关中流动重力测网的中小地震映震能力分析

摘要：采用拟稳平差方法对1992―2011年陕西关中重力测网流动观测资料进行平差计算，获得各期高精度重力值，利用Kriging插值算法获得差分及累积重力场变化图像，结合1998年1月5日泾阳MS48地震及2009年11月5日高陵MS44地震，分析2次地震前后重力场及重力点值时序变化特征。结果表明：（1）2次地震前后都有较明显的重力异常变化，变化过程表现为正向D负向D正向重力变化，符合地震扩容模式；（2）2次地震的发生与渭河断裂及泾阳―渭南断裂构造活动有关，震中位置处于重力等值线零值线及拐弯处，但2次地震前重力累积变化不明显；（3）关中西部重力测点在2次地震前后重力值变化显著，关中东部重力点值变化不明显，震中附近的测点在泾阳地震前后变化明显，在高陵地震前后变化不明显。

关键词：关中地区；流动重力测量；重力场变化；泾阳MS48地震；高陵MS44地震

中图分类号：P315726文献标识码：A文章编号：1000-0666（2017）02-0248-09

0引言

我国流动重力测量始于20世纪60年代邢台地震发生后，其结果反映的是区域重力场的非潮汐变化信息。地震在孕育过程中伴随着区域构造应力场变化、地壳内部物质迁移以及地球介质密度变化，这些信息可以被流动重力测量观测到（陈运泰等，1980；顾功叙等，1997）。随着高精度重力测量仪器的发展和流动重力网的优化改造，流动重力的监测能力得到进一步的提高（李瑞浩等，1997）。研究表明，在大、中强地震前后可以观测到显著的重力变化，甚至在一些中小地震前后都可以观测到重力变化（陈运泰等，1980；祝意青等，2012，2013b；李清林等，1997；李天生，范文，1992；梁伟锋等，2012；郑兵等，2015；贾宇鹏等，2015）。因此通过研究重力场变化特征，可为区域地震趋势的研判提供参考依据。优化改造重力监测网的布局，对捕捉地震前兆信号尤为重要（贾民育，1996；贾民育，詹洁晖，2000；项爱民等，2007）。近年来，我国学者在6级以上地震的中短期预测预报方面进行了深入探索，取得了较好的成绩，研究结果进一步表明重力测量是一项有效的地震前兆监测手段（祝意青等，2009，2013a）。

陕西关中重力测网始建于20世纪80年代，于90年代初进行了优化改造。重力测网每年观测1期，2008年汶川MS80地震发生后，加密为每年观测2期。重力测网观测期间，发生了1998年1月5日泾阳MS48地震、2009年11月5日高陵MS44地震，针对这2次地震事件，不同的学者对其发震构造、震源机制、地壳形变等方面进行了较为深入的研究，得出一些重要的结论（王卫东，2002；戴王强等，2007；高好林等，2005，2006；曹建平等，2017）。笔者在前人研究成果的基础上，基于关中重力测网重复观测资料，对泾阳MS48地震、高陵MS44地震前后的重力场、重力点值时序变化特征进行分析，探讨重力场异常变化与地震活动的相关性，同时对地震前后重力变化进行机理分析。

1测区概况及数据处理

关中地区位于鄂尔多斯块体、甘青块体、华北及华南块体之间，在我国现代构造变形的大陆动力学格局中具有特殊的地位。关中地区不仅是我国东西部大地构造的分界带和解耦带，也是鄂尔多斯、华北、华南等构造块体差异运动的调节带。区域内发育了大量左旋走滑及正断性质的断裂，如陇县―宝鸡断裂带、渭河断裂、华山山前断裂、秦岭北麓断裂、口镇―关山断裂等，这些断裂不仅控制着区域内构造应力场分布格局，对地震的孕育过程也具有重要的影响。1998年1月5日泾阳MS48地震、2009年11月5日高陵MS44地震均发生在渭河断裂附近的泾阳―渭南断裂上（吴富春等，2000；王平等，2014）。

