利用GRACE卫星数据提取苏门答腊地震同震和震后重力变化

基于GRACE重力卫星数据,采用P3M6去相关滤波技术、350 km半径的高斯平滑技术与差分方法,提取2004年苏门答腊Mw9.3地震的同震和震后重力场时空演化过程。该地震断层下盘同震重力变化达到4.6 μGal,上盘同震重力变化最大值为-8.3 μGal,该结果与球体位错理论计算结果在量级和分布形态上具有较好的一致性。震后7 a断层下盘重力变化累计达到5.6 μGal,超过同震变化信号|而断层上盘震后重力变化只有0.6 μGal,仅为同震变化信号的11%。该现象表明,断层下盘所在海洋地层的粘滞性较低,地层相对柔软,其地层在震后由于较大的粘滞性松弛效应而持续变形,并伴随较大的重力变化|而断层上盘所在的地层接近陆地地壳特性,地层相对脆硬,震后受地层的粘滞性响应而导致的重力变化相对较小。     

海洋垂直重力梯度异常的计算及其在地形反演中的应用

将测高重力异常、局部大地水准面和垂线偏差作为输入数据,计算海洋垂直重力梯度异常。以中西太平洋海域作为研究对象,对垂直重力梯度异常和海底地形的相关性进行分析,在20~200 km波段范围内利用梯度异常推估海底地形。结果表明,反演地形的相对精度在7.14%左右,在多海山地区精度较差。     

2012年苏门答腊MW8.6级地震震后效应模拟

基于弹性-粘弹性分层半空间中矩形位错理论和地震波反演的断层模型，结合研究区地壳-上地幔平均波速分层结构，利用PSGRN/PSCMP软件模拟计算2012年苏门答腊MW8.6地震产生的同震效应以及考虑2004年MW9.1地震效应的震后地表形变和重力变化，同时给出震后形变和重力的年变化率。结果表明，同震形变和重力变化显示发震断层左旋走滑特征，其变化主要集中于断层附近；海水质量的重新分布对同震垂直位移和重力变化影响显著；震后50 a年均变化率揭示了地表形变和重力变化的过程, 其图像明显受2004年MW9.1地震震后效应影响，呈现复杂的正负6区域分布；震后50 a近场年均形变量达10 mm/a，年均重力变化量达1.2 μGal/a，而远场年均形变量低于1 mm/a，年均重力变化量低于0.1 μGal /a；水平形变在震后400 a内变化明显，变化率逐步减小，800 a后基本稳定；垂直位移和重力变化在震后100 a内变化尤为显著，变化率快速衰减，400 a后基本稳定不变。     

利用大地水准面模型计算垂线偏差的方法及精度分析

根据大地水准面与垂线偏差的关系，设计合理的计算方案，给出利用大地水准面模型计算垂线偏差的简化公式，并通过模拟计算探讨大地水准面相对精度、取点间距和已知点选取及个数对计算结果的影响。利用GEOID12B模型分别计算GSVS2011、GSVS2014项目中各测站点和美国西部区域（40°~45°N，100°~105°W，分辨率为1′）的垂线偏差，并与GSVS项目垂线偏差实测值和DEFLEC12B模型值进行比较。结果表明，垂线偏差南北分量和东西分量的计算精度均优于±0.5″，说明利用相对精度为cm甚至亚cm级的大地水准面模型可获取较高精度的垂线偏差。     

利用多代卫星测高数据反演海洋重力异常及大地水准面

联合多代卫星测高数据,研究并实现了多种测高数据联合交叉点平差方法,削弱了数据内部系统性偏差;采用沿轨迹加权最小二乘方法,选取适当的搜索半径,确定了浙江近海剩余垂线偏差子午分量ξ和卯酉分量η;基于移去 恢复方法和FFT技术,利用剩余垂线偏差,考虑最内圈带的影响,选取适当的积分半径,反演得到了浙江近海高分辨率的重力异常模型和大地水准面模型;将浙江近海重力异常与船测重力进行比较,差值的均方根为±5.231 58 mGal;将浙江近海大地水准面与EGM96及EGM2008模型大地水准面进行比较,差值的均方根分别为±0.694 57 m及±0.029 51 m。     

