gPhone重力仪与GRACE观测的陆地水季节性重力变化对比

利用中国大陆构造环境监测网络中张家口、淮北、溧阳重力台的gPhone连续重力观测数据,经过Tsoft软件数据预处理、固体潮、海潮负荷、极移等主要潮汐信号的扣除、局部气压改正,以及分段拟合仪器漂移后,得到观测数据的非潮汐信号,该信号时间序列呈现明显的季节性,主要反映陆地水储量变化;在此基础上,将地面重力非潮汐信号的月均值与重力卫星GRACE的观测结果进行比较。结果发现,仪器观测较稳定的张家口站和淮北站,地面重力和卫星重力观测的季节性信号具有一定的一致性;而溧阳站两种观测的相关性较差,可能与仪器观测的稳定性及台站周边区域环境因素有关。     

大气重力信号的理论计算及其检测

基于标准大气定律和大气圆柱体分布模型,本文引进了大气重力格林函数,用离散格积方法求得了大气对重力场观测的影响,对台站高程、周围地形和地表温度变化等因素的影响问题进行了讨论．结果说明台站近区气压变化是大气重力信号的主要贡献者,考虑大气质量负荷引起的弹性地球形变效应后,对距台站0．5°的区域积分获得的大气重力导纳值为-0．3603μGal／hPa,占全球大气变化引起的总信号的90％以上,这一理论模型结果与超导重力仪实测结果相吻合,并能较有效地用于消除重力观测中的气压干扰成分．     

广西北流—广东化州5.2级地震前华南地区连续重力扰动信号分析

利用华南地区的多个连续重力台站gPhone相对重力仪秒采样原始数据,对记录到2019年10月12日广西北流—广东化州5.2级地震前后共7 d的重力秒采样数据进行预处理,提取高频扰动信号,应用短时傅里叶变换时频分析方法分析震前异常信号的频率特征,结合地震前后的台风活动变化,分析认为该扰动异常为2019年19号台风"海贝思"活动引起,非地震前兆异常。     

用福建连续重力资料研究台风“麦德姆”活动特征

福建省地处我国东南沿海,每年5—10月都会受到台风的侵袭,目前建有厦门、漳州、福州三个连续重力观测台站。以2014年第10号强台风"麦德姆"为例,利用重力观测资料研究:(1)台风引起的地脉动信号的强度和卓越频率的变化规律;(2)台风卓越周期与台风强度和移动速度的关系;(3)连续重力资料非潮汐信息提取。结果表明:(1)台风靠近台站时地脉动信号增强,登陆后迅速减弱,福州台记录的信号卓越频率要比其他台站高;(2)台风卓越周期与台风强度和台风移动速度的关系比较复杂;(3)用现代滤波器能有效滤除长期存在的干扰信号。     

震前重力扰动与背景噪声时空变化特征——以玛多MS7.4与漾濞MS6.4地震为例

2021年5月21—22日,云南漾濞、青海玛多先后发生了M_S6.4和M_S7.4地震。为检测震前是否存在重力扰动与重力仪背景噪声异常信号,文中基于中国连续重力台网中15台重力仪的秒采样数据,成功提取了震前重力扰动信号,并计算了排列熵(PE)及重力仪在地震频段(200～600s)的背景噪声等级(SNM)。结果表明：1)大地震发生前多数台站在2021年5月15—18日存在1组重力扰动信号,其中沿海台站同时还存在其他2组扰动信号,扰动幅度为±(10～100)μGal,扰动频率集中在0.15～0.25Hz。沿海台站的扰动幅度普遍大于内陆台站,震中距与扰动幅度无明显相关性,沿海台站扰动幅度较大及产生其他2组扰动的原因可能与海浪脉动或局部降雨有关;2)不需要对原始重力序列作任何预处理,PE能够快速检测到数据中的突变信号,PE时间序列中持续显著下降的信号对应震前扰动信号,PE瞬时向下的脉冲信号对应地震波引起的颤动信号;3)多个台站的SNM时变曲线显示,震前2个月(2021年3月初)直至主震发生时背景噪声水平显著升高,SNM的空间分布表明,震前1～2个月,位于...     

