0 引言

重力场的变化对认识中强地震孕育、发生和发展的深层过程具有独特优势。重力场的时空动态变化能较好地反映地球深部物质运动与地壳密度变化等构造活动的信息。重力场随时间变化与地震的形成及发展有着内在的联系（陈运泰等，1980）。以监测预报地震为目的，在同一测点（线、网）上反复进行的重力测量，称为地震重力测量。重力测量的主要任务是，监测构造活动区重力场随时间的非潮汐变化，研究地震孕育、发生和调整过程中重力场的时、空、强变化，提取地震前异常变化信息，进行地震预报研究（国家地震局，1997）。

据江苏地震台网测定，北京时间2016年10月20日4时51分，在江苏省盐城市射阳县（33.70°N，120.30°E）发生M_S 4.4地震，震源深度25 km，射阳、大丰、建湖、盐城城区、亭湖区、阜宁震感明显，震中附近少部分群众震感强烈，连云港、扬州地区部分群众有感。本次地震震中距江苏省流动重力测网的苏北测区特庸重力点仅10 km，江苏省地震局组织测量人员部署流动重力加密复测，对震区的区域应力场进行跟踪监视。

1 测网概况

以绝对重力测量和相对重力测量相结合为特色的江苏省重力网（图 1），作为郯庐断裂带和茅山断裂带高精度重力网的组成部分，于1982年初具规模。江苏地区流动重力测量共布设131个测点（其中4个绝对重力点）计145个测段（图 1），组成15个闭合测环，其中长江以北9个测环，长江以南6个测环，覆盖江苏4/5的地区，其中：高邮—兴化—盐城测线于1991年布设施测，2003年延伸至滨海闭合于淮安，2004年将兴桥测点经阜宁八滩—响水闭合于灌云；2010年增加扬州经南通至盐城测线，提高了对苏北和南黄海海域的地震监测能力；2015年9月增加苏州—上海—南通测线。自1987年以来，采用2台LCR-G型高精度重力仪（2016年开始使用CG-5自动重力仪），取年复测一次的周期测定重力场变化，为加强监视华北地震活动，2009年开始每年复测2期，除新建点外，至今已积累34期重力复测成果，其精度已能分辨段差变化大于10×10^-8 m·s^-2的趋势性异常。

2 数据处理结果 2.1 相对重力数据的经典平差方法

通过单程重力段差作为观测值建立平差模型，得到相对重力网的误差方程。

$ \begin{array}{l} {v_{ij}}{\rm{ = }}\overline {{g_i}} - \overline {{g_j}} {\rm{ + }}{E_{\rm{1}}}\left({{g_i} - {g_j}} \right) + {E_2}\left({g_i^2 - g_j^2} \right) + \sum\limits_{k = 1}^n {} {\rm{ }}{X_k}\left({\cos \frac{{2{\rm{ \mathsf{ π} }}{z_i}}}{{{T_k}}} - \cos \frac{{2{\rm{ \mathsf{ π} }}{z_j}}}{{{T_k}}}} \right) + \\ \sum\limits_{k = 1}^n {} {Y_k}\left({\sin \frac{{2{\rm{ \mathsf{ π} }}{z_i}}}{{{T_k}}} - \sin \frac{{2{\rm{ \mathsf{ π} }}{z_j}}}{{{T_k}}}} \right) + D\left({{t_i} - {t_j}} \right) \end{array} $

(1)

式中，v_ij为Δg_ij = g_i - g_j的误差，t_i表示测点读数的预处理重力值，$\overline {{g_i}} $表示测点i的平差，D表示仪器的漂移改正数，g_i表示i测点的观测时刻。

2.2 重力复测区域异常测定

江苏省重力网采用中国地震局地震研究所开发的重力仪数据处理系统软件《LGADJ》，进行数据资料预处理及平差计算。预处理内容包括重力固体潮改正、气压改正、仪器格值误差、周期误差改正、仪器高度改正、漂移改正等。南京台绝对重力点位于江苏重力测网中心位置，以该重力点为基点，采用经典平差法进行平差计算，平差后引起的重力网形变较小。

将平差后的数据与各期平差成果进行方差分析，排除系统误差，平差后数据取2009年LCR-G型重力仪施测值作为江苏重力网随时间变化的参考基准，绘制该测网各期重力复测异常等值线。使用归算后的2016年5月重力点值减去2009年5月重力点值绘制等值线，并绘制相邻2期0.5 a尺度的重力异常等值线（差分变化图），见图 2。

（1）2009年5月—2016年5月重力场累积异常见图 2(a)。图中带数字的线条为重力变化等值线，数值表示重力变化值，单位μGal。2008年后，在淮阴—响水断裂、洪泽—沟墩断裂、盐城南洋断裂范围内，重力测值出现+70—+80 μGal正值异常，而且存在逐年增强的变化趋势，在射阳地区附近，于2012年9月发生高邮M_S4.9地震，可见洪泽—沟墩断裂附近具备发生射阳M_S4.4地震的条件。

