2023, Vol. 44
2) 中国长春 110000 吉林大学;
3) 中国沈阳 110034 辽宁省矿产勘查总院
2) Jilin University, Changchun 110000, China;
3) Liaoning Provincial Institute of Mineral Exploration, Shenyang 110034, China
时变重力场监测作为强震危险源早期识别的地球物理手段之一（王武星等，2010；陈石等，2011；祝意青等，2013；陈石等，2014；Chen et al，2016a；Panet et al，2018），在我国地震监测预报领域应用已有近40年的实践和发展历史（祝意青等，2012）。随着陆地重力观测技术手段的不断升级，微伽级绝对重力基准网和年尺度的相对重力加密网已经在我国主要的活动构造和潜在强震危险区实现覆盖（徐伟民等，2021）。从现有大量公开的文献研究结果表明地震前的区域重力场变化信号已经在地震趋势会商中发挥了重要作用，并作为划定年度地震危险性的依据之一（祝意青等，2017；王同庆等，2018；刘代芹等，2021）。
地震前的区域重力场变化信号是判断年度地震危险性的依据之一。本研究拟基于陆地时变重力观测获得的中国大陆华北地区重力场变化结果，采用Molchan检验方法对2010—2016年间中国大陆东部华北的12次4.5级以上地震前的重力场变化预报效能进行评价。研究结果对客观和定量地评估时变重力场的预报能力具有重要意义，也可以为优化地震预测指标体系的建立、开展重力场变化解释、分析强震孕育和物质变迁等科学问题具有重要参考价值。
2 研究内容本文通过对2010年1月到2020年9月共10年20期研究区内流动重力观测数据，搜集、整理和分析？和在数据覆盖范围内的4.5级以上地震情况。对华北地区的流动重力观测数据资料进行分析做的时变重力场分析，采用水平总梯度法计算时变重力场的梯度变化图像，再将其进行离散化采样，确定每个网格范围内的重力梯度指标，进一步量化每个空间网格范围内的时变重力梯度信号。采用Molchan检验方法对2010—2016年间中国大陆东部华北的12次4.5级以上地震前的重力场变化预报效能进行评价，得到详细的Molchan检验方法的参数设计和评价结果。
地震预报效能检验方法常见有比率检验（R test）、地震数检验（N test）方法、Molchan图表法等。Molchan图表法（Molchan Error Diagram）也称Molchan检验，其作为全球“地震可预测性合作研究”（Collaboratory for the Study of Earthquake Predictability，CSEP）等国际组织推荐的地震预测效能统计检验方法，相比与前两者可以更好地给出某一个时空范围内地震预报结果的概率增益估计（Molchan，2010）。
Molchan检验作为评价地震预报效能的量化方法，不依赖于具体使用何种方法来预报地震问题，这种检验方法只要给出地震时间或空间的预测指标量，就可以采用统一尺度给出该方法的异常时空占有率与有效地震预报之间的关系描述，不但可以用于评价某一个预报方法或者策略的有效性，还可以用于多种预报方法对某个时空范围内地震预报效能的对比分析（图 1）。
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图 1 Molchan检验方法原理 Fig.1 Principle of Molchan test method |
对相关研究结果进行了总结，得到通过Molchan检验的时变重力水平总梯度作为定量表征重力场空间变化特征的指标，这对于回溯性检验不同学科之间的预报效能，优化模型计算参数，构建更为合理的区域性地震预报指标体系，以及开展综合性地震预报方法的研究都具有重要的现实意义。
3 研究结果本文引入广泛应用于评价地震预报效能的Molchan检验方法，基于陆地时变重力观测获得的中国大陆华北地区重力场变化结果，采用Molchan检验方法对2010—2016年间中国大陆东部华北的12次4.5级以上地震前的重力场变化预报效能进行评价。基于已有的重力场变化零值线或高梯度带位置与未来发震震中相一致的定性认识，通过重力变化水平总梯度的计算加以量化描述，经过网格离散化后得到3次Molchan检验结果，主要认识如下：
（1）现有陆地时变重力测量得到的3年尺度重力变化结果，对于未来1年的5级以上地震风险具有独立的预报效能，明显高于泊松概率。
（2）时变重力水平总梯度作为定量表征重力场空间变化特征的指标，Molchan检验结果显示其预报效能优于时变重力信号。
在本研究中，首先，对于时变重力水平总梯度的计算采用相邻网格间的数值差分方法实现，因此，会受重力场变化量的精度影响，从而带来一定的计算误差；其次，对于重力场变化信号，并未定量扣除一些非构造因素产生的重力场变化效应，所以本文检验结果给出的预报效能为全部重力场信号对地震事件的预报能力；最后，地震重力重复观测受陆地重力测网的空间分辨率限制，由于不均匀分布的重力测点插值引入的误差也可能影响统计检验结果，通过对测网的优化改造可能在一定程度上加以改进。
4 结束语本文得到的Molchan检验结果，可以与其他地震预测预报方法进行量化对比，这对于回溯性检验不同学科之间的预报效能，优化模型计算参数，构建更为合理的区域性地震预报指标体系，以及开展综合性地震预报方法的研究都具有重要的现实意义。
感谢各位专家在本文研究过程中给与的指点，感谢重力观测技术管理组（湖北省地震局）提供的流动重力观测数局。