重力场动态变化与汶川M_S8.0大震

地震重力观测主要监测地表或空间重力场时间变化,即动态重力变化。动态重力场变化是地表位移运动（主要为测点垂直位移）和地球内部物质运移或变化的综合反映,是地球内部运动（主要为地壳运动,其表现为物质密度变化和变形的耦合运动）的重要表征物理量。地震的孕育过程包含于地壳运动过程中,因此,通过对动态重力场变化的深入分析,     

基于Slepian方法和地面重力观测确定时变重力场模型:以2011-2013年华北地区数据为例

时变重力场是研究地球系统内部物质运动和时空演化过程的有效途径.目前广泛使用的GRACE时变重力场模型受限于其空间分辨率(约400 km),难以探测较小空间尺度的重力变化.本文首次尝试利用Slepian局部谱分析方法和多期地面重力观测确定更高空间分辨率的时变重力场模型.Slepian方法通过构建研究区域内的正交基函数,将信号能量集中在研究区域内部,是构建球面局部重力场模型的理想方法.本文根据Slepian方法的特点给出了区域重力场建模及参数优化的步骤,以我国华北地区为例,基于2011-2013多期地面观测确定了区域时变重力场模型,并与同区域由Slepian方法和GRACE卫星数据确定的重力变化进行了对比分析.结果表明:(1)贝叶斯信息量准则可作为确定Slepian展开最佳截断数的有效手段;(2)基于研究区域内现有重复测点数据,能够恢复120阶时变重力场,空间分辨率(半波长)约150km;(3) 2011-2013年间研究区域内GRACE估计结果与120阶地面结果在时空分布的显著趋势上存在较好的对应,证明了本文利用Slepian方法和地面观测所得时变重力场模型的可靠性.本文研究结果可为区域重力场建模提供新的参考,也可为华北地区水资源变化监测、构造活动分析以及地震风险性评估等研究提供高分辨率的时变重力场模型支撑.     

重力学的新阶段和新任务

本文扼要地讨论了重力测量当今所处的地位和它的发展方向。文章从动力学的角度出发重点论述了重力场时间变化的有关问题及其在地球动力学领域中的意义,文中以大量实例论证了重力测量在地震预报研究中的作用和价值。 文章比较系统地总结了我国重力测量在开展地震监测预报过程中所取得的成绩和存在的问题,阐述了观测重力场时间变化与地震预报研究的关系,明确指出了地震预报的深入研究大大推动了我国重力场时间变化的研究工作向纵深发展。文章最后从地震预报的要求和重力测量的特点出发,以建立统一的全国动态重力测量体系为核心,提出了当前我国重力测量亟待解决的问题和相应的措施。     

GRACE和地面重力测量监测到的中国大陆长期重力变化

自2002年以来,GRACE卫星探测计划可提供高精度的时变地球重力场,用以探测地球系统的物质分布.自1998年中国大陆重力监测网建立以来,利用FG5绝对重力仪和LCR-G型相对重力仪每2年对该网进行重复测量获取重力场时变信息.基于此,本文利用GRACE和地面重力测量获得了中国大陆重力场的长期年变率,利用位错理论根据USGS发布的断层模型计算了2008年汶川M_s8.0级地震的同震重力变化并进行了300 km高斯滤波.GRACE卫星重力和地面重力结果均表明华北地区地下水流失严重,在绝对重力基准站上,GRACE卫星重力与绝对重力变化率较为一致,汶川区域的地面重力变化结果可视为大地震前兆信息.     

华南地区时变重力场建模实验和异常分析

陆面时变重力测量是监测地壳内部密度变化和物质运移的重要手段。 为确定华南时变重力观测网络的场源监测能力和重力场变化特征, 本文采用球面六面体单元构建重力场模型, 开展重力场建模实验, 对比不同建模方法与噪声条件下的局部重力场恢复效果, 并对2015—2017年来5期实测流动重力观测数据进行计算和分析。 结果表明, 最小二乘配置方法的建模效果和抗噪声干扰能力较好。 华南重力测网在地表等效可观测信号约±30×10^-8 m/s²的条件下, 场源空间分辨能力约为55 km; 实际重建的2015至2017年重力场累积变化基本趋势较一致, 重力负异常在不同时间尺度下表现为持续增强和积累, 且在局部出现正负波动的周期性变化。 本文研究结果对评价陆地重力数据质量, 指导地震重力观测网络系统改造升级, 客观地开展重力场变化解释、 分析强震孕育和物质变迁等科学问题具有重要的参考价值。     

