摘要:总结了50余年来中国大陆地震流动重力观测的发展历史与现状,阐述了我国重力观测网与仪器、观测和数据处理分析方法、地震预测应用、震前重力变化机理研究等方面的进展。经过几十年的发展,围绕地震监测预报需求,我国已建成了较完备的地震流动重力观测网,发展了较完善的数据处理和分析方法,在6.0级以上地震的中长期地点预测方面取得了较好应用效果,并开展了震前重力变化机理的探索,取得了较显著成效。未来,应从人才队伍、观测系统、机理研究等方面持续推进相关工作。
摘要:不同地球物理数据参与的联合反演,可有效减少反演的多解性,为地球内部结构研究提供多参数约束。重力与地震联合反演的开展常基于速度-密度经验关系,但由于地下结构复杂,部分地区岩石物理关系难以准确确定。针对这一问题,提出了一种基于交叉梯度约束的地震走时与重力联合反演方法。该方法将频率域重力反演和近震体波走时反演相结合,采用优化的顺序策略,实现了速度模型与密度模型的相似性耦合。理论模型和青藏高原东北缘实际观测数据试验都显示,联合反演有效提高了密度结构的垂向分辨率。重力数据的引入,更好地约束了地壳浅层(地下 5km 以内)P波速度结构,明显改善了体波射线分布稀疏地区的横向分辨能力。
摘要:介绍了小波多尺度分析方法的基本原理,利用bior3.5小波对理论模型的浅部和深部异常进行了有效分离,初步验证了该方法的有效性。利用SGG-UGM-2模型和Earth2014 地形模型计算了台湾海峡及其邻区的布格重力异常,并基于小波多尺度分析方法对其进行5阶分解和近似场源深度的计算,得到不同深度的重力异常。结果显示:研究区的布格重力异常值由台湾海峡中心向西北侧华南大陆逐渐降低,异常幅值为 -20~580mGal ,陆地异常明显低于海洋异常,其中最低值位于扬子板块,最高值位于菲律宾板块。小波多尺度分解得到的1\~5阶重力异常细节场可以反映出研究区的断裂带由不同深度构造运动产生。小波分解的4、5阶重力异常细节场在马尼拉海沟区域和加瓜海脊的异常特征反映了研究区板块俯冲生热使得下地壳高温熔融物质向上涌的动力学过程;对比分析各阶重力异常细节场和断层分布的特征发现研究区的断裂带由不同深度构造运动产生。3、4阶重力异常细节场说明研究区的强震发生在板块边界处、次级地块的边界活动带以及高重力梯度带区域,且震源深部的地壳结构影响浅部强震的发生。
摘要:利用全球重力场模型grav.img.23.1和全球DEM模型 topo_18.1.img 研究了川西地区的布格重力异常特征,利用小波多尺度分析方法对重力异常信号进行分离,研究了该地区的深部物质迁移特征和强震孕育背景;并基于2017—2022年的区域流动重力观测资料,研究了2022年9月5日泸定 Ms6.8 地震前的区域重力场变化特征。结果表明: ① 小波多尺度分解得到的不同深度重力异常特征图像,均在三岔口一石棉一带存在显著的重力异常梯度带和四象限分布特征,表明了该地区深部强烈的物质迁移和密度变化,泸定 Ms6.8 地震震源区处于不同密度地质体的交会区域,具备发生强震的孕震背景; ② 地震前出现了较好的中期前兆性重力变化图像,前期沿鲜水河断裂及玉龙希断裂形成了重力变化高梯度带,泸定 Ms6.8 地震发生在重力变化高梯度带的拐弯处附近,临震前重力场出现了反向变化,并在三岔口地区出现重力异常四象限变化特征,地震发生在重力场反向变化过程中; ③ 依据震质源和震质中模型,分析认为震中南侧的九龙、石棉、冕宁一带的正重力变化可能是导致此次地震发生的主要诱因,引起该重力变化的深部场源可能是主导此次地震的孕震体。
