基于GRACE卫星和地表流动重力的汶川MS 8.0地震前重力时空变化

利用GRACE卫星重力场模型和地表流动重力观测资料,计算2008年汶川M_S 8.0地震发生前6年的重力变化,对卫星和流动重力段差结果与卫星重力反映的重力场动态变化特征进行研究,结果表明：①GRACE卫星重力段差受滤波半径影响显著,与地表流动重力观测结果相比,在重力变化数值上差异较大,在变化率上较为一致;②在汶川地震孕育阶段,川滇地区重力等值线呈“增大—减速增大—减小”的特征,震前2年形成近似垂直于龙门山断裂带的重力变化梯度带。     

利用重力卫星研究青海玛多及云南漾濞地震周边2002—2021年重力变化

文中基于2002—2021年卫星重力观测数据及全球水文模型,计算了青海玛多及云南漾濞地震震中区及周边(18°～45°N,83°～115°E)范围的重力变化趋势、累积重力变化、差分重力变化及重力时变序列,并模拟青海玛多地震同震重力变化,以探索涵盖此次地震震中的大尺度重力变化背景及可能存在的孕震信息。研究结果表明:1)研究区域长期重力变化趋势的范围为-1～1μGal·a^-1,重力变化长期呈现出负—正—负—正的大四象限空间布局; 2)云南漾濞地震及青海玛多地震均位于重力变化四象限分布的低值区及高梯度带的拐角处,这与地表重力地点预测的基本特征一致;3) 2002年以来的M_S≥7.0地震,如汶川地震、玉树地震、芦山地震、九寨沟地震、玛多地震、尼泊尔地震等都发生在该四象限分布的中心区域或与构造相关的高梯度带的拐角处,这与地面重力地震预测的震例经验吻合; 4)基于位错理论模拟的青海玛多地震的同震重力变化可达-40～151μGal,重力卫星精度需要提高1～2个量级方能探测到这一变化。重力卫星星座的搭建将为提高卫星重力地震监测能力提供可能。     

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Ms8.0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.     

GRACE卫星观测到的与汶川Ms8.0地震有关的重力变化

利用GRACE卫星重力资料,计算了中国大陆及周边的卫星重力时变场和地表密度变化分布,获取了具有代表性的点位区域的每月重力变化时间序列.同时获得了WUSH、LHAS、KUNM、LUZH站相对于区域参考框架的GPS位移时间序列.卫星重力观测结果显示喜马拉雅弧形带的重力在2004年苏门答腊M_w9.3地震后快速下降, 2006~2008年尤为明显,西域地块西北边界带上震后重力下降也较为显著;而沿青藏高原北至东边界2007年出现明显的重力上升沿构造边界的弧形分布,且2008年南北地震带中南段重力上升变化显著.这些苏门答腊地震后的重力变化趋势到汶川地震发生后才开始改变.GPS位移结果显示四个台站均记录到苏门答腊大地震的同震信号,震后WUSH、LHAS、KUNM站水平位移向量出现明显的运动趋势改变,且一直持续到2008年汶川M_s8.0地震的发生.GRACE卫星揭示的青藏高原及周边地表质量的变化为解释汶川地震的动力机制提供了新的观测途径和资料.本文结合区域构造运动的特点和GPS位移,对GRACE观测的时变重力场特征及汶川地震的动力机制进行了初步解释和讨论.     

小波多尺度分析尼泊尔MW7.8地震前卫星重力变化

利用GRACE重力卫星RL05月重力场数据,获取尼泊尔大地震前后震源区周缘2010-2015年每月重力变化,以及震中点位重力时间序列.基于小波多尺度分析方法对卫星重力场进行分解,获得重力场细节和近似部分.研究结果表明:尼泊尔地震前5年(2010-2014)内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,2...     

青藏高原GRACE卫星重力长期变化

本文采用最新的GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)(RL05)数据,通过水文模型(Global Land Data Assimilation System, GLDAS与Climate Prediction Center, CPC)扣除土壤水及雪水的影响,利用Paulson提供的冰川模型结果扣除GIA(Glacial Isostatic Adjustment)的影响,采用尺度因子的方法减少数据处理过程中误差的影响,最终基于最小二乘计算方法得到2003—2013中国及周边地区长期性重力异常变化情况.结果发现青藏高原有较为明显的重力上升信号,我们认为该信号可能由印度板块俯冲欧亚板块导致青藏高原地壳增厚所引起.接着依据GPS观测结果和艾黎均衡假说构建了地壳形变模型并通过直立长方体模型予以正演模拟分析.以班公湖—怒江断裂带为界将青藏高原划分为南北两大区块,结果显示青藏高原重力异常大致以0.2 μGal·a-1的速率在递增,小于GRACE得到的0.3±0.08 μGal·a-1的增长速率(对应于地壳增厚速率约3 mm·a-1),剩余未解释部分可能与湖水、冰川因素、冻土因素等有关.该结果对于认识青藏高原隆升动力学有一定参考意义.     