震前重力扰动与台风引起的重力扰动主频率特征分析

基于中国大陆构造环境监测网络的连续重力观测数据, 对于田M_S7.3地震、 鲁甸M_S6.5地震、 景谷M_S6.6地震和皮山M_S6.5地震前几天的重力扰动信号主频率特征及2014年台风“威马逊”、 “麦德姆”和“黄蜂”引起的重力扰动主频率特征进行了研究。 结果表明: 震前重力扰动信号和台风引起的重力扰动信号频率范围很接近, 对应周期为4~7 s, 单从频率大小无法对两者进行区分; 在不受台风影响的情况下, 不同台站震前重力扰动信号主频率极差和标准差均小于0.02 Hz, 而台风引起的不同台站重力扰动信号主频率极差和标准差均大于0.02 Hz; 通过主频率极差和标准差这两个指标可以很好地将震前重力扰动与台风引起的重力扰动进行有效区分, 这将大大推进连续重力观测在强震短临监测中的应用, 为构建地震预报定量指标体系提供相关依据。     

系统动态特性对重力、地倾斜仪器抗干扰性能的影响

分析了地震、重力、地倾斜仪器在结构、原理、被测信号等方面的区别与联系,指出重力、地倾斜仪器的幅频特性高段是环境干扰的入侵通道,认为通过改进系统的动态特性来提高仪器的"噪声免疫力"是解决当前环境干扰问题的重要途径.实际观测资料和理论分析均显示,一个干扰严重的测震台站可能成为一个较好的地倾斜台站.     

大气重力格林函数的理论计算

重力测量中需要扣除大气的影响.大气负荷对重力测量的影响可以分为大气质量变化引起的直接效应和大气负荷引起的地球变形带来的间接效应,大气负荷对重力观测值的直接影响,相对于间接效应量级较大.本文从理论上研究了大气负荷对重力观测的直接影响,仿照Farrell定义的负荷格林函数,引入大气重力格林函数,用来表示大气压变化对于重力观测的直接引力影响.在前人的基础上,本文采用了更为精细的大气模型,考虑大气温度随高程的变化,用离散褶积的方法求得了大气重力格林函数的理论值.实际计算时还要考虑地表温度、台站高程、周围地形等因素的影响,本文讨论了这些因素对大气重力格林函数的影响.考虑地表温度、台站高程、地形改正等各种影响因素以及地球变形引起的间接效应后,对台站周围区域积分即可求得大气变化引起的理论重力信号.     

大气变化对位移、重力和倾斜观测影响的理论计算

利用弹性地球负荷理论和流体静力学平衡假设条件下的干空气及其垂直温度梯度分布,理论计算了大气压力作用下地表位移、重力和倾斜格林函数．详细讨论了不同地球模型、台站高程、周边地形、地表大气温度和水汽含量等因素对计算结果的影响．数值结果说明大气效应弹性项影响主要来自于远离台站的区域;引力项对重力的影响主要贡献来自于台站近区,对倾斜的影响来自于远离台站的区域．各种因素对大气重力和倾斜格林函数的影响分别在01°和1°角距范围内,但其综合影响较为复杂．     

用福建连续重力资料研究台风“麦德姆”活动特征

<正>1台风信号频谱特征2014年第10号台风"麦德姆"在横穿台湾岛之后,于7月23日15时30分在福建福清沿海登陆,登陆时强度由台风减弱为热带风暴。为研究台风期间福州、厦门、漳州3个连续重力观测台站记录的地脉动信号强度和卓越频率随时间变化过程,编写了傅里叶变换Matlab程序代码,运行结果图略。台风从趋近到远离台站,信号强度从增强到减弱。其中福州台记录到台风登陆时信号强度迅速减弱,之后信号又增强然后     

