2017, Vol. 37
2. 中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室)，武汉市洪山侧路40号，430071
基于流动观测获得的重力场动态变化在地震监测预报中取得了一定效果[1-2]，相比之下连续和绝对重力观测还有待进一步挖掘[3-7]。流动和连续重力时间序列均反映测点附近某一时间段内的重力变化情况。目前，连续重力观测精度远高于流动观测，从理论上来说流动重力能观测到的震前重力变化信号连续重力也能观测到。连续重力信号扣除理论重力潮汐可得重力非潮汐信号，反映台站垂直位移和周围地下物质运移。
强震发生前1~2 a，流动重力能够观测到几十甚至上百μGal的重力变化[8]。以此推测，强震发生前1 a内连续重力非潮汐月均变化量不会超过10 μGal，几十μGal的非潮汐月变化可能与重力仪弹簧的短暂异变有关。基于该思路，对苍梧MS5.4地震震前梧州台和呼图壁MS6.2地震震前库尔勒台的重力非潮汐变化特征进行分析。所用仪器为Micro-g LaCoste公司生产的新一代gPhone弹簧型重力仪，其长期观测精度优于1.0 μGal，分辨率为0.1 μGal。观测台站日温差小于0.1 ℃，年温差小于1 ℃，相对湿度小于80%，良好的观测环境保证了观测数据的可靠性。
1 梧州台重力非潮汐变化2016-07-31发生广西苍梧MS5.4地震，震源深度10 km，梧州台连续重力站距地震震中75 km。对2015-01~2016-10连续重力观测数据进行固体潮改正、漂移改正和预处理，得到重力非潮汐变化，如图 1所示。
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图 1 苍梧地震前梧州台重力非潮汐变化 Fig. 1 Gravity non-tidal changes of Wuzhou station before Cangwu earthquake |
由图 1看出，自2015-05初~2015-09初，梧州台重力非潮汐下降了约95 μGal(虚框)，下降速度超过20 μGal/月。结合流动重力变化成果，如此快速、大的重力变化不能归因于地球物理场变化，我们认为这与仪器弹簧短期异变有关。自2015-09底以来，梧州台重力非潮汐以约5.0 μGal/月的速度持续上升10个月后(累计变化50 μGal)，在距台站75 km的地方发生苍梧MS5.4地震。地震发生后，重力变化仍保持上升趋势，上升速度约为7.5 μGal/月(10-13后，该台站数据中断，暂无数据更新)。重力变化主要由物质运动和垂直形变引起，梧州台连续重力站安置在山洞的基岩上，GPS观测表明该站点没有发生明显的垂直位移；近距离大面积水体变化也会对连续重力观测造成影响，距离梧州台0.2 km处有一面积约为0.8 km2的湖泊，距离台站1.6 km处为西江，分别正演计算湖水和西江水位变化对梧州台连续重力观测的影响，如图 2和3所示。
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图 2 湖面水位变化对梧州台连续重力观测影响 Fig. 2 Effects of lake water level change on continuous gravity observations of Wuzhou station |
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图 3 西江水位变化对梧州台连续重力观测影响 Fig. 3 Effects of West river water level change on continuous gravity observation of Wuzhou station |
由图 2和3看出，无论是湖水水位变化还是西江水位变化，都无法解释梧州台重力持续10个月上升50 μGal这一现象。根据GLDAS陆地水模型[9]计算梧州台2015-09~2016-07陆地水储量变化引起的重力效应[10]，其周年变化幅度在±5 μGal之间，也难以解释50 μGal持续上升的重力变化。排除垂直形变、周围水体水位和陆地水储量变化的影响，推测苍梧地震前梧州台连续重力非潮汐持续上升现象可能与苍梧MS5.4地震孕震过程有关。
2 库尔勒台重力非潮汐变化2016-12-08发生呼图壁MS6.2地震，震源深度6 km。库尔勒台连续重力站距苍梧地震震中223 km。对库尔勒台2016-01~2016-12连续重力观测数据进行固体潮汐改正、漂移改正和预处理，得到重力非潮汐变化，如图 4所示。
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图 4 呼图壁地震前库尔勒台重力非潮汐变化 Fig. 4 Gravity non-tidal changes of Korla station before Hutubi earthquake |
由图 4看出，2016-05中旬以来，库尔勒台非潮汐重力以约5.1 μGal/月的速度持续上升(累计变化35 μGal)，6.8个月后，在距台站223 km处发生呼图壁MS6.2地震(11-25阿克陶MS6.7地震发生后，上升趋势突然变为下降，重力变化趋势的突然改变可能缘于阿克陶地震的影响)。库尔勒台距离阿克陶地震震中约1 385 km，超出该站重力观测能够捕捉到的孕震范围，故库尔勒台观测到的持续重力上升现象可以排除阿克陶地震孕育过程的影响，11-25重力变化趋势突然转折可能与阿克陶地震同震重力效应有关。通过对上述梧州台周围水体水位变化影响分析可知，水体水位变化很难解释7个月左右持续上升的重力变化(累计变化超过30 μGal)。根据GLDAS陆地水模型[9]计算库尔勒台2016-05~2016-11陆地水储量变化引起的重力效应[10]，其周年变化幅度在±1.5 μGal之内，难以解释上述30 μGal持续上升的重力变化，故推测呼图壁MS6.2地震震前库尔勒台连续重力非潮汐持续上升现象可能反映该地震孕育过程。
3 讨论苍梧MS5.4地震和呼图壁MS6.2地震前，梧州台和库尔勒台分别观测到了10个月和6.8个月的重力非潮汐持续性上升变化，月均变化速度分别为5.0 μGal/月和5.1 μGal/月，累计变化分别为50 μGal和35 μGal。连续重力观测到的强震前数月持续性非潮汐变化并非偶然现象，我们在对腾冲台连续重力观测数据进行分析研究时发现，盈江MS5.6和MS6.1地震、景谷MS5.9和MS6.6地震前，均存在数月持续性非潮汐变化现象，且月均变化速度都在10 μGal/月以内。该研究结果将另文发表。
地震孕育和地下物质运移过程是缓慢的，很难在短时间内形成几十μGal的重力变化。因此，在产出连续重力非潮汐变化时，在没有明显垂直形变的情况下，1~2个月发生的几十μGal重力非潮汐变化的时间段可以暂不考虑。在分析连续重力非潮汐变化时，要综合考虑变化持续时间、月均变化速度和累计变化3个指标。一般来说，持续时间超过4个月，月均变化幅度在5~10 μGal时，该台站值得重点关注和持续跟踪。由苍梧地震和呼图壁地震震前重力非潮汐变化发现，2次地震前月均重力变化速度基本相同，但变化持续时间和累计变化幅度却存在差异，这与台站震中距有关，梧州台距离苍梧地震震中75 km，库尔勒台距离呼图壁地震震中223 km。在不考虑震源机制、台站方位角的情况下，同一震级，震中距越小，理论上能够捕捉到的孕震过程就会越长。因此，在利用连续重力非潮汐变化进行地震监测时要充分考虑台站震中距这一因素。
随着震例的不断积累，本文研究给出的震前连续重力非潮汐变化持续时间、月变化速度和累计变化幅度3个参数，可为构建连续重力观测地震预测指标体系提供重要参考。目前流动重力观测周期一般为0.5 a或1 a甚至更长，而连续重力观测能够输出秒采样数据，实现准实时监测。因此，连续重力观测对重点危险区强震紧迫性研判和震后趋势研判有很大潜力。
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2. Key Labratory of Earthquake Geodesy, Institute of Seismology, CEA, 40 Hongshance Road, Wuhan 430071, China