利用重复重力观测结果研究河西地区的大地水准面变化

推导了利用地面重复重力观测结果计算大地水准面变化的计算公式；研究了利用相同点上的重复重力观测进行重力归化的理论和方法。并利用我国河西地区1996-2000年的重复重力观测资料对该地区的大地水准面变化进行了计算研究，本文在计算大地水准面变化模型中，提供了一个新的方法，采用了地面上相同点的两期重复重力观测值之差来计算大地水准面变化。

中国大陆时变重力观测:技术探索、挑战与应用展望

近年来,陆地高精度时变重力观测技术迅猛发展,除了以量子重力仪为代表的绝对重力装备不断实用化,中国大陆重力观测网络的布局也日趋完善。目前,中国大陆主要活动构造区已经建成优于百km尺度分辨率能力的μGal级时变重力场观测网络。本文从中国大陆时变重力观测技术方法的角度,首先介绍陆地时变重力观测系统、仪器分类以及中国大陆高精度重力观测系统的建设发展、存在问题及优化建议;其次,介绍时变重力技术方法与模型产品以及应用进展;最后,围绕中国大陆时变重力数据产品和应用中的问题,提出面向中国地震科学实验场和深地科学问题的下一代陆地重力观测系统设计布局设想。作为国家地球物理监测网络的重要组成部分,陆地时变重力观测能够提供高精度的时变重力模型产品,为深入探索地壳深部动力学机制、地球物理导航和国防建设提供重要的数据支撑。

柱塞气举工艺下基于重力观测的MEMS全姿态位姿测量系统

为解决柱塞小体积自主高精度位姿测量的难题,针对柱塞气举工艺,设计了一种基于重力观测的微机电系统(MEMS)全姿态位姿测量系统。首先,利用柱塞工作过程中大部分时间不存在非重力运动加速度的特性,设计了基于重力观测的自主导航算法提高位姿测量精度;其次,考虑到柱塞垂直运动过程中俯仰翻转时无解的问题,设计了全姿态解算算法。最后,对所设计的位姿测量系统进行了实物实验。实验结果表明:所设计的位姿测量系统进行作业时,水平姿态精度不大于0.05°、航向漂移小于0.5°/h、短时位置精度不大于0.8 m,验证了该系统可解决柱塞目前存在的小体积自主高精度位姿测量难题。

连续重力观测潮汐与非潮汐信号提取与处理平台设计与实现

介绍了连续重力观测潮汐与非潮汐信号提取与处理平台的平台架构、数据库、主要功能模块、技术特点与功能特性等。该平台面向中国地震重力站网的大网运维业务需求和海量数据处理需求,以连续重力数据处理中的潮汐信号处理、非潮汐信号处理、时频变换等科学计算为核心,基于大数据技术实现了中国地震重力站网海量数据的自动清理、数据质量自动评估、数据产品自动产出,产出重力潮汐因子、时频图等24种数据产品,提升了连续重力观测数据的应用效能和地震重力站网的运行、管理和服务水平。

湖北宜昌台DZW重力仪观测质量及记录地震特征

为了分析湖北宜昌台DZW重力仪2020—2022年观测资料的质量,总结宜昌台重力仪的记录地震能力,为地震预测提供准确的参考资料。首先对宜昌台重力仪2020—2022年观测资料的完整性、连续性、M_(2)波潮汐因子和M_(2)波潮汐因子中误差进行了分析,再以宜昌台为圆心,对半径5 000 km范围内的2020—2022年重力仪记录的M_(S)≥4.0地震资料和实际地震的对应情况进行统计分析,得到重力仪对震中距5 000 km范围内地震的记录能力,最后获得震级(M_(S))与震中距(R)的理论拟合关系为M_(S)=1.185 7lg R+2.153 5,进而推导出宜昌台重力仪记录的最小地震为M_(S)2.1。但因受到震源深度、地下传播介质、震源区地质构造共同作用,以及震中距1 000 km内的地震记录有限,导致宜昌台实际记录最小地震与计算结果有所差异。

