梁偉鋒 劉 芳 祝意青 徐云馬 郭樹松 趙云峰 劉 練

1 中國地震局第二監(jiān)測中心，西安市西影路316號(hào)，710054

《地震重力測量規(guī)范》規(guī)定，G 型相對重力儀（CG－5、Burris等類型的高精度重力儀也適用此規(guī)范）的一次項(xiàng)系數(shù)一般每隔3a須使用重力長基線或短基線標(biāo)定一次。但在相對重力數(shù)據(jù)的處理工作中發(fā)現(xiàn)，CG－5型相對重力儀的一次項(xiàng)系數(shù)逐年變化，應(yīng)每年進(jìn)行實(shí)測標(biāo)定。在此思路基礎(chǔ)上，利用2011～2013喜馬拉雅項(xiàng)目在南北地震帶北段獲得的10多個(gè)絕對重力值作為基準(zhǔn)，運(yùn)用甘肅、寧夏和河西3個(gè)重力網(wǎng)的實(shí)測數(shù)據(jù)［1－6］對各重力儀的一次項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行重新解算，然后對3個(gè)重力網(wǎng)2011～2013多期的相對重力測量資料進(jìn)行統(tǒng)一基準(zhǔn)的系統(tǒng)性整體解算，獲得南北地震帶北段近年來較大空間尺度的區(qū)域重力場動(dòng)態(tài)變化圖像，研究重力儀一次項(xiàng)系數(shù)對重力場動(dòng)態(tài)變化的影響及南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)變化的特征和規(guī)律，獲取南北地震帶北段的大尺度重力異常信息，探索重力變化和地殼運(yùn)動(dòng)及構(gòu)造活動(dòng)和地震發(fā)生的關(guān)系。

1 資料處理

對南北地震帶北段3個(gè)相互獨(dú)立觀測和分析研究的寧夏地震重力網(wǎng)、甘肅地震重力網(wǎng)和河西地震重力網(wǎng)2011～2013多期的相對重力測量資料，選取合適的擬穩(wěn)點(diǎn)，使用基線標(biāo)定的重力儀一次項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行統(tǒng)一基準(zhǔn)的系統(tǒng)性整體解算，獲得南北地震帶北段近年來較大空間尺度的區(qū)域重力場動(dòng)態(tài)變化圖像。利用2011～2013喜馬拉雅項(xiàng)目在南北地震帶北段獲得的10多個(gè)絕對重力值作為基準(zhǔn)，對甘肅、寧夏和河西3個(gè)重力網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行儀器一次項(xiàng)的重新解算，然后進(jìn)行統(tǒng)一基準(zhǔn)的系統(tǒng)性整體解算，剔除不穩(wěn)定的點(diǎn)位，獲得重力場動(dòng)態(tài)變化。

2 南北地震帶北段2011～2013的重力場變化

利用2011～2013喜馬拉雅項(xiàng)目在南北地震帶北段獲得的13個(gè)絕對重力點(diǎn)（西寧、岸門村、西寧基、西寧環(huán)2、中衛(wèi)、靈武、石嘴山、民和、景泰、西安州、雙墩、武都、豆坪）為基準(zhǔn)，對甘肅、寧夏和河西3個(gè)重力網(wǎng)的數(shù)據(jù)重新解算儀器的一次項(xiàng)后，再利用新解算的儀器一次項(xiàng)對3個(gè)重力觀測網(wǎng)組成的測網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一基準(zhǔn)的系統(tǒng)性整體經(jīng)典網(wǎng)平差解算，獲得南北地震帶北段的重力場動(dòng)態(tài)變化。

2.1 半年尺度的重力場變化

圖1（a）顯示，2012－05～2012－10重力變化具有分區(qū)特征：1）甘東南總體為正負(fù)相間的變化，岷縣地區(qū)存在40μGal變化的局部重力異常；2）寧夏地區(qū)自南向北出現(xiàn)由負(fù)向正的趨勢性變化，并在海原、固原和隆德地區(qū)出現(xiàn)局部重力異常區(qū)；3）河西走廊地區(qū)重力變化不大，在±30μGal以內(nèi)。

圖1（b）顯示，2012－10～2013－06重力變化非常劇烈，具有以下3個(gè)特征：1）甘東南地區(qū)重力出現(xiàn)顯著差異運(yùn)動(dòng)，臨夏重力正值變化，岷縣、天水重力負(fù)值變化，重力差異變化達(dá)150μGal，并沿岷縣－隆德形成重力變化高梯度帶，岷縣6.6級(jí)地震則發(fā)生在重力變化高梯度帶上；2）寧夏地區(qū)自南向北出現(xiàn)由正向負(fù)的趨勢性變化，并沿固原、隆德出現(xiàn)局部重力異常區(qū)及重力變化梯度帶；3）河西走廊地區(qū)重力變化不大，在±30μGal以內(nèi)。

2.2 1a和2a尺度的重力場變化

2011－05～2012－05重力場（圖2（a））反映出，青藏高原深部物質(zhì)向北東運(yùn)移過程中出現(xiàn)自西南向東北、由負(fù)向正的大空間尺度的趨勢性顯著重力變化，并沿祁連－海原大斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶，該地區(qū)具有強(qiáng)地震發(fā)生的背景。

