重力变化与地壳形变、地下水关系的研究

地震预报的实践发现,重力变化地区有时并没有地震发生或地震震级与重力变化量不符.其主要原因是与地形变、地下水有关.用弹性理论和动力学理论研究了测点高程变化、密度变化和质量迁移伴随的重力效应及其与地壳活动的关系,探讨了地壳垂直形变、地下水、降水量与重力变化关系,研究其影响量级、时间和方式、以获得与地震直接有关的重力前兆.理论与实践证明,抽取地下水或开采油田引起地壳形变与重力变化呈线性关系.提出了不同含水层对重力的作用和影响也不同.潜水是引起重力变化的主要因素,其次是降水量导致土壤湿度对重力的影响,承压水在无抽水情况下,它的升降对重力几乎没有什么影响.从华北及西南地区的重力观测资料入手,验证了理论与实践的一致性.      

国内外重力异常编图进展及重力异常计算方法改进

论述了国内外重力异常图,特别是海陆联编重力异常图的编制方法、图面表达以及重力异常计算.介绍了中国地质调查局组织编制的几个层次的地质地球物理系列图中的重力异常图.对我国重力调查规范提出了改进建议.国际上逐渐采用GRS80椭球体作为重力测量和计算的水平及垂直基准,有利于重力数据库的管理和不同来源重力数据间的换算及融合使用.北美重力数据库新标准规定了海区布格改正具体参数和计算方法.我国区域重力调查规范的改进应跟进国际发展动态,研究使用全球通用的参考椭球体作为水平和垂直基准.现行的海洋重力调查规范过于简单,除需增补重要技术规定外,还应对海区布格重力异常计算方法进行研究,特别应对海陆联编重力图的编制方法进行规范.     

应用多种来源重力异常编制中国海陆及邻区空间重力异常图及重力场解读

本文通过分析陆地实测空间重力异常数据、海洋船载测量空间重力异常数据、卫星测高重力异常,布格重力异常数据、EGM2008地球重力模型数据等多种来源数据的性质和精度,并对相关数据进行对比,研究了编制1:500万中国海陆空间重力异常图的数据使用方案和技术方法.在地形较为平坦、实测数据分布均匀的陆区,使用实测数据,在地形复杂,实测数据稀少以及没有实测数据的陆区或岛屿,利用布格重力异常反推空间异常的方法合成平均空间重力数据,西藏地区的数据对比实验证明合成平均空间重力异常数据是一种有效的数据补充.利用三观测列方差分解法在南海地区对船载测量空间重力数据和美国SS系列及丹麦DNSC08GRA卫星重力数据进行了方差分解计算,结果表明不同来源的卫星测高重力数据具有很大的一致性,数据精度较以往有了很大的提高.海区空间重力数据使用原则是在船载重力测量数据校准下,全面使用卫星测高重力数据进行编图.海陆过渡区的异常处理应以EGM2008地球重力模型重力场为基准参考场,实现海陆异常平缓过渡,无缝连接.对中国海陆空间重力异常场进行了小波变换处理,对空间重力异常场进行了解读,勾画出三横四竖的一级重力梯级带及其所围限的8个一级重力异常区,并划分了二级重力异常区和梯级带,为块体构造学体系中大地构造格架的建立提供了地球物理证据.     

北京站重力潮汐分析及海潮负荷效应

采用引潮势和海潮潮族作为输入函数,对北京实测的重力潮汐进行了响应分析,将频率相同的引潮力产生的重力天文(引力)潮和海洋潮汐负荷效应产生的重力负荷潮分离开.再对重力天文潮和负荷潮进行调和分析,得到北京重力天文潮和负荷潮的平均变幅分别为121.5和7.5微伽.海洋潮汐的负荷影响为北京重力天文潮的6.2%.     

对油气藏潮汐重力勘探的探讨

利用油气藏潮汐重力异常直接找油是近年从俄罗斯引进的方法,但这一方法的原理在国内研究得很少,其有效性和可靠性还没有得到充分的论证.本文对油藏潮汐重力的形成机制、潮汐重力的观测和数据处理方法进行了研究.理论计算表明,油藏潮汐重力异常在微伽量级,而实际资料表明潮汐重力的观测误差为10μGal量级,油藏潮汐重力异常可能会被噪声淹没,所以没有观测到潮汐重力异常不等于地下没有油气;实际观测的潮汐重力异常可达数十μGal,即使超过观测误差的3倍,也不能将它直接归因于油藏产生的潮汐重力异常.例如:潮汐重力改正的误差可能达到数十μGal,对有效异常形成干扰.     