泉州地震台g-Phone重力仪观测资料干扰因素分析

通过对泉州地震台g-Phone重力仪自正式运行以来观测资料的干扰因素进行总结,发现数采死机对数据影响较小,但断电造成的仪器内部温度的改变会导致原始数据漂移,从而降低数据的内在质量,建议应尽量避免人为操作如断电等造成的内部温度变化;台风影响使得数据噪声变大,表现为观测曲线变粗,呈纺锤状。希望研究结果可以为进一步利用重力资料提取地震前兆信息提供一定的参考。

云南流动重力观测中相对重力仪漂移估计方法

针对在陆地百千米以上的时变流动重力观测网络中,相对重力仪非线性漂移率和仪器性能偏差是影响观测结果精度的主要误差来源这一问题,以1990—2022年云南流动重力观测数据为例,对比传统最小二乘平差方法和贝叶斯平差方法得到的非线性漂移率结果,系统测评了贝叶斯估计方法对于提高重力平差结果精度的有效性。结果表明,可以通过贝叶斯优化方法给出合适的仪器权重和非线性漂移率,减少多台相对重力仪性能差异造成的误差和传统线性漂移计算方法造成的有效漂移遗失,提高平差结果的精度。

CG型重力仪用于海潮负荷观测的可行性

为验证便携式相对重力仪用于短时重力潮汐观测的可行性,在厦门地震台进行同址对比测试。以利用gPhone重力仪的长观测时段数据修正的FES2004海潮模型为参考,分离出gPhone、CG-5和CG-6型重力仪的静态观测残差序列。结果表明,CG-5和CG-6型重力仪在1 CPD(circle per day)和2 CPD附近的噪声水平(非线性漂移)与gPhone重力仪接近,对主要的全日分潮和半日分潮分析影响较小,观测精度能满足短时海潮模型修正的需要。以CG-5型重力仪在平潭岛的短时重力潮汐数据修正FES2014海潮模型得到测站海潮模型,并回测35 d前绝对重力观测时段的重力海潮负荷值。改正后组均值残差标准差从FES2014模型的2.7μGal降至1.8μGal,由此验证了CG型便携式相对重力仪用于海潮负荷观测的可行性。

2020年伽师M_(S)6.4地震前后重力变化

基于2016年以来南疆相对重力和绝对重力观测资料,系统分析南疆区域重力场动态变化及其与2020-01-19伽师M_(S)6.4地震的关系。结果表明:1)区域重力场变化与区域构造关系密切,沿柯坪断裂形成多个局部重力异常区及重力变化高梯度带,反映出2016~2020年该断裂活动引起显著的地表重力场变化;2)与伽师地震孕育有关的重力场经历了“重力正异常区-四象限特征及沿柯坪断裂的重力高梯度带-反向变化发震”的演化过程;3)重力场累积变化和差分变化图像均反映出伽师地震前出现显著的重力异常变化,地震发生在重力变化梯度带、四象限中心和零等值线拐弯附近;4)重力场动态演化较好地反映出伽师M_(S)6.4地震孕育发生过程中出现的中期前兆现象,基于流动重力异常变化在伽师M_(S)6.4地震前进行一定程度的中期预测,尤其是强震地点判定。

地震前兆重力观测站虚拟仿真实验系统建设

为解决地震重力观测站实践教学授课方式单一、教学成本高、学生参与度低等问题,采用虚拟仿真技术构建地震重力观测站虚拟仿真和互动操作实验系统,辅助学生了解地震重力观测站建设和观测环境的维护、掌握观测仪器的工作原理及日常监测工作。该虚拟仿真实验系统包括地震重力观测站建设、重力观测系统和日常工作三个模块,高度逼真地再现地震重力观测站的建设、重力仪工作原理、观测数据处理等内容。该实验系统在重力实验教学和科学研究中具有良好的推广应用价值。