圖1 南北地震帶北段半年尺度的重力場變化Fig.1 The gravity varition during half an year scale of northern segment of north－south seismic belt

圖2 南北地震帶北段1a尺度的重力場變化Fig.2 The gravity varition during 1year scale of northern segment of north－south seismic belt

2012－05～2013－06 重力變化比較復(fù)雜（圖2（b）），具有以下3個(gè)特征：1）甘東南地區(qū)重力出現(xiàn)顯著差異運(yùn)動(dòng)，臨夏重力正值變化，岷縣、天水重力負(fù)值變化，變化差異達(dá)150μGal，并沿岷縣－隆德形成重力變化高梯度帶，岷縣6.6級(jí)地震發(fā)生在重力變化高梯度帶上；2）寧夏地區(qū)自南向北出現(xiàn)由負(fù)向正的趨勢性變化，在海原、隆德出現(xiàn)與上期反向變化的重力局部異常；3）河西走廊地區(qū)在門源－天祝和祁連－民樂出現(xiàn)兩個(gè)局部重力異常區(qū)，并沿祁連山構(gòu)造帶出現(xiàn)重力變化梯度帶。

圖3 南北地震帶北段2a尺度的重力場變化Fig.3 The gravity varition during 2ascale of northern segment of north－south seismic belt

2011－05～2013－06重力場（圖3）反映出，青藏高原深部物質(zhì)向北東運(yùn)移過程中出現(xiàn)自西南向東北、由負(fù)向正的大空間尺度趨勢性顯著重力變化，重力變化非常劇烈，具有以下3個(gè)特征：1）甘東南地區(qū)重力在自南向北、由負(fù)向正的變化過程中，沿岷縣、天水之間形成重力變化高梯度帶，岷縣6.6級(jí)地震發(fā)生在重力變化高梯度帶上；2）寧夏地區(qū)在隆德出現(xiàn)幅值較大的局部重力異常，沿海原、隆德出現(xiàn)重力變化梯度帶；3）河西走廊地區(qū)沿祁連斷裂帶出現(xiàn)重力變化高梯度帶，并在門源、天祝發(fā)生轉(zhuǎn)折彎曲。寧夏海原－六盤山斷裂帶及門源－天祝一帶重力變化異常值得進(jìn)一步跟蹤。

3 重力儀一次項(xiàng)對解算結(jié)果及重力場變化的影響

3.1 重力儀一次項(xiàng)的解算結(jié)果

本次解算是利用2010年以來喜馬拉雅項(xiàng)目在南北地震帶北段獲得的10多個(gè)絕對重力值作為基準(zhǔn)，重新進(jìn)行儀器的一次項(xiàng)解算后獲得的重力場動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果顯示，LCR－G 型及Burris型金屬彈簧重力儀的一次項(xiàng)較穩(wěn)定（基本不變），CG－5型石英彈簧重力儀的一次項(xiàng)逐年減小，應(yīng)每年利用絕對基準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)測標(biāo)定。

表1 解算過程中使用的一次項(xiàng)系數(shù)Tab.1 The first degree coefficient used in the calculating process

3.2 重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后重力場動(dòng)態(tài)圖像比較

針對重力儀一次項(xiàng)系數(shù)基線標(biāo)定和利用實(shí)測資料進(jìn)行標(biāo)定，分別對南北地震帶北段2011～2013的重力場變化進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出重力場動(dòng)態(tài)圖像。

1）2012－05～2012－10期間，重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)圖像總的趨勢一致，實(shí)測標(biāo)定后岷縣Ms6.6地震震中附近起伏性變化一致，寧夏地區(qū)重力變化量級(jí)小于標(biāo)定前，最大差異運(yùn)動(dòng)由160μGal減少到110 μGal（圖4）。

2）2012－10～2013－06期間，重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)圖像總的趨勢一致，實(shí)測標(biāo)定后岷縣Ms6.6地震震中附近變化量級(jí)小于標(biāo)定前，最大差異運(yùn)動(dòng)由240 μGal減少到150μGal，寧夏地區(qū)重力變化量級(jí)小于標(biāo)定前，最大差異運(yùn)動(dòng)由190μGal減少到80 μGal（圖5）。

3）2011－05～2012－05期間，重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)圖像總的趨勢一致，實(shí)測標(biāo)定后變化量級(jí)略小于標(biāo)定前，最大差異運(yùn)動(dòng)由160μGal減少到120μGal（圖6）。

4）2012－05～2013－06期間，重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)圖像總的趨勢一致，實(shí)測標(biāo)定后岷縣Ms6.6地震震中附近變化量級(jí)小于標(biāo)定前，最大差異運(yùn)動(dòng)由240 μGal減少到150μGal，寧夏北部地區(qū)重力變化平緩（圖7）。

5）2011－05～2013－06期間，重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)累積圖像總的趨勢一致，實(shí)測標(biāo)定后岷縣Ms6.6地震震中附近變化量級(jí)小于標(biāo)定前，最大差異運(yùn)動(dòng)由150μGal減少到100μGal，寧夏北部地區(qū)重力變化平緩（圖8）。

