设定场源参数的区域重力微变化特征与模型实验

摘要/Abstract

摘要： 流动重力测量作为地震前兆监测手段之一, 所得到的区域重力场微变化信号反映地壳内部密度变化、地壳变形、流体运移等信息。采用定量化和模型化方法研究与地震孕育相关的重力场变化信号时空特征, 对于构建地震预报定量化指标体系具有重要意义。通过设定场源参数构建了数值模型, 正演得到了多组不同场源条件下的重力场变化模型; 通过模型对比, 分析了重力变化与重力梯度变化对不同类型场源参数的关系。研究结果表明: 重力垂直梯度变化对异常体边界比较敏感, 特对浅部异常更为敏感, 适用于圈定异常体范围。以此为基础提出了观测系统的优化测量方案, 以及对观测精度的需求。研究结果对于构建地震预报指标参数, 优化流动重力观测系统具有一定参考意义。

关键词: 微重力变化, 垂直梯度变化, 场源参数, 等效源, 正演模型

Abstract: Mobile regional gravity measurement is one of the most important means in earthquake monitoring, and the observed micro-gravity changes can reflect the density anomalies of the deep crust, forming process of crustal structure and earthquake. Gravity changes before earthquakes have been widely reported. How to optimize the observation system, and identify gravity change signals, which is in the potential inner crust and within the depth range of earthquake preparation are very important problems. By using numerical model test, we present different gravity changes and features of these anomalies from different field-source parameters, and analyze gravity changes and gravity gradient changes with different parameter models. We also conclude that gravity gradient is more sensitive to the boundary of abnormal body, and compared with gravity, it is more efficient to identify the shallow anomalies and more easier to outline the boundary of abnormal body. With the putting forward of optimization scheme of the observation system and the increasing of observation accuracy, we can further combine it to the “equivalent source” to infer the sources of the field, and analyze the dynamical feature of seismogenic zone.

Key words: Micro-gravity changes, Vertical gravity gradient changes, Field-source parameter, Equivalent source

中图分类号:

P315.7

郑秋月, 陈石, 李晓一, 徐伟民. 设定场源参数的区域重力微变化特征与模型实验[J]. 地震, 2016, 36(4): 186-195.

ZHENG Qiu-yue, CHEN Shi, LI Xiao-yi, XU Wei-min. Model Testing and Forward Modeling of Regional Micro-gravity Changes based on Known Field-source Parameters[J]. EARTHQUAKE, 2016, 36(4): 186-195.

