中国流动重力监测与地震预测

主要介绍中国大陆流动重力监测网布局、重力测量数据处理及重力前兆信息提取方法、流动重力监测结果所反映的区域重力场动态变化图像及所揭示的构造活动特征。在大量观测资料的基础上,研究重力异常变化与地震孕育发生关系,探索地震预测的研究思路、途径和方法,并积极利用重力观测资料进行地震中期危险性预测研究,及时将研究成果用于震情会商及年度地震趋势预测,为强震预测和年度危险区划定提供了重力学前兆依据。指出了流动重力监测中仍存在的问题,并提出了利用时变重力监测资料推进地震预测研究的设想和思考。     

联合卫星重力和GNSS观测反演地震断层参数的研究EI北大核心CSCD

地震的发生会造成巨大的破坏和损失,大地测量技术能观测地震形变和反演地震断层的错动情况,对于减少地震灾害具有非常重要的现实意义。GNSS技术已广泛用于震源参数的反演工作,但对于发生在海域的地震,由于GNSS站点往往位于陆地一侧,导致对断层的约束 能力有限。卫星重力技术因其全天候、全球覆盖、连续性,以及不受地域地形限制等诸多特点,可弥补海洋一侧常规观测不足。联合GNSS和GRACE两种观测手段反演震源机制,可进一步提高反演海域地震的震源参数。为此,论文基于GRACE和GNSS观测的同震和震后形变,联合反演了断层参数和地幔黏滞性系数等,主要成果如下。     

超导重力数据检测到的2011年日本东北大地震(Mw 9.0)震前重力异常及同震重力变化

高精度的超导重力数据已广泛应用于地球动力学的研究,对大地震前重力异常和同震重力变化的探测有助于震源机制和地震预警的研究,同时高精度的同震观测数据可用于断层滑动模型的反演。本文利用日本、中国及欧洲7个超导台站2011年3月的秒采样数据研究日本东北大地震（M_w 9.0）产生的重力变化,经潮汐、气压、漂移等预处理改正后,得到改正后的重力变化。对比同时段日本岛附近发生的2861次M_b≥4级地震,分析滤波后的重力变化数据,排除非主震的影响,发现0.12 Hz≤f≤0.18 Hz频段显示了明显的震前重力异常扰动信息,所有台站在震前89 h均开始出现重力异常扰动,Medicina站的震前最大异常扰动振幅达到28×10^-8 m/s²。另外,利用球形位错理论及地震的CMT解计算得到的地表同震重力变化理论值与超导重力观测值非常接近,同震重力变化绝对值与震中距成反比,近场站点的观测值比远场站点更接近于理论计算值,前者可作为断层反演的约束条件。     

连续重力观测异常模式的多分辨率识别算法

在小波多孔算法的基础上,提出了一种综合信号频率信息和幅值信息的连续重力观测数据多分辨率异常模式识别算法,利用小波分解得到高频区域的能量作为频率指标,与幅值相结合,对信号及其多孔小波分解结果进行多分辨率异常模式识别。利用模拟数据和实际超导重力观测数据对算法的有效性进行了验证,结果表明,该算法能够准确地在带有噪声的信号中识别模拟数据的异常模式,可应用于连续重力观测台网数据分析处理,对于提升台网观测数据质量以及地震预测等实际应用都具有重要意义。用此方法分析拉萨和武汉的3台超导重力仪2015-04-25尼泊尔地震前一天的秒采样数据后,得到一段27 min的在频率指标上有超过90%相似性的异常模式,这一结果的更深层次物理解释仍需要进一步研究。     

基于短时间序列重力观测数据的潮汐改正方法

对于没有长期连续潮汐观测站和无精密潮汐模型的地区,研究高精度潮汐改正方法具有重要意义。给出了基于短时间序列重力观测数据的高精度潮汐改正方法,并利用全球动力学计划中TIGOConcepcion、Kamio-ka和Hsinchu三个台站的超导重力观测数据对该方法进行了试验分析。研究结果表明,利用一天或数天重力观测数据可建立高精度潮汐模型,其振幅因子和相位延迟解算精度分别优于0.01和0.5°,潮汐改正精度可以达到μGal量级,验证了该方法的正确性和有效性。本文方法为无精密潮汐模型区域的潮汐改正提供了新的途径。     

