS垂直位移的比较,九寨沟M_S7.0、玛多M_S7.4同震重力变化空间分布的分析,以及漾濞M_S6.4地震对同震重力变化影响的改正,分析认为:震中距为175km的玛沁台记录到(2.9～4.0)×10~(-8)m·s~(-2)的同震重力变化;震中距为763km的中甸台在改正了漾濞地震的影响后记录到1.09×10~(-8)m·s~(-2)的同震重力变化;松潘台记录的9.1×10~(-8)m·s~(-2)的重力变化信号中应包含其他因素的影响;林芝台的负变化规律和位错模型模拟结果方向一致。综合文中的观测结果认为,玛多M_S7.4地震能够在175～800km的远场范围内产生约(0.5～4.0)×10~(-8)m·s~(-2)的同震重力变化信号。该结果可为未来中强地震远场产生的同震重力变化量级的判定提供参考。     

用重力测量技术观测城市地表下沉的实验研究

本文用重力测量技术对城市地表下沉进行了实验研究,从2016年3月到2017年5月在武汉市内地表下沉较大的部分城区进行了7期流动重力观测实验,并用D-InSAR观测的垂向位移进行了验证.数值结果表明重力观测每期整网平差后点值平均精度都小于10×10~(-8)m·s~(-2),说明采用重力观测能在城市内获得高精度的区域重力变化.第7期相对于第1期的结果与D-InSAR在大致相同时间段内地表垂直位移结果比较表明,重力增加的大部分区域与D-InSAR观测到的地表下沉区域相一致,说明这些区域的重力增加主要是由地表下沉引起的.从第2到7期相对于第1期的重力变化说明在近12个月的时间内测区最大重力变化约40×10~(-8)m·s~(-2),且局部区域的重力值是逐渐增加的,说明地表下沉是持续进行的.本实验结果说明重力观测技术能为城市地表下沉提供重力观测约束和机制解释.     

广西北流—广东化州5.2级地震前粤桂琼地区重力变化特征

收集了粤桂琼地区4个台站的连续重力观测资料和雷琼地区的流动重力观测资料,研究了广西北流—广东化州5.2级地震前粤桂琼地区重力变化特征。其中连续重力观测资料的分析从重力扰动和重力M2波潮汐因子变化两个方面进行;流动重力观测资料的分析从重力场差分动态和累积动态变化两个方面进行。连续重力观测资料的研究表明震前粤桂琼地区连续重力观测资料无异常现象;雷琼地区流动重力观测资料的研究结果表明,广西北流—广东化州5.2级地震前,震中附近地区存在重力场变化异常,异常持续时间约2年,异常范围约100 km,异常量级约50x10~(-8)m·s~(-2),地震发生于重力场变化的高梯度带上。     

鄂尔多斯块体周缘地区现今地壳水平运动与应变

位于青藏块体和华北块体之间的鄂尔多斯块体及其周缘地区是中国大陆构造活动最活跃的地区之一,从1300年至今,在块体周边断陷盆地和西南缘断裂带上发生了五次8级以上的地震.为了了解该地区现今地壳运动、应变状态以及断裂滑动分布,我们收集了中国大陆构造环境监测网络2009—2013年、国家GPS控制网、跨断陷盆地的8个GPS剖面等共527个流动站和32个连续站GPS观测数据,获得了高空间分辨率的地壳水平运动速度场,进一步用均匀弹性模型计算了应变率分布.结果表明,块体内部GPS站点向NEE方向运动,速度变化较小,应变率大多在(-1.0~1.0)×10~(-8)/a之间;山西断陷带构造运动与变形最为强烈,盆地相对于鄂尔多斯块体为拉张变形,应变率为(1.0~3.0)×10~(-8)/a,相对于东部山地则为挤压变形,应变率为(-2.0~-3.0)×10~(-8)/a,盆地西侧断裂(如罗云山断裂、交城断裂)以拉张运动为主,拉张速率为2~3mm·a-1,盆地东侧断裂主要以右旋缩短运动为主,速率为1~3mm·a-1;河套断陷带西部的临河凹陷处于较强的张性应变状态,应变率为(2.0~3.0)×10~(-8)/a;块体西南边缘处于压缩应变状态,应变率为(-1.0~-2.0)×10~(-8)/a,六盘山断裂存在明显的地壳缩短运动,速率约为2.1mm·a-1,速率在断裂附近逐渐减小,反映了断裂处于闭锁状态;相对于鄂尔多斯块体内部渭河断裂带为左旋运动,速率为1.0mm·a-1,盆地处在弱拉张变形状态.     