大气重力格林函数的理论计算

重力测量中需要扣除大气的影响.大气负荷对重力测量的影响可以分为大气质量变化引起的直接效应和大气负荷引起的地球变形带来的间接效应,大气负荷对重力观测值的直接影响,相对于间接效应量级较大.本文从理论上研究了大气负荷对重力观测的直接影响,仿照Farrell定义的负荷格林函数,引入大气重力格林函数,用来表示大气压变化对于重力观测的直接引力影响.在前人的基础上,本文采用了更为精细的大气模型,考虑大气温度随高程的变化,用离散褶积的方法求得了大气重力格林函数的理论值.实际计算时还要考虑地表温度、台站高程、周围地形等因素的影响,本文讨论了这些因素对大气重力格林函数的影响.考虑地表温度、台站高程、地形改正等各种影响因素以及地球变形引起的间接效应后,对台站周围区域积分即可求得大气变化引起的理论重力信号.     

重复绝对重力测量观测的滇西地区和拉萨点的重力变化及其意义

根据近年来在滇西地区和西藏拉萨绝对重力点上的一些新的绝对重力重复观测结果 ,对1990年以来在这些点上绝对重力重复观测结果进行了分析. 滇西地区的5个绝对重力观测 点的近10年的重复观测结果表明,大部分观测时段没有出现与地球动力学事件有关的重力变 化,只有丽江和洱源2个绝对重力观测点的观测结果显示丽江地震前后有变化. 为了研究该 重力变化的原因,本文正演模拟了出现重力变化期间丽江地震同震位错引起的重力变化,模 拟结果与实际观测结果有较好的一致性. 西藏拉萨近10年以来的重复观测结果给出了拉萨点 的绝对重力值以-1.82±0.9×10-8m·s-2·a-1速率下降,这从重力学 的角度反映出青藏高原的隆升. 对拉萨点的重力变化机制进行了探讨,根据印度板块与欧亚 大陆俯冲模型计算的拉萨点重力变化速率与观测到的重力变化速率较一致,表明现今拉萨地 区重力变化是由于印度板块与欧亚大陆俯冲所引起. 根据印度板块向欧亚大陆俯冲的位错模 型计算的拉萨点的重力变化与地表垂直位移的关系,将重力变化转换为拉萨点的隆升速率为 8.7mm/a.      

辽宁地区时变重力场源变化特征分析

地震重力分析通过研究时变重力场变化获取地球内部介质物性变化信息.采用贝叶斯重力网平差方法对辽宁地区2011-2014年共计四年7期的流动重力观测资料进行处理,对研究区重力观测网总体监测能力做出分析,选用欧拉反褶积对研究区的重力变化场源深度及空间分布特征进行反演和解释.通过反演计算发现,在2013年灯塔Ms5.1地震前沈...     

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.     

孕震过程中重力位、重力、重力梯度变化的数值模拟研究

简要介绍了为探索和解释地震前后重力变化的各种孕震模式,推导了由孕震引起的密度变化和位移与地面重力位、重力、重力梯度之间的变化关系。摸拟计算了孕震位移和密度变化引起的重力位、重力、重力梯度变化的空间分布并分析了重力位、重力、重力梯度变化的空间分布特征。与此同时,采用广义司托克斯云积分和有限差分方法对云南丽江7. 0级地震前重力位、重力、重力水平梯度进行了计算。结果表明,强震前重力位、重力、重力梯度有其自身的变化特征,这对预测强震有实际意义。     

基于CORS站网监测三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响

三峡地区水资源丰富,加上三峡水库蓄放水的影响,水动力环境复杂,对该区域陆地水负荷变化影响的研究还比较薄弱.本文基于CORS站网,辅以少量重力台站数据,采用负荷形变和重力场球谐分析方法,研究了三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响.本文研究发现:①基于CORS站网能够监测陆地水负荷引起的地壳形变和地面重力时空变化.②陆地水负荷对垂直形变的影响达厘米级,对水平形变的影响较小,对地面重力的影响可达数百微伽.③2011年1月至2015年6月陆地水负荷对垂直形变影响的年变化趋于平衡,对地面重力变化影响主要集中在三峡水库和重庆市附近.④基于CORS站网确定的三峡地区陆地水地壳垂直形变,与GRACE卫星重力成果在分布规律和趋势上具有较高的一致性,但在部分区域存在差异.本文研究成果可用于水动力环境监测与水资源保护利用,为高程基准和重力基准的动态维护提供支持.     