大气负荷对兰新铁路线区域地壳形变及重力变化的影响

使用兰新铁路线周边区域2012~2017年的全球大气模型和区域气象站气压数据,根据大气负荷理论,采用移去-恢复法计算该区域在6 a间大气负荷对地壳形变和重力变化的影响。结果显示,大气负荷对兰新线区域的垂直形变影响为1 cm左右,对水平形变影响小于2 mm,对垂线偏差影响约为6 ms,对地面重力影响大致为6 μGal;大气负荷对地壳形变和地面重力的影响总体呈现出年周期性和季节性变化。     

青藏高原大尺度地表流体的重力效应特征分析

基于2002~2017年三维大气再分析模型、水文模式及GRACE卫星重力数据,采用负荷格林函数和卫星重力反演方法分析青藏高原大尺度地表流体的重力效应特征。结果表明,青藏高原地区大气扣除季节项前后的重力效应峰对峰变化介于1.9~10.7 μGal和1.1~4.6 μGal,其负荷效应呈现出显著的季节性特征;土壤水和积雪扣除季节项前后的重力效应峰对峰变化介于0.9~9.9 μGal和0.7~8.3 μGal,其负荷效应呈现出显著的季节性和年际变化特征;GRACE时变重力场扣除季节项前后的重力变化峰对峰变化介于4.4~24.1 μGal和3.4~18.3 μGal,考虑观测误差、构造运动和信号泄漏误差的影响,其显著的季节性和年际变化反映了多种地表流体的综合影响。     

大气负荷效应对浙江地区的影响分析

利用全球大气模型及浙江地区气象站数据，依据大气负荷理论，采用移去-恢复法计算大气压引起的区域负荷形变场及重力场变化。结果表明，在浙江地区大气负荷引起的垂直形变达12.1 mm，产生的地面重力变化超过12 μGal，对水平形变及垂线偏差影响较小，且大气负荷具有明显的年周期及季节性变化规律。     

2017年四川九寨沟MS7.0地震震前地壳密度变化特征

基于紧凑约束最小二乘优化反演算法，利用2014~2017年地表重力变化观测成果，反演得到2017年九寨沟MS7.0地震前震中及周边地区的地壳三维密度变化。结果表明：1）在震中及周边地区出现大范围的重力变化，并沿张掖-西宁-九寨沟一带形成最大值达9 μGal的重力变化梯度带；2） 地壳密度变化量随深度增加而增大，其中在45 km附近达到最大，为0.2 g/cm3；3） 震中及邻区范围内形成密度变化的正负四象限分布（2014-04~2017-04），其表现的物质运移方向呈左旋走滑式分布，与震源机制解基本一致。据此推断，在震前产生了与地震孕育相关的深部构造运动，而强震易发生在物质运移汇聚地方。     

青海门源M6.4地震前重力场变化特征及其动力机制分析

利用河西地区2011~2015年相对重力资料,研究2016-01-21青海门源M6.4地震前区域重力场时空演变特征及其动力机制。结果表明,河西重力场持续多年正、负交替变化,地震前震中区域负异常持续增强并形成重力变化高梯度带,重力正负差异变化最大达到110 μGal。地震发生在重力变化零等值线附近,该等值线分布与祁连山北缘断裂、冷龙岭断裂走向基本一致。     

蓟县基准站长期重力变化特征研究

基于蓟县GNSS基准站1998~2018年近20 a的绝对重力长期变化资料，联合地面大地测量（绝对重力、GNSS）、地表及地下水文数据和GRACE卫星重力数据，计算并分析由地表垂直位移、地下水及地表水负荷等不同物理信号产生的重力效应，获取各影响因素的长期重力变化特征，并对结果进行深入分析研究，得出以下结论：1）蓟县基准站绝对重力近20 a的长期变化总体呈下降趋势，变化率为－1.64±0.53 μGal/a；2）2004~2017年井水位数据显示，蓟县GNSS基准站所在地区地下水水位呈现明显的下降趋势，变化率为－0.66±0.07 m/a，产生的重力效应为－1.94±0.22 μGal/a，是影响该点重力变化的最主要因素；3）综合分析蓟县基准站地面绝对重力和其他各因素重力效应的长期变化特征认为，该点存在每年0.43±0.58 μGal的重力上升变化，可能与首都圈地区上地幔顶部高密度物质的上涌有一定关系。     

