气压和温度对南极中山站重力场观测的影响研究

对南极中山站1998-12-26-2000-01-01的气压、温度和重力场潮汐及非潮汐变化观测资料进行了综合对比与相关分析,研究了气压和温度变化对重力场观测的影响.结果表明,在南极中山站,重力场和气压变化存在很强的相关性,气压变化对重力场的影响非常大,且随频率的增加呈减少的趋势气压在长周期、周日、半日和1/3日频段的平均重力导纳值分别为-1.6834,-1.5304,-0.9450,-0.8791μGal/hPa,与中、低纬度地区的同类观测结果之间存在很大的差异,具有明显的"反变气压计"效应.重力场和温度变化的相关性随时间不同存在较大的差异,温度对重力场观测的影响主要反应在长周期频段,温度的平均重力导纳值为0.6296μGal/℃,对重力场高频(包括周日、半日和1/3日潮汐频段)扰动的贡献极小.气压和温度改正后,潮汐各频段的标准偏差有不同程度的下降,周日和半日频段的标准偏差从6.63μGal和1.41μGal分别下降到2.11μGal和1.13μGal,各重力潮波的观测精度都有提高;重力残差的振幅谱在各频段,特别是在长周期频段明显降低.     

郑州地震监测中心站连续重力仪背景噪声水平分析

选取2009—2019年郑州地震监测中心站连续重力观测数据,结合地震频段观测数据精度,分析中心站背景噪声水平,结果发现：①潮汐和气压等因素对重力观测数据的亚地震频段和潮汐频段的平均功率谱密度值(PSD)影响较大,在地震频段影响较小;②通过对月地震噪声等级值(SNM)的分析,发现较小值多集中在每年2月(农历春节前后);③在研究时段内,地震频段噪声等级SNM值范围在(3.107—3.268)×10^-16 (m·s^-2)²/Hz,重力固体潮汐观测精度P_L范围在(0.130—0.278)×10^-8(m·s^-2)·(Hz·s)^-1/3,与gPhone-1相对重力仪相比,PET重力仪观测数据存在一定漂移,其P_L数值略大,表明观测环境和仪器性能共同制约着重力观测精度。     

地面与地下深部地震背景噪声对比分析

深部地下空间具有低于地面的噪声环境,为开展高精度多物理场观测提供了绝佳平台.通过淮南潘一东矿区海拔-848 m的井下巷道和地面的地震联测,我们分析了深部地下与地面的地振动背景噪声特征.对比结果显示,大于1.0 Hz的高频段,地面噪声功率谱密度(Power Spectral Density, PSD)值高出地下20～40 dB,并呈现随人类活动变化的昼夜模式;而井下观测不存在这一时变规律,地下巷道上覆870 m厚的沉积层有效衰减了浅层或地表的人文噪声.0.1～1.0 Hz频段二者差异相对减小,地面PSD值平均高出地下10 dB.小于0.1 Hz的低频噪声差异较小,或与井下气流干扰和仪器本底噪声有关.在第二地脉动谱的对比中,可发现明显的场地放大效应和地脉动峰的分裂现象.此外,深部地下低噪声环境突显了若干高频非时变信号,根据频域极化分析可厘定这些稳定噪声为井下的固定振动源.上述结果说明深部地下可以为高精度地震观测和震源定位提供优良环境,同时也给深地实验室的后续建设以及相关深地研究提供重要参考.     

2016年1月21日门源MS 6.4地震前重力非潮汐变化特征分析

选取2015—2018年兰州和高台连续重力观测站整点值数据,分析2016年1月21日门源M_S 6.4地震前2个台站连续重力数据非潮汐变化特征,发现2个台站在此次地震发生前1年,分别观测到重力数据出现持续约6个月的重力非潮汐上升变化,月均变化速度分别为9.36μGal、6.17μGal,累计变化振幅分别达到56.15μGal、37.05μGal。通过对观测站点周边观测环境的详细核实和理论计算,排除台站周边环境干扰因素,认为震前6个月的重力非潮汐持续性下降变化应与此次M_S 6.4地震孕震过程有关。本研究结果可为揭示此次门源地震的孕震机理提供一定参考,为后续地震预测中重力观测指标的建立提供一定参考。     

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。     

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...     

武汉九峰站地下水变化对重力场观测的影响

本文从地下水渗透过程的物理机制出发,采用一维水动力学模拟,利用井水位和降雨数据模拟计算了武汉九峰站附近的土壤含水率变化,在此基础上估计了地下水变化导致的重力效应.其峰对峰变化幅度达到15.94μGal,说明当利用精密重力观测研究长周期效应时实施台站地下水改正的必要性;频域分析表明,地下水重力效应在周年频段上的振幅最大,说明地下水变化对重力的最大影响来自季节性变化.对比模拟计算的地下水重力效应和经过潮汐、大气、极移等改正后的高精度超导重力残差(峰对峰变化幅度为12.73μGal),发现两者在时域和频域均具有良好的一致性,说明超导重力残差信号主要来源于局部地区地下水的变化,同时也验证了本文使用的水动力学模拟方法的正确性.     