利用重力观测约束2011日本Tohoku大地震的震源机制

2011年3月11日,日本东北部(Tohoku)太平洋海域发生Mw9.0特大地震.一些国际学术机构用不同的震相和反演方法,计算了大地震的震源机制解.但这些结果存在一定的差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以约束地震的震源机制、地震大小及持续时间.本文利用地球自由振荡0S0简正模对Tohoku大地震的震源机制解进行分析和约束.0S0振幅大小与地震断层的倾角(dip)、滑动方向角(slip)、震源深度及地震断层的破裂时间有关.我们利用震源机制解得到大地震后自由振荡模拟值,利用超导重力仪得到自由振荡的高精度重力观测值.二者比较后的结果显示:由GCMT震源机制解得到的0S0振幅与观测值符合较好,而由USGS CMT震源机制解模拟的结果明显大于观测值.2011Tohoku地震为逆冲型浅源大地震.进一步的分析表明:逆冲型浅源大地震的断层倾角对0S0振幅的影响很大,而滑动方向角以及震源深度对0S0振幅的影响较小.USGS CMT震源机制解中较大的断层倾角是导致其0S0振幅显著偏离观测值的主要原因.

利用连续重力观测约束2014智利Iquique地震的震源机制解

2014年4月1日,智利北部Iquique地区近海发生MW8.1地震,地震发生之后,国际上一些著名的地震科研机构和学者采用不同的数据和方法计算得到此次地震的震源机制解,但这些结果存在较大差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以很好地约束地震震源机制.因此,本文根据2014年Iquique地震现有的6个不同震源机制解模拟计算了该地震激发的自由振荡信号,并与全国连续重力台网中16个弹簧重力仪的观测结果进行比对,基于1.5～5.3mHz的球型简正模分析和约束了Iquique地震的震源机制解.研究发现,基于美国地质调查局WPhase Moment Tensor Solution反演的震源机制解的自由振荡模拟值与实际观测符合最好,其相应的震级能较好反映Iquique地震释放的总能量,而利用海啸数据反演的标量地震矩偏小,联合远场和近场长周期观测数据反演可显著改善震源机制解.另外,还基于格尔木重力台站的模拟值与观测值定量分析了不同震源机制解参数对自由振荡振幅的影响.结果表明地震的标量地震矩M0对自由振荡振幅的影响最大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响相对较小.

弹簧式连续重力观测非线性漂移影响因素分析

利用姑咱地震台超过3年半的连续重力观测资料、降雨数据、地下水位资料和全球陆地水模型观测资料,采用多项式拟合和相关分析研究弹簧重力仪非线性漂移特征与外界因素干扰的关系。结果表明:姑咱地震台DZW型重力仪长期连续重力观测的漂移具有明显的线性特征(约1 200×10-8ms-2/a),并且在人员进洞调整仪器时还会产生非线性漂移。在考虑固体潮、气压潮和极潮的影响后,利用多项式分段进行非线性漂移改正,重力残差变化量级为±(10～15)×10-8ms-2,而且3年间4次雨季都同步有明显的重力正异常变化相对应。研究不仅揭示了弹簧重力仪的非线性漂移与外界影响因素的关系,同时也为改正漂移与排除水负荷对重力的干扰提供了新的分析和处理方法。

一次冰雹过程的惯性重力波观测及数值模拟

使用高灵敏度的电容式微压波传感器对1998年4月11日16时发生在贵州省普定县的一次降冰雹过程的重力波进行观测,利用WRF(Weather Research and Forecast)中尺度模式对这一过程进行数值模拟,使用Morlet小波方法对模拟结果进行分析,得出这一过程中惯性重力波的分布和变化规律,并分析急流、地形及切变线对惯性重力波的影响.观测发现:在降冰雹前,每隔1～4小时出现一次短周期重力波阵性增强的现象.数值模拟结果显示:在低空降冰雹前几个小时有强的短周期重力波出现,其中周期较长的出现早、存在时间长,周期较短的出现晚、存在时间短;强的低空急流和风速垂直切变触发对流或湍流的发生和加强,对流或湍流又激发了80～200 min的短周期重力波;短周期重力波更容易向垂直方向传播,而长周期重力波倾向于水平方向传播.长周期重力波在降冰雹后周期有明显变短现象,随高度越加明显.由地形形成的重力波在最高山峰上空振幅最大.