设定场源参数的区域重力微变化特征与模型实验

流动重力测量作为地震前兆监测手段之一, 所得到的区域重力场微变化信号反映地壳内部密度变化、 地壳变形、 流体运移等信息。 采用定量化和模型化方法研究与地震孕育相关的重力场变化信号时空特征, 对于构建地震预报定量化指标体系具有重要意义。 通过设定场源参数构建了数值模型, 正演得到了多组不同场源条件下的重力场变化模型; 通过模型对比, 分析了重力变化与重力梯度变化对不同类型场源参数的关系。 研究结果表明: 重力垂直梯度变化对异常体边界比较敏感, 特对浅部异常更为敏感, 适用于圈定异常体范围。 以此为基础提出了观测系统的优化测量方案, 以及对观测精度的需求。 研究结果对于构建地震预报指标参数, 优化流动重力观测系统具有一定参考意义。     

基于变差函数的插值方法计算华北地区重力场变化

定点重复重力测量是获取区域重力场变化的主要手段之一, 重力场特征与地形起伏、 构造走向等因素相关。 以华北地区为例, 考虑区域内地形和构造的北东向分布规律, 从EGM2008重力模型中拟合各向异性变差函数参数, 利用变差函数网格化插值, 对华北地区2009—2013年期间重力场观测数据进行网格化重建, 获取华北地区重力场时空变化结果。 研究结果表明基于区域地形、 构造特征的各向异性变差函数插值方法, 获得的空间重力场变化在重力异常梯级带上更加明显, 重力变化与活动构造分布具有更好的一致性。 本文研究方法对于恢复区域时空重力场异常具有重要意义, 有助于提高应用重力资料划分潜在地震危险区空间位置的精度, 为华北地区震情研判和构建地震预报定量指标体系提供可靠的地球物理场数据。     

2014年景谷6.6级地震前重力场异常特征研究

地震的孕育发生过程伴随着构造运动、物质迁移和密度变化,将引起地球重力场变化,流动重力重复观测有可能捕捉到与地震孕育有关的前兆信息,从而为中短期地震预测提供重要依据。对云南地区流动重力观测资料进行整体计算分析,研究了2014年10月7日云南景谷6.6级地震前区域重力场动态演化特征,并利用小波多尺度分解技术对布格重力异常和区域重力场动态变化进行分解,并选取合适的小波基分离得到不同深度场源特征的地壳介质横向不均匀性。结果表明,EGM2008布格重力异常数据和实测重力数据的小波多尺度结果较为一致。对比分析发现,此次景谷地震发生在区域重力场负异常的边缘,由负向正变化的高梯度带附近。基于小波多尺度分解的重力场图像能较清晰地反映2014年景谷6.6级地震孕育、发生过程中震中区域深部物质密度变化引起的异常,为地球构造运动及孕震机理研究提供一定参考。     

伽师及其邻近地区重力场动态演化特征初步分析

通过对伽师及邻近地区2005~2007年5期流动重力测量资料的系统分析,研究了该区域重力场的时空动态演化特征。结果表明,重力变化与构造环境变化有关,地震孕育发生阶段,重力场将有明显的异常变化。地震多发于重力变化正负值交替的零线附近,正负重力异常变化梯度带的附近是物质增减差异剧烈的地区,能量易于积累,从而产生地震。与GPS观测结果相互印证,表明受大的构造背景影响,测区内重力异常的正负值分布反映了区域间的应力挤压作用。     

GRACE卫星重力在地震研究中的应用进展

地球重力场恢复与气候实验卫星(GRACE)在运行期间提供了大量的地球时变重力场观测数据,在大地测量、地球环境变化等领域有非常广泛的应用.在固体地球科学研究中,GRACE重力场数据被广泛应用于天然地震研究,由于地震过程中存在大范围的质量迁移,大型地震引起的重力变化可以被GRACE卫星探测到.同时GRACE记录的地震同震及震后长期的重力场变化对反演地震震源参数也起到了帮助作用.本文从GRACE卫星重力场在地震研究中的应用出发,在回顾了GRACE卫星重力在地震应用的主要进展的基础上,总结了以地震研究为应用目标的数据处理方法与流程,为地震同震及震后卫星重力数据处理提供了技术思路.本文结合前人在2004年M_W9.3苏门答腊地震、2010年M_W8.8智利地震、2011年M_W9.0日本东北地震的研究成果,针对地震重力变化的同震观测、震后观测、间接观测等领域,总结了GRACE卫星重力的主要应用进展,提出了其中涉及的GRACE数据处理与地震综合解释的主要研究问题.在总结技术研究进展的基础上,本文以2004年M_W9.3苏门答腊地震为研究对象,对GRACE卫星重力数据序列进行处理,得到该地震的同震重力变化特性,并以此为基础进行了地震同震重力变化的特征分析.在回顾和总结的基础上,本文结合GRACE-Follow on计划的优势,提出未来GRACE卫星应用于地震研究的发展展望.     