于田M_s7.3地震震前重力扰动信号研究

2008年3月21日和2014年2月12日,新疆和田地区于田县先后发生两次M_s7.3地震.为分析两次地震前是否存在重力短临异常信号,应用Tsoft软件对原始数据进行理论固体潮改正和气压改正,并基于小波分解去除其低频趋势,有效提取了两次地震前国家连续重力观测网多台g-Phone重力仪的高频扰动信息.结果表明两次地震前都记录到高频扰动信号.2008年地震前牡丹江、沈阳台和漳州台三个台站记录到的高频扰动信号,主频分布在0.2~0.4 Hz.2014年地震前8个台站记录到两组不同频段的扰动信号.第一组信号集中在震前6天的东北台站,第二组扰动信号出现在震前3天的东南台站.两组扰动信号振幅呈现从北到南、从东到西逐步衰减的时空分布规律·同时期的气象资料显示局部强降雨与第二组扰动异常存在良好的相关性.对高频重力信号的时频分析结果表明震前第一组扰动信号存在异常频段0·13~0.18 Hz.应用扰动源扫描算法对2014年两组扰动信号进行空间定.位,结果显示第一组信号扰动源位置与于田震中相距约1935 km,不在于田地震的孕震区内;第二组信号扰动源来自海上.2008年和2014年于田地震第二组震前扰动信号与强降雨以及海浪影响相关.2014年第一组信号与于田地震的关系仍待进一步研究.     

震前重力扰动的频谱特征和远场效应（英文）

探索地震前兆是一件具有挑战性的研究。本文采用高通滤波的方法,处理分析了来自世界不同位置4个超导重力台站5次大地震前的秒级固体潮重力数据,发现在这些地震发生之前数天内,能够接收到稳定的重力高频扰动信号,其中2008年5月12日的汶川地震前出现一个主频为0.1-0.3Hz的重力扰动,而其他4次地震前出现两个主频为0.12-0.17Hz和0.06-0.085Hz的重力扰动。另一个发现是当地震发生在大陆与海洋板块断裂带时这种重力扰动信号具有远场效应,即重力扰动异常出现在距离震中较远的超导重力仪上,而较近的台站异常较小或没有异常。以上研究结果表明,这种重力扰动信号与地震发生具有较密切的相关性,可作为一种有潜力的临震预报信号;重力扰动信号的远场效应也许能够揭示某些地震发生前地球内部板块之间的相互作用机制。但由于地球上重力固体潮台站分布的非常不均匀,上述结果还需要今后研究更多的样本数据加以证实。     

黄壁庄水库水位及地下水位变化对重力观测的影响

河、湖等地表水水位变化及与其有水力联系的地下水位变化,对附近重力台站的观测值带来不可忽视的影响。这项影响随着区域水文条件,河、湖岸的地貌特征及其与测站的相对位置的不同而异,应根据实际情况设计最佳计算模型,以排除这项影响。我国大多数重力台站没有地下水位的观测资料,为此我们选了水位观测资料较全、紧靠黄壁庄水库的黄壁庄重力台站,计算了自1972年到1980年间水库及地下水水位变化对重力观测值的影响量,以供参考。     

地球内核平动振荡的地震激发

本文利用球对称、非自转、弹性和各向同性地球模型(SNREI)理论模拟计算了地球内核平动振荡的地震激发.以2004年12月26日苏门答腊大地震为例,讨论震源机制解(标量地震矩、走向、倾角、滑动角和深度)对内核平动振荡振幅激发的影响;基于全球21个Mw8.0级以上的大地震,分别计算10个数据资料较好的超导重力台站理论上可以接收到的内核平动振荡信号的频率域振幅.结果表明标量地震矩对内核平动振荡振幅的影响最大,走向、倾角、滑动角和深度对内核平动振荡振幅也有一定影响,但是影响相对较小;不同区域获得的由大地震引起的内核平动振荡信号的幅度存在显著差异,此结果为频率域多台站加权迭积提供了计算基础.另外,只有武汉台站接收到的2011年日本Tohoku Mw9.1地震激发的内核平动振荡的振幅值达到了地球表面高精度、高灵敏度的超导重力仪检测水平,振幅值为0.0103nm·s-2.结果说明地震激发的内核平动振荡的信号极其微弱,信号几乎淹没在背景噪声中,必须利用多台站迭积法才有可能将信号提取出来.     

