呼图壁地下储气库重力变化及其影响因素初步分析

利用呼图壁地下储气库2013～2016年共7期流动重力、水准观测资料,对储气库地表重力场变化特征及其影响因素进行了初步分析。研究结果表明,影响地下储气库重力场的主要因素有地下介质密度变化、注采气压力变化、地下水位和土壤湿度变化和地表升降变化等。其中,重力场变化中占主导作用的影响因素为地表升降变化和地下水位的变化,储气库区内的测点重力变化主要来自于地表升降(储气库注采气压力变化导致的地表升降)和地下介质密度变化,储气库外部的测点重力变化主要来自于地表升降(季节性地表升降和地下水超采引起的地表沉降)和地下水位的变化。     

呼图壁储气库地表形变监测数据分析

利用7期水准数据,对呼图壁储气库在注采气周期不同阶段地表发生形变的过程进行了分析,并对可能产生的外部干扰因素进行了简要分析。结果表明:利用水准测量方法能够反映出由于注采气的作用,储气库内部构造在受压和释放过程中在地表形成的变化。地表形变量大小与注采气的周期与注采气气量有关,地表变形方式分为明显的抬升和沉降两个阶段,既注气期间地表抬升,采气期间地表沉降,且形变幅度较大。     

呼图壁地下储气库地表盖层变形的GPS研究

利用新疆呼图壁地下储气库地表盖层由13个点位组成的形变监测网的前5期GPS观测资料,研究地下储气库注采过程中地表盖层的变形响应。通过获取地下储气库运行过程中地表盖层形变的三维时间序列,并结合井口压力数据,区分地下储气库在不同过程中的变形信号。研究结果表明,地表盖层在储气库注采过程中水平方向上存在明显的“呼吸效应”,储气库每MPa气井压力变化在注、采周期内对地表变形造成的影响在水平方向上分别达到1.02、1.24mm,垂直方向分别达到-1.11、0.86mm。     

呼图壁地下储气库地表盖层变形的GPS研究

利用新疆呼图壁地下储气库地表盖层由13个点位组成的形变监测网的前5期GPS观测资料,研究地下储气库注、采过程中地表盖层的变形响应。通过获取地下储气库运行过程中地表盖层形变的三维时间序列,并结合井口压力数据,区分地下储气库在不同过程中的变形信号。研究结果表明,地表盖层在储气库注、采过程中水平方向上存在明显的"呼吸效应",储气库每MPa气井压力变化在注、采周期内对地表变形造成的影响在水平方向上分别达到1.02、1.24mm,垂直方向分别达到-1.11、0.86mm。     

濮阳地区油田注水引起的重力场变化与地震活动性的关系

收集了1995—2007年中原油田濮阳地区各油田的注水开采等质量迁移资料,利用图示法研究发现油田注水与区域地震活动之间存在一定联系,并定量计算了油田注水引起的重力变化量。结合重力复测资料对油田注水引起的重力场变化和该地区地震之间的关系进行了初步研究,其注采作业引起的重力场变化在±0.1～10×10-8 m.s-2之间,并随着油田中心区域的距离而衰减。     

Preliminary Study on Relationship between Gravitational Field Change Caused by Oilfieid Water Flooding and Seismicity in Puyang Area

收集了1995-2007年中原油田濮阳地区各油田的注水开采等质量迁移资料,利用图示法研究发现油田注水与区域地震活动之间存在一定联系,并定量计算了油田注水引起的重力变化量.结合重力复测资料对油田注水引起的重力场变化和该地区地震之间的关系进行了初步研究,其注采作业引起的重力场变化在土0.1～10×10-8m·s-2之间,并随着油田中心区域的距离而衰减.     

不同产状断层错动的地表重力变化和形变

根据点源位错引起的地表重力变化和形变的理论公式,应用数值算法求得半无限空间任意产状断层位错在地表的重力变化和形变．计算结果表明,产状和位错方式是决定断层的地表重力和形变效应的基本因素．铲式断层活动的地表重力和形变效应与矩形断层相比有显著差异．断层位错引起的重力变化、垂直形变、视垂直形变的图象特征相似．根据重力变化和形变的特殊图象特征,有可能从观测资料中提取断层活动引起的重力变化和形变信息,判识和估计发震断层的几何学和运动学特征．      

呼图壁地下储气库部分区域地表垂直形变机理研究

利用在呼图壁地下储气库开展的2013~2015年7期二等水准测量获得的高差数据,对由于地表气井压力变化影响而发生的地下储气库地表垂直变形进行了分析。研究表明,呼图壁地下储气库区的地表变形除了构造成因引起的盆地下沉以外,其他主要形变成因来源有2个方面：一个是呼图壁地区的地下水超采影响着该地区的地表垂直变化;另一个是储气库集采气期间井口压力变化影响下的地表沉降,根据计算,储气库每MPa气井压力变化影响到的地表变化约为0.625~1.125mm。     

2010年智利马乌莱地震后的区域重力减小表明有大规模质量重新分布

2010年2月27日智利马乌莱M8.8地震后,我们认为监测到的GRACE卫星相对轨道的微小变化量足以用于描述震后重力场变化。地震后在震中以东500km空间区域内观测到-5μGal的重力异常。同震模型认为,长波长尺度的重力负异常主要是地壳扩张和大陆地表沉陷的结果。有限断层同震模型认为,近海地区重力变化取决于地表抬升和内部形变,由于这两种因素对重力场影响相反,因而由此计算的重力异常相当微小。我们的研究目标是利用大尺度重力观测数据来解释大地震期间的地球内部变化,研究方法是将极难获得的地震形变长波长观测值与大地测量数据和地震数据相结合进行分析研究。     

