1 研究背景

沂沭断裂带北段2010—2020年重力变化持续异常，具体是东部累计负变化约-130 μGal，西部累计正变化高达247 μGal。通过研究该区域水文和垂向形变资料，明确该异常是由地下水位下降、地面沉降所引起，通过数值计算，重力变化中的非构造效应占比＞90%。以地震中长期预报为目的的流动重力观测需要将非构造因素作为干扰排除，但是如果以地下水变化、地面沉降为监测对象，流动重力是否可以作为一种有效或辅助手段？

2 研究内容、理论基础和研究方法/概述

多年期重力异常、地下水位下降、地面沉降三者有强相关性，上述地区地下水位变化的重力效应可＞-10 μGal/a，地面沉降引起重力效应＞19 μGal/a。在变化区域近似为无限平面层时，重力与二者的数值关系可利用布格校正原理（Nowel，1999），通过拟合得到重力变化（Δg）与地下水位变化（Δh₁）及与高程变化（Δh₂）的比率，再由重力变化反演地面沉降、地下水变化（当三者均变化时，需已知其中任意两项观测值，反演得到第三项）。

由于基岩多形成于高温高压的环境或经历了长期的压实作用，其孔隙度明显低于第四系松散堆积物，同时其孔隙连通性较差，因此这类岩层一般不具备作为大规模地下水储层的条件。此外，基岩相对于第四系松散堆积物硬度高且颗粒间固结性更好，出现水位变化时，地层产生的几何形变一般为弹性形变，待水位恢复后，这类岩石会恢复原貌，因此在基岩出露的山地丘陵区采用重力观测一般监测不到非构造背景场变化。平原区多出露第四纪松散堆积物，开采多为承压水，承压水减少后，深部地层孔隙承压能力下降，原本的孔隙结构不足以支撑上部负荷，粘土层形成不可逆的塑性压实，导致深层地下水漏斗区出现地面沉降（图 1）。地下水位下降与地面沉降均会造成重力观测值的改变，多年累计改变量的重力效应甚至高达数百μGal，因此第四系平原地区出现大幅水位变化、地面沉降时，流动重力观测会有较好的反映。

3 研究结果

通过研究提出以下几点初步认识：

（1）在构造弱活动的平原地区，其构造重力变化有限，可利用流动重力数据监测地下水、地面沉降的量级及空间范围。局部的重力异常正变化很可能是深层承压水漏斗引起的地面沉降导致，重力负值异常变化很可能是浅层潜水下降引起的。

（2）流动重力的观测网有灵活多变的特点，可以根据需要随时加密测网，其空间分辨率能明显优于GNSS观测网络、水位观测网，对于地面沉降及地下水漏斗的空间位置确定有积极意义，而连续重力对于地下水变化、地面沉降的过程有较好的对应（图 1，黑线在红线周边反复摆动）；但目前流动重力观测精度仅能＜10 μGal，对应的地下水位精度＜1 m，对应的垂向形变精度＜45 mm，因此其对小幅度地面沉降、地下水位变化的监测能力有限。

（3）某地重力值有规律的变化时，可根据多年资料求出平均变化速率，这样可以消除其中的季节性波动变化效应，对于长期趋势性沉降、地下水位变化的监视、预测具有一定积极意义。

4 结束语

流动重力观测网具有灵活多变的特点，可以根据需要随时加密测网，其空间分辨率明显优于GNSS观测网络、水位观测网，对于地面沉降及地下水漏斗的空间位置确定有积极意义，且连续重力对于地下水变化、地面沉降的时变过程有较好的监测能力。