参考文献

[1] 孙和平. 重力场的时间变化与地球动力学[J]. 中国科学院院刊, 2004, 19(3): 189-193.
[2] 卢红艳, 郑金涵, 刘端法, 等. 1985—2003京津唐张地区重力变化[J]. 地球物理学进展, 2005, 19(4): 887-892.
[3] 陈运泰, 顾浩鼎, 卢造勋. 1975年海城地震与1976年唐山地震前后的重力变化[J]. 地震学报, 1980, 2(1): 21-31.
[4] 申重阳, 李辉, 付广裕. 丽江7.0级地震重力前兆模式研究[J]. 地震学报, 2003, 25(2): 163-171.
[5] Zhu Y Q, Zhan F B, Zhou J C. Gravity measurements and their variations before the 2008 Wenchuan earthquake[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2010, 10(5B): 2815-2824.
[6] 陈石, 王青华, 王谦身, 等. 云南鲁甸M_S6.5地震震源区和周边三维密度结构及重力场变化[J]. 地球物理学报, 2014, 57(9): 3080-3090.
[7] Chen S, Jiang C, Zhuang J. Statistical evaluation of efficiency and possibility of earthquake predictions with gravity field variation and its analytic signal in western China[J]. Pure and Applied Geophysics, 2016, 173(1): 305-319.
[8] Chen S, Liu M, Xing L, et al. Gravity increase before the 2015 M_W7.8 Nepal earthquake[J]. Geophysical Research Letters, 2016, 43(1): 111-117.
[9] 申重阳, 李辉, 孙少安, 等. 重力场动态变化与汶川M_S8.0地震孕育过程[J]. 地球物理学报, 2009, (10): 2547-2557.
[10] 祝意青, 徐云马, 吕弋培, 等. 龙门山断裂带重力变化与汶川8.0级地震关系研究[J]. 地球物理学报, 2009, (10): 2538-2546.
[11] 陈石, 王谦身, 祝意青, 等. 汶川M_S8.0震前区域重力场变化与震质中研究[J]. 地球物理学进展, 2011, 26(4): 1147-1156.
[12] 陈石, 祝意青, 蒋长胜, 等. 新疆于田 M_S7.3 地震前重力场变化的质源体特征[J]. 地震地磁观测与研究, 2011, 32(5): 1-8.
[13] 顾功叙, 郭宗汾. 中国京津唐张地区时间上连续的重力变化与地震的孕育和发生[J]. 科学通报, 1997, 42(18): 1919-1930.
[14] 祝意青, 梁伟锋, 徐云马. 重力资料对2008年汶川M_S8.0地震的中期预测[J]. 国际地震动态, 2008, (7): 36-39.
[15] 祝意青, 闻学泽, 孙和平, 等. 2013年四川芦山M_S7.0地震前的重力变化[J]. 地球物理学报, 2013, 56(6): 1887-1894.
[16] 陈石, 徐伟民, 蒋长胜. 中国大陆西部重力场变化与强震危险性关系[J]. 地震学报, 2015, 37(4): 562-574.
[17] 祝意青, 梁伟锋, 湛飞并, 等. 中国大陆重力场动态变化研究[J]. 地球物理学报, 2012, 55(3): 804-813.
[18] Kuo J T, Yue-Feng S. Modeling gravity variations caused by dilatancies[J]. Tectonophysics, 1993, 227(1): 127-143.
[19] 刘克人, 郑金涵, 郭宗汾, 等. 京津唐张地区的流动重力测量与修改的联合膨胀模型[A]. 庆贺郭宗汾教授八十寿辰” 暨理论与应用地球物理研讨会论文集[C], 2002.
[20] 石磊, 贾晓东, 陈石, 等. 2014年云南鲁甸6.5级地震前重力变化特征与3维反演[J]. 地震地质, 2014, 36(4): 1217-1227.
[21] 祝意青, 梁伟锋, 陈石, 等. 青藏高原东北缘重力变化机理研究[J]. 大地测量与地球动力学, 2012, 32(3): 1-6.
[22] 郑金涵, 宋胜合, 刘克人, 等. 利用重力资料反演京津唐张地区震质中[J]. 地震学报, 2003, 25(4): 422-431.
[23] Damiata B N, Lee T C. Gravitational attraction of solids of revolution: Part 1: Vertical circular cylinder with radial variation of density[J]. Journal of applied geophysics, 2002, 50(3): 333-349.
[24] 张赤军, 边少锋, 周旭华, 等. 重力垂直梯度的测定及其应用与潜力[J]. 地球物理学进展, 2008, 22(6): 1686-1691.
[25] 刘金钊, 柳林涛, 梁星辉, 等. 基于实测重力异常和地形数据确定重力梯度的研究[J]. 地球物理学报, 2013, 56(7): 2245-2256.
[26] 曾华霖. 重力梯度测量的现状及复兴[J]. 物探与化探, 1999, 23(1): 1-6.
[27] 张永志, 李辉. 孕震过程中重力位, 重力, 重力梯度变化的数值模拟研究[J]. 地震, 2002, 22(2): 35-41.
[28] Nabighian M N. The gravitational attraction of a right vertical circular cylinder at points external to it[J]. Geofisica pura e applicata, 1962, 53(1): 45-51.
[29] Murthy I V R, Rao S J. Gravity inversion of horizontal circular discs and vertical circular cylinders[J]. Computers & Geosciences, 1994, 20(5): 821-838.
[30] 祝意青, 胡斌, 朱桂芝, 等. 河西地区重力场及其动态演化特征[J]. 大地测量与地球动力学, 2004, 23(4): 44-48.