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。     

广西北流—广东化州5.2级地震前粤桂琼地区重力变化特征

收集了粤桂琼地区4个台站的连续重力观测资料和雷琼地区的流动重力观测资料,研究了广西北流—广东化州5.2级地震前粤桂琼地区重力变化特征。其中连续重力观测资料的分析从重力扰动和重力M2波潮汐因子变化两个方面进行;流动重力观测资料的分析从重力场差分动态和累积动态变化两个方面进行。连续重力观测资料的研究表明震前粤桂琼地区连续重力观测资料无异常现象;雷琼地区流动重力观测资料的研究结果表明,广西北流—广东化州5.2级地震前,震中附近地区存在重力场变化异常,异常持续时间约2年,异常范围约100 km,异常量级约50x10~(-8)m·s~(-2),地震发生于重力场变化的高梯度带上。     

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.      

广西北流Ms5.2地震区域重力场变化

利用广西及邻区2016—2019年流动重力观测资料,系统分析区域重力场变化及其与广西北流M_S5.2地震的关系。结果表明:①北流M_S5.2地震前,震区附近重力异常变化与主干断裂关系密切,反映沿控震断裂在2016—2019年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差分重力图像表明北流M_S5.2地震前震中附近的重力变化是一个"局部重力异常→重力反向变化→重力变化平缓后发震"过程;③近期重力场累积动态图像表明玉林—岑溪—苍梧一带为重力变化剧烈区域,有利于应力的高度积累而孕育地震。     

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。     

长宁地震前后重力变化和地壳垂直形变特征及其关系

为研究2019年四川长宁地震前后地壳内部物质的运移过程，文中利用流动重力和GNSS资料对地震前后的重力变化特征、地壳垂直形变及其关系进行了深入分析。地震震中处于重力变化正、负异常的梯度带上，并在地震前后呈现明显反向。小波多尺度分解表明，浅部的离散性局部变化特征明显，深部的趋势变化特征显著。震中周边4个站点的重力变化与地壳垂直形变的关系与近似规律不一致。长宁震区长期的动力是青藏高原的物质在深部向四川盆地南边界运移的结果。在震中及周边区域的地表浅层可能存在一些空洞或气囊等空间，在地震前后出现气体、液体或高密度物质流失和填充的现象。结合前人对长宁地震发震机制的研究成果分析认为，该区域的采盐、采气及废水回注等因素可能是触发四川长宁地震的原因之一。     

呼图壁地下储气库部分区域地表垂直形变机理研究

利用在呼图壁地下储气库开展的2013~2015年7期二等水准测量获得的高差数据,对受地表气井压力变化影响而发生的地下储气库地表垂直变形进行了分析。研究表明,呼图壁地下储气库区的地表变形除了构造成因引起的盆地下沉以外,其他成因有2个方面:一个是呼图壁地区的地下水超采影响着该地区的地表垂直变化;另一个是储气库集采气期间受井口压力变化影响的地表沉降,根据计算,储气库每MPa气井压力变化影响到的地表变化为0.625~1.125mm。     

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。     

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。     

青藏高原东北缘近期重力与地壳形变综合分析与研究

利用青藏高原东北缘2011—2014年期间的流动重力与GPS观测资料和1970—2011年水准观测获得的垂直运动背景场资料,结合区域地质构造动力环境和区内发生的强震事件,系统分析了区域重力场变化、地壳三维形变与区域构造环境和强震活动的关系,进一步研究和探讨了区域重力场变化与区域三维地壳运动的时空分布特征及其机理。结果表明:1)测区内重力场变化与GPS观测反映的水平运动和水准观测反映的垂直运动在空间上关系密切,地壳形变总体表现为沿水平运动的方向重力增加,高原山地挤压隆升,地面重力减少;断陷盆地相对伸展下沉,地面重力增加,反映了新构造活动的继承性。2)地壳形变场变化与活动断裂密切相关,重力变化和垂直形变等值线走向总体上与呈NWW向的祁连-海原断裂走向基本一致,水平形变也在祁连-海原断裂附近产生明显的左旋走滑运动。3)强震易发生在具有显著重力变化的活动断裂带上,也易发生在沿活动性断裂的断块垂直差异运动强烈或兼有强走滑运动的地方。2016年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。2013年岷县漳县6.6级地震发生在重力变化高梯度带拐弯的地区,也是面压缩率变化过渡带和垂直形变过渡带地区。4)文中第一作者等曾基于该区地壳形变资料在岷县、门源地震前做过一定程度的中期预测,尤其是地点预测。基于上述认识,进而强调在研究区形成的一些地壳形变异常部位可能仍存在中长期强震/大震危险背景。     

大气重力信号的理论计算及其检测

基于标准大气定律和大气圆柱体分布模型,本文引进了大气重力格林函数,用离散格积方法求得了大气对重力场观测的影响,对台站高程、周围地形和地表温度变化等因素的影响问题进行了讨论．结果说明台站近区气压变化是大气重力信号的主要贡献者,考虑大气质量负荷引起的弹性地球形变效应后,对距台站0．5°的区域积分获得的大气重力导纳值为-0．3603μGal／hPa,占全球大气变化引起的总信号的90％以上,这一理论模型结果与超导重力仪实测结果相吻合,并能较有效地用于消除重力观测中的气压干扰成分．