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.     

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.     

重力场动态变化与汶川MS8.0地震孕育过程

基于中国大陆1998～2007年（复测周期2～3年）流动重力观测数据,结合GPS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,分析研究了汶川8.0级地震区域重力场动态变化演化特征和孕震机理.结果表明：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和汶川大震孕育的中长期（2～10年）信息;汶川大震孕育的显著重力标志为震中西南持续多年的正重力变化（上升）和出现较大规模的重力变化梯级带,前者有利于地震能量的不断积累,后者有利于地震剪切破裂的发生;与地震孕育相关重力场变化总体呈增大—加速增大—减速增大—发震的过程;8年累积重力变化幅差最大约200×10^-8m·s^-2;2001年昆仑山口8.1级地震孕育发生和震后恢复调整,对区域重力场动态变化和汶川大震的孕育发展具有重要影响;松潘—甘孜块体一般呈现负重力变化,可能反映深部壳幔局部上隆、壳内温度较高而膨胀,有利于逆冲或推覆体运动的形成和大震的发生.     

基于GRACE数据的尼泊尔MS8.1地震北向重力梯度变化

利用德克萨斯大学空间研究中心发布的GRACE RL05月重力场模型数据,采用300 km扇形滤波,得到2015年尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度的时空分布,之后利用最小二乘拟合方法分析尼泊尔及其邻近区域北向重力梯度的长期变化趋势及研究区内6个特征点的北向重力梯度月变化时间序列,并结合黏弹性分层位错理论对GRACE检测尼泊尔M_S8.1地震北向重力梯度同震变化的可能性进行分析. 研究结果表明:在尼泊尔M_S8.1地震发生前北向重力梯度表现出比较明显的正负异常变化,而该地震即发生在北向重力梯度正负变化的零值线附近;研究区北向重力梯度年变率在印度板块边界及其垂直方向所形成的四象限呈正负相间分布,6个特征点的北向重力梯度在2012年4月出现比较明显的跳变. 由此推断,北向重力梯度的动态变化过程反映了震前区域物质迁移和震后壳幔物质黏滞性调整等问题.      

2017年四川九寨沟MS7.0地震前区域重力场变化

利用南北地震带2014-2017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2017年8月8日四川九寨沟7.0级地震发生的关系.结果表明：①区域重力场异常变化与北西西向塔藏断裂和南北向岷江断裂带在空间上关系密切,反映了沿控震断裂在2013-2017年期间发生了引起地表重力变化效应的地壳变形和构造活动.②九寨沟地震前,测区内出现了大空间范围的区域性重力异常,而震源区附近产生了局部重力异常,沿塔藏断裂带形成了重力变化高梯度带,其中,甘肃玛曲、迭部、青海河南蒙古族自治县、四川若尔盖、九寨沟一带重力差异变化达100×10^-8m·s^-2以上;这些可能反映九寨沟地震前,区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用.③九寨沟地震震中位于重力差异运动剧烈的鞍部等值线附近,与断裂走向基本一致的重力变化高梯度带零值线上,这一观测事实进一步佐证了重力场动态变化图像对强震地点预测具有重要的指示意义.     

从重力场变化看攀枝花6．1级地震与宁蒗、盐源交界5．7级地震的关系

本文利用攀枝花和西昌地区2002—2012年流动重力观测数据,作出重力场动态图像和部分重力点值时序变化图像。通过分析重力场变化,研究2008年攀枝花6．1级地震与2012年宁蒗、盐源交界5．7级地震之间的关系,得出攀枝花6．1级地震使攀西地区构造活动加强,较强的构造活动使2012年宁蒗、盐源交界5．7级地震孕育和发生以及地震孕震过程和临震前重力场变化与攀枝花6．1级地震前的变化具有相似性的结论。     

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.     

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。     

安庆5.2级地震震前区域重力场动态变化特征

根据安徽省及周边区域地震动态重力监测网2009-2010年期间的3期绝对重力和相对重力观测成果,给出了监测区域重力场动态变化图像,并以此为基础从场变化的角度分析了安庆地震震前区域重力场的动态变化特征.     

四川地区流动重力资料的位场 分离与异常特征提取

用于监测四川地区重力场随时间变化的流动重力测网于2008年5月12日汶川M_S8.0地震后进行了全面改造, 形成了新的闭合环线并对整网点位每年实施2次重力观测工作. 该文以2010—2012年获取的5期流动重力资料为基础, 分别采用小波多尺度分解和三维视密度反演等位场分离方法, 对测区内重力场的动态变化进行多层次分解及异常特征提取, 以探求四川测区范围内重力异常动态变化特征以及地震前后不同深度范围内密度变化情况与重力场响应之间的关系. 结果表明, 对同一期资料进行小波分解得到不同阶次的细节图像, 揭示了不同深度处重力异常动态变化特征; 分解结果同时也表明了四川测区范围内重力场的变化形态与川内特有的断裂构造格架和深部结构环境及过渡带特征密切相关. 通过对不同时期的差分重力异常资料进行三维视密度反演对比研究发现, 在地震前后四川测区范围内由浅到深密度变化呈现出不同程度的差异, 震区附近出现较为明显的横向密度变化特征且浅层物质密度局部性的异常变化差异较为突出, 测区范围内中上地壳深度层密度反演切片显示出的趋势性差异基本上反映了地震前后测区内地下物质的动态变化趋势, 因此, 深刻认识不同深度范围内重力场的动态演化特征, 对研究壳内物质密度变化以及与地震的孕育和发展有关的深部介质环境具有积极的意义.      