南天山—帕米尔地区近期重力场动态变化特征

利用2014—2016年南天山—帕米尔地区5期流动重力观测资料,分析该地区半年和一年尺度重力变化特征,探讨了地震孕育发生与重力场变化特征的关系。结果表明:南天山—帕米尔地区半年和一年尺度重力变化量分别为(10~20)×10~(-8)m·s~(-2)和(20~30)×10~(-8)m·s~(-2),重力场变化有明显的分区特征,塔里木盆地较多表现出重力正值变化,南天山和帕米尔地区正负值变化交替出现。重力场变化能较好地反映该地区地震孕育和发生过程,地震发生前,在震中附近地区的重力变化值出现上升的趋势。在孕震区及附近地区出现重力变化高梯度带,并伴随有重力变化零线,且地震多发生在重力变化正值集中区的零线附近。     

多网重力数据联合平差和系统误差改正

华北地区现行的地震重力监测网由于独立联测, 自成体系, 绝对控制点较少, 获得的重力场动态变化图像在绝对控制较弱的地区会产生畸变, 也不能有效的消除仪器标定系统所引起的测量误差。 本文以华北大网作为控制网, 结合绝对重力点进行联合平差计算, 使各省区地震重力监测网平差精度提高了(0~4)×10^-8 m/s², 平差起算基准相统一, 绝对控制较弱的地区畸变减小。 采用相关系数检验法, 对华北地区各省区地震重力监测网2010年二期重力平差计算结果进行检验, 部分重力点位系统误差高达60×10^-8 m/s², 经过系统误差改正后, 重力场动态变化趋于一致。 经过各项改正后, 华北地区2010年重力场动态差分图像对地震前兆具有更好的反映。     

华北平原沉降地区重力场变化分析

华北平原沉降带相对于西部太行山区,近几年观测到的重力值相对1989年同期呈上升状态、其中某些地区累计上升量相当大,比如,沧州地区达143×10~(-8)m/s~2,任丘地区103×10~(-8)m/s~2,巨鹿—南宫为(89—103)×10~(-8)m/s~2.对某些地区的重力变化量进行地下水下降量和地面沉降量校正,其校正量可达到变化量的1/3—1/2.校正后的重力值变化幅度减小,但有些异常依然存在.这种较大的剩余变化量,可能含有两个因素:其一可能与华北平原沉降带的继承性下降及某些地区构造断裂活动有关;其二可能是实际地面沉降量比推测的沉降量大.     

天山地区流动重力重复测量资料前兆异常识别判据、地震预报指标及效能评价

通过对 1 5年以来的流动重力重复测量资料的统计分析 ,认为在 MS5.0左右及大于 MS5.0地震前重力资料有显著的前兆异常。异常识别判据定为相邻两期段差变化绝对值大于、等于 40× 1 0 -8m· s-2 。预报指标 :发震时间为测出异常后 1 2 (± 6)个月内 ;地点在异常测段周围 1 50 km(特殊地质构造关系 2 50 km)范围内 ;震级一般为 MS5.0左右 (异常量大于 70× 1 0 -8m· s-2 时为 5— 6级 )。预报效能评价为 66.1 3%。     

2019年甘肃夏河Ms5.7地震前重力场变化

本文对2017年以来中国地震局在南北地震带采集到的5期相对重力测网数据进行了平差计算, 简要分析了甘东南研究区内测点平差精度, 进而分析了2019年10月28日甘肃夏河M_S5.7地震前的区域重力场变化。 结果表明: ① 研究区内90%测点平差后重力值精度小于10×10^-8 m·s^-2, 与绝对重力观测结果符合性也较好, 表明观测质量较高, 数据可靠; ② 2017年 4月至2018年4月, 临潭—宕昌断裂南西侧重力正变化、 北东侧重力负变化, 与2017年8月8日九寨沟M_S7.0地震前重力变化反向, 断裂西段夏河、 合作附近出现显著的重力差异变化; ③ 2018年4月至2019年4月, 临潭—宕昌断裂南西侧重力变化-10×10^-8～-30×10^-8 m·s^-2、 北东侧重力变化+20×10^-8～+30×10^-8 m·s^-2, 夏河M_S5.7震中附近重力变化不明显, 呈现出围绕夏河县、 泽库县和碌曲县等三县交界地区准四象限分布的特征; ④ 强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、 负异常区过渡的高梯度带上, 九寨沟M_S7.0地震后, 我们曾基于流动重力异常变化在夏河M_S5.7地震前做过一定程度的中期预测, 尤其是地点预测。     

欧洲绝对重力仪比对观测(ECGS'07)

介绍了2007年11月在欧洲卢森堡Walferdange举办的第二次绝对重力比对观测的概况及结果.有20台绝对重力仪参加了比对观测,在ECGS共15个测点上的比测结果标准偏差小于2.1×10~(-8)m·s~(-2).文章简述了数据处理方法以及结果分析,中国地震局地震研究所引进的FG5/232绝对重力仪参加了本次比对,为在中国大陆建立绝对重力基准提供了重要经验.     

