辽宁省重力异常指标体系研究

以辽宁省近年来流动重力观测数据为基础,统计监测区内主要地震事件(灯塔M5.1;朝阳M4.6;海城M4.4)与重力变化的对应关系,通过分析重力时变特征,提取重力异常判定指标,构建定量指标体系,提高重力学科在地震监测中的预报效能。研究结果从定性和定量两方面完整的给出了辽宁省M5.0±0.5震级档重力异常判定指标,同时对M6.0以上强震预判提供了科学参考。     

陆地高精度重力观测数据的应用研究进展

陆地重力观测相较于航空和卫星重力观测,距离场源更近,观测精度相对较高,其静态异常和时变数据已广泛应用于研究多种地球动力学问题.21世纪以来,绝对重力观测技术发展迅速,陆地观测网络日益完善,高精度陆地重力观测数据产品逐渐丰富,基于这些产品的大地测量和地球物理研究不断取得新进展.本文总结了近十几年来高精度陆地重力观测数据在大地测量和地球物理领域的应用进展情况,包括基于重力异常数据构建重力场和大地水准面模型、建立地壳物性结构模型、反演Moho界面形态和估计岩石圈有效弹性厚度,以及利用时变重力数据构建时变重力场模型、探测微弱动力学信号、估计地壳构造变形速率和分析与火山、地震过程的可能关联,最后探讨分析了陆地重力测量的未来发展趋势,可为中国大陆重力观测系统建设与发展规划提供参考.     

汶川M_S8.0地震前后的重力场动态变化

利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"1998—2008年绝对重力和相对重力的观测资料,获得了南北地震带地区的重力场及其动态变化,从动态的观点研究了2008年5月12日汶川8.0级地震前后区域重力场演化特征及其与地震活动的关系.重力场变化既具有时-空分布的不均匀性,同时又具有与活动断裂构造密切相关和与地震孕育发展有着内在联系.重力场动态变化图象较清晰地反映了汶川大地震孕育、发生过程中出现的重力前兆信息.     

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.     

中国大陆重力场时变监测与强震预测

主要回顾了中国大陆重力时变高精度监测与地震预测应用的基本情况。自1966年邢台地震以来,我国就开始采用重力手段监测地壳变动和强震孕育发生过程,致力获取重力场时变的微伽级信息。重力监测主要采用定点流动复测（流动重力）和固定台站连续观测（连续重力）2种方式。重力监测已经历3个发展阶段。1998年以前,重力监测主要沿块体边界、活动断层或历史强震区开展,缺乏绝对测量,一般采用相对测量,通过总结获取了海城7.2级、唐山7.8级、丽江7.0级等一系列地震前的重力动态变化特征,除海城地震外,预测成功震例寥寥。1998年地壳运动网络工程建设以来,由于引入高精度绝对重力测量,开始进行中国大陆重力场的整体监测,获取了汶川8.0级等地震前的大尺度变化信息,给出了汶川地震中期预测的有效意见。2010年以来,以陆态网络工程重力网为基础,逐步开展大华北、南北带等各种测网的整合与统一,形成了中国大陆整体重力观测网,对期间发生的一系列6.0级以上地震（如芦山7.0级、门源6.4级、呼图壁6.2级等地震）进行了较为成功的中期预测,为地震机理研究和我国中期地震预测水平提升发挥了重要作用。通过长期的重力观测实践,初步形成了一门专门应用于地震研究的交叉学科——“地震重力学”。     

中国大陆西部重力场变化与强震危险性关系

本文基于中国大陆西部流动重力测量获得的区域重力场变化数据, 尝试对其进行多种位场变换, 在一定空间尺度约束下定义了6种区域重力场变化指标量. 在此基础上, 以中国大陆2002年、 2005年和2008年等3期数据为研究对象, 计算并统计了中国大陆西部M_S≥6.0地震震中位置处震前重力场变化及各种导出参数值, 尝试初步构建以地震预报为目的的地震重力学科指标体系参数. 研究结果表明, 震前区域重力场变化与地震发生位置没有显著的统计关系, 但是重力场变化的垂直梯度和解析信号模量具有一定的地震预报意义, 适合作为地震前兆异常使用.      

南北地震带南段近期重力场变化与指标量分析

利用2014—2017年南北地震带南段流动重力观测资料,基于重力段差值的重力场可视化方法和显著性指标量G值和C值,对南北地震带南段重力场变化特征和地震孕育之间的关系做初步的探讨和分析。结果表明:(1)研究区近期4.5级以上地震多发生在重力场变化的正、负异常过渡带和高梯度带附近,与深部物质运移的复杂动力学过程、地壳运动和断裂活动具有一定的关系;(2)指标量G值和C值作为评价测网重力场变化显著性异常程度的定量依据,反映了研究区同一时间段内地震活动和未来潜在强震的综合效应,对于深入判定潜在地震危险性具有一定的参考价值。     

兰州-天水-武都地区重力场变化及其与地震的关系

应用流动重力观测资料,研究分析了南北地震带北段兰州—天水—武都地区重力场的时空变化特征．结果表明,以１０５° Ｅ 为界,其东西二侧重力场变化明显不同．据此判断,沿１０５° Ｅ 在地壳的深部存在一条 Ｎ Ｓ 向活动构造．１９９０ 年以来在甘肃省境内发生的３ 次５ 级以上地震前,兰州岸门村和永登树屏２ 个测点的重力点值出现了明显异常     

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.     