强地震前后重力观测中异常变化现象的研究

分析了2001年昆仑山口西Ms8．1地震和2004年印尼Ms8．9地震前后部分重力观测的变化，对这些采样间隔在1分钟以下的重力数据进行了高通滤波和频谱分析。结果表明，在昆仑山口西Ms8．1地震前，乌鲁木齐和库尔勒观测台在二个时段分别同步出现了异常变化。一次是在2001年11月3～5日，另一次在2001年11月11～13日；这二次异常都表现为颤动信号的出现，而且后一次的强度要大于前一次；颤动信号的周期主要集中在几十分钟。印尼Ms8．9地震前，这二个台也记录到类似的异常信息，但颤动的幅度很小；同时武汉观测台的超导重力仪也记录到了颤动信号，该信号一直持续到地震的发生。这些信息对于识别、认识慢地震，进而探索与强地震发生之间的关系具有重要意义。

基于绝对重力基准控制的流动重力观测资料动态平差方法研究

选取滇西重力测网1986~2009年流动重力观测资料及下关、丽江、昆明3个绝对重力基准点多年复测资料作基准控制,采用线性速率模型拟合观测过程中重力场的时变信息,建立绝对重力基准点约束下的动态平差模型,讨论段差观测值及绝对重力基准观测值协方差矩阵的构建、平差模型初值选取及迭代计算等细节问题。经分析,测区内测点的重力年变率范围为（-0.039 5~0.024 1）×10-5 ms-2/a,精度范围为（0.001~0.029 8）×10-5 ms-2/a,与分期静态平差拟合结果的差异约为（0.003~0.020）×10-5 ms-2/a。在处理全国网和较大面积的区域网多年重复观测的重力资料时,尤其是多网多期重力资料联合处理时,应采用动态平差模型来获得统一时间基准和空间基准的重力变化。

泰安重力观测高频波动信号分析

系统分析了泰安重力观测资料正常和异常时信号的周期特征,研究了高频异常信号与台风、气压和强震之间的关系。结果表明：泰安重力观测正常时信号周期为2~4分钟,异常时信号周期只有2-3分钟,异常信号幅值约为正常信号的5倍;高频异常信号主要是由西太平洋洋面上生成的进入中国大陆或近海的台风引起的,占台风引起泰安重力出现高频异常信号的90%;重力高频信号与台风中心速度正相关,与台风距离负相关,并且随台风的结束高频信号也随之消失;少数高频异常信号与强震也有一定关系,占地震总数的17.24%;高频异常信号与气压变化无关。

SG-053超导重力仪的观测结果分析

对SG-053超导重力仪在国家重力台网中心观测基地观测数据的分析结果表明,该基地的环境噪声水平为1.146×10-8ms-2,对O1波、M2波等主要潮波潮汐因子的测量精度达到了0.01%的量级,因而可以用作连续重力观测网的基准站仪器。

重力观测地震预测应用研究

通过强震震例阐述了重力观测在地震预测中的作用,分析了强震震间期与同震及震后重力场变化特征、区域重力场变化及其与强震活动的关系。强震前区域重力场出现大范围的有序性变化,震源区附近产生与地震孕育发生有关的局部重力异常区,并沿区域主要发震构造断裂带出现显著的重力变化梯度带;强震一般发生在重力变化高梯度带转弯附近或重力变化四象限分布特征中心附近;重力场动态变化图像能够较清晰地反映强震孕育、发展、调整过程的重力变化信息,并基于震例提出了强震震前重力变化的"场-源-带"基本模式。最后,提出我国重力监测预报发展中仍存在的问题,并对利用重力监测资料开展地震预测预报研究进行了展望。

从中国大陆重力潮汐观测看印尼Ms8.7地震的重力效应

对2004年12月26日印尼Ms8.7地震前后中国重力台站的观测资料进行了分析,根据M2波潮汐因子的月变化曲线及加卸载响应比讨论了该次地震可能引起的重力趋势性变化。分析结果表明,印尼Ms8.7地震引起的M2波潮汐因子趋势性变化是明显的,但在不同地区趋势并不相同。