河北省沧州地区重力变化的初步分析

重力复测资料表明,沧州地区出现趋势性变化,最大变幅达92×10~(-8)m/S~2。本文的分析结果认为,这种变化部分与沧州地区地面沉降有关,部分与地壳深部的变异因素有关,不排除该地区发生中强地震的可能性。     

卫星重力捕捉龙滩水库储水量变化

利用近7年的Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE)重力卫星资料,采用改进的滑动窗去相关滤波和扇形滤波技术计算了红水河上游区域的重力变化,结果显示红水河上游区域重力场有明显的上升趋势.利用Global Land Data Assimilation Systems (GLDAS)土壤湿度模型计算了地表水对重力场的影响,结果表明土壤湿度变化对重力场的影响主要表现为季节变化特征, 对该地区重力上升趋势的变化并没有明显的贡献.扣除土壤湿度影响之后的剩余重力变化曲线显示,在2006年9月前后该地区剩余重力有一约2.17 μGal的重力抬升.报道资料和水库储水量模拟结果表明,这一重力抬升与我国在建第三大水电站——龙滩水电站水库蓄水有关.这一结果说明GRACE卫星不仅能够反映大尺度的季节变化信息,而且能够为监测大型水库水储量变化提供近实时的空间对地测量资料.     

GRACE观测的区域重力场变化与大地震关系探讨

利用GRACE重力卫星观测资料, 系统地分析了喜马拉雅俯冲带及周边几次7级以上大地震前后的区域重力场变化特征。 研究发现, 2005年巴基斯坦M_S7.8、 2008年汶川M_S8.0、 2011年缅甸M_S7.2、 2013年芦山M_S7.0和2015年尼泊尔M_S8.1等大地震都发生在重力显著变化区域及周边, 地震前几年开始区域重力在原变化趋势下呈现快速减小特征, 而后, 减小后的重力恢复增加, 大地震均发生在这种重力变化过程中。 大地震前的这种重力变化过程与苏门答腊M_W9.3和东日本M_W9.0地震的同震和震后区域重力变化过程类似, 只是幅度要远远小于这两个地震的同震和震后变化, 而且重力减小恢复较快。 综合分析认为喜马拉雅俯冲带及周边区域几次7级以上大地震前后的区域重力变化, 都与巨大地震过程中, 板块活动调整的弹性变形、 区域地下深部地幔物质运移和热引起的区域气候改变有关。 据此, 为区域重力变化的共同特征提出一种物理过程模式解释。 苏门答腊M_W9.3及其巨大余震过程中, 喜马拉雅俯冲带局部区域出现地壳的拉伸、 下沉, 一段时间后, 转变为挤压、 抬升。     

重力卫星GRACE Mascon产品的应用研究进展与展望

2002年重力卫星GRACE的成功发射极大地促进了地球科学多个领域,包括全球海平面变化、极地冰盖与高山冰川消融、水文以及固体地球等多个领域的发展.然而,GRACE观测数据主要是以球谐系数的形式给出,需要应用者进行一系列预处理才可以得到对应的物理量.为了克服此困难,也为了提高GRACE恢复重力场地空间分辨率,相关机构在近些年推出了新一代GRACE观测数据产品,即Mascon产品.该产品的初衷是便于非大地测量和地球物理专业的人使用,比如水文学家、海洋学家,它无需进行任何后处理过程,使用上更加方便.然而,尽管Mascon产品以较高的空间分辨率(如1°)给出,但是,该产品的应用范围以及其实际的分辨率等都是科学家们非常关注的问题.目前科学家们已经对该产品在不同流域尺度以及不同应用领域上的适用性问题进行了系统性地评估.本文综合介绍了Mascon产品的基本原理和方法、三家Mascon产品的差异,并梳理了该产品和球谐系数产品之间在一些具体物理问题的应用中的适用性以及应该注意的问题,为广大科研工作者提供科学依据和使用参考.     

云南断层形变强震异常特征

运用1983～2009年云南地区跨断层短水准短基线观测资料,研究了该时段3组7次M≥6.5地震(澜沧—耿马M7.6、M7.2,孟连M7.3、武定M6.5、丽江M7.0,姚安M6.5、缅北M7.0)的形变前兆特征。以断层运动速率与基准值之比定义异常参数R,定量分析了异常与本区域强震的关系,提出强震预测指标。结果表明,R值出现异常后0.5～16个月,川滇菱块内发生M≥6.5或菱块外围400km范围内发生M≥7.0,并表现出不同的异常特征。菱块外强震前比菱块内强震前R值异常出现时间早,异常持续时间较长;菱块外强震前R为正值异常,菱块内强震前R为负值异常。研究结果对预测云南地区M≥6.5强震有一定的应用价值。     

