李玉森，張 麗，楊曉東，鄒 博，索 銳

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

遼南地區(qū)2012—2015年重力時(shí)空變化特征分析

李玉森，張 麗，楊曉東，鄒 博，索 銳

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

重力變化是地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作的重要內(nèi)容，本文以遼南地區(qū)為例，收集、整理了2012—2015年8期流動(dòng)重力觀測(cè)資料，通過重力平差計(jì)算，來研究區(qū)域重力場(chǎng)時(shí)空變化、重力點(diǎn)值時(shí)序變化和段差值時(shí)序變化等，分析重力場(chǎng)的時(shí)、空、強(qiáng)變化特征。判定潛在地震發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。結(jié)果顯示蓋州—大石橋—海城地區(qū)和明陽—莊河—魏屯地區(qū)重力變化起伏較大，異常明顯，應(yīng)給予密切關(guān)注。

重力場(chǎng); 時(shí)空變化; 遼南地區(qū)

0 引言

重力場(chǎng)是地球基本物理場(chǎng)之一，地表重力變化與地下介質(zhì)密度以及地殼應(yīng)力之間的關(guān)系密切，是地震流動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作的重要內(nèi)容[1]。重力測(cè)量是以地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)為目的，其主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)區(qū)域重力場(chǎng)隨時(shí)間的非潮汐變化，以及重力場(chǎng)的時(shí)、空、強(qiáng)變化，提取地震前兆信息，進(jìn)行地表重力場(chǎng)變化監(jiān)測(cè)及地震中、長(zhǎng)期危險(xiǎn)地點(diǎn)判定等研究工作。本文以遼南地區(qū)為例，進(jìn)行重力變化研究，為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

1 測(cè)區(qū)概況

遼南地區(qū)重力監(jiān)測(cè)地理范圍為38o15'～41o83'N、121o10'～123o59'E，主要是溝幫子、大連和莊河圍城的三角形區(qū)域。測(cè)區(qū)內(nèi)新生代構(gòu)造始于中生代末，于新第三紀(jì)基本形成，第四紀(jì)得到進(jìn)一步發(fā)展，總體形態(tài)為北東走向的條塊狀，新生代以來構(gòu)造活動(dòng)較為活躍，斷層發(fā)育，其中有NE向郯廬斷裂帶和金州大斷裂平行縱貫?zāi)媳?，NW向的海城隱伏斷裂橫跨東西，上世紀(jì)七十年代至今該地區(qū)曾多次發(fā)生過中強(qiáng)地震，近期尤其是蓋州—大石橋地區(qū)小震群較為活躍[2]。

2 重力測(cè)量工作

2.1測(cè)網(wǎng)簡(jiǎn)介

遼南地區(qū)重力網(wǎng)建設(shè)始于1985年，至今一共設(shè)立了37個(gè)觀測(cè)點(diǎn)、40個(gè)測(cè)段，形成了三個(gè)測(cè)網(wǎng)一條支線（圖1）[3]，測(cè)網(wǎng)布設(shè)完整的覆蓋了測(cè)區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造斷裂。遼南地區(qū)重力監(jiān)測(cè)始于1990年，使用美國(guó)產(chǎn)高精度拉科斯特重力儀，每年復(fù)測(cè)兩期，工作方法是采用往返觀測(cè)，測(cè)線閉合三天。要求單臺(tái)儀器自差不得超過25×10-8ms-2，兩臺(tái)儀器臺(tái)差不得超過30×10-8ms-2。

2.2資料處理

重力資料處理是采用國(guó)家地震局推廣的流動(dòng)重力數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以溝幫子為基準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行

綜上所述，近年來所取得的重力測(cè)量成果精度高，可靠性強(qiáng)，所獲取的重力變化能夠真實(shí)的反映測(cè)區(qū)內(nèi)地下物質(zhì)和能量的變化和遷移[5]。

3 重力變化特征分析

本文的重力變化研究分為三方面，分別為重力變化時(shí)空分析、重力點(diǎn)值時(shí)序變化分析、段差時(shí)序變化分析。通過以上結(jié)果來就行重力變化特征分析，來判定潛在的地震高危區(qū)域。