重力校正中存在的若干问题

目前我国所采用的重力校正中包括纬度校正、高度校正、中间层校正和布格校正四大校正,这种重力外部校正方法中存在大量的简化假设,以降低计算量,提高运算效率,这种简化假设使得重力校正中存在若干问题:1)由于大地参考椭球与重力正常椭球不一致而引起的纬度误差;2)由于垂直基准面不一致而引起的高程异常;3)地形和中间层校正中密度选择不合理使得重力异常与地质构造背景相左等.随着我国重力勘探力度逐步向西部山区转移和重力勘探精度的提高,这种以大量的简化假设为前提的重力校正方法,便成为制约重力勘探的重要因素.本文对上述问题进行了分析论述,总结了国内外学者针对这些问题所进行的研究,并提出了对未来研究方向的展望,即一种基于"正常空间重力异常"的重力校正方法,这一方法的中心思想在于通过建立大地坐标系参考椭球空间任意一点的正常重力公式,将重力异常直接计算到重力测点上,取消了传统重力校正中的四大校正,从而避免各种校正过程中存在的问题.     

山西地震重力监测网起算基准扰动分析

在精细处理山西省地震重力监测网全部观测资料的基础上,研究了经典平差中起算基准的稳定性及其对平差结果的干扰.采用最小二乘拟合方法,消除了起算基准对区域重力场动态变化的影响.结果表明:2010年山西阳曲地震前后的重力异常明显,反映了地震孕育的基本信息.因此,在处理地震重力监测资料和分析地震重力异常时必须修正起算基准的干扰.     

一次冰雹过程的惯性重力波观测及数值模拟

使用高灵敏度的电容式微压波传感器对1998年4月11日16时发生在贵州省普定县的一次降冰雹过程的重力波进行观测,利用WRF（Weather Research and Forecast）中尺度模式对这一过程进行数值模拟,使用Morlet小波方法对模拟结果进行分析,得出这一过程中惯性重力波的分布和变化规律,并分析急流、地形及切变线对惯性重力波的影响.观测发现：在降冰雹前,每隔1~4小时出现一次短周期重力波阵性增强的现象.数值模拟结果显示：在低空降冰雹前几个小时有强的短周期重力波出现,其中周期较长的出现早、存在时间长,周期较短的出现晚、存在时间短;强的低空急流和风速垂直切变触发对流或湍流的发生和加强,对流或湍流又激发了80~200 min的短周期重力波;短周期重力波更容易向垂直方向传播,而长周期重力波倾向于水平方向传播.长周期重力波在降冰雹后周期有明显变短现象,随高度越加明显.由地形形成的重力波在最高山峰上空振幅最大.     

1975年海城地震与1976年唐山地震前后的重力变化

1975年2月4日海城7.3级地震前后在震中以西不远的一条长约250公里的北西—南东向剖面上进行了五次重力测量,震前三次,震后两次.剖面上相邻两个测点的重力差的测量均方误差小于40微伽.自1972年6月至1973年5月的一年期间的三次观测结果表明,剖面东南段重力值显著下降,最大达352微伽.地震以后,1975年3月的第四次重力测量发现,剖面东南段的重力值回升到第一次测量时的水平.1975年7月的第五次测量则表明剖面东南段的重力值继续上升.1976年7月28日唐山7.8级地震前后也观测到重力的变化,不过地震前重力是增加而不是减少.震前和震后,在震中以北不远的一条长约270公里的东西向剖面上各进行过两次重力测量.结果表明,主震后整个剖面,特别是靠近唐山的那些测点的重力也有逐渐恢复到震前第一次测量时的数值的趋势.由这些结果可以看到,重力的变化与地震的发生似有密切的关系.根据重复大地水准测量资料估计的地面高程变化所能引起的重力变化远比所观测到的变化为小.因此,我们推测某些大地震可能与地壳和上地幔内的质量迁移有关,认为所观测到的重力变化大部份是质量迁移引起的.我们对质量迁移的重力效应作了理论分析,但是,对迁移的物理过程我们还很不清楚.      

重力波与潮汐之间的非线性相互作用

采用二维可压缩大气中重力波非线性传播的数值模式, 研究了重力波与潮汐之间的非线性相互作用. 结果表明, 重力波在潮汐背景中传播时, 先后在z = 75~85, z = 90~110和z = 15~130 km 3个高度上发生不稳定. 垂直波长首先由12 km变成27 km左右, 新生成的长波逐渐被压缩并再次生成20 km左右的长波. 长波和短波出现的高度分别对应于反向和同向背景风场区域的高度. 在重力波主要的破碎区域(90~110 km)以上, 仍有部分重力波继续上传. 重力波在上传过程中除了对背景风场加速之外, 还增大了潮汐的振幅, 特别是在重力波发生不稳定之后, 对潮汐振幅的放大作用更加明显.     