摘要:使用经典平差和贝叶斯平差法对2013年上下半年、2020年上下半年以及2024年郯庐断裂带中南段的重力数据进行平差处理,获得了2013—2024年研究区的重力场变化。结果显示,该研究区的重力场呈现东升西降的变化趋势,郯庐断裂带对重力变化控制明显。结合对重力场变化的小波分解结果和2013—2022年研究区发生的Ms?3.5 地震,发现地震易发生在重力场变化的正负交界过渡带上。采用EGM2008模型,经小波多尺度分解,获得去除了莫霍面起伏影响的布格重力异常,根据Airy均衡模型计算得到均衡重力异常。结果表明,总体上重力场的变化与重力异常在空间形态上较为一致,但变化趋势可能有所不同,需重点关注重力异常的边界与重力场变化的边界一致的地方,有发生地震的可能性。
摘要:基于流动地球物理场观测项目获得的相对重力数据,对贺兰山—银川地堑及邻区深部构造进行讨论。计算获得研究区布格重力异常,采用小波多尺度分解方法对布格重力异常进行2\~5阶小波细节分解,结合区域地质、地球物理资料,对重力场结果进行分析。结果表明:贺兰山—银川地堑布格重力异常与邻区有较大差异,小波细节特征显示在横向上同邻区也有较大差异,贺兰山一银川地堑构造更为复杂,以独立的小地块形式存在于阿拉善微陆块、华北陆块以及祁连早古生代造山带之间。贺兰山一银川地堑及邻区断裂主要为浅源和壳内断裂,主要分布在牛首山、贺兰山东麓、银川地堑东缘周围。这些断裂带也是重力异常突变带、梯度带,是孕育地震的理想环境。此外研究区中上地壳重力异常明显,可能是导致该地区地震以浅源地震居多的主要原因。
摘要:在有限均质椭球体的特殊情况——球体、旋转椭球体模型的基础上,推出了更具普适性的三轴不等长椭球体模型的重力异常 Vz 及其重力梯度 Vxz 、 Vyz 、 Vzz 、 Vzz 的积分计算公式,并用Matlab开发工具编制了计算程序,获得了相应的计算数据并绘出了各分量的重力异常剖面图与等值线图,通过与已公开的球体、旋转椭球体模型的典型算例进行比对,验证了公式的正确性。结果表明:三轴不等长椭球体与球体、旋转椭球体虽具有相似的重力异常变化规律,但数值特征受形态参数影响显著,验证了三轴不等长椭球体模型在表征复杂地质体时的合理性与优越性,其既继承了球状体的基本场特征,又能通过三轴差异精确刻画实际地质体体积、质量分布等关键参数引起的重力异常场细节变化。
摘要:南北地震带是中国强震频发区之一,分析该区域重力场时空变化趋势对理解强震机理、构造变形具有重要意义。引人二维水平梯度分析方法,基于2016年9月—2021年9月所获取的5期时变重力数据,计算南北地震带时变水平梯度值,结合研究区地震信息和地质构造资料,分析2017年以来研究区 Ms?5.0 震中区域地震震前时变水平梯度与地震活动的时空分布特征。结果表明:研究区 Ms?5.3 地震震中区域震前时变水平梯度特征与震级呈正相关; Msgtrless6.0 地震震中区域震前时变水平梯度高值带逐渐沿块体边界、大型断裂展布,极大值大于1.7μGal/km ,区域标准差大于 0.4μGal/km. 0
摘要:利用1989—1996年滇西地震预报实验场绝对重力和相对重力观测资料,采用逐年差分和多年累积的方法,分析滇西地震预报实验场内部不同时间尺度的重力场演变特征及其与丽江地震在时空上的对应关系,结果表明: ① 1992年以前,研究区内部重力场变化平稳,1993年出现局部变化,1995年变化急剧加大,震后快速反向调整,变化量值基本与震前多年累积相当,重力场演化特征与丽江地震存在高度时空对应关系,表明该时段重力场变化为丽江地震的孕震特征。 ② 研究区差分及累积重力场动态演化过程中,在川滇菱形块体与滇西块体边界产生重力变化梯度带,表明这2个块体构造活动剧烈。 ③ 沿红河断裂带出现( -60~90 川 ×10-8m/s2 的重力变化高梯度带,其走向与红河断裂构造高度一致,反映区域重力场变化受主要活动构造控制,是地下深部壳幔物质运移的表现。