首都圈地区重力变化及其映震能力

对首都圈流动重力观测成果进行非潮汐信息的提取，得到了首都圈地区１９８４—１９９３年期间的重力动态变化图像，认为重力变化与区域构造活动有一定的相关性。以大于２倍均方差作为异常判断标准，统计了北京小网的段差重力异常与地震的对应关系。结果表明：对于测网内发生的４级左右的地震，有异常出现的段差数占总数的１６．９％，对于距测网１００ｋｍ以内发生的５级以上的地震有异常出现的段差数占总数的３７．５％。西北部测环的段差异常出现率比南部和东北部高。     

1985～2003京津唐张地区重力变化

本文分析了京津唐张地区1985～2003年详实的重复重力测量资料,重力变化的图像显示该地区的重力变化具有明显的区域性特征;最为显著的变化是测网南部地区出现的较大范围重力增加,增加幅值在(100～300)×10~(-8)m·s~(-2)之间,从可搜集到的高程及地下水资料分析,造成这一变化的主要原因是该地区大量开采地下流体而引起的大面积地面沉降;测网北部山区重力趋势性减小,19年减小幅值约30×10~(-87)m·s~(-2),与香山绝对重力点的变化量相当,高程及地下水对此种趋势的影响不大,大面积山区继承性、同步性的构造运动可能是造成地表重力趋势性变化的主要原因;而东部地区重力变化的明显特征是1990年6月至1994年6月间有一重力的快速下降然后上升过程,这可能是与1995年10月滦县 M 5.9地震有关的重力变化．相比之下地下水位的变化对重力趋势的影响较微弱．     

金川—芦山—犍为剖面重力异常和地壳密度结构特征

重力剖面金川—芦山—犍穿越芦山震区,近垂直于龙门山断裂带南段,长约300km,测点距平均2.5km,采用高精度绝对重力控制下的相对重力联测与同址GPS三维坐标测量,获得了沿剖面的自由空气异常和布格重力异常,并对布格重力异常进行了剩余密度相关成像和密度分层结构正反演研究.结果表明,芦山地震所在的龙门山断裂带南段存在垂直断裂走向的宽广的巨型重力梯级带,重力变化达252×10-5 m·s-2以上(龙泉山以西),反映出四川盆地与松潘—甘孜地块地壳厚度陡变(约14.5km)性质;四川盆地与松潘—甘孜地块过渡区(龙门山断裂带与新津—成都—德阳断裂之间)存在(30~50)×10-5 m·s-2的剩余异常"凹陷",可能与上地壳低密度体、山前剥蚀与松散堆积和推覆体前缘较为破碎有关;剩余密度相关成像显示地壳密度呈现分段性特征,在芦山地震位置出现高低密度变化;地壳呈现三层结构,四川盆地上、中、下地壳底界面平缓,反映其稳定阻挡作用,而松潘—甘孜块体上、中、下地壳底界面明显往盆地逐步抬升,反映出青藏高原往东的强烈挤压作用;松潘—甘孜块体往东推覆变形主要集中在上地壳范围内,推覆深度随离龙门山断裂带愈近而越浅.本文通过对密度分布及结构特征的研究,分析了芦山地震及龙门山地区地壳构造背景和当前活动性的深部动力环境特征.     

华北地块及邻区重力异常特征及地质结构

研究华北地块及邻区重力异常特征、地质结构和断裂构造,对该区地震风险研判和矿产资源远景规划具有重要意义。文章基于小波多尺度分解法、Parker-Oldenburg迭代反演法和重力异常导数法,利用华北地块及邻区布格重力异常数据,获得布格重力异常小波分解逼近场和细节场、莫霍面深度和重力异常导数。结果表明:(1)逼近场和细节场揭示出华北地块可分为西部的鄂尔多斯克拉通块体和东部的华北似环状裂谷盆地两个子单元。(2)莫霍面深度范围在28~52 km之间,呈NNE走向,由西向东逐渐变浅,具有显著的“东西分带”特征。尤为显著的是鄂尔多斯克拉通块体和华北似环状裂谷盆地,块体内部莫霍面变化较平缓,块体边界莫霍面变化剧烈。(3)根据重力异常导数结果识别并校正出研究区13条块体边界及主要断裂带。     

