2017, Vol. 37
CG-5重力仪2007年开始在我国地震重力测量中推广使用。该仪器观测读数重复性较好，标准差优于5 μGal，动态观测精度优于15 μGal，但其线性零漂率较大[1-2]，在20~40 μGal/h之间。同时，其一次项格值系数也随时间发生变化[3-6]，容易在资料处理和重力异常识别中产生虚假信息。
宁夏地震重力测网(简称宁夏测网)1978年建成(图 1)[7]，1978~1986年使用CG-2型重力仪，1987~2010年使用LCR-G型重力仪，2010~2012年持续使用编号为509和524的两台CG-5重力仪进行观测，共获得6期重复观测数据。本文以2010~2012年6期观测数据为基础，分析两台CG-5重力仪一次项格值系数变化及其对重力场的影响，并对比分析2012-11-20银川ML5.0地震前，修正前后一次项格值系数对不同时间尺度重力场所产生的影响。
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图 1 宁夏地震重力监测网及构造 Fig. 1 Earthquake gravimetric net and tectonic sketch in Ningxia |
宁夏测网(图 1)从南至北基本覆盖海原活动断裂带、中卫-同心活动断裂带东南段、黄河-灵武活动断裂带以及一些次级活动断层。测网共由63个测点、68个测段、6个小闭合环和11条支线组成，空间分辨率20~30 km，对4~5级地震有较好的监控能力[7-9]。
资料处理：1)采用历年来精度较高、点位稳定且受外界干扰影响小的一些测点为拟稳点(图 1中红色实点：中宁、长山头、同心), 使用中国地震局地震研究所流动重力数据处理分析软件(GDPAS-MRG)，对观测资料进行统一起算基准的整体拟稳平差计算[10-11]。2)2010年第一期CG-5使用的一次项格值系数是2010年初华北长基线标定结果(C509：0.999482，C524：0.999516)，再根据文献[12]提出的方法，以重力差方法对一次项格值系数进行检测和修正。3)采用修正后的一次项格值系数对每期观测数据进行整体拟稳平差，2010~2012年期间6期观测资料一直保持较高的观测精度，单位权中误差与点值精度的平均值均在11 μGal以内(表 1)。4)采用Kriging方法对2010~2012年期间6期重力数据变化值进行网格化，对不规则离散重力点数据进行最佳拟合，并通过矩阵滤波[13-14]，最后获得宁夏测网重力场变化图像。
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表 1 一次项格值系数修正前后的宁夏测网重力测量精度(CG-5重力仪) Tab. 1 Accuracies of the gravimetry in Ningxia before and after correction of scale parameter in linear term (with gravity meter CG-5) |
一次项格值系数变化结果见图 2。可以看出，CG-5重力仪一次项格值系数随时间逐渐减小，存在较明显的持续下降变化，这与郝洪涛等[5]利用新疆喀什-伽师重力资料所获得的一次项格值系数的变化趋势基本一致。宁夏测网的量程范围在0~550 mGal，且宁夏测网2010~2012年的两台CG-5重力仪一次项系数变化在0.000 4左右，若不进行一次项格值系数修正，则会引起220μGal左右的影响。
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图 2 C509、C524修正后的一次项格值系数变化图 Fig. 2 Scale parameter changes of C509 and C524 gravimeter |
以2010年初华北长基线标定结果为基准，利用重力差方法[12]重新解算宁夏测网所用的两台C509和C524仪器的一次项格值系数(表 1、图 2)，再使用新求得的一次项格值系数对宁夏测网进行统一基准的整体拟稳点平差，获得宁夏测网不同时间尺度的重力场变化。
2010-04~2011-04重力仪一次项格值系数修正前后的宁夏地区重力场图像(图 3，单位μGal，黑色细实线为重力正值变化，蓝色细虚线为负值变化，黑色粗实线为重力零值线，红色实线为断层，黑色圆点为流动重力测点)总的变化趋势基本一致，呈南负北正的变化格局，但修正后重力变化量明显小于修正前，重力变化最大差异运动由80 μGal减少到40 μGal，修正后的重力场“0”等值线向北拐弯。
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图 3 重力仪一次项格值系数修正前后重力场变化比较(2010-04~2011-04) Fig. 3 The gravity variation before and after correction of scale parameter in linear term(2010-04~2011-04) |
2012-04~2012-10重力仪一次项格值系数修正前后的宁夏地区重力场图像(图 4，红色圆圈为银川ML5.0地震，下同)总的变化趋势基本一致，呈南负北正的变化格局，但修正后重力变化量明显小于修正前，重力变化梯度带最大差异运动由110 μGal减少到60 μGal。修正后的重力场“0”等值线也向北移动，并在银川至灵武间发生转折，2012年银川ML5.0地震就发生在“0”等值线拐弯处附近。
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图 4 重力仪一次项格值系数修正前后重力场变化比较(2012-04~2012-10) Fig. 4 The gravity variation before and after correction of scale parameter in linear term(2012-04~2012-10) |
2011-10~2012-10重力仪一次项格值系数修正前后(图 5)的宁夏地区重力场仍是南负北正，但修正后重力变化量明显小于修正前，重力变化梯度带最大差异运动由150 μGal减少到80 μGal。修正后的重力场的“0”等值线也向北移动，并在银川至灵武间发生转折，2012年银川ML5.0地震也是发生在“0”等值线拐弯处。
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图 5 重力仪一次项格值系数修正前后重力场变化比较(2011-10~2012-10) Fig. 5 The gravity variation before and after correction of scale parameter in linear term(2011-10~2012-10) |
2010-10~2012-10重力场(图 6)与图 4、图 5相似，仍是南负北正的变化态势，但差异明显，不仅等值线形态发生变化，而且重力变化高梯度带在数值上差异达100 μGal以上，南部最大差异运动由-130 μGal减少到-40 μGal；北部最大差异运动由80 μGal减少到40 μGal。重力变化“0”等值线向北移动，并在银川至灵武间发生转折，在“0”等值线拐弯处发生2012年银川ML5.0地震。
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图 6 重力仪一次项格值系数修正前后重力场变化比较(2010-10~2012-10) Fig. 6 The gravity variation before and after correction of scale parameter in linear term(2010-10~2012-10) |
从不同时间尺度重力场变化图像上可以看出，修正后的重力场变化量较修正前均明显减弱，重力场变化量均减小40 μGal以上。而且重力变化“0”等值线均向北移动，并在银川至灵武间发生转折，2012年银川ML5.0地震就发生在重力变化“0”等值线拐弯处。可见，一次项格值系数修正后，不仅有利于去除格值系数误差带来的虚假异常信息，而且凸显了“0”等值线现象，与已有的重力异常认识基本一致[3, 7, 10-11, 13-15]。
3 结语利用宁夏地区2010~2012年重力观测资料，对CG-5重力仪一次项格值系数进行修正，并分析2012-11-20银川ML5.0地震前不同时间尺度的重力场变化，结果表明：
1) CG-5重力仪一次项格值系数随时间逐渐减小，存在较明显的持续下降趋势；宁夏测网的量程范围在0~550 mGal，若不进行一次项格值系数修正，则会引起220 μGal左右的影响。
2) 重力仪一次项格值系数修正后，有利于去除格值系数误差带来的虚假异常信息，资料分析更加可靠，重力异常识别也更加合理。
3) 不同时间尺度的重力场变化量均明显减弱，凸显了“0”等值线现象。
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