地震监测预报是开展震害防御、应急救援和地震科学研究的重要基础。我国自1966年邢台7.2级地震后，有组织地开展了以地震预报为目的的地震重力监测工作，1976年唐山7.8级地震前后曾在震中附近进行过流动重力测量，并观测到较可靠的重力随时间的变化^[1-2]。汶川地震前，中国地震局第二监测中心曾利用重力资料对2008-05-12汶川大地震进行了一定程度的中期预测^[3]。虽然预测震级只有6~7级，但地点预测在映秀与北川两个极震区之间的主破裂带上，预测的震中与汶川8.0级地震宏观震中完全吻合，是目前国内外对7级以上大震潜在发生地点中期预测中最为准确的一次。近年来，中国地震局重力学科技术管理部对2013年四川芦山7.0级、2014年新疆于田7.3级和2017年四川九寨沟7.0级等大震均进行了较好的年度中期预测^[4-5]，这表明依据区域重力场时空变化的分析，可以开展强震中期预测，尤其是强震可能发生地点的判定。

2008年笔者曾对我国流动重力监测预报发展进行分析^[6]。本文主要分析汶川地震后，流动重力监测预报所取得的成效和需进一步推进的工作。

1 流动重力监测与资料处理 1.1 重力观测网

2008年以前，我国地震重力监测与分析预报主要由重力学科技术管理部对全部观测网进行处理与分析，但各省区都针对自己的监测网开展工作。这种按各省区监测网进行的分散研究，由于观测信息在空间密度上严重不足，不能捕捉到孕震过程中出现的完整前兆信息^[6]。2008年汶川地震后，中国地震局确定加强流动重力观测、有效提高强震中期危险地点判定科学水平的发展思路。监测预报司和重力观测技术管理部按照“全国成场、区域成网”的思路，对现有的常规重力观测任务、“中国大陆构造环境监测网络”、“中国综合地球物理场观测”以及“华北地区强震强化监视跟踪”等项目和专项任务进行统筹。2009年启动的“华北地区强震强化监视跟踪”专项任务，对分布在华北主要活动构造带上分散的地震重力网进行调整、优化和改造，并对测网进行绝对重力控制，形成新的、华北地区整体重力监测网^[7-8]。2010年启动地震行业科研重点专项“中国综合地球物理场观测”加密监测网，以全国重力基本网为构架，分期对青藏高原东缘、鄂尔多斯周缘、大华北地区已有的地震流动重力监测网进行成场、成网优化改造，把分散的区域重力网连接在一起^[9-10]。与此同时，2010年“中国大陆构造环境监测网络”在“中国地壳运动观测网络”基础上对重力测网进行优化改造，联测了中国大陆地区的100个基准站(绝对重力测量点)和600多个联测点^[11-12]。这些工作为中国大陆成场分布的地表重力场监测预报奠定了重要基础。

中国大陆流动重力观测网由绝对重力观测和相对流动重力观测组成，其中绝对重力点100个，在中国大陆准均匀布设，间距200~300 km；相对流动重力观测点实行全国准均匀布设，共有4 100多个，在重点监视区(南北带、华北、新疆地区)实行加密布设，重点区域点间距20~50 km，其他区域约50~150 km，基本实现了大华北、南北地震带和新疆天山地区的常规复测，如图 1所示。

1.2 资料处理

资料处理由过去按各省区地震重力网独立平差计算，发展到相邻省区重力网的整体平差计算，空间范围从过去的按各省区发展到按地震带进行区域性的计算分析^[13-15]。每个省区及相邻监测区域基本上有2~3个以上的绝对重力点，因此数据处理的关键是将绝对重力观测资料与同期的相对重力观测相结合，其中绝对重力点构成高精度控制网，相对重力观测视为与该网的定期联测，形成具有绝对基准的区域动态监测网。这种数据处理方案可有效地保持某一地区重力场起算基准的统一，可靠地解算出各区域的重力变化^[16-19]。

2 重力资料在地震预测中的应用 2.1 重力变化与地震预测

在地震孕育过程中，随着震源区应力积累，地壳内部物质发生迁移，致使地壳内部密度发生变化，从而使该处地表重力值发生变化。近年来，通过大量震例总结，提出利用多时空尺度重力场变化(相邻两期重力变化、累积重力变化等)，根据重力场变化趋势(重力场变化与背景场关系等)、重力异常区的范围、幅度、持续时间、重力异常变化梯度的大小及其特征等进行地震危险性预测的方法与经验^[12-20]。表 1列出近5 a来中国地震局第二监测中心年度地震趋势研究报告中利用重力观测资料对我国西部强震预测的情况。

