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.     

华北地区热均衡、重力均衡与深部构造

本文基于最新的全球重力场模型TopexV18.1数据,在区域背景尺度下,计算了华北地区的区域布格重力异常,并反演了Moho面分布特征;在此基础上结合区域地热流测量数据,讨论重力均衡和热均衡调整过程对现今地形的影响;最后,结合已有的速度结构模型和岩石圈热参数,对10个次级块体单元的热均衡特点开展了综合对比研究.研究结果表...     

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。     

GOCE卫星监测的中国区域重力异常

介绍了利用最新一代重力卫星GOCE(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer)重力场模型数据计算重力异常的原理和方法,采用最新发布的GOCE重力场模型数据(2009年10月-2010年7月)计算了中国区域(70°～130°E,15°～55°N)的重力异常,为了进一步分析重力异常与区域地质构造及地震活动性的对应关系,将计算结果与中国区域地形、地震活动区域等资料进行了对比分析,结果表明利用GOCE重力场模型数据计算的重力异常能够较好的反映区域地质构造分布特征,而且强震震中通常位于重力异常变化剧烈的高梯度带上.     

北天山中段近期重力场变化特征研究

利用北天山中段最新的流动重力观测数据,通过整理计算平差,绘制该地区半年和一年尺度的重力场变化图像;选取横跨北天山中段乌鲁木齐、独山子两条测线,并分别绘制其重力剖面变化图;结合北天山中段地区动力构造环境,剖析该地区重力变化特征及其与地震孕育之间的关系。分析表明:北天山中段地区重力异常变化值不大,重力变化等值线图和剖面变化图均能较好地反映重力场随时空变化特征;北天山中段动态重力变化特征基本反映了该地区动力构造运动的外部环境;研究区域内的重力场空间格局分布特征较清晰,其重力变化具有明显的分区特征,山体和盆地之间的重力变化具有显著差异,山体与盆地边缘正负重力变化交替出现,且变化相对较平稳。     

用双三次样条函数模拟青藏高原东北缘重力场动态图像

用双三次样条模拟了1992～2001年间青藏高原东北缘重力变化时空分布信息，初步研究了本区的重力变化与地震活动及构造活动的关系。结果表明：①在地震孕育过程中，区域重力场出现有规律的变化并产生重力变化异常区或重力变化密集带。②在重力变化显著时段，以兰州为界，测区西北、东南和东北具有不同的重力变化特征。③重力变化与测区主要断裂构造带走向基本一致，重力变化等值线与断裂分布关系密切。     

华北地区重力场变化特征与孕震模型研究

本文采用基于贝叶斯原理的重力平差方法对华北地区2009—2017年的16期陆地流动重力观测资料进行了统一处理,结合研究区内2009年以来4次M≥4.5 地震活动,分析区域重力场动态演化特征。基于华北地区均衡重力异常、布格重力异常、沉积层重力异常和莫霍面重力异常,研究华北地区三维密度结构特征,分析区域重力场变化与深部密度结构之间的关系。结果表明:研究区内近年来M≥4.5地震均位于区域差分重力场和累积重力场“零值”等值线附近、异常变化剧烈的梯度带及梯度带转弯部位,以及深部结构中理论均衡厚度与实际地壳厚度存在差异的非均衡区和三维密度结构的高低密度过渡带内。      

华北时变重力场离散小波多尺度分解

利用华北地区地震重力监测网的绝对重力与相对重力多期重复观测资料,处理获取不同时空尺度的华北区域重力场动态变化图像.利用二维小波分解技术,将不同场源深度异常进行了分离,并对不同时空尺度的重力变化给出了解释,提高了对华北地区重力场变化趋势的认识水平.在此基础上,通过对小波细节的功率谱分析,可以获得各阶小波变换逼近及小波细节分析图所对应的场源深度.研究结果表明,不同时空尺度的重力场变化对于深入认识华北地区潜在地震危险性具有一定的科学意义.     

起伏地形条件下流动重力数据处理方法研究

当前在我国大陆基于固定测点的流动重力重复测量是获取区域性重力场变化信号的主要观测手段.通过定期的重复测量,可以了解重力异常变化的空间特征,这些变化信息与区域构造变形和多种动力学过程密切相关.     

基于欧拉反褶积方法估算华北地区重力变化的等效源参数

利用华北地区2009—2014年绝对重力与相对重力多期重复观测资料, 得到不同时空尺度的华北区域重力场动态变化图像。 采用欧拉反褶积方法, 通过对理论模型试算, 获得最优反演参数, 对引起华北地区重力场变化的场源深度和空间分布规律进行了反演计算和分析。 结果表明: 当构造指数为1时, 适合对流动重力场变化数据进行反演。 实际资料的反演结果在2009—2014年间的场源位置集中于河套断裂带。 本文研究方法可以用于重力场反演和以场求源的定量研究。 本工作为流动重力变化信号的反演和解释提供一条新思路, 也为构建地震重力预报指标体系提供了定量依据。     

基于流动重力资料的平原地区深部构造解释

以河北省流动重力测点覆盖区域内邢台地区4条断裂为例,将卫星布格重力异常与实测布格重力异常进行对比,发现流动重力资料可更为详细地反映测点周围构造的空间分布特征,为精细刻画华北平原地区深部构造背景提供可靠资料。采用向上延拓方法,对实测布格重力异常进行处理,获得不同上延高度的布格重力异常图像,结合当地地震地质与构造资料进行分析,并对流动重力资料在构造解释上的应用前景进行展望,认为该方法可提高现有资料的利用价值,适合在流动重力测量地区推广。     