摘要:针对相对重力观测过程中可能受到环境等因素影响而出现高频信号和局部异常的情况,以2021年漾濞6.4级地震前重力变化为例,通过时空平滑约束重构重力变化数据,对比重构前后重力变化情况。基于球坐标系下六面体模型模拟场源体介质,反演场源视密度变化,分析场源区介质密度演化特征。结果显示:观测数据经过时空平滑重构后,在不改变总体变化趋势的情况下,标准差由 17.86×10-8m/s2 降到 8.99×10-8m/s2 ,变化值区间从 -74.20-66.28)×10-8m/s2 降到( -21.79~27.70)×10-8m/s2 ,数据离散程度得到有效压缩,并能压制高频信号和局部噪声,孕震区域内重力变化时空演化趋势更加连续,便于异常特征的识别。场源区视密度变化显示有一个明显的NW-SE向物质迁移过程,在经过震中位置后逐渐收缩,在震中位置形成一个“孤岛”形态。孕震过程中正负变化分界线从SW-NE向转为NW-SE向,在分界线与构造走向一致后随即发震。
摘要:基于2019—2023年的流动重力观测资料,使用经典平差获得各测期测点重力值,得到研究区不同时间尺度的重力场变化结果;使用GAMMA软件对InSAR同震观测数据进行干涉处理,获取2021年青海玛多 Ms7.4 地震的同震形变场。结果显示:玛多 Ms7.4 地震震前研究区异常变化主要集中在震中附近,以负变化为主;地震前后1年期的重力场变化形成了“四象限”的分布特征;震后研究区重力场发生大范围的反向变化,但随着震后调整,震中区域东部的重力场变化量较西部更大,与双断层滑动模型给出的滑动量分布结果一致。玛多地震在LOS向最大位移约为 1.29m ,发震断层为走滑型;通过断层滑动分布反演得到双断层模型的滑动主要集中在20km 深度内,发震主断层最大滑移量约为 4.8m ,分支断层最大滑移量约为 2m 。联合InSAR形变场与2020—2021期重力场变化开展分析后发现,玛多 Ms7.4 地震的发震构造与重力场变化一致性较好,表明重力资料与In-SAR资料的联合应用有助于更好地分析大震发震构造及机制。
摘要:为研究山西地区重力场变化特征,利用贝叶斯平差和经典平差法,分析 2015—2020年山西地震重力监测网的流动重力观测数据,得到山西断陷带内不同时间尺度的重力场动态变化,并对2种方法的计算结果进行误差和精度分析。结果表明: ①2 种平差方法在点值精度上整体相当,但贝叶斯平差法的段差序列具备更好的随机分布特征,可以更好地消除由仪器的非线性漂移对结果带来的影响; ②2 种方法得到的重力场变化形态一致,但变化量有所差异; ③ 山西断陷带内重力场变化相对稳定,累积重力场变化显示,区内变化趋势具备连续性,但不同部位重力场变化特征有所差异,位于中部和中南部的太原盆地、临汾盆地重力场变化量小,南北两端的变化量较大,且变化态势相反。
摘要:针对流动重力观测过程中存在的仪器不确定性导致观测数据质量的问题,收集2015—2018年辽宁地区的6期时变重力观测数据,分别采用贝叶斯分析方法和经典最小二乘平差方法,计算相对重力仪的漂移率和格值系数,对重力观测数据进行精度分析;使用2021年5月—2022年5月重力数据分析辽宁地区地下介质活动性。结果表明:经典平差方法和贝叶斯平差方法对于拉科斯特型号重力仪器漂移率解算结果是一致的,贝叶斯方法可有效抑制仪器误差;辽宁地区重力测网多年测量结果满足地震重力分析需求。辽宁地区整体重力变化较为平稳,表明地下介质活动较弱,断裂活动稳定。重力变化起伏较大的区域4级地震较为频繁。