控制点对区域流动重力测网平差精度的影响

为分析控制点对区域流动重力测网平差精度的影响,利用江苏测区的流动重力观测数据,从参与平差计算的控制点数量以及空间分布两个角度,分析控制点对平差后的重力测网精度的影响规律,并进一步分析了本区域测网的监测能力。结果显示：采用单个基准点进行平差计算,基准点应当选择尽量靠近测网几何中心或多个闭合环节点的位置;当采用在空间分布上较为均匀控制点平差计算时,控制点周边测点与测网中部测点的点值精度并没有明显的差别。结合江苏区域重力测网的空间分辨率和观测数据平差处理精度,认为江苏重力测网对5级以上地震具有较好的监测效果,同时对4～5级地震也具有一定的监测能力。结果可为重力数据处理中合理的采用基准点进行平差、提升资料处理精度提供参考依据。     

辽西重力异常检验与地震

讨论了辽西地区使用高精度重力仪(Lacoste—G型)重复测量呈现的重力变化做的相关检验,并对测点的点值变化量进行校正。从而得出辽西14个重力观测点的点值异常。经检验校正后的重力异常幅度一般在20×10~(-8)m·s~(-2)左右,个别观测点有近40×10~(-8)·m·s~(-2)异常,从时空来看,似乎与活动断裂及邻近三次中强地震相关。     

利用GRACE数据反演日本Mw9.0地震区域黏滞性

利用CSR(Center for Space Research)发布的GRACE RL05月重力场模型数据,通过水文模型GLDAS(Global Land Data Assimilation System)和CPC(Climate Prediction Center)扣除土壤水和雪水的影响,根据冰川模型扣除GIA(Global Isostatic Adjustment)的影响,采用P3M6去相关滤波和300 km扇形滤波,基于最小二乘拟合的方法得到日本M_W 9.0地震的同震及断层上下盘两个特征点重力变化时间序列,利用PSGRN/PSCMP模型对日本M_W 9.0地震区域黏滞性进行了反演,并计算了同震及震后5年研究区域重力变化的空间分布.结果表明,扣除土壤水和冰川均衡调整因素的影响,同震重力变化为-5.2×10~(-8)～2.9×10~(-8) ms~(-2);两个特征点在震后5年重力均增加,下盘重力增加较大;日本M_W 9.0地震区域黏滞性横向差异较明显,断层上下盘的地幔黏滞系数分别为2.5×10~(18) Pa·s、5.0×10~(17) Pa·s时,与GRACE观测值较接近,综合考虑断层上下盘的震后重力变化,区域黏滞系数大约为1.5×10~(18) Pa·s.     

火山的重力场研究

利用重力方法研究火山地区地壳内物质迁移——岩浆活动是一种值得重视和采用的方法,建立高精度10~(-8)m/s~2级重力网,进行相对重力测量和绝对重力测量,设立固体潮观测台站,应用调和分析求固体潮的潮汐因子,考查这些量随时间的变化,可望探测岩浆囊内的物质迁移、监测火山地区的活动情况。     

巴颜喀拉地块东部及邻区重力均衡与岩石圈有效弹性厚度

基于SIO(Scripps Institute of Oceanography)最新全球重力和高程模型,计算了巴颜喀拉地块东部及邻区的布格重力异常、均衡重力异常、岩石圈有效弹性厚度及荷载比.结合大地热流、地震速度结构、地震活动和断裂构造分布等,分析了地壳均衡状态和岩石圈有效弹性厚度、地质构造单元间的差异及与地震活动的相关性特征.研究结果表明,该区域布格重力变化范围约为-500～0mGal(1mGal=10~(-5)m·s~(-2),下同),在巴颜喀拉块体东部区域形成弧形重力梯度带,近年来的中强地震活动频发于该梯度带不同部位,应与其应力依次释放有关;均衡重力异常结果表明,其变化范围约为-80～+100mGal,且大部分区域处于±20mGal以内的被认为处于重力均衡的状态,重力非均衡(正或负)多出现于块体边界带附近,地震多发生在靠近块体边界的均衡重力异常(正或负,主要为正)区域内;巴颜喀拉地块东部及邻区岩石圈有效弹性厚度(T_e)为10～65km,不同构造单元之间T_e空间分布差异明显,较低的T_e值出现在龙门山构造带附近,T_e值为20km左右,岩石圈荷载加载比为0.5～0.8,表明现今的岩石圈挠曲状态主要由莫霍面加载形成.进一步分析表明,巴颜喀拉地块东部挤压增生与横向流动同时发生,是造成该区域地震发生与重力均衡异常高值重合、岩石圈有效弹性厚度和大地热流值较低的主要原因.本文获得的地壳均衡特征及岩石圈有效弹性强度结果,加深了对巴颜喀拉东部及邻区岩石圈构造演化过程的认识.