关中重力测网主要覆盖关中地区，大体范围是（34°N～358°N，1065°E～1105°E）。自1992年起，每期由2台LCR-G型重力仪开展观测。为了确保相对重力联测精度，减少仪器误差影响，仪器格值在测前都按照规范要求进行了长基线场地标定，观测精度达到规范要求。关中重力测网包括121个测点，但由于破坏及改造，每期测点个数及网形不尽相同，但基本保持观测120个点左右，关中地区重力网及主要构造见图1。平差计算采用中国地震局实用化攻关推广软件LGADJ，平差起算基准采用拟稳基准，拟稳点的选取遵循以下原则：①观测资料连续，没有中断和停测；②点值变化平稳，没有明显的趋势性变化；③测点处于相对稳定的构造区，离活动断裂相对较远；④墩标稳定，属于混凝土埋石点。按照上述原则选择了测区的9个测点，拟稳点具体情况见表1。平差计算过程如下：①资料预处理，进行固体潮、气压、一次项、仪器高、周期误差等改正；②对多期重力资料计算结果进行整体分析，了解不同仪器的观测精度，以此确定各台仪器的先验方差，再进行平差计算，确保结果合理可靠；[JP2]③采用kriging插值算法进行重力值拟合推估，同时进行样条平滑和高斯滤波。最终得到重力测点精度平均值优于10×10-8 m/s2，精度统计详见表2。

2重力场时空变化特征分析

21泾阳MS48地震前后重力场动态差分变化

[KG（0.2mm]本文首先分析1998年1月5日泾阳MS48地震前后重力变场化特征，如图2所示。由图2a（1995年7月―1996年7月）可知，渭河盆地内部重力场等值线空间展布基本沿着渭河断裂、扶风―礼泉断裂和北山山前断裂等，渭河断裂南侧重力场主要表现为负值变化，其北侧主要表现为正值变化，预示着该时段重力场变化特征受活动断裂带控制。在永寿、三原及大荔等地区出现重力线拐弯现象，研究表明这些拐弯部位有利于地震孕育，近年来多个震例显示这种重力线[JP3]拐弯处易于地震发生（祝意青，2009，2013a，b）。[JP]总体上看，图2a中重力变化幅度不大，基本在（-20～30）×10-8 m/s2变化。由图2b（1996年7月―1997年7月）可知，本期重力场变化幅度有所增强，同时变化趋势出现反转，基本以永寿―泾阳―临潼一线为界，其东北向区域重力场呈现较大范围负值变化，西南向区域重力场呈现为正值变化。图2c（1997年7月―1998年10月）显示，关中西部出现大范围的重力场负值变化，尤其是凤翔以西地区重力场最大负值变化达-50×10-8 m/s2。关中东部出现大范围的重力场正值变化，最大变化集中在韩城附近，量值达35×10-8 m/s2。重力场零等值线分布在咸阳D西安D蓝田一带，泾阳位于零等值线附近的西北侧，并形成重力变化梯度带，正负差异变化达到45×10-8 m/s2，1998年1月5日在泾阳发生了MS48地震。图2d（1998年10月―1999年7月）显示泾阳MS48地震后重力场变化再次出现反转，震中附近重力场由正值化转为负值变化，这与震后物质重新分布、应力重新调整的特征有一定的对应关系。图2e（1999年7月―2000年7月）出现了和上期（图2d）不同的变化趋势，以永寿―泾阳―临潼为界，西南部出现大范围重力场负值变化，东北部出现大范围正值变化，重力变化高梯度带依然在泾阳附近，差异变化约50×10-8 m/s2。图2f（2000年7月―2001年5月）显示重力等值线分布格局与震前状态（图2a）相似，量值变化与震前水平相当，区别在于渭河断裂以南地区重力场表现为正值变化，以北表现为负值变化。总体上泾阳MS48地震前后震中区重力场变化遵循正向―负向―正向变化的动态演化过程，符合地震扩容模式，即地下岩石压缩―膨胀―流体扩散的3个阶段的演化特征，只是这种变化有稍许的滞后效应。