提高短水准测量精度的探讨

一、前言在地壳形变测量中,水准测量是为了监测地壳的垂直形变。按照不同的监测任务,它又可分为区域水准网和流动水准点两种。通过定期的重复观测,对数据进行适当的处理后,可获得较大范围地壳垂直形变势态;跨断层短水准测量则是在活动断裂两测,布设三四个测点,组成测段长度一般不超过一二百米的小水准环。分析短水准测量资料,同样可得到断层垂直运动信息。而且短水准测量具有施测方便,外界干扰少,精度高的优点。     

多期复测水准网和重力网的动态联合平差

在利用重力测量结果研究地壳垂直运动时，重力－高程因子的确定是一个重要研究的问题。本文提出利用多期复测水准网与重力网动态联合平差的方法，同时求解地壳垂直运动速率和重力－高程因子。利用此方法对北京地区１９８３－１９９１年的水准和重力复测结果进行了计算，结果表明：两类不同观测值的权比配置是恰当的，平差模型是正确的，重力－高程因子的分布符合一般规律。     

基于动态平差方法的滇西地区长期重力变化研究

<正>选取滇西重力测网1986—2014年流动重力观测资料,及下关、丽江、昆明3个绝对重力基准点多年复测资料做基准控制,采用线性速率模型模拟观测过程中重力场的时变信息,建立了绝对重力基准点约束下的动态平差模型,获得了滇西地区统一时间基准和空间基准的长期重力变化空间分布,并结合地壳形变观测结果和全球陆地水模型,估算了测区内由地壳几何形变及水负荷引起的重力效应,分析了滇西地区长期重力变化空间分布特征。     

用褶积计算重力仪的温度影响

进行高精度的重力重复测量是为了捕捉震前由大面积的地壳形变及壳下深部物质迁移所引起的重力值变化,要有较高的观测精度。但是外界温度的变化引起观测值的漂移,影响了观测精度。改正温度引起的漂移一般有两种作法:     

武汉九峰地震台超导重力仪观测分析研究

连续重力观测和GPS的技术结合能够监测到物质迁移和地壳垂直形变之间的量化关系.和相对重力测量以及绝对重力测量技术相比,其避免了时间分辨率和观测精度低,无法精细描述观测周期内的物质迁移过程问题.本文利用武汉九峰地震台超导重力仪SGC053超过13000 h连续重力观测数据;同址观测的绝对重力仪观测结果;气压数据;周边GPS观测结果;GRACE卫星的时变重力场;全球水储量模型等资料,采用同址观测技术、调和分析法、相关分析方法在扣除九峰地震台潮汐、气压、极移和仪器漂移的基础上,利用重力残差时间序列和GPS垂直位移研究物质迁移和地壳垂直形变之间的量化关系.结果表明:在改正连续重力观测数据的潮汐、气压、极移的影响后,不仅准确观测到2009年的夏秋两季由于水负荷引起的约(6~8)×10^-8m·s^-2短期的重力变化.而且在扣除2.18×10^-8(m·s^-2)/a仪器漂移和水负荷的影响后,验证了本地区长短趋势垂直形变和重力变化之间具有一致的负相关性规律.同时长趋势表明该地区地壳处于下沉,重力处于增大过程,增加速率约为1.79×10^-8(m·s^-2)/a.武汉地区重力梯度关系约为-354×10^-8(m·s^-2)/m.     

庐山重力基线场稳定性分析

利用2018年庐山重力短基线场绝对重力和相对重力观测资料,基于绝对重力控制下的相对重力联测方式对庐山基线场的稳定性进行了分析。结果表明：庐山基线场2015～2018年测段重力变化为-11.6～13.4μGal、均值-0.962μGal,较小的重力变化表明庐山短基线重力场较稳定;2000～2018年测段重力变化为-39～33.5μGal、均值-0.275μGal,总体以G16测点为界呈分化特征,上山侧（G16～JZ04）重力变化较平缓（约-3 μGal）,下山侧（G03～G16）因G04、G14测点重力值变化显著（分别为-24.95、-18.5μGal）,导致相邻测段重力变化剧烈;测段重力变化与段差比值（B）为1.19×10^-4～3.58×10^-3;庐山及其周边地区由地表垂直运动引起的重力变化速率为0.7543±0.16μGal/a;近期研究区地震活动性呈震级小、沿断裂带集中分布特征;重力变化对相对重力仪一次项系数标定结果影响较大（正比于B值）,对校正精度影响小,利用以往重力观测成果进行一次项系数标定时,绝对重力测段JZ02～JZ04误差影响小于最大重力段差测段,定期维护和复测是保障高精度重力短基线场的有效途径。     