CG-5重力仪格值系数修正与应用研究

在地表重力观测过程中,CG-5重力仪的格值系数会随着时间推移而发生变化.选用河北测区内2015—2017年相对重力观测数据,基于重力差法对两台编号为C859、C873的CG-5相对重力仪进行格值系数的误差计算及修正,研究其变化特征,并对修正前后不同时间尺度的重力场变化进行对比分析.结果表明:两台CG-5相对重力仪的格值系数在3年内存在不同程度的变化,均呈现整体上升的趋势,累计变化量分别为0.028％,0.034％;采用修正后的格值系数可得到点值精度更高的平差结果;不同时间尺度上的重力场变化相比修正前也出现明显差异,2017年河北大城ML3.6级地震发生在格值系数修正后0.5 a期重力变化零值线附近,这些结果表明了对CG-5重力仪进行格值系数修正的正确性和必要性.     

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.     

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。     

利用全球超导重力仪数据检测长周期核模

采用全球地球动力学计划观测网中13台超导重力仪长期连续观测资料,探讨了长周期核模检测的可能性。采用相同的方法剔除了所有13个观测序列中的重力潮汐信号、仪器漂移和大气重力信号,估计了各个序列的功率谱密度及其积谱密度,估计并分析了非潮汐不同频段背景噪声。结果表明,在两个潮汐间频段（0.047~0.075cph和0.089~0.117cph)和亚潮汐频段(0.172~0.333cph),全球超导重力仪的平均噪声水平分别为0.0649,0.0350nm/s2和0.0138nm/s2,可以检测到的全球谐信号幅度极限分别为0.0416,0.0231nm/s2和0.0098nm/s2,表明全球超导重力仪观测资料基本可以识别长周期核模信号.在全球超导重力观测中,在潮汐间频段发现周期分别16.55,15.79,11.00h和10.09h的全球谐信号谱峰,可能来自于液核长周期振荡;在亚潮汐频段没有Smylie 1992年发现的Slichter模信号,但存在8个全球谐信号的谱峰,参考现有的理论模拟结果,Slichter模是这些信号可能的来源之一.     

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...     

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。     

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。     

地下重力勘探的最新发展

应用传统的Worden(Master型)和LaCoste-Romberg(D型)重力仪(经调节适用于沼气条件的使用规定)在深煤矿中作地下重力观测,分别精确到±10和±3μGal。为了确定地下的重力垂直梯度,把LaCoste-Romberg重力仪与一个特制的测量塔一起使用,应用此装置得到塔梯度的观测精度为±30E。为了提高该装置在地下进行重力观测的精度,需要附加巷道校正,采用一种新的三维模拟方法可使改正达到高精度。由每个物体的角点产生的三角元素来近似一个面计算这些物体的重力效应。巷道校正和塔梯度数据的结合导出一个现场确定密度的新方法。它提供了以水平代替垂直密度剖面的可能性。为了证实地下观测的有效性,提供了一个确定水泵房位置的实例。微重力和塔梯度观测用于探查空洞,水平梯度给出更可靠的位置。     

三峡水库首区重力固体潮观测资料分析

介绍了中国科学院测量与地球物理研究所的LCR-ET20重力仪和中国地震局地震研究所的DZW-9重力仪在三峡水库首区的重力固体潮比对观测.获得了该地区高精度的重力固体潮潮汐参数,估算了DZW-9重力仪的格值,其值为（-756.06plusmn;0.05）times;10-8（mbull;s-2）/v. 分析了相应仪器的重力观测残差, 数值结果表明DZW-9重力仪的长期漂移具有线性特征, 观测精度与LCR-ET20重力仪在同一量级. 本文提供的相关结果可为该地区地表和空间大地测量观测提供有效的重力潮汐改正模型.      

淮南深地地磁总场连续观测与时变特征

深地实验室具有电磁干扰小的“超净”地磁观测优势,已成为地磁观测的新平台和研究热点.为了评估淮南深地实验室地磁环境、认识地磁总场时变特征及地下与地面耦合性,我们于2022年在地下巷道(-848 m)和地表(+22 m)同步实施了地磁总场长期连续观测,对观测数据进行了功率谱、小波谱、地磁总场变化特征的分析及与附近的蒙城地磁台比对.研究结果表明：(1)地下无(或弱)磁干扰点位的地磁环境较优越,与蒙城地磁台相媲美,适用于地磁场变化的高精度、长期连续观测;(2)地下地磁观测可有效过滤地表上由工业与人类活动等的电磁干扰,其记录的地磁总场变化与蒙城地磁台具有较好的耦合性;(3)地下磁测可清晰记录地磁总场的平静变化、不同周期磁暴、地磁脉冲等丰富的时变信息,可为地球系统科学研究提供地磁学依据.     

地震分析预报的重力变化异常指标分析

定义了描述地震前重力变化异常时变距和量级的参数S和G。根据收集到的89个4.0级以上地震震例,统计分析了震前重力变化异常范围和量级与震级的关系,得到了流动重力地震分析预报的量化参考指标。结果表明:5、6、7、8级地震震级判定的重力变化异常量级参考指标分别为50、70、90、120μGal,重力变化异常范围参考指标分别为140、220、350、660km。此外,由于流动重力观测周期等方面的局限性,根据流动重力观测资料尚难以获得震级与重力变化异常时间过程的关系。     

水质量分布变化对重力观测的影响

利用全球7000多个陆地气象台站观测资料、TOPEX/Poseidon卫星测高资料、多层海水温盐度数据和负荷格林函数,采用数值积分法,计算了陆地水储量及海水质量分布变化引起我国20个测站的重力变化.结果表明,我国一些测站观测的重力受水质量迁移影响超过3μGal,可见在应用重力仪观测资料研究地球动力学时,有必要作水负荷改正.另外,文中还对武汉测站的超导重力仪观测的残差和水负荷的计算结果作了比较,并讨论了不同的地球模型及气象数据对计算测站重力的影响.     

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).