重力场是地球的基本物理场之一，重力场的变化反映了地球运动状态变化和内部物质迁移。地震活动等相关构造运动会引起地球内部密度变化，产生重力场变化。利用高精度重力观测技术对地面固定测点进行复测，可追踪地震演化相关重力场变化过程，进而开展地震预测研究和实践。

20世纪60年代起，在美国、日本、新西兰等地就有地震重力变化的监测与研究^[1-3]。我国由于受西部印度洋板块与亚欧板块碰撞和东部太平洋板块俯冲作用影响，造成境内活动断裂带广泛发育，是世界上地震灾害较严重的国家之一，地震监测预报实践和研究的需求迫切。为此，20世纪60年代至今，中国地震局逐步建立了覆盖全国的由连续重力台网、绝对重力控制网和相对重力联测网构成的地震重力监测体系。其中，流动重力测网资料在近年的6.0级以上地震中长期预报中发挥了重要作用。学者们对强震前重力场变化的形态(四象限、梯度带)、量级、持续时间等进行了总结^[4-7]，并开展地震孕育机理研究^[8-10]，但由于观测技术和应用需求等方面的原因，对4级左右地震重力变化除早期有一定总结^[5]外，总体关注较少，相关研究不多。

本文在当前相对较完善的测网布局和高精度观测基础上，根据近年流动重力观测资料，总结2016-10-20江苏射阳4.4级、2017-06-16湖北秭归4.3级、2017-07-15广西南丹4.0级、2018-02-09河南淅川4.3级等4次地震前后的相关重力变化，讨论利用流动重力方法进行弱地震活动背景地区地震监测的需求并提出建议。

1 震区流动重力测网与地震活动概况

本文研究的4次地震均位于流动重力测网覆盖良好、历史地震较多但强度不大的地区，即弱地震活动背景地区。

图 1为射阳4.4级地震周边测网与历史地震活动情况，图中所示历史地震信息为1965年以来3级以上地震，数据资料来自中国地震信息网(图 2、3中历史地震数据来源与此相同)。地震所在的江苏省流动重力测网是地震重力监测网重点监视区(大华北地区)的一部分，流动重力测点平均距离为20~30 km，震中位于洪泽-流均沟断裂带以南约14 km，周边地区1965年以来发生多次4级以上地震，最大为1987年发生的射阳5.1级地震。

图 2为南丹4.0级地震周边测网与历史地震活动情况。地震所在的广西流动重力测网是2014年新建设的测网，震中位于南丹-河池断裂带西南、巴马-博白断裂带西端附近，周边测点平均间距为40~50 km，周边地区1965年以来发生多次4级以上地震，1983年在同一断裂带以西发生了5.0级地震。

图 3为秭归4.3级地震和淅川4.3级地震周边测网与历史地震活动情况。秭归4.3级地震位于三峡库区，该区重力测网较其他地区更密集，平均点距约为10 km，重力测量工作始于1983年^[11]，有效捕捉到三峡工程蓄水过程中相关重力场变化^[12]。1965年以来，三峡库区发生多次4级以上地震，2013年在本次地震附近曾发生过巴东5.1级地震。淅川4.3级地震位于丹江口库区，周边测网较三峡库区稀疏，平均点距为30~40 km，震中位于襄樊-广济断裂带以北、新野凸起北缘断裂带西端附近。1965年以来，震中区域发生多次4级以上地震，最大为1973年的5级地震。

2 流动重力测量与数据处理

目前，流动重力观测采用的技术方案是绝对重力控制下的相对重力联测。绝对重力测量结果一方面为重力场变化的计算确定统一基准，另一方面为相对重力联测、仪器参数标定等提供起算数据^[13]。本文研究的4次地震所在测网观测频率均为每年2期，为减弱陆地水等季节性影响，野外观测一般安排在上半年的3~5月及下半年的8~10月。绝对重力测量采用FG5或A10型绝对重力仪进行，相对重力测量采用LCR-G或CG-5型相对重力仪进行。相对重力联测过程中，为削弱仪器漂移影响，采用A→B→C→…→C→B→A形式的往返双程测量模式。数据处理利用LGADJ软件进行，方法采用绝对重力控制下的经典平差。计算过程中为避免测网边界的影响，采用局部网加周边资料同时解算的方案，解算结果点值平均精度为10~15 μGal。

3 震前重力变化特征

本文分析的4次地震均位于弱地震背景地区，在约0.5~1 a的时间尺度内出现了较明显的重力场变化。

3.1 2016-10-20江苏射阳4.4级地震

射阳4.4级地震震中位于洪泽-流均沟断裂以南约14 km处。震前1 a在淮阴-响水断裂、洪泽-流均沟断裂、盐城断裂之间出现明显的重力场变化，如图 4所示。具体为：