从表 1可以看出，利用流动重力资料对我国西部近年来有监测能力地区发生的6级以上强震/大震均进行了较为准确的中期预测。但流动重力也存在对监测能力较弱地区强震漏报的情况，如：①2017-08-09新疆精河6.6级地震，该地震震中附近的重力监测网自2015年建成，由于观测时间较短，没能较好地反映出精河地震孕育发生过程中震中附近的重力异常变化；但新疆北天山中段2013年建成的测网对2016-12-08呼图壁6.2级地震有较好的反映，并进行了较好的中期预测。②2017-11-18西藏米林6.9级地震发生在重力监测能力较弱的地区，该地区是“陆态网络”重力测点，每2年观测1次，点间距为100~150 km，观测周期较长。③青藏高原地区，由于流动重力监测能力较弱(图 1)，对2013年西藏左贡6.1级、2016年青海杂多6.2级等强震仍不能进行有效监控。

2.2 重力变化与地震前兆特征

祝意青等^[18-22]在深入研究区域重力场演化特征的基础上，提出定性和定量相结合研究与强震孕育有关的重力变化背景与异常，总结了利用重力场变化资料进行地震危险性和危险地点预测的方法，包括重力场变化对地震的前兆反映能力、强震孕育发生过程中的重力异常特征等(表 2)。

从表 2可以看出：

① 从重力异常变化形态来看，强震易发生在与构造活动有关联的重力变化正、负异常区过渡的高梯度带上，重力变化等值线的拐弯部位或四象限中心附近，构造活动断裂带由于其差异运动强烈而构造变形非连续性最强，易产生急剧的重力变化，最有利于应力的高度积累而孕育地震。

② 地震震级与重力异常变化的范围、持续时间和变化量级密切相关。一般来讲，观测资料积累的时间越长越有利于判断强震发震震级，重力变化量级和异常范围越大、异常持续时间越长，其对应的震级越大。分析地震重力异常，不仅要看短期变化，也要分析长期变化。5级地震相邻两期或1 a尺度的重力变化明显，累计变化没有显著增强；6级以上地震相邻两期重力变化显著，2 a以上的累计变化更为显著，尤其是7级以上大震一般需要更长时间的资料。

总的来说，强震/大震发生之前，流动重力观测资料能不同程度地反映地震孕育发生过程中的重力异常变化，尤其是6级以上的强震。通过对重力观测资料的分析与研究，有可能对未来强震/大震作出较准确的中期或中短期预测，尤其是强震地点的判定。

3 进一步推进流动重力监测预报发展的思考

对中国大陆及重点地区重力场演化及其与地震活动关系的研究能力，在很大程度上取决于实际监测能力。同时，从观测资料获取到资料处理分析及预报研究完整性上讲，高素质的专业流动重力测量与预测预报研究队伍非常重要。

3.1 监测是基础

监测主要应从测网布局的监测能力和仪器技术设备两方面来考虑。

① 进一步完善区域重力监测网，提升监测能力。2009年以来，中国地震局已在中国大陆建立了100个绝对重力测点和4 100多个相对重力测点(图 1)。在中国大陆区域地震重力监测网的每个网或其周围基本都有2个以上绝对点，大大提高了中国大陆重力基本网监测预报能力(表 1)。但我国目前的地震重力监测网仍不够完善，仍存在监测能力较弱的地区：第一，青藏高原及其邻区、新疆北部地区重力测点太稀，对6级以上强震仍不具备监测能力；第二，华南地区，尤其是湖南、江西、浙江省及其邻区重力测点较少，不具备监测6级左右地震的能力；第三，云南南部、四川西部等仍存在部分监测空区。对以上地区均应进行空间加密，西部测段长度控制在80 km以内，东部测段长度控制在50 km以内，测段段差控制在100 mGal以内。

② 进一步加强绝对重力测量，提升重力观测技术。图 1所示的中国地震重力监测网的100个绝对重力点，点位分布相对均衡，在南北地震带和大华北等重点监视区相对密集，西部相对稀疏。近年来，中国地震局每年观测绝对重力70点次，为相对重力联测提供起算基准和控制，但受制于绝对重力仪器装备严重不足，每年绝对重力测量的点次较少、基准控制能力较弱，尤其是西部、东北地区，而且绝对重力与相对重力没有进行准同步观测。建议加强绝对重力观测，确保地震系统有8~10台绝对重力仪，每年观测150点次以上，从而可对整个中国大陆重力网进行有效控制，获取可靠的区域重力场变化。

