山西断陷带南部的中条山山前断裂是运城盆地东侧和南侧的边界断裂^[1]。有史料记载以来，运城盆地内曾发生过793年永济M_S6.0地震和1642年安邑-平陆M_S6.0地震。2016-03-12山西运城发生M_S4.4地震，震中就在山西地震重力测网南缘的中条山山前断裂附近(图 1)。地震前，我们刚刚完成山西中南部地震重力测网的复测工作，本文利用此次重力资料研究运城M_S4.4地震前的0.5 a尺度重力场变化特征，并结合一次项格值系数变化对此次地震前重力场的影响进行分析。

1 数据处理

使用中国地震局地震研究所推出的流动重力数据处理分析软件(GDPAS-MRG)，以太原、夏县、郑州3个绝对重力点为起算点进行经典平差计算。以长基线标定结果为基准，使用绝对点实测标定后的LCR-G型重力仪的一次项格值系数(表 1)，对山西及邻区重力资料进行联合解算。根据李辉等^[2]提出的方法, 确定山西地震重力测网最佳网格间距。采用Kriging方法对2014-03~2016-03间5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^[3-5]获得基于绝对重力控制的山西中南部地震重力变化图像。

2 山西中南部2014~2016年重力场变化 2.1 0.5 a尺度的重力场变化

1) 2014-03~2014-09期间重力场变化见图 2(a)。图中带数字的线条为重力变化等值线，数值表示重力变化数值，单位为μGal；黑色细实线为重力正变化，蓝色细虚线为重力负变化，黑色粗实线为重力零值线。测区重力场基本上以长治断裂为界，形成东负西正的变化格局。山西断陷带重力场变化较平缓，震中区运城周围重力场变化量为10~20 μGal。

2) 2014-09~2015-03期间重力场变化见图 2(b)。测区重力场除晋城以北呈局部负变化外，其他地方均为小幅正变化。震中区运城周围重力场变化量较2014-03~2014-09有所减小，均小于10 μGal。

3) 2015-03~2015-09期间重力场变化见图 2(c)。以郑州-晋城-临汾-离石为界，形成一正一负的变化格局。测区重力场出现一定的反向变化，震中区附近局部重力变化明显，重力值急剧减小，并在运城-临猗间形成一个重力负变化高值区，最大达-45 μGal。此时可能为地震孕育期即地震前断层闭锁、能量积累的阶段，地下物质变化剧烈，重力变化相应强烈^[6]。

4) 2015-09~2016-03期间重力场变化见图 2(d)。运城M_S4.4地震前，测区重力场再次出现反向变化，震中区附近的重力测点由上期的负变化转为正变化，并在运城-临猗间出现与上期较明显的反向变化，形成与中条山山前断裂走向基本一致的重力变化梯度带，幅值为40 μGal，而运城地震就发生在重力变化梯度带的零等值线附近。

0.5 a尺度的重力场图像较好地反映了运城M_S4.4地震前震中附近的重力变化，是一个区域性重力变化-局部重力变化明显-反向重力变化-发震的演化过程。

2.2 年际尺度的重力场变化

1 a尺度(图 3(a))和2 a尺度(图 3(b))的重力场变化总体趋势基本一致。以长治断裂为界，表现为西正东负的变化格局，且随着时间增长，震中附近的重力变化较为明显。图 3(b)中，形成了与中条山山前断裂走向基本一致的重力变化梯度带，运城M_S4.4地震正好发生在重力变化梯度带的零等值线附近。

2.3 重力点值时序变化

为了更细致地反映震中区震前的重力场变化特征，绘制了中条山山前断裂附近5个重力测点(禹王、庙前、运城、高村、临猗)的时序变化图像(图 4)。从图 4可以看出，运城M_S4.4地震前震中区的重力点值变化不论是上升还是下降时间都具有准同步的群体性变化特征；2013-03~2015-03呈加速上升的变化态势，2015-03~2015-09快速下降(变化量在40~50 μGal之间)，其中运城和临猗测点的变化量较大，累积下降最大值分别为-48 μGal和-42 μGal；2015-09~2016-03重力点值反向上升(变化量在30~40 μGal之间)。这也反映出中条山山前断裂附近确实存在较为明显的重力变化。

2.4 一次项格值系数对重力场变化的影响

孙少安等^[7]、郝洪涛等^[8]处理滇西重力测网资料时发现，LCR-G型重力仪的一次项格值系数对单台仪器处理结果的影响达160 μGal以上。山西中南部测网重力量程范围在400 mGal，而山西中南部测网的一次项系数变化在0.000 1 ~0.000 4之间，引起40~160 μGal的变化。可见，仪器一次项格值系数正确与否，在重力场变化分析中至关重要。图 5是分别采用长基线和绝对点实测标定得到的一次项格值系数，重新解算得到的2015-09~2016-03重力场变化对比图。可以看出，重力仪一次项格值系数解算前后的重力场图像总的变化趋势基本一致，未解算前震中区运城-临猗间的局部最大差异达50 μGal，而解算后最大差异为40 μGal，可见重力仪一次项格值系数解算后重力变化量有所减少，这与梁伟锋等^[9]的研究结果基本一致。因此，通过对重力仪一次项格值系数的变化进行检测并校正，可有效提高重力观测资料处理和分析结果的可靠程度，重力异常的识别也更加合理^[7-10]。

2.5 重力变化与地震

祝意青等^{[3-5, 11]}、申重阳等^[12-13]的研究表明，地震多发生在重力场反向恢复变化过程中，正异常变化有利于地震能量的不断积累，变化高梯度带则有利于地震剪切破裂的发生，重力场演化过程中的转折变化、等值线反转则可能是震前的前兆异常。通过对测区0.5 a尺度、1 a尺度重力场变化和震中区重力点值时序变化的分析可以看出，运城M_S4.4地震前存在如下特征:0.5 a尺度的重力场变化对运城M_S4.4地震有较好的反映，此次地震发生在与中条山山前断裂走向基本一致的重力变化梯度带、重力变化零等值线附近，震前出现局部重力变化-反向变化-发震的变化特征，地震前重力变化量约40 μGal, 震级所对应的重力变化量比文安地震^[14]、定远地震^[15]、肃南地震^[6]和河津地震^[16]稍微偏小。

GPS测量资料显示^[17]，2013~2015年山西断陷带主要表现为右旋活动减弱和逐渐恢复的过程，山西南部震中区附近的局部重力正变化(2015-09~2016-03)与GPS反映的山西中南部地区ES向运动趋势吻合。

3 结语

本文利用重新解算的一次项格值系数对山西中南部地区2014-03~2016-03重力观测资料进行整体平差，获得运城M_S4.4地震前0.5 a尺度和1 a尺度的重力场变化图像。结果表明：

1) 此次地震发生在重力变化梯度带、零等值线附近，重力场经历了区域性重力变化-局部重力变化明显-反向重力变化-发震的变化特征；

2) 重力仪一次项格值系数解算后，重力变化量有所减少，资料分析更加可靠，重力异常识别也更加合理。