沈阳连续重力非潮汐变化异常分析

沈阳台定点重力非潮汐变化数据稳定,但自2017-06以来数据曲线连续5个月明显上升,且速率较大,幅度约为5μGal/月,打破了自2015年断电后重归的稳定状态。通过对仪器观测系统、区域地质特征、GPS资料及周边环境等分析发现,GPS垂直分量于同年5月开始下降,GPS垂向变化引起的重力量值-1.714μGal/mm远小于重力变化;抽水的干扰仅产生0.2181μGal的变化,远小于5μGal/月的量值变化。对GPS垂向引起的重力变化进行定量计算分析,并对水井抽水进行正演模型计算,排除抽水和垂向重力变化的影响,重力非潮汐变化量值约为14.7819μGal。研究发现,外界影响变化不足以引起重力的非潮汐异常。综合分析认为,该重力非潮汐变化异常为地震前兆异常,为后续地震预报提供了可靠依据。     

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尼泊尔M8.1地震震前卫星重力场时变特征

利用多年GRACE卫星重力变化资料,给出尼泊尔及周缘地区的重力场时空变化,以探索2015-04-25尼泊尔M8.1地震震前重力变化特征;并基于球形位错理论,利用断层模型数据模拟同震重力场变化。研究表明,区域重力场变化以2008年为界存在明显的分时段特征,2003~2008年以重力增加为主,而2009~2014年以重力减少为主;且存在明显的分区性,区域重力场在尼泊尔地震震中四周呈正负相间分布;震前局部重力场变化在压缩区重力增加,拉张区重力减少,与理论同震重力变化结果一致。总结研究区域近年来M7.0以上地震震前重力变化特征发现,地震基本发生在重力变化高梯度带的过渡带及重力变化零值线附近。     

智利MW8.8地震重力变化的GRACE观测与构造活动分析

利用GRACE重力卫星数据获取智利地区长期重力变化，提取特征点重力变化时间序列，分析2010 年智利MW8.8地震震前、同震及震后的重力变化，并将GRACE观测到的同震重力变化与球体位错理论模拟结果进行对比分析。结果表明，地震造成发震断层上、下盘显著的重力正负变化；特征点重力变化时序均清晰地揭示出地震造成的重力变化跃迁现象及震后3个强余震的异常信号，特别是震源域特征点重力在地震前2007~2010年呈现出“减小-增加-减小-增加-发震”的变化特征；GRACE观测到的同震重力变化与球体位错理论模拟结果在量级和分布形态上具有较好的一致性；地震不同阶段发震断层两盘重力变化亦有所差异，且受震后地层粘滞性效应影响，发震断层邻域重力变化呈持续性正负变化趋势。     

苍梧M_S5.4地震和呼图壁M_S6.2地震震前重力非潮汐变化特征

分别对苍梧M_S5.4地震震前的梧州台和呼图壁M_S6.2地震震前的库尔勒台连续重力观测数据进行分析研究。结果表明,2次地震前梧州台和库尔勒台分别观测到10个月和7个月左右的重力非潮汐持续性上升变化,月均变化速度分别为5.0μGal/月和5.1μGal/月,累计变化分别约为50μGal和35μGal。经现场核实和理论计算排除环境干扰影响,认为2次地震震前数月的重力非潮汐持续上升变化与孕震过程有关,可为构建连续重力观测地震预测指标体系提供重要参考。     

原平地震的地面重力变化特征

利用山西地区的流动重力观测资料,分析2009年和2016年原平2次地震不同时间尺度的重力场演变特征。结果表明：1）0.5 a尺度重力场变化图像较好地反映了这2次地震震前变化较小→反向变化→在重力变化高梯度带零等值线附近发震→震后调整的演化过程;2）不同时间尺度重力场均显示,地震发生在重力变化梯度带零等值线附近,地震前重力变化量约为40～50 μGal。     

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