重力固体潮信号独立成分的谱相关解调与地震前兆信息提取

重力固体潮信号是一种多谐波的混合信号,为了提取其中所包含的地震前兆异常信息.本文结合重力固体潮的产生机制,建立了一种重力固体潮正交分解模型.在此基础上,利用独立分量分析算法实现重力固体潮信号的加性分解,然后针对独立分量中的调制关系,利用谱相关方法对其进行乘性解调.从而,完整地提取出了重力固体潮信号中丰富的潮汐谐波信息.进一步,引入理论计算值作为实际测量值的参考背景,在独立分量中凸显出原重力固体潮信号中的异常变化特征.通过对云南地区的实际震例研究表明,重力固体潮独立分量的异常特征与地震事件的时序存在密切的相关性.在地震发生前的1~5个月内,对应于重力固体潮信号长周期谐波系的独立分量在时域波形和循环相关谱方面均有明显的异常变化,而且普遍存在,充分反映了这一异常变化与地震前地壳内部能量的变化有关,很有可能就是重力固体潮信号中隐含的地震前兆信息.     

利用COSMIC RO数据分析青藏高原平流层重力波活动特征

本文利用2006年5月至2013年4月COSMIC干温廓线数据,提取了青藏高原地区大气重力波势能,以此研究了青藏高原大气重力波势能的分布频率模型和大气重力波活动的时空变化特征,并进一步分析了高原大气重力波活动与高原地形、风速和高原大陆热辐射之间的相关性.青藏高原地区大气重力波势能的分布频率服从对数生长分布;青藏高原地区大气重力波在16~18km和28~31km高度较活跃,而在20~26km高度较平静;高原大陆边缘各季节重力波活动均较活跃,而高原大陆上空大气重力波活动呈明显季节性变化,其在冬春季节较活跃,在夏秋季节较平静;2010年冬季青藏高原大气重力波活动异常平静;各季节整个高原上空大气重力波活跃度有随大气高度升高而降低的趋势,高原上低层大气重力波向高层传播会发生耗散作用.地形与风速是影响青藏高原大气重力波活动的重要因素.地形主要影响平流层底部的重力波活动;纬向风比经向风对该地区平流层大气重力波活动的影响大,纬向风总体上会促进高原大气重力波活动.青藏高原大陆热辐射对高原大气的加热作用是导致青藏高原大气重力波活动呈季节性变化的重要因素.     

用重力测量技术观测城市地表下沉的实验研究

本文用重力测量技术对城市地表下沉进行了实验研究,从2016年3月到2017年5月在武汉市内地表下沉较大的部分城区进行了7期流动重力观测实验,并用D-InSAR观测的垂向位移进行了验证.数值结果表明重力观测每期整网平差后点值平均精度都小于10×10~(-8)m·s~(-2),说明采用重力观测能在城市内获得高精度的区域重力变化.第7期相对于第1期的结果与D-InSAR在大致相同时间段内地表垂直位移结果比较表明,重力增加的大部分区域与D-InSAR观测到的地表下沉区域相一致,说明这些区域的重力增加主要是由地表下沉引起的.从第2到7期相对于第1期的重力变化说明在近12个月的时间内测区最大重力变化约40×10~(-8)m·s~(-2),且局部区域的重力值是逐渐增加的,说明地表下沉是持续进行的.本实验结果说明重力观测技术能为城市地表下沉提供重力观测约束和机制解释.     

基于GRACE RL05数据研究智利地震长期震后重力变化特征

利用GRACE卫星重力可对地震引起的大范围重力变化进行观测,并从重力数据中发现主要的变化特征.发生于2010年的MW8.8智利地震震级较高,可观测到震中附近广泛的同震和震后长期重力变化.本文基于GRACERL05Level-2时变重力场数据,对2010年智利地震的同震和震后长期变化进行了计算.对同震变化的计算发现,智利地震引起的同震变化极值达-5μGal,而本文为减小水文信号的干扰而采用的3年平均的方法可以获得良好的效果.在对震后重力变化的计算中发现,智利地震震后在2011-2016年间的重力变化存在先增大后逐渐衰减的过程.对震后变化的拟合表明,智利地震震中附近有约1μGal的震后重力变化,震后变化的特征时间约1.1年.同时,在智利地震中未出现较明显的两个震后变化阶段(短期、长期).