2009-07-22湖北地区日全食期间的重力观测

利用武汉市九峰站CWR C032型超导重力仪和沙洋地区的Lacost G型、ET型弹簧重力仪,对2009-07-22发生在长江沿线的日全食进行了重力观测。首先,对超导重力仪在日全食期间的观测数据扣除重力固体潮汐及气压影响后,分析其幅度变化,没有发现日全食期间及前后出现幅度异常的＂重力谷＂。同时,对G型和ET型重力仪观测数据采用数字滤波器法及多项式拟合重力潮汐法扣除固体潮汐影响后,同样也没有发现日全食期间及前后出现幅度较大的异常。重力实测数据处理和分析表明,2009年日全食期间并未发现＂重力谷＂现象。     

陆态网络灵山重力基线场初值测定与数据分析

介绍了灵山重力基线重力观测情况,并对观测结果进行了分析。分析结果表明,相对重力联测成果互差优于40.0×10-8ms-2,绝对重力观测成果中误差优于5.0×10-8ms-2,重力垂直梯度观测成果中误差优于3.0×10-8ms-2,最终各点成果精度优于5.0×10-8ms-2,满足中国大陆构造环境监测网络的技术要求,可供相关项目重力仪标定使用。     

FG5绝对重力仪及测点3053的绝对重力测量

介绍了FG5型绝对重力仪的历史、设计特点及其重力确定与改正方法,对测点3053进行了绝对重力测量,分析了观测数据和结果,给出了几点实用的建议。     

华南陆地时变重力观测数据质量评估

陆面时变微重力观测常用于监测地壳内部物质变化.仪器不确定性是影响数据质量的重要因素.本文以华南地区2015年至2018年的时变重力观测数据为研究对象,分别从相对重力仪的非线性漂移特征、格值系数变化入手,引入贝叶斯分析方法,量化不确定性来源,并以网内绝对重力观测结果进行交叉检验,评估时变重力数据产品质量.研究表明:华南2015年以来的重力观测质量由于相对重力仪非线性漂移产生的不确定性较弱,格值系数不准确引起的不确定性更大,约为20×10-8 m/s2;通过绝对重力基准约束和贝叶斯优化可以明显提高数据产品精度.本文研究结果对评价陆地重力数据质量,客观地开展重力场变化解释、分析强震孕育和物质变迁等科学问题具有重要的参考价值.     

利用TCMSSGO方法拟合长时间中断重力数据

采用合理有效方法对重力观测数据中长时间中断进行准确插值,是获取高精度连续重力数据的重要手段之一。以选择超导重力数据为实例,用TCMSSGO方法对中断进行插值。主要研究成果包括:1以3 d连续重力观测数据为基础,分别前后插值20 d,拟合值与实际观测数据残差在μGal量级;2若3 d连续重力观测数据是大潮时观测的,拟合重力数据与实际观测数据残差的标准差为0.906 3μGal;若3 d连续重力观测数据是小潮时观测的,拟合重力数据误差为0.999 7μGal;3 TCMSSGO方法可以有效应用于拉萨超导重力台站长时间中断数据的插值。     

水文气象因素对中国北疆流动重力变化的影响

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems,GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明,陆地水影响的年变化为1.3 μGal,两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal;大气影响的年变化为8 μGal,两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据,对比扣除水文气象因素前后的重力变化,可以看出,在中国北疆流动重力数据处理中,大尺度水文因素可以不予考虑,气象因素应予考虑。同时,为更好分析流动重力变化,建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。     

运输工具对相对重力仪测量精度的影响分析

简要介绍了当前常用重力仪类型和标称精度,并就运输工具性能好坏、重力测段大小、路线距离长短和观测时间长短对相对重力仪的观测精度的影响进行测定分析,结果表明:影响重力仪观测精度的主要因素与汽车运输工具有关,选择越野性能好,减震效果好的汽车作为完成高等级流动重力测量任务的前提条件。     

中国大陆重力场变化及其引起的地球动力学特征

利用中国地壳运动观测网络1998-2000年间绝对重力和相对重力观测资料获得中国大陆重力场空间动态变化结果，分析研究了1998-2000年中国大陆重力场变化及其特征。     