圖4 重力儀一次項(xiàng)實(shí)測標(biāo)定前后重力場變化比較（2012－05～2012－10）Fig.4 The gravity variation before and after the first degree coefficient calibrated（2012－05－2012－10）

圖5 重力儀一次項(xiàng)實(shí)測標(biāo)定前后重力場變化比較（2012－10～2013－06）Fig.5 The gravity variation before and after the first degree coefficient calibrated（2012－10－2013－06）

圖6 重力儀一次項(xiàng)實(shí)測標(biāo)定前后重力場變化比較（2011－05～2012－05）Fig.6 The gravity variation before and after the first degree coefficient calibrated（2011－05－2012－05）

圖7 重力儀一次項(xiàng)實(shí)測標(biāo)定前后重力場變化比較（2012－05～2013－06）Fig.7 The gravity variation before and after the first degree coefficient calibrated（2012－05－2013－06）

圖8 重力儀一次項(xiàng)實(shí)測標(biāo)定前后重力場變化比較（2011－05～2013－06）Fig.8 The gravity variation before and after the first degree coefficient calibrated（2011－05－2013－06）

總之，重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)圖像總的變化趨勢基本一致，只是實(shí)測標(biāo)定后重力變化的量級(jí)有所減小，資料分析更加可靠。至于海原－六盤山斷裂帶附近的重力變化是岷縣6.6級(jí)地震的響應(yīng)還是新地震的前兆，有待進(jìn)一步分析。

4 結(jié) 語

利用絕對重力測量結(jié)果對相對重力儀一次項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行實(shí)測標(biāo)定后發(fā)現(xiàn)，LCR－G 型和Burris型金屬彈簧重力儀的一次項(xiàng)較穩(wěn)定，基本保持不變；CG－5型石英彈簧重力儀的一次項(xiàng)逐年減小，應(yīng)每年利用絕對基準(zhǔn)對其進(jìn)行實(shí)測標(biāo)定。

對南北地震帶北段的甘肅、寧夏和河西3個(gè)重力網(wǎng)的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行各重力儀一次項(xiàng)系數(shù)解算，再利用計(jì)算出的重力儀一次項(xiàng)系數(shù)對3個(gè)相互獨(dú)立觀測和分析研究的重力網(wǎng)2011～2013多期相對重力測量資料進(jìn)行統(tǒng)一基準(zhǔn)的整體解算，獲得南北地震帶北段近年來較大空間尺度的區(qū)域重力場動(dòng)態(tài)變化圖像。結(jié)果表明，重力儀一次項(xiàng)系數(shù)實(shí)測標(biāo)定前后南北地震帶北段重力場動(dòng)態(tài)圖像總的變化趨勢基本一致，只是重力變化量級(jí)有所減小，資料分析更加可靠。對于CG－5 重力儀觀測資料，計(jì)算分析時(shí)應(yīng)先對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行一次項(xiàng)系數(shù)解算，再利用計(jì)算得出的重力儀一次項(xiàng)系數(shù)進(jìn)行平差計(jì)算，得到的計(jì)算結(jié)果更加合理，震情分析更加可靠。

［1］祝意青，徐云馬，呂弋培，等.龍門山斷裂帶重力變化與汶川8.0級(jí)地震關(guān)系研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2009，52（10）：2 538－2 546（Zhu Yiqing，Xu Yunma，LüYipei，et al.Relations between Gravity Variation of Longmenshan Fault Zone and Wenchuan Ms8.0Earthquake［J］.Chinese J Geophys，2009，52（10）：2 538－2 546）

［2］祝意青，梁偉鋒，徐云馬.汶川Ms8.0地震前后的重力場動(dòng)態(tài)變化［J］.地震學(xué)報(bào)，2010，32（6）：633－640（Zhu Yiqing，Liang Weifeng，Xu Yunma.Dynamic Variation of Gravity Field before and after Wenchuan Ms8.0 Earthquake［J］.Acta Geophysica Sinica，2010，32（6）：633－640）

［3］Zhu Y Q，Zhan F B，Zhou J C，et al.Gravity Measurements and Their Variations before the 2008Wenchuan Earthquake［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，2010，100（5B）：2 815－2 824

［4］祝意青，梁偉鋒，湛飛并，等.中國大陸重力場動(dòng)態(tài)變化研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（3）：804－813（Zhu Yiqing，Liang Weifeng，Zhan Feibing，et al.Study on Dynamic Change of Gravity Field in China Continent［J］.Chinese J Geophys，2012，55（3）：804－813）

［5］李 輝，申重陽，孫少安，等.中國大陸近期重力場動(dòng)態(tài)變化圖像［J］.大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2009，29（3）：1－10（Li Hui，Shen Chongyang，Sun Shaoan，et al.Dynamic Gravity Change in Recent Years in China Continent［J］.Journal of Geodesy and Geodynamics，2009，29（3）：1－10）

［6］Zhu Y Q，Zhan F B，Zhou J C，et al.Gravity Measurements and Their Variations before the 2008Wenchuan Earthquake［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，2010，100（5B）：2 815－2 824