评估少震弱震区的地震危险性，是地震学研究的难点^[1-2]。华北平原地块是中国东部构造与地震活动最为活跃的地区^[3-4]，自1983-11-07菏泽M_S6.0地震以来共发生7次M_S5.0以上地震，但仅有2次发生在华北地块的南部，南部的地震活动水平明显偏弱。豫鲁等地区的地震重力监测网对测网内中强地震具有很好的监测能力^[5]。研究中小地震的孕育、发震以及震后重力场演化特征，在该地区中强地震危险性判定中具有重要意义。

2010-10-24河南省太康县、扶沟县、西华县交界(34.07°N，114.65°E)发生M_S4.6地震, 2011-03-07太康县、扶沟县、西华县交界(33.99°N，114.63°E)再次发生M_S4.1地震(图 1)。本文通过处理华北南部(111~118°E，32~37°N)2009~2012年流动重力观测数据，分析太康两次地震前后的重力场演化特征及其与断裂活动、地震构造的关系。

1 地震地质背景

2次太康地震均发生在许昌-太康断裂和曹县断裂交汇处。许昌-太康断裂为近东西向活动断裂，形成时代较早，晚期为张性或张扭性活动特征；曹县断裂为北东向断裂，形成时代较晚，具有张扭性活动特征^[6]。震中位于周口凹陷分区，属于东秦岭-大别地震带^[3]，震中附近地壳厚度约为34 km，地壳垂直形变速率约为—2 mm/a^[6]。精定位后的震源深度均为13 km，震源机制解为走滑型，两组节面的走向为北北东向和北西西向^[2]。东秦岭-大别地震带主要受北西西向构造带控制，是华北构造区地震强度较弱且唯一未发生7级以上地震的地震带，存在间隔一定时间多次发生震级相差不大的主震的特点^[3]。历史上许昌-太康断裂西段曾发生1522-02-07 M_S5.5、1524-02-14 M_S6.0、1820-08-04 M_S6.0地震，在曹县和太康断裂交汇处附近发生1675年M_S5.5地震。

2 重力场演化特征 2.1 资料概况

研究区内重力勘探资料由中国地震局物探中心、山东省地震局、河北省地震局、安徽省地震局、湖北省地震局共同完成。主要采用LCR-G型和CG5型重力仪，测点距约为30 km，测量周期为6个月。以郑州、太原、托克托、襄樊等绝对重力值作为起算控制点进行经典平差。FG-5绝对重力仪测量精度优于2 μGal，LCR-G型重力仪测量精度优于20 μGal，CG5型重力仪测量精度优于5 μGal，各期测网平差结果的点值平均精度均在10 μGal以内(表 1)。

2.2 1 a尺度重力场演化特征

地震是在区域构造应力作用下，应变在活动断裂带上不断累积并达到极限状态后突然破裂的结果。正重力变化一般反映地表沉降或地下物质增加或其叠加效应，而负重力变化一般反映地表隆升或地下物质减少或其叠加效应^[7]。

2009年重力测网优化以来，至2012年共完成5期流动重力复测。图 2给出了研究区域1 a时间尺度的重力场变化图像。

1) 2009-09~2010-09研究区域重力场除西北和中部地区外，整体呈现正值变化，在太康附近形成一个东西负、南北正的四象限格局。变化量介于-30~60 μGal，变化量较大的点主要集中在郑州西南地区和邯郸附近。四象限特征是走滑断层在地表重力的一种表现特征^[8]，受测网监控密度的影响，太康地震震中并没有位于四象限的中心，而是有所偏移。许昌-太康断裂震源机制解两组节面的走向为北北东向和北西西向^[2]，重力场正值区正好反映了震源球上的压缩区，负值区正好反映了震源球上的拉张区。

2) 2010-09~2011-09研究区域重力场整体呈现北负南正的变化格局，变化量介于-40~50 μGal之间，变化量较大的点主要集中在邯郸地区和淮南地区。相比上期，四象限特征消失，太康附近西侧由负值变化转为正值变化，东侧由正值变化转为负值变化，重力场进入震后调整阶段。邯郸地区重力场由正高转为负高的原因仍需进一步探讨。

3) 2011-09~2012-09期间，研究区域重力场呈现北正南负的变化格局，零值线近东西走向，变化量介于-40~30 μGal。相比上期，重力场整体出现反转，变化较均匀，属于地震后的进一步调整恢复，表明该区的应变累积和物质运移处于一种平衡调整的过程。