GRAVITY VARIATION BEFORE AND AFTER THE MS5.4 EARTHQUAKE IN CANGWU IN 2016

Based on the mobile gravity observation data in 2014-2016 in Guangxi and its adjacent areas, this paper systematically analyzed the changes of regional gravity field and its relation to the M_S5.4 Cangwu, Guangxi earthquake on July 31, 2016, and combined with GPS observation data and seismic geological survey results, discussed the temporal and spatial distribution characteristics of the changes of regional gravity field and its mechanism. The results show that:(1) Before and after the M_S5.4 Cangwu earthquake, the gravity anomaly changes near the earthquake area were closely related to the major faults in space, which reflects the crustal deformation and tectonic activities that caused the surface gravity change along the seismogenic fault in the period of 2014-2016; (2) The gravity changes near the epicenter before and after the M_S5.4 Cangwu earthquake showed an evolution process in which the positive gravity anomaly zone changed to the negative gravity anomaly zone, a gravity gradient belt appeared along NNE direction and the earthquake occurred in its reverse change process; (3) The epicenter of the M_S5.4 Cangwu earthquake located both near the gravity gradient belt and in the zero transition zone of the surface strain gradient and the edge of the high maximum shear strain rate area, the observational fact further proved that the dynamic image of gravitational field and deformation field have important instruction significance to the location prediction of strong earthquakes; (4) in recent years, the gravity dynamic change in northwestern Guangxi presented a four-quadrant distribution pattern, and there is the risk of generating earthquake of magnitude about 5 in the center of the quadrants.     

青藏高原东缘重力导纳模型均衡异常时空特征

青藏高原东缘地处南北地震带,在卫星自由空气重力异常图上对应明显的正负异常梯级带变化特征,沿着异常梯级带分布多条深大断裂,属于构造单元的边界区域.本文利用重力导纳分析方法,计算了该区重力导纳模型均衡异常背景场;通过与Airy模型和弹性板模型的均衡重力异常特征对比,结合地震活动性分布特点,评价均衡重力异常计算结果和选择计算...     

Estimating Field Source Parameters of Gravity Change in North China Based on the Euler Deconvolution Method

Based on the absolute and relative gravity observations in North China from 2009 to 2014, spatial dynamic variations of the regional gravity field are obtained. We employed the Euler deconvolution method and the theoretical model to get the best estimates of parameters. Gravity field change caused by the depth and distribution in North China is calculated by back analysis. The results show the structural index that equals 1 is suitable for inversion of the gravity variation data. The inversion results indicate that the depths of anomaly field sources are spread over the Hetao fault. The research method of this paper can be used in the quantitative study on the field source and may shed new light on the interpretations of gravity change, and also provide quantitative basis for earthquake prediction index criterions based on the gravity change.     

preliminary discussion on horizontal gravity gradient and its application to seismic gravity precursor research

In this paper, according to the synthetic gravity anomaly of a horizontally infinite cylindrical geologic body, gravity gradient in horizontal direction was calculated by potential field discrete cosine transformation in frequency domain. In the calculation, the minimum curvature method was used to extend edge lines. We found that the gravity gradient field from the potential field transformation was dependable by comparison with synthetic gravity gradient, except the data in the edges. Then, the accumulative horizontal gravity gradients before Lushan M_S7.0 earthquake were calculated for the accumulative gravity anomaly from September 2010 to October 2012. In the north-south direction, gravity gradient in Daofu-Kangding-Shimian and Markang-Lixian-Lushan exhibited a positive high value, and the strike of the high value zone was in line with the strike of Xianshuihe Faults and Markang Faults. In the east-west direction, high value zone was not as obvious as that in the north-south direction. Gravity gradients in the direction along and vertical to the strike of Longmenshan Faults were calculated by the definition of directional derivative. In the along-strike direction, high gravity gradient values appeared in Markang-Lixian areas along Markang Faults and Daofu-Kangding-Shimian areas along Xianshuihe Faults, and extremum appeared in Kangding-Shimian and the area nearby Lixian. In the direction vertical to the strike of Longmenshan fault zone, high gravity gradient values appeared in Lixian-Lushan-Kangding-Shimian areas, and the extremum appeared in the area nearby Kangding. The results indicate that gravity gradient in the direction along and vertical to the strike of faults can better show the relative gravity change on the two sides of faults. Lushan M_S7.0 earthquake is located at the transition zone between the two high value zones of gravity gradient. The total horizontal gravity gradient shows that the location and strike of the high value zone are basically consistent with regional faults, and the extremums of total horizontal gravity gradient appeared nearby Lixian, Kangding and Shimian.     

东北地区构造分区与深断裂研究——基于重力场小波多尺度分解

基于东北地区的布格重力异常资料,通过小波多尺度分解,将重力异常分解为四阶.提取主要反映深断裂的重力异常2、3阶小波细节,利用不同方向的水平梯度,计算并强化深断裂的线性特征,解译出12条深断裂,同时,结合功率谱法、东北地区地震分布、震源机制解和地质信息推断断裂的下切深度和性质,结果表明:12条深断裂分别对应拼贴地块的缝合带和对东北地区盆地群的分布与演化有着明显控制作用的岩石圈断裂两类;深断裂体系主要方向为北东、北北东向且大多为走滑断层;提取主要反映深层块体异常的3、4阶小波细节并结合深断裂体系将研究区划分为五个重力场一级分区,并首次将额尔古纳块体和兴安块体分开.五个大区分别为额尔古纳块体、兴安块体、松嫩块体、佳木斯块体和华北板块;其中兴安块体又分为二连盆地、大兴安岭两个二级分区;松嫩块体又分为小兴安岭、松辽盆地、张广才岭三个二级分区;佳木斯块体又分为那丹哈达地体、三江盆地、桦南—穆棱三个二级分区,华北板块又分为辽东半岛、华北板块、北部断裂带三个二级分区,结果表明了研究区的基本构造格局.