重力垂直梯度与微重力研究概况

一、引言在重力学的发展中,微重力与重力垂直梯度的研究是一个令人感兴趣的问题。所谓的微重力测量是指测量、探查的对象引起的重力效应和测量的精度都是以微加(μGal)级的数值来量度的。研究微重力与重力垂直梯度的变化一方面使我们进一步加深对地球重力场的了解,同时根据观测得到的有价值的资料来解释与评价地下密度异常体的结构、形态、分布,则更具有理论与实用的意义。     

地壳形变监测中的水准与重力资料联合解算

重复水准测量提供了点位高程变化的重要几何信息,但水准测量本身又受地球重力场的影响,在水准观测值中同时含有重力场的信息．重复绝对重力测量或相对重力测量提供了丰富的局部重力场的信息,由于点的重力值随高程变化而变化,因此,它们同时也含有点位高程变化的信息．经典平差方法将两类观测值分别解算,将互补的信息作为干扰加以改正,或作为噪声处理,这不仅丢失了有用的信息,而且有损于成果的精度． 本文在整体大地测量框架内构制了这两类观测值的联合解算模型,给出了解算方法,研究了形变场的拟合和预测问题,并用实例进行了验证,得到了一些有益的结果．研究表明:联合解算可同时给出地面点的高程及其变化率和局部重力场的参数及其变化率,有利于信息的提取;联合解算的精度优于单独解算的结果;秩亏抗差解和拟稳抗差解分别优于相应的非抗差解;拟稳抗差解算方法自动选择拟稳点,有效地抵制了粗差和形变异常对起算基准的干扰;对于多期复测的资料,使用动态拟稳抗差估计,不仅能动态地寻找可靠的拟稳点,而且能保证动态变化参数免受或少受各历元观测粗差的干扰,可明显地提高动态参数的验后精度;当点位丰富时,建立形变模型并据此内插未测点的变形和推测某个时刻地壳的形变状态也是可行的．      

火山的重力场研究

利用重力方法研究火山地区地壳内物质迁移——岩浆活动是一种值得重视和采用的方法,建立高精度10~(-8)m/s~2级重力网,进行相对重力测量和绝对重力测量,设立固体潮观测台站,应用调和分析求固体潮的潮汐因子,考查这些量随时间的变化,可望探测岩浆囊内的物质迁移、监测火山地区的活动情况。     

面向绝对重力测量的振动补偿技术发展

绝对重力仪是用于直接测量重力加速度值的精密仪器,可以作为计量标准器对相对重力仪进行定期校准.现有绝对重力仪的测量精度可达微伽(1μGal=1×10-8m/s2)量级,测量精度主要受振动噪声的限制.垂直隔振和振动补偿技术是目前常用的两种处理振动噪声的方法.随着绝对重力仪在野外流动重力观测和海洋/航空重力测量中的应用需求日...     

重力网中绝对重力点误差的检验和影响的估算

在重力网内施测若干个绝对重力点,用以控制相对测量误差的积累,可使网中各待定点重力平差值的精度得到提高,按一定周期进行相对和绝对重力的重复测量,可获得重力变化的绝对量,从而为研究区域重力场的变化提供数据,用这种方法可提高重力复测网对重力变化的监测能力。     

山西大同中心地震台水准测量数据变化特征

通过对多年观测资料的分析 ,认为山西大同中心地震台水准测量数据准确地反映了地壳的垂直形变 ,并说明断层活动是造成数据变化的主要原因。得出了测线跨越的断层垂直位移为2 .5 mm/ a,测量场地地面总体向东南方向倾斜的结论。认为测量数据较好地反映了台站周围的地震活动。     