2016年射阳M_S 4.4地震前后重力场变化

利用江苏重力测网2014—2017年重力场观测资料,采用绝对重力控制与相对重力联测相结合的平差方法,获取2016年射阳M_S 4.4地震前后重力场变化图。根据射阳M_S 4.4地震前后射阳地区各测线重力段差变化特点,绘制重力场等值线并进行对比分析,结合相关机理,探讨重力场变化与该地震的内在联系。同震观测数据显示:射阳M_S 4.4地震发生在重力异常值高梯度带附近,发震时震中地区位于NS挤压正异常、EW张拉负异常状态,震后区域重力梯度变化量开始减小,是一种典型的重力异常调整现象。     

日本MW9.0地震震区及其周缘2002—2015年卫星重力变化时空特征

本文在考虑全球陆面数据同化系统陆地水储量变化影响后,利用2002年4月—2015年4月GRACE卫星RL05月重力场模型获取了2011年日本M_W9.0地震震中及其周边区域的重力场信息;然后给出了日本及其周边2003—2015年的年度累积重力变化和差分重力变化,并且利用经验正态函数方法深入分析了该地震过程中同震重力变化对区域重力场的贡献. 结果显示:日本M_W9.0地震前研究区域出现了幅值高达2×10-8 m/s2的异常重力变化,其同震效应的时间和空间特征均出现在第一模态,且同震重力变化和震后区域重力场变化特征显著,这充分表明该地震对区域重力场的影响显著.      

汶川地震前龙门山区域地壳密度动态变化分析

利用龙门山区域重力网经平差处理和去基准点干扰、 去高程变化影响的1997—2007年11期重复重力观测数据, 借助密度的三维反演方法, 分析研究了龙门山地区地壳各深度的介质密度的动态变化特征。 结果显示: 2008年汶川8.0级地震孕育发生过程中区域密度场的整体时空分布均表现出显著特征。 从时间进程来看, 震前10年的密度变化趋势呈现阶段性变化: 密度变化平稳阶段—变化剧烈阶段(加速增加—缓慢减少)—变化缓慢减少阶段—密度变化缓慢增加阶段, 密度变化程度由强到弱, 表明大地震孕育达到了最后阶段; 从空间分布来看, 密度变化分布有分散—相对集中的趋势, 震前地下密度场具有熵值减小的现象; 密度变化剧烈的地方多发生在龙门山断裂带及其以西的川西高原上。 此外, 随深度的增加, 密度变化趋势越来越明显。 通过比较分析, 在汶川地震前密度变化对重力的影响远远超过高程变化对重力的影响。     

新疆喀什及邻近区域流动地磁和流动重力联合分析研究

利用2014-2015年南天山地区45个测点的2期流动地磁资料,分析喀什及邻近区域相邻两期岩石圈磁场的动态变化特征,同时,利用2014-2016年170个测点的4期流动重力资料,分析不同时间尺度的重力场动态变化信息。研究表明:皮山6.5级地震的发生对皮山一带的地磁矢量分布特征影响较大,总磁场强度、磁偏角和磁倾角均有变化;无论是半年尺度还是一年尺度的重力变化图像都显示乌恰一直处于重力变化的高梯度带;综合多手段的观测资料对震情形势的判定更为准确。     

龙门山断裂带重力变化与汶川8.0级地震关系研究

利用成都地区1996~2008年绝对重力和相对重力观测资料获得区域重力场时空动态变化结果,系统分析了龙门山断裂带重力场变化特征及其与汶川8.0级地震的关系.①重力变化与龙门山断裂构造活动存在密切空间联系,重力测量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成都地区重力场动态图像较完整地反映了2008年5月12日汶川8.0级地震孕育、发生过程中出现的流动重力前兆信息.③映秀及北川重力点值时序变化累积量达120×10^-8m·s^-2,较好地反映了汶川地震前映秀和北川两个极震区附近的重力测点随时间的剧烈波动性上升变化.④汶川地震前,龙门山断裂带东侧的四川盆地相对稳定,而较显著的重力变化发生在龙门山断裂带西侧的川西高原上.     