3.2 数据处理是关键

重力观测资料的质量既依赖于监测成果质量，也依赖于资料处理的方法，不同的资料处理方法可能会得到不同的结果。

① 目前地震系统流动重力数据处理均采用中国地震局的攻关软件LGADJ，该软件包括经典平差、自由网平差和拟稳平差3个模块。经典平差是指在测网内有绝对重力点的情况下，以绝对重力点为起算基准，根据最小二乘原理计算各点重力值和精度。自由网平差一般在无绝对重力基准时采用，是一种测网重心基准平差方法，在前后两期测网测点和网型无大变化时可以采用。拟稳平差是以测网内部分稳定的重力测点作为统一起算基准进行平差计算，获取测网各点的重力值和点位精度。实际计算中，当测网有2个以上绝对重力点值时，采用经典平差，以获得绝对重力基准控制下的重力变化^[3-5]；当测网只有1个绝对重力点值时，采用自由网平差，并归算到网内的绝对重力点值上，以获得测区内各个测点的绝对重力变化^[23]；当测网内既没有绝对重力点，而且多期测网测点或网型又存在一定变化时，采用拟稳平差获得测区内各个测点的相对重力变化^[24-25]。

② 仪器的一次项系数非常重要。野外作业中使用基线场的标定值，但随着测程范围和观测周期的变化，大部分重力仪的格值系数会发生变化。格值系数误差会给整网平差计算引入系统误差。因此，应充分利用测网中的绝对重力点控制解算出区域适定解，得到实测标定后的仪器格值系数，获取可靠的区域重力场变化^[26-28]。

③ 加强整体计算分析。以往各个省区的测网紧邻省界的区域多是支线联测，独立平差计算时，支线上的测点精度会随着支线长度的延长迅速降低，严重影响测点重力值的可靠性^[6]。现今，各省区的重力网都进行了有效联接，已把彼此相邻的各个省区的地震重力观测网联成一体构成区域性重力监测网(图 1)。因此，各省区进行资料处理分析时，应进行相邻省区联合处理的整体平差计算，扩大研究区范围，有效提取各省区交界地带的重力场变化信息^[10-15]。

3.3 地震预报应用是核心

地震监测的最终目的是为地震预报服务。已有研究表明, 地表重力场动态变化主要由地表观测点的位置变化、地表整体变形运动以及地球内部因构造块体变形运动的密度变化效应叠加引起, 包含了十分丰富的地球活动和地震运动信息。一个好的观测成果能较好地捕捉到测区内与强震孕育、发生过程有关的重力变化信息，其真正价值必然体现在地震预测预报实践上。近年来，中国地震局重力学科技术管理部充分利用日益丰富的重力观测资料，在精细处理区域重力网观测资料的基础上，深入细致地研究区域重力场的动态演化特征与规律，从复杂多变的重力异常现象中寻找构造活动和地震前兆信息，追踪中国大陆重点地区重力场的异常变化及其可能的中短期异常信息，并尝试研究重力场异常变化的地壳密度变化机理^[29]，进行危险区强震地点与强度的预测，在全国地震重点危险区强震地点判定中发挥了重要作用，对近年来发生的四川芦山7.0级、新疆于田7.3级和四川九寨沟7.0级等强震均进行了较好的中期预测^[4-5]。

4 结语

地震是地球构造活动的一种形式，地震的孕育和发生必然引起震源区和外围地区一定范围内地球物理场的变化，尤其是地球重力场的变化。流动重力方便快捷，能快速获取伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的重力效应。2008年以来，随着中国大陆重点监视区重力观测网的逐步完善，整体重力资料处理技术的应用，重力学科技术管理部及各个省局流动重力分析预报队伍的加强，流动重力在地震预测研究中发挥了重要作用。近年来，我国多次强震前流动重力均观测到显著的重力异常，尽管这些异常的表现形式并不一致，有些发生在重力变化正、负异常区过渡的高梯度带、零值线附近，有些发生在重力异常四象限中心，但根据重力变化异常区的范围和幅度、重力异常变化梯度的大小及其特征，可以研究地震的趋向及其未来强震可能分布的地点和震级。未来，随着青藏高原及其邻区、新疆北部地区、云南南部、四川西部地区、华南地区等站点布设不断加密与完善，绝对重力测点会逐渐增多，各个省区的重力观测网都将有3个以上的绝对点作为控制。随着重力场时变的构造成因和地震孕育发生机理的进一步深入研究，流动重力观测将在地震预测中发挥更重要的作用。