0 引言

重力随时间的变化可分为潮汐和非潮汐变化。前者如地球潮汐与地球自转变化，后者一般是地球物质迁移引起的重力随时间的变化（王谦身等，2003）。台站重力潮汐曲线包含成分为：Y_t = σA(t) + Y₀(t)，式中Y为逐时读数，A(t)为t时刻引潮力（t为0—23时），σ为潮汐因子，Y₀(t)为仪器零点漂移。其中，公式等号右侧第一项为地球弹性介质对潮汐力的响应，第二项为漂移，其中包括仪器自身漂移、外界干扰等，同时包含地下密度变化和物质迁移。

近年来，广大地震科技工作者对台站重力观测资料进行分析，以期在中强地震前捕捉并提取异常信息，为地震预测、预报服务，已取得一些成果，如：我国重力台站M₂波潮汐因子在印度尼西亚大震前均表现出较长时间（有的超过3个月）的趋势性下降变化，而同期加卸载响应比变化不显著，可能是加卸载响应比对近区反应强，对远区反应弱的缘故，同时说明能够通过M₂波潮汐因子变化了解全球重力场变化信息（喻节林等，2007）；日本M_S 9.0地震前，沈阳、青岛、溧阳和厦门等重力台原始观测数据出现喇叭口状的异常扰动现象（刘子维等，2011）；成都、乌什和郑州3台（套）连续重力观测仪在日本M_S 9.0地震前3天出现明显的重力扰动异常现象（韦进等，2011）；gPhone重力仪记录的同震信号出现在地震波初动和衰减过程中，通过与宽频带地震计记录进行比较，可知为地震破裂过程的真实记录（周磊等，2013）；M_S 7.0以上大震活动与重力异常之间具有明显的统计学特性，可能与重力异常反映的深部结构与壳内质量分布不均匀有关（徐伟民等，2014）。大地震（如1988年11月6日澜沧M_S 7.1地震）发生前，潮汐和非潮汐信息均出现不同程度的异常变化，其中零漂斜率δ(K_l)和δ(O₁) /δ(K_l)出现下降，变化幅度超过正常量的2%，对于5.0级左右的较小地震，只能分辨非潮汐异常变化，而潮汐变化信息因量级较小被误差所掩盖。因此，为了有效监视地震活动性，综合分析潮汐零漂、高频成分中异常信息及仪器的工作性能和记录曲线畸变等尤为重要（李瑞浩等，1995）。

实践表明，大震前异常扰动现象可被高精度重力仪和宽频带地震仪监测到。如：郝晓光等（2008）利用Lacaste ET重力仪记录、郝晓光等（2008）利用宽频带地震仪记录，发现汶川地震前1—2天内存在周期为4—8 s的重力扰动；胡小刚等(2009, 2010)发现，宽频带地震仪监测到M_W 7.6汤加地震和海地M_W 7.0地震前存在“扰动”现象；韦进等（2011）、刘子维等（2011）发现，gPhone重力仪监测到日本M_S 9.0大震前存在连续观测重力异常和高频扰动；王新胜等（2014）分析陆态网络连续重力观测资料发现，2014年2月12日于田M_S 7.3地震发生前存在4—8 s的重力扰动信号，并分别于震前6天和2天出现在中国大陆不同区域，且震前6天在我国东北鹤岗台信号强度最大，向西至库尔勒—于田台逐渐减弱，形成一个条带，而震前2天则在我国东南沿海温州—厦门台信号强度最大，向西至襄樊—万州台逐渐减弱。目前，重力仪记录的震前重力扰动及宽频带地震仪等记录的震前扰动大多来自7.0级以上地震，且震源深度小于20 km。2016年7月31日苍梧M_S 5.4地震（111.53°E，24.10°N，震源深度5 km）发生，且震前出现连续重力观测数据异常现象，对于此类中等强度地震，震前是否存在重力扰动异常，对此通过收集多个重力台站记录数据尝试分析。

1 资料选取

2016年7月31日苍梧M_S 5.4地震发生在华南地区，目前该区布设12个连续重力观测台站（图 1）。选取配备gPhone/PET重力仪（秒采样，美国LaCoste & Romberg公司生产）、观测环境良好、2015年和2016年全国连续重力台站观测数据质量均达到优秀等级以上的台站数据进行分析，筛选得到梧州、洪江、吉安、凭祥、漳州、琼中、厦门和福州等符合条件的8个重力台站，所选台站与苍梧M_S 5.4地震震中分布见图 1。

2 重力数据扰动分析

提取2016年苍梧M_S 5.4地震发生前数天8个重力台站记录的原始重力潮汐变化秒数据，以直接或者滤波方式，对连续重力观测数据异常进行分析。

2.1 原始秒数据

提取2016年7月28日至31日8个连续重力台站秒数据进行比较分析，观测数据原始曲线见图 2，图中曲线按照震中距由小至大排列。由图 2所见，华南地区8个重力台站原始秒数据在苍梧M_S 5.4地震前无明显扰动异常，且7月30日马里亚纳海沟M_S 7.8地震前原始秒数据也无明显扰动异常。