1) 2015-10~2016-04时间段0.5 a尺度的重力场变化显示，淮安-滨海一带形成了北东-南西走向重力场变化梯度带，同时，震中以西的洪泽-流均沟断裂两侧整体呈正重力场变化，量级达50 μGal，正重力变化最大点与震中距离约40 km；

2) 2016-04~10时间段0.5 a尺度重力场变化显示，震中附近重力场总体呈平缓负变化，可能意味着震中附近断裂活动的“固化”(构造活动达到一个应力聚集后的相对稳定状态，重力变化减弱)；

3) 2015-10~2016-10时间段为震前1 a尺度重力场变化，显示震中以西出现明显正重力场变化，量级达30 μGal，正重力变化最大点与震中距离约40 km，地震发生在重力场变化的“零值线”附近。

3.2 2017-06-16湖北秭归4.3级地震

秭归4.3级地震是继2013年巴东5.1级地震后，三峡库区发生的又一次较大地震。震前0.5 a及1 a尺度重力场均显示了较大的局部变化，如图 5所示。

1) 2016-09~2017-04时间段0.5 a尺度重力场变化形成了西负东正的局部特征，震中至最近的正变化中心距离约28 km，本次地震发生在重力变化梯度带的负变化区域，重力正负差异变化大于30 μGal；

2) 2016-04~2017-04时间段1 a尺度重力场变化显示，地震发生在重力正负差异变化梯度带，震中东北部约30 km处有10 μGal的局部正重力变化。

3.3 2017-07-15广西南丹4.0级地震

南丹4.0级地震位于广西西北部，巴马-博白断裂带西端附近，震前局部重力场变化特征明显，如图 6所示。

1) 2015-12~2016-09时间段约0.5 a尺度重力场变化显示，震中西部存在局部负重力变化，西南部存在局部正重力变化。震中西北部都匀至桂林一带的正重力变化与测网布局有关，该地区处于测网边缘，仅有单条测线穿过，缺乏绝对重力控制，可能存在仪器漂移等影响。2015-12~2017-05时间段情况类似。

2) 2016-09~2017-05时间段重力场变化显示，震中附近重力场变化较弱，但有明显“四象限”特征，西部的局部负重力变化和西南部的局部正重力变化趋势进一步加强。

3) 2015-12~2017-05时间段约1.5 a累积重力场变化显示的局部重力场变化特征更明显，西南部约95 km处重力变化量级达30 μGal。

3.4 2018-02-09河南淅川4.3级地震

淅川4.3级地震震中周边无测线穿过，测网相对稀疏，但震前依然观测到局部重力变化，如图 7所示。

1) 2016-09~2017-04时间段0.5 a尺度重力场变化显示，震中附近重力场变化较平缓，但东南部存在宜城-荆门一带的负变化区和枣阳-随州一带的正变化区，并沿襄樊-广济断裂带形成了重力场变化梯度带，震中东南部约70 km处的桑庄镇测点存在10 μGal的弱局部变化；

2) 2017-04~09时间段重力场变化显示，震中周边存在较弱的正负交替局部重力场变化，变化最剧烈的地区依然位于震中东部，桑庄镇测点正重力变化继续增强；

3) 2016-09~2017-09时间段1 a尺度重力场变化显示，震中东南部桑庄镇测点重力变化已达40 μGal。

4 结语

4级左右地震活动本身积累的能量较小，伴随的重力场变化范围和量级小，在重力变化成因分析时更易受局部因素影响，导致震例验证机会较小，因此流动重力变化对此类地震是否有指示意义尚不明了。

本文4次地震在震前确实出现局部重力场变化，其正变化量级、震中与正变化中心的距离总结见表 1。由表 1可知，4次地震对应的局部重力场变化距离震中均不到100 km，量级不大于50 μGal，为有效捕捉4级左右地震相关重力场变化，对流动重力测网布局和观测精度均需提出更高要求。以射阳4.4级地震为例，为获取40 km范围的重力场变化，测网的空间分辨率应达到20 km，而准确获取30 μGal重力场变化则要求观测精度优于15 μGal。

以目前流动重力观测技术能力，在测网密集地区捕捉4级地震前的重力场变化是可能的。但对与本文震例所在地区类似，具有弱地震活动背景的地区而言，在必要情况下应对流动重力测网进行加密，并提高观测精度。与此同时，在分析重力场变化资料时，应尽可能收集地壳形变、地下水等相关资料，并结合局部地区断裂带、地震活动特征等进行综合分析。

致谢: 感谢安徽省地震局、江苏省地震局、广西壮族自治区地震局、云南省地震局、中国地震局地球物理勘探中心等有关单位提供野外流动重力观测资料。