渭河盆地及邻区重力异常小波多尺度分解与解释

基于EGM2008重力场模型计算获得了渭河盆地及邻区布格重力异常。采用小波多尺度分解方法对布格重力异常进行了4阶小波逼近和小波细节分解,同时基于平均径向对数功率谱方法定量化地计算出1~4阶小波细节和小波逼近所对应的场源平均埋深。结合区域地质和地震资料,对获得的重力场结果进行分析,得到如下结论:①鄂尔多斯地块、渭河盆地、秦岭造山带3个一级构造单元的布格重力异常之间存在明显差异;构造区内部重力异常也存在横向的显著差异。布格重力异常的走向、规模、分布特征与二级构造区及主要的断裂具有一定的对应关系。②渭河盆地及邻区布格重力异常1~4阶细节对应4~23 km不同深度的场源信息,鄂尔多斯地块南缘东、西部的地壳结构存在明显的差异;渭河盆地凹陷、凸起构造区边界清晰,断裂边界与重力异常边界具有较好的一致性;秦岭造山带重力异常连贯性不好,东、西部重力异常变化特征表现出明显的差异。③渭河盆地及邻区布格重力异常分布与莫霍面埋深具有非常明显的镜像关系。渭河盆地及邻区地震主要分布在六盘山—陇县—宝鸡断裂带、渭河断裂与渭南塬前断裂交汇处、韩城断裂与双泉—临猗断裂交汇处。渭河盆地及邻区重力异常主要由中上地壳剩余密度体所影响,这可能是该区地震以浅源地震为主的主要原因。     

江苏及邻区地方性震级量规函数的研究

基于2009～2018年江苏及相邻数字地震台网记录的2602次地震事件观测资料,通过震级残差统计方法得到了72个台站的单台震级与台网平均震级的偏差、平均偏差和标准偏差,分析了震级偏差频次分布和定量统计结果,进而修正了江苏及邻区的地方性震级量规函数。实际地方性震级测定结果表明,使用校正后的量规函数比新震级国家标准(GB17740—2017)中量规函数所测定的震级的标准差更小,且单台震级残差相对更集中于0,这说明该量规函数有助于提高江苏及邻区地方性震级测定精度。     

Study on Ground Motion Attenuation Relation in Shanghai and Its Adjacent Region

Based on intensity data in Shanghai and its adjacent region, the intensity attenuation relation is determined. Selecting the western United States as a reference area where there are rich strong ground motion records and intensity data, and by determining ground motion attenuation relation in an area lacking in strong ground motion data, we obtain the ground motion attenuation relation in Shanghai and its adjacent region.     

广东及其邻近区域中小地震应力降研究

分析了广东及其邻近地区1999至2004年9月间86个ML≥2.0级地震的应力降值,结果表明,应力降随震级的增大而出现不同尺度的变化,lg△σ的分布大致分为两个阶段:①ML≤4.0级地震,随着震级增大,lg△σ呈增大的趋势;②ML≥4.0级地震,lg△σ不随震级的增大而增大,稳定在一范围内。统计结果表明,本区ML2.0～2.9级地震应力降平均值为4.5bar,ML3.0～3.9级地为7.6 bar,ML4.0～4.9级地震为10.7 bar。2004年阳江ML5.2级地震前1年左右,曾发生多次应力降高于阳江地区平均值的地震事件,而在临震前几个月应力降总体水平则是偏低的,这一特征在其他地区的中强地震前亦曾出现。应力降平面等值线分布图显示北部湾地区是广东及其邻区应力降背景最高的地区。     

河北省及邻区重力异常多尺度小波分析

静态重力场变化可为地壳深部结构研究提供重要基础数据.本文利用小波多尺度分解方法,对河北及邻近区域(110°～120°E,36°～42°N)的布格重力异常、Airy均衡重力异常数据资料进行了处理分析,得到了不同尺度下的分解结果.结果表明:张渤带、山西带在中上、中下地壳存在一定程度的异常,破坏性地震主要发生在重力异常正负差...     

福建东南沿海重力场演变特征及其与地震的关系

分析研究了福建地区2001～2008年的流动重力测量资料,探讨了福建东南沿海地区重力场变化与永春ML4．6和长泰ML=4．7级地震的关系。结果表明：这2次地震前,靠近震中测点的重力值有明显的变化。     

卫星重力学与重力卫星研究进展

综述了地球重力场研究对揭示其运动和时变与地震之间的关系的重要性；介绍了当今国际固体地球科学与防灾研究的一个新热点——卫星重力学与重力卫星研究的进展。随着重力卫星计划的实施，地球重力场的研究也将因此产生质的变化。文章对CHAMP、GRACE和GOCE重力卫星作了介绍。     

云南地区断层形变群体异常与成组强震

运用前兆综合信息量S、前兆群体非均匀度ID以及近源异常凸现值NS的数学分析这三种方法，对云南地区1982～2004年跨断层短基线短水准资料进行了分析处理．结果表明，在云南地区Ms≥6强震前断层彤变群体异常显著，尤其是成组强震前，群体异常信息较为丰富。