2.2 滤波分析

因震前重力扰动异常均为高频信号（韦进等，2011；刘子维等，2011；王新胜等，2014），分别设置2种滤波器对原始秒数据滤波，并进行对比分析。对华南8个重力台站原始秒数据进行高通滤波（截止频率为0.01 Hz，即保留周期100 s以内的信号）和带通滤波（带通频率为0.125—0.25 Hz，即保留周期为4—8 s的信号），以剔除固体潮、长趋势漂移、大气影响、地下水影响和地球自由振荡等信号，直观展现地震发生前的地震、微震和扰动异常信号，滤波曲线见图 3，图中黑色的曲线表示0.01 Hz高通滤波，绿色曲线表示0.125—0.25 Hz带通滤波。

由图 3可见，部分台站重力数据滤波曲线在马里亚纳M_S 7.8地震前存在幅度较大的扰动异常，在苍梧M_S 5.4地震前存在扰动异常。查询2016年7月28日至8月1日台风信息（http://typhoon.zjwater.gov.cn/default.aspx）发现：7月26日至28日2016年第3号台风“银河”由东向西偏北活跃于南海—海南岛—北部湾—越南一带，7月26日在海南万宁登陆，7月28日凌晨0时在越南定南省登陆，期间台风路径穿琼中而过，各重力台站与台风“银河”最小距离见表 1；7月30日台风“妮妲”在西太平洋生成，8月2日3时在广东深圳登陆，各重力台站与台风“妮妲”最小距离见表 1。将2016年7月28日至31日经0.125—0.25 Hz带通滤波数据进行功率谱计算，选取无地震事件及热带气旋扰动影响的2016年7月1日至4日相同时间长度的重力观测数据，进行带通滤波及功率谱计算，对2个时段功率谱曲线进行对比。在此以琼中和梧州台重力观测数据为例，绘制2个时段功率谱曲线，见图 4。由图 4可见，7月28日至31日重力数据功率谱明显较强，异常明显。

有关研究表明，震前重力扰动信号与台风引起的重力扰动信号频率范围接近，对应周期为4—7 s，单从频率大小无法对二者进行区分（王梅等，2014；王新胜等，2016；李盛等，2018）。由图 3可见，不管是大于0.01 Hz的高通滤波曲线（图 3中黑色曲线），还是0.125—0.25 Hz的带通滤波曲线（图 3中绿色曲线），所有重力台站均记录到同震信号；琼中、凭祥、梧州、洪江和吉安重力（按照扰动幅度从大到小排列）在7月28日均存在明显的扰动信号，根据台风“银河”的活动路径以及各台站与台风的最小距离，应为台风“银河”活动引起的地脉动所致，而漳州、厦门和福州重力台扰动信号不明显，则是与台风“银河”中心距离较大的缘故；7月30日至31日，漳州、厦门和福州重力台2种滤波曲线均存在明显的扰动信号，根据台风“妮妲”的活动路径以及各台站与台风的最小距离，应为台风“妮妲”活动所致，而琼中、凭祥、梧州、洪江和吉安重力台扰动信号不明显，则是距台风“妮妲”中心较远的缘故。

台风影响期间，2种滤波信号存在明显差异，并不具有一致性，说明台风引起的地脉动信号主要集中于0.125—0.25 Hz（其他频段也有分布）。以琼中重力台原始秒数据为例，进行0.05—0.4 Hz带通滤波，比较0.01 Hz高通滤波与0.05—0.4 Hz带通滤波曲线，发现对于地震记录地脉动信号，2种滤波曲线具有较好的一致性，见图 5。

3 结论

对2016年苍梧M_S 5.4地震前华南地区重力台站观测数据进行分析，得到以下结论。

（1）梧州、洪江、吉安、凭祥、厦门、福州、泉州和琼中重力台观测秒数据在此次苍梧M_S 5.4地震前4天内均存在扰动异常，对重力数据进行高通及带通滤波分析，对比同期台风影响，认为梧州、洪江、吉安、凭祥和琼中重力台的扰动异常系台风“银河”干扰所致，厦门、福州、泉州重力台的扰动异常系台风“妮妲”干扰所致。

（2）2次台风活动期间，记录扰动信号明显的重力台与台风中心最小距离均在1 000 km以内。利用台站重力观测数据进行地震预测、预报目前尚处于探索阶段，由于重力台站在全国分布较为稀疏（目前全国在运行重力台站约75个），平均分辨率约400 km，且大部分为“十五”以后建设台站，运行时间较短，数据积累时间不长，成熟震例较少，对于连续重力观测数据异常提取及预测指标的构建，需要不断探索和完善。

中国地震局重力与形变数据共享分中心（www.dcgcd.ac.cn）为本研究提供华南地区8个重力台站的原始观测数据，在此表示衷心感谢。