0 引言

重力随时间的变化，可分为潮汐变化和非潮汐变化。前者如地球潮汐与地球自转变化，后者一般为地球物质迁移引起的重力随时间的变化（王谦身等，2003）。由台站重力潮汐曲线可知：Yt = 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，公式第一项为地球弹性介质对潮汐力的响应，第二项为漂移，包含仪器自身漂移、外界干扰及地下密度变化和物质迁移。利用固体潮汐观测数据可较好地反映地球固体潮汐的日波、半日波特征及地震孕育过程的中期特征（陈德福等，1995）。台站重力测量是一种定点观测，通过对重力加速度的连续观测得到重力潮汐资料，分析获得潮汐和非潮汐结果（中国地震局监测预报司，2008）。地震科技工作者们利用积累的台站重力观测资料，捕捉并提取中强地震发生前的异常信息，为地震预测预报服务。如：喻节林等（2007）分析发现，我国重力台站记录的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，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，说明能够通过对M₂波潮汐因子变化了解全球重力场变化信息；刘子维等（2011）分析发现，日本M_S 9.0地震发生前，沈阳、青岛、溧阳、厦门等地震台重力原始观测数据出现喇叭口状的异常扰动现象；韦进等（2011）发现，成都、乌什和郑州3台（套）连续重力观测仪在日本M_S 9.0地震发生前3天出现明显的扰动异常现象。以上成果加深了我们对重力异常的认识，有助于更好地利用连续重力观测资料进行地震预测预报研究。

琼中基准地震台（下文简称琼中台）自2008年3月配备PET重力仪进行重力定点观测以来，观测数据质量较好，固体潮清晰，数据连续率和完整率均达到98%以上，在历年全国地震台站观测资料评比中，均被评为优秀。2014年起，该台重力观测数据出现2次显著异常现象，通过观测系统检查、观测环境调查、数据分析等流程，判定异常属数据干扰，非地震地球物理异常。

1 重力观测概况

琼中台隶属海南省地震局，属国家Ⅰ类台，位于海南省琼中县县城营根镇东南，地处海南岛中部五指山区木头山东北侧小山间盆地，台站周边50 km范围内无活动断层分布，是目前我国纬度最低的连续重力观测台（李盛等，2015）。琼中台地理位置见图 1。

琼中台2008年3月起采用PET型全自动重力仪进行连续重力观测。该重力仪由美国Micro-g LaCoste，Inc公司生产，观测系统由仪器箱（装置数据采集系统）、电子箱（内置UPS不间断电源和定时模块）和笔记本电脑（运行控制软件）组成，可用于测量地球各点重力随时间的变化，也可检测周期从秒到若干年的地球物理、地球动力学效应所导致的重力场微小变化。PET型重力仪仪器参数见表 1。

琼中台重力观测数据连续可靠，但2014年以来，重力潮汐变化数据出现转折加速向上变化，零点漂移发生变化，漂移率平均上升为约13.78×10^-8 m·s^-2/d，异常变化明显。2016年1月5日重力仪出现粘摆现象，开摆后发现重力潮汐变化数据明显放大。2次数据变化明显，为此展开排查工作，并进行数据分析，以判定是否为地震地球物理异常。

2 零漂转折加速异常 2.1 异常描述

2013年1月至2014年10月，琼中台重力潮汐（台阶、突跳、尖峰等剔除处理）零点漂移基本呈线性变化，平均零漂率约7.11×10^-8 m·s^-2/d；2014年10月起，重力潮汐变化数据转折加速向上，零点漂移发生变化，漂移率平均上升约13.78×10^-8 m·s^-2/d，异常变化明显。

2.2 异常分析

2014年11月海南省地震局预报中心对琼中台异常进行核实，未发现存在环境干扰、仪器故障等。2015年3月21日琼中台重力仪出现死机现象，仪器重启后发生粘摆，开摆后产出数据错误；3月31日仪器断电处理，拔下仪器箱和电子箱连线做干燥处理（使用电吹风），重新接线启动仪器，数据恢复正常（预处理删除错误数据）。此后，观测数据零漂率再次发生改变，约为7.11×10^-8 m·s^-2/d，与2014年10月前的零漂率水平相当（预处理数据见图 2）。比较2013—2015年观测室气压和温度变化，发现2014年10月至2015年3月二者呈正常年变趋势，无异常。