连续重力观测潮汐与非潮汐信号提取与处理平台设计与实现

介绍了连续重力观测潮汐与非潮汐信号提取与处理平台的平台架构、数据库、主要功能模块、技术特点与功能特性等。该平台面向中国地震重力站网的大网运维业务需求和海量数据处理需求,以连续重力数据处理中的潮汐信号处理、非潮汐信号处理、时频变换等科学计算为核心,基于大数据技术实现了中国地震重力站网海量数据的自动清理、数据质量自动评估、数据产品自动产出,产出重力潮汐因子、时频图等24种数据产品,提升了连续重力观测数据的应用效能和地震重力站网的运行、管理和服务水平。     

位场解析信号振幅极值位置空间变化规律研究

通过对单一边界、双边界、多边界以及点(线)质量模型重力异常解析信号振幅和重力异常垂向导数解析信号振幅的极值位置空间变化规律研究表明,重力异常垂向导数解析信号振幅和化极磁力异常解析信号振幅的极值位置相同,且与重力异常解析信号振幅的极值位置空间变化规律相似.利用位场解析信号振幅极大值位置能够准确识别单一直立边界地质体的边缘位置,但不能准确识别其它任何形体的边缘位置,其识别结果的偏移量大小随地质体的埋深、水平尺寸以及倾斜程度等变化.虽然重力异常垂向导数解析信号振幅比重力异常解析信号振幅的峰值更加尖锐、横向识别能力更强,其极大值位置更靠近地质体上顶面边缘位置,但均受地质体埋深的影响较大;随着埋深的增加,位场解析信号振幅的极大值位置会快速收敛到形体的"中心位置",其轨迹类似"叉子状";且对多边界模型会出现"极大值位置盲区"而无法识别其边缘位置.通过这些理论研究表明,位场解析信号振幅只能识别单一边界地质体的边缘位置;而不宜用来识别多边界地质体的边缘位置,但可以用来识别多边界地质体的"中心位置".     

2016年1月21日门源MS 6.4地震前重力非潮汐变化特征分析

选取2015—2018年兰州和高台连续重力观测站整点值数据,分析2016年1月21日门源M_S 6.4地震前2个台站连续重力数据非潮汐变化特征,发现2个台站在此次地震发生前1年,分别观测到重力数据出现持续约6个月的重力非潮汐上升变化,月均变化速度分别为9.36μGal、6.17μGal,累计变化振幅分别达到56.15μGal、37.05μGal。通过对观测站点周边观测环境的详细核实和理论计算,排除台站周边环境干扰因素,认为震前6个月的重力非潮汐持续性下降变化应与此次M_S 6.4地震孕震过程有关。本研究结果可为揭示此次门源地震的孕震机理提供一定参考,为后续地震预测中重力观测指标的建立提供一定参考。     

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。     

琼中地震台连续重力显著异常分析

2014年以来,琼中基准地震台连续重力观测数据出现较为显著的零漂转折加速和数据放大异常。经仪器观测系统检查、台站观测环境调查、数据分析等核实操作,分析认为:(1)零漂转折加速异常系观测环境影响所致;(2)数据放大异常系网络数据采集器故障所致。因此,2次异常均非地震地球物理异常。此类异常干扰判别可为其他重力台站观测数据分析提供参考。     

琼中地震台连续重力变化特征

收集了2009年以来琼中地震台（以下简称琼中台）连续重力观测数据,经对原始数据进行突跳、台阶和删除错误数据等处理,计算分析了琼中台重力潮汐变化数据特征、M₂波潮汐因子变化特征和典型事件的观测数据频谱特征。结果表明,琼中台连续重力观测数据除包含了固体潮、零漂等长周期信号外,也记录到了地震和台风等高频信号。对于记录到的7.0级以上强震,地震信号的频率主要分布于0.3 Hz以内;台风引起的扰动信号则主要分布于0.1—0.4 Hz频带内。同时,2009年以来,琼中台连续重力原始数据及其M₂波潮汐因子无明显前兆异常。