摘要:选取2022年蓟县地震台同址观测的3种弹簧重力仪(gPhone型、DZW型和GS-15型)的连续观测数据,计算了这3种弹簧重力仪在亚地震频段( )的背景噪声水平(SSNM)和在潮汐频段( >6h )的背景噪声水平(TNM),讨论了不同频段的背景噪声水平之间的相关性,比较 Eterna和Venedikov2种调和分析方法,并讨论了不同频段背景噪声水平之间的相关性。结果表明: ① 在亚地震频段,gPhone型、DZW型和GS-15型重力仪的SSNM值分别为3.91、4.48和5.20,SSNM值与地震频段背景噪声水平(SNM)之间存在正相关。 ② 在潮汐频段,3种重力仪的TNM值分别为5.514、6.681和8.007,TNM值与SNM值之间存在一定的相关性。 ③ 通过调和分析发现,相比于DZW和GS-15型重力仪,gPhone 型重力仪记录到的潮汐信号的主要潮波( O1 、 K1 、 M2 ! S2 )精度较高。
摘要:基于2015—2020年昆明地震监测中心站(以下简称“昆明站”)的gPhone连续重力观测数据,采用时频分析方法计算双频微震(DF)频段视垂直位移,利用全球地震背景噪声能量辐射模型(ASSM)正演昆明站 DF频段信号,并结合台风和邻近重力站数据,对昆明站DF频段信号异常变化特征进行研究,探讨了昆明站周边地震活动与DF频段信号之间的关系。结果显示: ① 年变化趋势显示昆明站周边 300km 范围内 Ms?5.0 地震易发生在台风频繁且DF频段视垂直位移较高的月份内,月变化趋势则显示地震易发生在视垂直位移由低转高的过程中。 ②2020 年巧家 Ms5.0 地震前DF频段信号的异常变化,并不是由巧家地震引起,而与印度洋台风有关。总结震前DF濒段信号异常特征,有助于该地区中强地震预测研究。
摘要:针对gPhone连续重力仪漂移修正困难的情况,收集2019年1月—2024年5月云龙地震台gPhone连续重力仪观测数据,采用流动重力数据控制的方法进行漂移修正,并与目前常用的小波滤波和多项式拟合修正方法进行比较,修正后的结果显示: ① 5.4a累计变化量从约 1 374×10-8m/s2 降至 69×10-8m/s2 : ② 漂移修正结果与5阶多项式修正结果相似; ③ 模型评价结果优于其他2种方法; ④ 残差分布与5阶多项式修正结果接近。
摘要:为了分析测段数量对相对重力仪性能试验的影响,对2021—2024年4台CG-6型和4台BURRIS型相对重力仪的性能试验数据进行处理,选取2~9段段差计算动态精度和3种仪器组合数的一致性中误差。发现CG-6型、BURRIS型相对重力仪动态精度的均值分别为(1~3) ×10-8m/s2 、 (4~16)×10-8m/s2 ;3台仪器组合较6台仪器组合的一致性中误差更容易满足限差。剔除读数异常的仪器干扰后进一步分析发现,测段数量与相对重力仪的性能试验结果密切相关。随着测段数量的增加,动态精度和一致性中误差结果会逐渐趋于稳定;当测段数量为5~7段时,各台仪器的动态精度和多台仪器一致性中误差达到峰值,之后逐渐减小或保持稳定。
摘要:随着“中国大陆构造环境监测网络”项目中绝对重力仪数量和类型的不断增加,绝对重力观测数据解算基准存在着由于不同仪器系统偏差造成的不统一,影响了时变重力数据解算的精度和准确性。为研究绝对重力仪间系统偏差,通过分析2024年度10台绝对重力仪的同址集中比测数据,采用加权最小二乘平差方法对数据进行统一解算,获得了3个测点重力标准参考值和各仪器的系统偏差,最后综合对比分析陆态网络历期比测结果。结果表明: ①10 台绝对重力仪的系统偏差为 -3.42~4.50μGal ,观测精度为 0.69~3.38μGal ,仪器间系统偏差在数个 μGal 量级; ② 参加2023、2024两期比测的6台仪器系统偏差的变化值与重力基准变化值的偏差为 -1.31~ 3.69μGal ,表明陆态网络观测使用绝对重力仪性能稳定,适合用于探测地震相关的微小重力变化信号; ③ 陆态网络9期比测的绝对重力仪系统偏差全部优于 5μGal ,FG5、FG5X型绝对重力仪的系统偏差标准差维持在2 μGal 左右,而A10型绝对重力仪的系统偏差标准差最大达 4.56μGal ,因此各仪器的系统偏差在高精度重力测量中应予以考虑。