选取2014年6月1日至7月31日、11月1日至12月31日和2015年9月1日至10月31日3个不同时段（分别代表零漂率变化前、变化中和变化后重力数据）、相同时间尺度的分钟值数据进行频谱分析，结果见图 3。由图 3可见：①2014年11月1日至12月31日，在1×10^-7—1×10^-5 Hz频段，低频信号（长周期非潮汐信号）频谱明显高于其他2个时段，且包含重力潮汐变化数据的零漂信息，表明该时段此频段范围内数据零漂明显大于另外2个时段；②在其他频段，3个时段的数据频谱特征基本一致。

观测室湿度未开展连续观测，无法与重力潮汐变化数据进行定量对比，但综上所述，认为零漂转折加速异常系观测环境影响所致，可能是因为观测室潮湿，仪器本体电缆接口接触不良，存在电压不稳和漏电，以致零漂发生变化。

3 重力潮汐观测数据放大异常 3.1 异常描述

2016年1月5日琼中台重力仪出现粘摆现象，开摆后发现重力潮汐数据明显放大（图 4），除重力潮汐滤波观测值外，仪器纵水准读数、横水准读数、仪器外部温度、仪器内部温度、仪器外部气压、仪器内部气压、摆位读数和仪器状态等8个参数均无放大现象。

3.2 异常分析

对2015年12月和2016年3月粘摆前后重力潮汐数据进行Venedikov调和分析，结果见表 2，通过比较潮波振幅，发现观测数据放大约1.54倍（图 4）。2016年5月29日，重力仪网络数据采集器无法转换采集数据，5月31日起将电脑与仪器箱直接连接以保存实时观测数据，6月22日北京劳雷物理探测仪器有限公司（PET重力仪代理商）派技术员前来琼中台进行维修，更换网络数据采集器后恢复数据采集和存储功能；同时，更换仪器箱内通信芯片，恢复仪器开摆、锁摆和自动量程功能（此前无法进行开摆、锁摆和自动量程等操作）。仪器通信功能恢复后，将2016年5月31日至6月21日电脑存储的实时数据经格式转换后上传至琼中台前兆数据服务器，进行数据采集处理发现，5月31日后观测数据恢复正常，无放大1.54倍现象。

为确认数据放大与正常时段精度是否存在差异，对2014—2016年观测数据进行Nakai检验，并计算每个月Nakai检验拟合方差小于2的时段比例，结果见5。由图 5可见，在2016年1月至5月数据放大期间Nakai检验拟合方差小于2的时段比例，与其他时间相比无明显差异，表明数据观测精度未受到影响。

同时，选取琼中台2015年9月1日—10月31日、2016年3月1日—4月30日和9月1日—10月31日的重力潮汐变化分钟值数据（分别代表记录放大变化前、放大期间和恢复后的数据）进行频谱分析，结果见图 6。由图 6可见，在1×10^-6 Hz以上频段，2016年3月1日—4月30日重力潮汐数据放大期间信号明显强于其他2个时段，而在1×10^-7—1×10^-6 Hz频段，3个时段的频谱变化差别不大，说明长周期信号（以零漂为主）在数据放大期间无明显变化，也即零漂在数据放大期间无异常变化。

综合以上分析，说明重力潮汐观测数据放大1.54倍由网络数据采集器故障所致，非地震地球物理异常。因此，在数据处理时将1月5日至5月29日的数值缩小1.54倍，处理结果见图 7。

统计发现，重力潮汐数值在放大期间保持1.54的放大倍数，除重力潮汐滤波值同样放大1.54倍，其他如仪器纵水准读数、横水准读数等8个分量未同步放大，推测原因如下：重力潮汐观测数据通过网络数据采集器进行数据格式转化（由仪器数据格式转化为“十五”数据格式）时，数据转换参数发生改变，导致数据发生放大现象。多方咨询发现此类现象其他重力台站未曾出现。为避免该数据放大现象再次发生，建议数据预处理时除跟踪重力潮汐变化的原始数据外，还要定时跟踪重力M₂波潮汐因子、潮汐波振幅等参数变化，以便及时发现问题；在条件许可下，备用一台网络数据采集器，在重力潮汐数值出现类似放大现象时，更换网络数据采集器，确认是否由采集器故障所致。

4 结论

综上所述，琼中台连续重力观测数据出现的2次异常变化均非地震地球物理异常，均为干扰所致，其中：零漂转折加速异常由观测环境影响所致，系因观测室潮湿导致仪器本体电缆接口接触不良，存在电压不稳和漏电，致使仪器零漂发生变化，对电缆接口进行干燥处理后，观测数据零漂基本恢复至异常变化前水平；数据放大异常由网络数据采集器故障所致，在弃用或更换网络数据采集器后，数据放大现象消失。

琼中台连续重力观测数据出现的2次显著异常比较罕见，诸多文献中未有记载，在此予以分析总结，以便其他台站的重力观测加以借鉴。