木兰山重力基线场的初值测定及重力变化分析

文中基于绝对重力控制下的木兰山基线场2018年和2022年的重力观测资料,研究了一次项系数在不同读数段的分布规律、木兰山基线场的重力场分布和近期重力变化特征。结果表明：相对重力仪不同读数段的一次项系数存在差异,武汉—宜昌测段(子测段)的一次项系数与武汉—绿葱坡测段(总测段)的差异可达4.809‰, CG-6型与CG-5型重力仪的结果较为一致,2类重力仪间无系统偏差;总测段的一次项系数是各子测段一次项系数的加权平均结果,其相应的权因子为子测段与总测段的重力段差比值;木兰山基线场的最大重力段差(G01—G03)为102.176mGal,各测点的重力值平均精度为4.8μGal; 2018—2022年木兰山基线场测点的重力变化区间为5.9～12.8μGal,重力场整体呈正变化,测段重力变化区间为-4.8～6.9μGal。测点周边环境变化、地表垂直运动、地表水储量变化对地表实测重力变化均产生了一定影响。综合上述各项改正后的测点和测段重力变化均值较实测值相应减小了38.2%和50.8%,改正后的重力变化结果更为精准,但其不确定度相应增加了2.5%和2.8%。综合分析测点和测段的重力场动态变化可有效...     

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。     

中国大陆高精度绝对重力观测数据分析和异常计算

高精度重力异常模型是研究地球内部结构的基础地球物理数据.本文依据中国大陆构造环境监测网络项目的 100个高精度绝对重力基准站数据,首先,分别与EGM2008模型和GGMplus模型进行对比,得到了模型之间的差异性特征统计参数;其次,我们对与绝对重力同点位测量的垂直梯度数据,进行统计分析,结果表明重力垂直梯度变化的标准差高达537.2E.通过提取Crust1.0地壳结构模型参数,计算得到了Moho界面起伏引起的垂直梯度变化,分析认为地表垂直梯度的变化主要与地形和浅部密度异常体相关.最后,基于重力场模型和观测数据的统计结果,针对经典重力异常计算公式中的一些流程提出了优化建议.本文结果对于使用区域重力异常模型,研究地壳结构和提高长剖面、小比例尺重力探查项目中的异常计算精度具有重要意义.     

1996-2003年中国大陆高精度绝对重力观测

近十年间利用自由落体式绝对重力仪(FG5/112)对分布在全国55个测点进行了绝对重力测定,观测精度均优于5×10-8 ms-2,对其中80%以上的测点还作了重复观测,文中给出了观测精度及其测量结果的互差.上述的测量极大地改善了我国目前重力网的精度和覆盖率,并为研究重力场的变化提供了重要的基础资料.本文还对观测结果和存在问题作了初步分析并提出有关建议.     

首次观测到的由地震引起的绝对重力变化

首次用绝对重力测量观测到明确的同震重力变化。恰好在1次M6．1地震的前1天和震后7天进行了绝对重力测量。观测到的绝对重力变化为－6μGal,显著地大于约1μGal的观测误差。特别有意义的是，所观测到的空间重力变化与仅用位移数据建立起来的弹性位错模型预测的结果非常一致。该结果强烈地激励我们对重力和位移同时进行反演，以更好地了解地震。     

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.      

研究现今地壳运动和强震机理的一种方法

本文阐述了地壳形变与密度变化耦合运动的基本理论,分析了地壳形变与密度变化耦合运动引起的重力时间变化.断层位错运动是地壳形变与密度变化耦合运动的特殊形式.利用重复重力观测数据,选用稳健算法反演研究了1985-2002年滇西地震实验场主要断裂运动的时间分布和强震响应特征,获得了不同类型强震孕育过程图像.     

香山绝对点的重力非潮汐变化

1988年3月－2001年3月中国地震局和中国计量科学院合作用NIM－Ⅱ仪器在香山地震台进行58次绝对重力测量，其中44次同时量测了地下水水位。本文从角度研究了香山点重力变化的机理。主要结论：（1）地下水活动是重力变化的主要局部干扰源，它与重力观测值分段相关，可用一个5次多项式进行改正；（2）局部地壳形变的影响甚小，可略而不计；（3）地震活动导致重力值发生短期变化，最大幅度达0．333μms^-2;(4）1989－2001年重力值近于线性地下降了0．191μms^-2,平均速率为－0．0147μms^-2/a属全球性或区域性重力变化。