陆态网络绝对重力基准的建立及应用

利用陆态网络100个基准站的首期观测数据,建立了基本覆盖我国大陆范围的高精度绝对重力基准,各基准站点值精度均小于5.0μGal/a,为相对重力联测提供了高精度起算基准点,可获得真实的相对重力联测平差结果,避免重复重力观测获得的重力场动态变化图出现畸变。成都基准台重复重力观测获得的重力变化规律表明,汶川地震前长期重力变化率达5.01±0.7μGal/a,如此大的震前重力变化很可能是由于地下物质运移引起的。联合绝对重力和GRACE卫星长期测量数据,根据二者系统偏差确定了武汉地区的地壳沉降速率,为-3.27±0.65mm/a。     

土壤浸湿对重力观测影响的初步分析

本文对武汉测绘科技大学 (WTUSM)重力基准点在暴雨后不久引起的观测异常进行了测试和研究 ,包括对测点附近的土壤在饱和前后的密度、孔隙度等及由此而引起的重力变化进行计算和分析。结果表明 ,该项效应与雨后相对于正常天气情况下 3次观测结果 (平均值 )的偏离相当接近。文中还对今后在绝对重力测量中 ,如何注意土壤浸湿的影响提出了建议     

南极中山站重力潮汐观测的海潮负荷效应

综合分析了LaCoste-Romberg(LCR)ET21高精度弹簧重力仪1998年12月26日至2000年1月9日在南极中山站的重力潮汐观测资料，采用目前普遍使用的Schwiderski、Csr3.0和Fes96.2全球海潮模型研究中山站重力潮汐观测的海潮负荷改正问题。结果表明在南极地区，目前的海潮模型存在较大的不确定性，还不足以精密确定该区域的海潮负荷改正。经海潮改正后，重力潮汐观测结果与潮汐理论值之间还存在比较大的差异，观测的周日（01）和半日（M2）潮波重力振幅因子与相应的理论值之间的平均偏差分别为3．8％和7．8％。南极地区附近海域海水的变化半导致该地区海潮负荷响应非常明显的季节性系统变化。     

垂直形变监测中引入重力观测值的可行性研究

全面分析重力测量的各种误差和目前能达到的精度后，对垂形变监测中引入重力观测值的可行性进行了具体研究。结果表明，若仅是为了测定点的垂直位移的 高程速率，增加重力测量数据后对形变分析的精度增益十分有限。但是对于大跨度垂直形变监测和局部地区突发性和垂直形变测定，重车测量方法可以及时掌握垂直直形变的趋势。     

福建省重力台网对米娜台风激发的微震信号源定位

利用重力台网进行台风激发信号的源区定位研究不仅有助于提高台风监测能力,而且可从台风激发信号中区分出震前与震源有关的信号,促进地震预测研究。以2019年第18号台风米娜(MITAG)为研究对象,基于福建省重力台网观测的1 Hz采样的固体潮观测数据,利用噪声互相关函数的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)和归一化噪声能量流方法分析数据质量和微震源区方位,使用SNR≥25的Rayleigh波互相关信号走时作为定位数据,进行台风4个时段的定位研究。结果表明,在MITAG台风靠近中国大陆的过程中,定位区域能够覆盖台风中心所在位置;地震背景噪声能量辐射模型的微震垂直位移极值区域也和台风靠近中国大陆过程时段一致;通过人工剔除高速波群的互相关信号后,定位区域也能覆盖到转向远离大陆过程时段的台风轨迹。福建省重力台网对台风的追踪提供一类新的数据和方法。     

基于旋转模型的青藏高原重力变化研究

用数值模拟方法研究了地壳旋转运动与空间重力变化的关系,得出地壳划分的长方体的旋转运动引起的重力变化呈中心对称分布。青藏高原地区的研究资料表明,该区域绕青藏高原东构造存在顺时针旋转运动。文中结合该地区的数字高程以及GPS观测速率数据,计算了青藏高原块体旋转运动引起的重力变化,并与GRACE卫星重力观测结果进行了对比分析。     

绝对重力仪对日本海域6.0级地震的精确纪录

FG5绝对重力仪在上海佘山基准站观测前后发生了日本海域6.0级地震。数据处理分析表明,地震在该基准站引起的绝对重力值变化约为-16微伽,这对地震进行预报以及对地震造成的危害性进行评估有着积极意义。