3.1重力場(chǎng)的時(shí)空演化

重力場(chǎng)變化主要反映了區(qū)域性重力場(chǎng)時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。分析重力場(chǎng)變化是否存在異常，主要是分析重力場(chǎng)變化強(qiáng)度、梯度和變化趨勢(shì)，通過等值線圖來表示[6]。通過近期觀測(cè)成果與基值的比較，可以分析出測(cè)區(qū)重力場(chǎng)長(zhǎng)期變化特征，以下是遼南測(cè)區(qū)2012—2015年8期成果與G值的重力場(chǎng)時(shí)空變化圖，其中G值是1990—1991年4期觀測(cè)成果的加權(quán)平均值，紅經(jīng)典網(wǎng)平差，逐個(gè)排除地下水、地殼形變、測(cè)點(diǎn)環(huán)境變化等干擾因素，并通過相關(guān)分析和回歸分析進(jìn)行誤差系數(shù)改正[4]。資料處理過程中另一考慮的是觀測(cè)成果精度，通過對(duì)近年觀測(cè)資料精度統(tǒng)計(jì)，得出各項(xiàng)精度指標(biāo)如下。色漸變表示重力場(chǎng)上升區(qū)，綠色漸變表示重力場(chǎng)下降區(qū)，等值線間隔值10微伽。

表1 觀測(cè)成果精度表單位：1×10-8ms-2

結(jié)果顯示：2012年5月—2015年9月，遼南地區(qū)重力場(chǎng)形態(tài)以負(fù)場(chǎng)為主，等值線沿北東向展開，與構(gòu)造斷裂走向基本一致。時(shí)空序列圖顯示，有三個(gè)封閉異常區(qū)，分別為蓋州—大石橋—海城異常高值區(qū)，以明陽為中心的北黃海沿岸異常低值區(qū)和以偏嶺為中心的異常低值區(qū)。時(shí)間上重力變化呈現(xiàn)出局部上升和整體回落兩個(gè)階段。從2012年5月到2013年10月為局部增強(qiáng)階段，各異常區(qū)經(jīng)歷了一個(gè)能量積累的過程，其中最大變化量出現(xiàn)在明陽，峰值為-80×10-8ms-2。2013年10月以后變化量呈現(xiàn)出穩(wěn)步持續(xù)回落的態(tài)勢(shì)，重力等值線趨于平緩，梯度減小，到2015年9月各重力異常區(qū)變化量分別回落到30×10-8ms-2、-40×10-8ms-2和-30×10-8ms-2。

（1）蓋州—大石橋—海城異常高值區(qū)形成于2012年10月，等值線密集，嚴(yán)重扭曲，梯度較大，最大變化量在大石橋地區(qū)為50×10-8ms-2，此后變化量持續(xù)穩(wěn)步回落，到2014年5月變化量最大值回落到20×10-8ms-2，同時(shí)在蓋州西北方向形成新的封閉低值區(qū)，變化量最大值在為-40×10-8ms-2左右。此后開始同步回落，一直到2015年8月變化量一直穩(wěn)定在-20×10-8ms-2和20×10-8ms-2之間。

（2）北黃海重力異常低值區(qū)。2012年5月，金州半封閉異常區(qū)形成，變化量最大值為-70×10-8ms-2，此后隨時(shí)間呈小幅增長(zhǎng)的趨勢(shì)，峰值中心沿黃海海岸向北東向遷移，到2013年10月，在明陽地區(qū)形成橢圓形封閉低值區(qū)，變化量最大值達(dá)到-80×10-8ms-2，此后重力變化量逐年減小，到2015年8月，最大變化量已回落到-40×10-8ms-2。

（3）偏嶺地區(qū)低值封閉異常區(qū)形成于2013年10月，最大變化量在-50×10-8ms-2上下。此后持續(xù)平穩(wěn)中小幅度變化，到2015年8月，變化量穩(wěn)定在-50×10-8ms-2左右。

3.2點(diǎn)值時(shí)序變化

重力點(diǎn)值時(shí)序變化能較好的突出異常測(cè)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化。本篇選取2012—2015年共8期觀測(cè)資料，根據(jù)遼南地區(qū)地震地質(zhì)背景和構(gòu)造斷裂走向等多種因素，針對(duì)變化量較大的測(cè)點(diǎn)和測(cè)線就行比較分析，如圖3—5：

圖3顯示，蓋州、大石橋、海城和營(yíng)口四個(gè)測(cè)點(diǎn)重力變化同步性較好，呈波浪式起伏狀，圖中共有4個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，2012年10月、2014年5月、2014年8月和2015年4月，其中變化量極值出現(xiàn)在2012年10月大石橋地區(qū)，為50×10-8ms-2。2014年8月以后變化量呈整體回落。

圖4 顯示，金縣、新金和楊樹房具有一定的同步性，重力變化量同步減小。明陽和莊河起伏變化較大。整體上重力變化量在一直減小，2012年5月，整體變化量都在-50×10-8ms-2以上，最大值達(dá)-90×10-8ms-2，到2015年9月，變化量都統(tǒng)一降到-50×10-8ms-2以內(nèi)，應(yīng)對(duì)此區(qū)域繼續(xù)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視。