北祁连河西地区流动重力监测与地震预测

引言自 1 966年邢台地震以后 ,我国开始用观测区域重力场随时间变化的方法进行地震预测研究。 1 976年唐山地震前后曾在震中附近进行过流动重力测量 ,并观测到较可靠的重力随时间的变化。目前 ,许多国家已把观测与地壳运动有关的区域重力场的短期变化 ,当作研究地震预报的一种手段 ,并在不同规模上开展了此项工作。美国 1 964年阿拉斯加地震 ,日本 1 965年至 1 967年松代震群 ,1 974年伊豆地震和苏联 1 976年加兹利震群 ( MS=7.0 ,7.2 ,6.5)前后 ,都观测到区域重力场的时间变化 (李瑞浩 ,1 988)。北祁连河西地区是 1 989年以来全国地震趋势…     

时变重力场球面模型反演算法和模拟实验

时变重力场是研究地球内部介质物性变化的重要手段。本文提出了一种适用于地面流动重力测量获得的时变重力信号的场源反演方法,该方法采用球坐标系下的六面体单元来模拟场源介质,适合大尺度地震流动重力测量数据的等效源模型构建。通过引入重力时变信号的一阶光滑先验条件,压制了时变重力信号中的短周期高频分量,可用于提取与地震孕育相关的长周期信号。通过理论和模型实验证明了本文算法的可靠性和稳定性,并使用南北地震带南段2014—2017年的流动重力实测数据进行了反演解释,获得了地壳内部等效场源的视密度时变信号,变化量级在正常地壳密度的±0.7‰之间,其空间形态受川滇菱形块体边界控制。研究成果可用于时变重力场模型解释和深部场源特征提取,可为地震重力前兆信号分析和相关研究提供完备的方法保障。     

2016年青海门源MS6.4地震前重力变化

利用青藏高原东北缘2011-2015年期间的流动重力观测资料,系统分析了区域重力场变化及其与2016年1月21日青海门源M_S6.4地震发生的关系,结合GNSS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理.结果表明：（1）测区内重力场异常变化与祁连山断裂带在空间上关系密切,反映沿祁连山断裂带（段）在2011-2015年期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形.（2）门源M_S6.4地震前,测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常,到临近发震前显示出相对闭锁的现象,且围绕震中区周围出现四象限分布特征的局部重力变化,地震发生在重力反向变化过程中,并出现显著的四象限分布特征的重力异常变化,其中,青海门源与甘肃天祝一带重力差异变化达100×10^-8m·s^-2以上.（3）区域重力场动态演化大体反映了青藏高原东北缘物质北东流的动态效应,门源震中附近区域地壳受挤压变形显著、面压缩率和重力剧烈变化的特征最为显著.（4）重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,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.     

伽师6.4级地震前后震源区视密度变化及其构造意义

2020年1月19日新疆维吾尔自治区伽师县发生6.4级逆冲型地震,发震构造为柯坪断裂,震中位于重力监测网内部。文中首先介绍塔里木盆地西缘的重力观测网络系统的基本情况;其次结合"以场求源、场源结合"的思想,利用地震前后2013—2020年塔里木盆地西缘地区的重力重复测量数据,基于贝叶斯重力平差方法得到的点值序列和时变重力信号的场源反演方法,给出等效源反演方法的基本原理和研究区的场源监测能力,并针对实际重复重力观测数据进行测试,反演得到重力时空场源变化特征,获得了研究区地壳内部区域性重力场源动态变化及该区的地震前后多期场源视密度的结构特征;最后,结合2020年伽师6.4级地震发震构造区的重力场变化过程进行了分析和讨论。研究认为:塔里木盆地西缘的重力测网对于伽师M_S6.4地震震中周边的场源参数具有较好的分辨能力,地震前区域重力测网在2017年开始出现显著的区域性重力场变化,场源视密度呈现出与柯坪构造系一致的NEE条带特征;在地震前后,场源的视密度出现由正转负的变化过程,震后这种视密度变化与构造走向一致的特征更加明显,且扩展至整个柯坪断裂系范围,说明这些由重力监测获得的场源变化信号与此次地震事件及构造控制的场源环境变化密切相关。文中的研究方法和成果可为时变重力场源特征研究和地震重力前兆信号的分析与解释提供有重要价值的震例参考;同时,对于认识孕震区和断裂带周边的地壳构造运动模式具有重要指示意义。     