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.     

离散时变重力数据的可视化、指标量定义与解释

针对流动重力观测获得的数据成果特点,提出一种基于流动重力段差变化的时变重力数据可视化方法,并定义了两个指标量G值和C值,用以评价区域性重力场变化的显著性程度.在此基础上,应用该方法处理和分析了首都圈地区的流动重力数据.结果表明:与传统采用等值线方式来刻画时变重力场特征不同,该方法更能突出发生变化的重力测点位置、测量误差及其变化的显著性程度,可为研究与地震孕育、发生过程有关的重力场变化提供更多的定量依据.      

2021年漾濞MS6.4地震前后重力场动态特征分析

基于2015年以来南北地震带南段相对重力和绝对重力观测资料,系统分析了区域重力场动态变化及其与2021年5月21日漾濞M_S6.4地震的关系.结果表明:(1)区域重力场变化与维西—乔后断裂关系密切,反映了2015—2021年期间该断裂活动引起了地表重力场变化;(2)与漾濞地震孕育有关的重力场经历了“弱变化—区域性异常—局部异常—四象限分布异常—大范围的正异常—反向变化发震”的演化过程;(3)重力场累积变化和差分变化图像均反映出漾濞震前两年出现显著的重力异常变化,地震发生在重力变化梯度带、四象限中心和零等值线拐弯附近;(4)重力场动态演化图像较好地反映了漾濞M_S6.4地震孕育发生过程中出现的中期前兆现象,并基于该现象在漾濞M_S6.4地震前作过一定程度的中期预测,尤其是强震地点判定.     

中国大陆重力场动态变化研究

利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"1998-2008年间绝对重力和相对重力的观测资料,初步获得了中国大陆起算基准统一的重力场及其动态变化.重力场变化既具有时空分布的不均匀性和重力变化分区现象,同时又具有与活动断裂构造密切相关和与地震孕育发展有着内在联系.中国大陆6.8级以上大震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区(重力变化≥90×10^-8m·s^-2)和重力变化发生转折的时段.     

时变重力场球面模型反演算法和模拟实验

时变重力场是研究地球内部介质物性变化的重要手段.本文提出了一种适用于地面流动重力测量获得的时变重力信号的场源反演方法,该方法采用球坐标系下的六面体单元来模拟场源介质,适合大尺度地震流动重力测量数据的等效源模型构建.通过引入重力时变信号的一阶光滑先验条件,压制了时变重力信号中的短周期高频分量,可用于提取与地震孕育相关的长...     

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。     

2001～2006年兰州—天水—武都地区重力场时变小波分析

对2001～2006年兰州—天水—武都地区5期重力场时变资料进行小波分解,结合2003年11月岷县5.2级地震、2004年9月岷县5.0级地震以及2006年6月武都、文县间5.0级地震进行分析。探讨了无震年份、有震年份及较长时段的重力场时变资料小波分解结果与地震活动之间的关系,结果表明:用小波分解方法可有效分离重力场时变的不同波长成分;该地区不同层次的重力场时变异常反映了一定尺度意义上不同深度的介质密度的动态变化分布,说明兰州—天水—武都地区中深部地质构造活动所引起的重力异常变化的2阶、3阶小波细节对2003、2004、2006年3次MS≥5.0地震反应明显。     

华南地区流动重力变化异常指标分析

2013年以来华南地区先后发生2013年9月4日福建仙游MS4.8、2017年7月15日广西南丹MS4.0、2018年3月20日广东阳西ML4.2、2019年3月5日广东雷州ML4.1、2019年8月20日海南三亚MS4.2、2019年10月12日广西北流MS5.2、2019年11月25日广西靖西MS5.2与2021年8月4日广西德保MS4.8等中强地震。通过系统梳理以上中强震例震前不同时空尺度流动重力变化特征,总结提炼地震孕育与重力变化异常时空演化特征之间的关系,分析利用流动重力地震观测资料开展地震预测的“时、空、强”定量依据。结果表明：华南地区多次4、5级左右地震震前出现局部重力场变化,且地震易发生在与构造活动有关联的重力变化四象限中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带附近;华南地区4、5级左右地震前重力变化时变距和量级分析表明：震级为4级时,重力变化异常范围约100 km,重力变化异常量级约40μGal,震级为5级时,重力变化异常范围约150 km,重力变化异常量级约50μGal;目前流动重力观测多为1～2期/年的复测周期,未能对震前重力场演化过程进行较详细跟踪,在时间上流动重力以...     

河北省张北6.2级地震前的重力异常

绘制了重力测值的时变曲线和空间等值线,从动态的角度分析了1998年1月张北6．2级地震前的流动重力异常的演化及特征。结果显示,地震前的重力场呈下降变化,震中位于异常中心附近的重力变化高梯度区。     

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.     

山西地区重力场变化与洪洞ML5.0地震

选取山西测网内2002年至2004年的重力复测资料,研究了2003年11月25日山西洪洞ML5.0地震前后该区重力场的变化特征,认为重力场变化与洪洞ML5.0地震有较好的对应关系,山西地震带上断陷盆地内的活动断裂蠕动和地壳内部质量迁移等因素的共同作用导致该区重力场发生变化,进而引起了该次地震的发生.