2016年射阳MS 4.4地震前后重力场变化

利用江苏重力测网2014-2017年重力场观测资料,采用绝对重力控制与相对重力联测相结合的平差方法,获取2016年射阳M_S 4.4地震前后重力场变化图。根据射阳M_S 4.4地震前后射阳地区各测线重力段差变化特点,绘制重力场等值线并进行对比分析,结合相关机理,探讨重力场变化与该地震的内在联系。同震观测数据显示：射阳M_S 4.4地震发生在重力异常值高梯度带附近,发震时震中地区位于NS挤压正异常、EW张拉负异常状态,震后区域重力梯度变化量开始减小,是一种典型的重力异常调整现象。     

2013年四川芦山Ms7.0地震前的重力变化

利用川西地区2010-2012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2013年4月20日四川芦山7.0级地震发生的关系.结果主要表明:①区域重力场异常变化与北东向龙门山断裂带南段和北北西向马尔康断裂带在空间上关系密切,反映沿该两断裂带(段)在2010-2012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芦山7.0级地震前,测区内出现了较大空间范围的区域性重力异常,而震源区附近产生了局部重力异常,沿龙门山断裂带南段形成了重力变化高梯度带,其中,宝兴、天全、康定、泸定、石棉一带重力差异变化达100×10^-8m·s^-2以上;这些可能反映芦山地震前,区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用.③重力场差分动态演化图像和重力场累积变化动态图像均反映芦山7.0级地震孕育过程的最后2~3年出现较显著的流动重力异常变化,可视为该地震的中期前兆信息;本文第一作者等也曾基于该流动重力异常变化在芦山7.0级地震前做过一定程度的中期预测,尤其是地点预测.本文的例子再次证明流动重力观测能较好地捕捉到强震孕育发生过程中,特别是该过程最后阶段的重力异常变化信息.因此,区域流动重力场观测对未来强震的中-长期预测,尤其是在发震地点的判定上具有优势.     

CHARACTERISTICS OF MULTI-SCALE GRAVITY FIELD VARIATION AND SEISMOGENIC MECHANISM ANALYSIS IN THE SOUTHEASTERN TIBETAN PLATEAU

As the most basic geophysical field, the earth gravity field has achieved wide attention, and its spatial anomaly characteristics and dynamic variation can provide important scientific basis for studying the internal structure and dynamics of the Earth. Based on the mobile gravity observation data of the southeastern Tibetan plateau from 2013 to 2016, the dynamic variation tendency and anomaly characteristics of the regional gravity field in different temporal resolutions are obtained before and after the Ludian and Jinggu earthquakes in the study area respectively. The method of wavelet multi-scale decomposition is used to analyze the relationships of gravity field variation with the earth movement, material density change, and strong earthquake preparation. The deep material variation, dynamic process and the mechanism of earthquake inoculation in the southeastern Tibetan plateau are further discussed. Results indicate that the gravity field variation in the source region before the Ludian and Jinggu earthquake respectively is characterized by obvious positive and negative anomalous transition zone and gradient zone that are consistent with the direction of fault tectonics, suggesting the strong crustal movement and mass migration during the earthquake incubation period. The result of wavelet multi-scale decomposition of the gravity field during the period from September 2013 to April 2014 shows that the gravity field variation at different depth and space scale in the crust and upper mantle of the southeastern Tibetan plateau is significantly correlated with seismic distribution and the location of active fault zone. This indicates that the earthquake inoculation in the study area is closely related to the fault movement and the distribution of material density in the crust and upper mantle, which may be affected by the complex deep dynamic process of the material migration in the crust and mantle. The characteristic that strong earthquakes always occur near positive and negative anomaly transition zones and gradient zones of gravity field change is preliminarily explained, based on the dynamic process of material migration in the crust and upper mantle of the southeastern Tibetan plateau. The research results of this paper have some reference value to the study on the earth movement and seismogenic mechanism.     

2013年芦山Ms7.0地震前重力场源变化分析

陆地重力观测获取的时变重力信号是研究地壳内部孕震区介质变化的重要依据。利用贝叶斯平差方法处理了川西地区2010—2012年的流动重力观测资料,发现相对重力仪的格值系数在两年内变化可达2×10^-4,而且仪器存在较小的非线性漂移率;重力场累积动态变化图像显示,2013年芦山MS7.0地震发生在重力梯度带零值线与龙门山断裂带交会部位附近。进一步采用等效源方法划定了测网内以雅安、康定和石棉为中心的场源分辨能力较高的区域,并反演了地震前的地壳视密度变化。场源视密度动态变化结果表明:2013年芦山MS7.0地震前2年,在龙门山断裂带的南侧和鲜水河断裂南段的东侧区域形成了范围较大的等效视密度增加区,而在小金至康定一带和都江堰周边地区也存在小规模的视密度增加。本文基于陆地时变重力测量结果反演得到芦山地震前的地壳内部等效视密度变化,可为研究壳内深部孕震环境变化特征提供参考。     

古田地震水口水电站重力坝强震观测记录HHT分析

利用HHT变换研究2008年3月6日福建古田ML4.6地震中,水口水电站重力坝强震反应台阵获取的强震反应观测资料的时频特性及重力坝结构动力特性,得到如下结论:(1)强震记录能量集中在0～15Hz频段和10～15s时段;(2)重力坝顺河向主频为3.7Hz。分析结果对认识水库地震近场地震动特性和重力坝地震反应有一定的实际意义。