2010年智利马乌莱地震后的区域重力减小表明有大规模质量重新分布

2010年2月27日智利马乌莱M8.8地震后,我们认为监测到的GRACE卫星相对轨道的微小变化量足以用于描述震后重力场变化。地震后在震中以东500km空间区域内观测到-5μGal的重力异常。同震模型认为,长波长尺度的重力负异常主要是地壳扩张和大陆地表沉陷的结果。有限断层同震模型认为,近海地区重力变化取决于地表抬升和内部形变,由于这两种因素对重力场影响相反,因而由此计算的重力异常相当微小。我们的研究目标是利用大尺度重力观测数据来解释大地震期间的地球内部变化,研究方法是将极难获得的地震形变长波长观测值与大地测量数据和地震数据相结合进行分析研究。     

川滇地区重力场动态变化及其强震危险含义

基于川滇地区2011—2014年的重力复测资料,系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2012年云南彝良MS5.7、2013年四川芦山MS7.0、2014年云南鲁甸MS6.5和四川康定MS6.3地震发生的关系.结合GPS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理,讨论了近期区域重力场动态变化的强震危险含义.结果表明:1重力变化与川滇地区断裂构造活动存在密切空间联系,重力变化较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.2重力资料对测区内2012年以来发生的4次MS5.7以上强震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.3区域重力场动态演化大体反映了青藏高原物质东流的动态效应,龙门山断裂带地壳受挤压隆起、面压缩率和重力上升变化的特征最为显著.4重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,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,研究区的一些重力异常部位仍存在中-长期大震危险背景.     

滇西和北京区域重力场演化及其与地震关系的探讨

在总结,借鉴已有成果的基础上,采用新的区域重力场相对基准和图示技术,对滇西和北京区域重力网近十年来的观测资料进行了重新计算和分析,通过研究区域重力场空间分布变化与中强地震的关系,提出了适于滇西和北京区域重力网研究重力场空间分布变化的前兆异常指标,并对滇西和北京重力网区及周边地区未来的地震趋势进行了估计,所得结论可供分析同类区域重力网观测资料参考使用。     

青藏高原东南缘多尺度重力场变化特征及孕震机理分析

文中基于青藏高原东南缘2013—2016年的流动重力观测资料,获得了鲁甸和景谷地震前后不同时间尺度下区域重力场的动态演化趋势和异常特征,利用小波多尺度分解分析重力场变化与构造运动、物质密度变迁和强震孕育的关系和规律,对青藏高原东南缘深部物质变化、动力学过程及地震孕育机理进行了探讨。结果表明:1)鲁甸、景谷震前震源区重力场变化呈现与断裂构造走向一致的剧烈正、负异常过渡带和梯度带特征,显示了孕震期间震源区强烈的地壳运动和深部物质变化过程; 2) 2013年9月—2014年4月重力场变化的小波多尺度分解结果显示,青藏高原东南缘地壳、上地幔不同深度和尺度的重力场变化与地震分布及活动断裂带位置相关性显著,表明研究区地震孕育与断裂运动以及地壳、上地幔内物质密度分布变化关系密切,可能受地壳、上地幔物质运移的复杂深部动力学过程影响; 3)基于青藏高原东南缘地壳、上地幔物质运移的动力学过程,对强震多发生在重力场变化的正、负异常过渡带和梯度带附近的特征进行了初步的解释。文中的研究结果对地球构造运动、地震机理研究具有一定的参考价值。     

2005～2009年喀什—伽师地区重力场变化与地震

分析了2005～2009年喀什—伽师地区10期流动重力测量资料,研究了重力场的时空动态演化特征,并提取与地震活动有关的信息,进一步探讨重力场变化与构造活动及地震活动的关系,结果表明:重力场变化与构造环境变化有关——地震孕育、发生阶段,其重力场出现一定范围的区域性重力异常.重力测量可以较好地反映由活动断层的物质迁移和构造...     

地球重力场时变性的研究进展

地球重力场是表征地球内部、表面或外部各点所受地球重力作用空间的物理属性.地球重力场不仅存在着空间变化而且存在着时间变化.从空间观测，地球重力场是地球系统质量分布的结果，质量在地球系统内的传输和变化将在地球重力场的变化中反映出来.重力场的时变有长期变化、季节性变化、不规则变化和其他多尺度的变化.本文主要介绍了时变的地球重力场领域近年来的研究进展，归纳和描述了引起地球重力场时变的主要因素.