（2）2015年5月—2016年5月重力场变化见图 2(b)。该图显示，2016年度江苏地区以重力负异常为主。苏中地区正负异常区明显呈X型分布，中心位置为高邮，高邮以南、以北为负值异常区，以东、以西为正值异常区，具有明显的四象限分布特征。高邮以南地区，以东至盐城、连云港，正值异常面积和正异常值明显大于西侧。重力负异常量值在-30×10^-8 m·s^-2—0×10^-8 m·s^-2，正异常量值在0×10^-8 m·s^-2—+30×10^-8 m·s^-2，呈北强南弱梯度状分布。

（3）2015年10月—2016年5月重力场变化见图 2(c)。自2014年起，以半年为周期的淮阴—响水断裂以南、盐城断裂以北、泾口—沙沟断裂以东的区域重力场变化活跃，打破正负交替的季节变化性规律。2015年江苏省处于重力负值异常状态，量值达-50×10^-8 m·s^-2，按一般规律，2015年10月至2016年5月应保持负值异常状态，但由图 2(c)可知，射阳地区呈现最大值为+60×10^-8 m·s^-2的正异常形态。

此外，射阳地区存在布格重力正异常。在该异常作用下，推动射阳地区的地壳不断下降、变薄，使本地区地壳过剩的物质得到疏散（周友华，1995）。此布格重力异常区域存在地壳垂向均衡运动，有一定地质运动条件。布格重力异常梯度带可以作为划分中强地震潜在震源区的一个重要标志，高梯度带区域具有中强地震的孕震条件，与中强地震的空间分布往往具有较好的一致性。

综上所述，根据重力归算结果，射阳地区重力异常累积性明显，且存在较大幅度的转折性异常，一般在重力出现转折时容易发震（陆汉鹏等，2016）。另一方面，射阳地区是布格重力异常高梯度带区域，具有相对活跃的地质运动条件，进一步增加了此次射阳M_S 4.4地震的发震必然性。

2.3 重力点值时序变化

为了细致反映射阳M_S4.4地震震前重力场变化特征，选取位于洪泽—沟墩断裂附近NS方向的八滩、六垛、千秋、兴桥、特庸、新洋5个重力测点（点位分布见图 1阴影部分），绘制震中区重力点值时序变化曲线，见图 3。

由图 3可见：射阳M_S4.4地震发生前，震中区域附近5个重力点值的上升或下降变化，时间均具有准同步的群体性变化特征；2011年12月—2014年6月，重力呈趋势性上升变化态势，2014年6月—2015年12月呈加速下降变化态势，2015年12月—2016年6月呈加速上升态势，明显可见重力变化具有加速变化—转折—发震的3个阶段，说明在射阳M_S4.4地震发生前确实存在较为明显的重力变化（冯建林等，2017）。

2.4 震后应急加密复测

射阳M_S 4.4地震震中距苏北重力网特庸重力点仅10 km，选择该重力点为复测中心点，设计震后应急加密复测方案。具体步骤如下：使用2台CG-5型相对重力仪，以特庸重力点和新洋重力点为中心，向NS方向重力异常高梯度带联测19个重力点，计44个测段，形成3个闭合测环（图 4），得到加密复测重力值，绘制震后区域重力场变化等值线，见图 5。

由图 5可见，与发震前重力等值线相比，发震后小区域重力场发生反转。同震观测数据绘制的震后重力场图（图 5）反映，射阳地区目前呈南北挤压正异常、东西张拉负异常形态；地震发生后，小区域重力场梯度减小，说明该区域所受应力明显减缓，但保持-15 μGal—+30 μGal的重力梯度带，应为震后时间较短、调整尚不充分所产生的重力残值。

3 结论

结合江苏省区域重力场多年观测资料和射阳M_S 4.4地震发生后的应急加密观测资料进行分析，得到以下结论：①射阳地震发生前，江苏省重力正负异常累积分布特征明显，苏北地区重力正异常为主，主要分布在淮阴及淮阴以东地区，苏中地区正负异常区明显呈X型分布，对射阳地震有一定前兆效应；②射阳M_S 4.4地震前后，周边测段的重力段差变化值及测点相对重力值变化量均在±30 μGal，较好对应了大约M_S4.5地震的发震强度；③射阳M_S 4.4地震震中位于重力高梯度带“0”值线拐点附近，且震后重力值逐渐减小，反映了地震能量积累与释放的过程。

由于4—5级地震能量释放速度较快，建议在地震危险区进行3个月加密周期的高密度流动相对重力观测，以便在短期内预测地震，更好地利用流动重力测量监测手段为地震预报服务。