2.3 跨断裂段差时序变化特征

采用断裂两盘的重力变化来确定断层的活动是一种有效的途径，重力段差可以避免测网过大、闭合时间过长平差所带来的误差^[9]。在1976年唐山M_S7.8、2012年宁蒗-盐源M_S5.7、2013年庐山M_S7.0地震中，跨发震断裂的重力段差在地震前后均有显著变化。

太康地震震中附近的重力监测网如图 3所示。可以看出，仅有通许-大新镇一个重力测段跨许昌-太康断裂。为了便于比较，选取断裂两盘的重力测点值进行相减，得到另外2个测段段差，即中牟-漯河、睢县-项城。图 4给出了跨断裂的3条测段的时序变化图。可以看出，3条测段在地震前后的变化趋势基本一致，均是震前下降、震后缓慢上升，表示在区域构造应力作用下所引起的断裂两盘的密度差异整体变化趋势是一致的。通许-大新镇测段距离震中最近，在震前的变化幅度也最大，达到了中误差的2.5倍。两次太康地震后，随着区域构造应力的调整，断裂两盘的重力段差也由原来的下降转折为上升，最终变化量趋于一致。睢县-项城测段的变化趋势整体比较平缓，通许-大新镇测段和中牟-漯河测段震前和震后调整值较大，说明太康地震前的应变累积主要集中在许昌-太康断裂的西段和震中附近。

沿重力测线选取4个距离断裂远近不同的测点(图 5)，4条点值曲线整体呈现先上升后下降的趋势。太康M_S4.6地震前，大新镇和赵鹏测点的变化趋势一致，通许和开封测点的变化趋势一致，表明断裂同一盘间的构造应力环境基本一致，但是两者变化趋势相反，表明区域构造应力对断裂两盘所产生的构造作用并不相同，断裂南侧的应变累积量要大于北侧。太康M_S4.6地震后，断裂两侧的测点变化由原来的相反转为一致上升，并在太康M_S4.1地震前达到顶峰，其中离震中较近的大新镇和通许测点的重力值变化最大。太康M_S4.6地震并没有使太康断裂所累积的应变能完全得到释放，太康M_S4.1地震后，断裂两侧的累积应变能基本释放完毕，重力值变化也进入下降调整状态。

3 地壳速度结构与太康附近地震活动性

选取太康附近的一条二维地震测深剖面(测线位置见图 1)，由图 6可以发现，许昌-太康断裂下方12 km深度处存在一个低速块体，速度为5.8~6.0 km/s，明显低于上覆地层的6.15和6.17 km/s, 尤其是通许下方12 km处为该低速体的最低核心处。

高速体的边侧或高、低速介质的交界处以及断裂处是介质比较脆弱的地区，容易破裂而发生地震。许昌-太康断裂附近的历史地震及现代地震多发于断裂的西段，这与低速体主要位于许昌-太康断裂西段基本相符。经过精定位后的2010-10和2011-03太康地震震源深度均为13 km，正好处于低速体和上覆高速地层的边界附近。差别较大的物性界面为太康地震的应变积累提供了基础，而低速体上方的许昌-太康断裂又为累积应变的释放提供了条件，促使了太康地震的发生。

4 结语

重力场反映了地下介质密度的变化、构造活动及质量迁移等物理过程，区域应力场发生变化时，重力场也会出现相应的时空变化。太康地震前后，流动重力场在差分动态图像和段差点值时序变化曲线上都有很显著的反映。

1) 许昌-太康断裂活动特征主要为张性或张扭性，历史和现代地震活动性表明，许昌-太康断裂存在间隔大约160 a会多次发生中强地震的特点，历史地震多发生在断裂的西段。

2) 太康地震前，一年期重力场差分动态图像上表现出四象限特征，与许昌-太康断裂走滑型发震基本相符，重力场正值区正好对应了震源球上的压缩区，负值区正好对应了震源球上的拉张区。

3) 段差和点值时序变化图表明，应变累积主要集中在许昌-太康断裂的西段和震中附近，断裂又位于地壳内低速体的上方，两者为太康地震的孕育和发震提供了条件。

4) 流动重力作为地震监测预报的一种手段，预报的准确性很大程度上取决于其测网的疏密程度。应该在活动断裂和地震危险区加强重力观测的密度，尤其是增加跨活动断裂的测段数。