圖5顯示，2014年以前，時(shí)序圖此起彼伏，變化量較大。最大值出現(xiàn)在2013年10月的偏嶺地區(qū)，為-60×10-8ms-2。2014年5月以后，整條測(cè)線呈現(xiàn)出較好的同步性，具有很好的指示作用，2014年8月以來，變化量呈現(xiàn)出整體小幅度下降態(tài)勢(shì)，偏嶺地區(qū)的變化量仍為-50×10-8ms-2上下。

3.3斷差時(shí)序變化

重力段差變化能夠靈敏的反應(yīng)出斷裂構(gòu)造活動(dòng)跡象。主要是測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)相鄰重力測(cè)點(diǎn)之間的段差值及其變化情況，下圖為2012—2015年部分測(cè)點(diǎn)之間的斷差變化。

通過圖6-11可以看出，蓋州—大石橋—海城一帶段差值變化起伏明顯，最大斷差變化在40×10-8ms-2左右，2012年5月到2015年5月，段差值呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，從2015年5月以后，大石橋—海城和蓋州—蘭旗段差值變化上升明顯，達(dá)30×10-8ms-2，異常明顯，應(yīng)給予密切監(jiān)視。西腰—偏嶺地區(qū)2013年5月以來段差值一直呈現(xiàn)下降形態(tài)。明陽—莊河和魏屯—莊河地區(qū)重力段差值呈波浪式起伏狀，且變化幅度較大，最大變化量在40×10-8ms-2以上，異常明顯，應(yīng)給予密切監(jiān)視。

4 總結(jié)

通過對(duì)遼南地區(qū)2012—2015年重力時(shí)空變化分析，包括重力場(chǎng)時(shí)空演化、重力點(diǎn)值變化、重力斷差值變化，得出以下結(jié)論：

（1）蓋州—大石橋—海城地區(qū)重力時(shí)空變化較為明顯。重力等值線彎曲密集，重力水平梯度較大；點(diǎn)值和段差值變化較大，時(shí)序圖呈現(xiàn)出同步性和一致性特征。2012年以來蓋州—大石橋交界區(qū)域，中小震群不斷，與區(qū)域重力異常相吻合，應(yīng)給予密切關(guān)注。

（2）明陽—莊河—魏屯地區(qū)重力時(shí)空變化較為明顯。以三點(diǎn)為中心，形成橢圓形封閉異常區(qū)，等值線形狀規(guī)則，水平梯度相對(duì)較大；點(diǎn)值和段差值時(shí)序圖成波浪起伏狀，變化幅度大。2015年以來呈現(xiàn)出一致性上升趨勢(shì)，上升幅度較大，應(yīng)給予密切關(guān)注。

[1]李瑞浩.重力學(xué)引論[M].北京:地震出版社，1988.

[2]李子濤,戚建勛,梁放，等.遼南地區(qū)重力變化與地震活動(dòng)研究[J].東北地震研究，2005，09（3）：45-51.

[3]王慶良.地球物理場(chǎng)流動(dòng)觀測(cè)研究報(bào)告[R].北京:中國(guó)地震局地震預(yù)報(bào)司，2014：15-16.

[4]趙曉燕,陳春生.重力觀測(cè)技術(shù)講義[M].北京:地震出版社，1997：54-56.

[5]吳云成,李子濤.遼寧西部地區(qū)震前震后重力異常反應(yīng)[J].東北地震研究，1997，06（2）：13-19.

[6]梁全強(qiáng),劉序儼.臺(tái)灣海峽西岸重力場(chǎng)變化梯度場(chǎng)圖像分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2006，11（4）：82-85.

SPATIAL -TIME VARIATION CHARACTERISTICS OF GRAVITY IN SOUTHERN LIAONING PROVINCE DURING 2012-2015

LI Yu-sen，ZHANG Li，YANG Xiao-dong，ZOU Bo，SUO Rui

（Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

ract Gravity change is an important content of earthquake monitoring and prediction. This paper collected and sorted out 8 phase mobile gravity observation data in southern Liaoning Province during 2012-2015.We studied regional space-time variation of gravity field, gravity values of temporal variation and difference of temporal variation etc; analysised of gravity field, spatial and intensity variations by gravity adjustment calculation. Finally determined the high risk area of potential earthquake. Results show:the change of gravity in Dashiqiao Haicheng Gaizhou area and the Ming Yang Zhuanghe Wei Tun area is larger, and the anomaly is obvious, Should pay close attention to these region.

ds gravitational field；temporal and spatial variation；south Liaoning

P312.1

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.04.004

1674-8565（2016）03-0025-07

2016-07-16

2016-08-26

李玉森（1986-），男，遼寧省蓋州市人，2012年畢業(yè)于遼寧師范大學(xué)，人文地理學(xué)碩士，工程師，現(xiàn)主要從事震害評(píng)估、流動(dòng)重力測(cè)量等相關(guān)工作。