安慶5.2級地震震前區(qū)域重力場動態(tài)變化特征＊

徐如剛 張 毅 顧春雷 朱志春 王 雷 余 勇

（安徽省地震局，合肥 230031）

安慶5.2級地震震前區(qū)域重力場動態(tài)變化特征＊

徐如剛 張 毅 顧春雷 朱志春 王 雷 余 勇

（安徽省地震局，合肥 230031）

根據(jù)安徽省及周邊區(qū)域地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)2009—2010年期間的3期絕對重力和相對重力觀測成果，給出了監(jiān)測區(qū)域重力場動態(tài)變化圖像，并以此為基礎(chǔ)從場變化的角度分析了安慶地震震前區(qū)域重力場的動態(tài)變化特征。

動態(tài)重力變化；流動重力；絕對重力；安慶地震

引言

隨著地震監(jiān)測預(yù)報研究工作的深入開展，以及對現(xiàn)有地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測能力的不斷提升，中國地震局于2009年對華北地區(qū)主要構(gòu)造帶上的地震動態(tài)重力監(jiān)測區(qū)域網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化與改造［1］，同時對優(yōu)化后的重力監(jiān)測網(wǎng)開展了強(qiáng)震強(qiáng)化監(jiān)視跟蹤工作。2011年1月19日發(fā)生在安徽省安慶市市轄區(qū)、懷寧縣交界（30.6°N，117.1°E）的5.2級地震恰處于優(yōu)化與改造后的華北地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)的邊緣，安慶地震是安徽省自1979年固鎮(zhèn)MS5.0地震之后，省內(nèi)32年來最大的一次地震，合肥、蕪湖、馬鞍山等地震感明顯，是一次具有較大社會影響的強(qiáng)烈有感地震。本文旨在以安徽省及周邊區(qū)域的地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)2009至2010年獲取的3期絕對重力、相對重力觀測結(jié)果為基礎(chǔ)，從重力場變化的角度分析安慶地震震前區(qū)域重力場的動態(tài)變化特征及其與監(jiān)測區(qū)內(nèi)安慶地震孕育過程的關(guān)系。

1 重力監(jiān)測網(wǎng)概況及區(qū)域構(gòu)造

為了研究安慶5.2級地震，文中選取了30.0°N～35.0°N，113.5°E～119.5°E區(qū)域范圍內(nèi)的重力觀測成果。研究區(qū)域范圍內(nèi)的重力監(jiān)測網(wǎng)、構(gòu)造及震中分布如圖1所示。測網(wǎng)主要由安徽省地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)、湖北、河南、江蘇3家監(jiān)測單位部分地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)組成，共有87個地震重力測點(diǎn)。測網(wǎng)橫跨華北陸塊、揚(yáng)子陸塊和秦嶺－大別造山帶3個大地構(gòu)造單元，測網(wǎng)內(nèi)斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，深、大斷裂在空間上以一定的方位組合，規(guī)律性分布，郯廬斷裂帶以東主要發(fā)育北東向構(gòu)造，以西則以近東西向構(gòu)造較為發(fā)育為特征。從新斷裂的重要性和活動性來看，北東向、東西向斷裂活動時間最新，多與地震活動相關(guān)［2］，如北東向落兒嶺－土地嶺、宿松－樅陽斷裂，東西向太和－五河斷裂、梅山－龍河口斷裂。

2 重力觀測資料預(yù)處理及平差計算

對重力觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、平差計算并從處理結(jié)果中提取重力場的動態(tài)變化信息，其主要過程包括如下3個方面：

圖1 地震動態(tài)重力監(jiān)測區(qū)域網(wǎng)、構(gòu)造及震中分布

（1）平差起算基準(zhǔn)的選?。涸诓捎媒?jīng)典間接平差方法處理動態(tài)重力區(qū)域監(jiān)測網(wǎng)的多期觀測資料時，應(yīng)用同步的絕對重力測量結(jié)果作為控制［3－4］，為此我們搜集了監(jiān)測網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的淮北、南京臺兩個絕對重力測點(diǎn)同期絕對重力測量結(jié)果，并以此來控制對多期重力觀測資料進(jìn)行處理。

（2）重力觀測資料預(yù)處理及平差計算：利用LGADJ高精度重力處理軟件系統(tǒng)［5－6］，對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行重力固體潮改正、儀器漂移改正、儀器格值誤差改正及高度改正、氣壓改正、偶然誤差改正等。平差計算則以單臺儀器重力段差值為平差元素，采用測點(diǎn)重力值和儀器參數(shù)一并求解的數(shù)學(xué)模型完成，各期資料的基本情況、平差計算結(jié)果見表1。

（3）重力觀測數(shù)據(jù)網(wǎng)格化：通過對離散觀測點(diǎn)重力數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)格化插值是得到空間連續(xù)變化的重力場動態(tài)變化圖像的常用方法，根據(jù)李輝［1］和徐如剛［7］提出的方法確定最佳化網(wǎng)格間距，并以此網(wǎng)格化間距對2009至2010年重力資料的平差結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)格化。

表1 地震動態(tài)重力監(jiān)測區(qū)域網(wǎng)觀測資料概況及觀測精度（單位：10－8ms－2）

3 震前震中及周邊區(qū)域重力場動態(tài)變化圖像特征

重力場動態(tài)變化圖像變化主要有兩種表現(xiàn)形式［8］：一種表現(xiàn)形式為累積動態(tài)變化圖像，表示相對某一基準(zhǔn)或某一期的重力變化，以突顯出研究區(qū)域不同時期重力場動態(tài)演化的相對累積狀態(tài)；另一種表現(xiàn)形式為差分動態(tài)變化圖像，表示相鄰兩期之間的相對重力變化，以突顯出研究區(qū)域內(nèi)不同時期重力場動態(tài)演化的差異信息。本文根據(jù)2009年至2010年3期重力資料觀測成果，分別給出了研究區(qū)域震前重力場差分動態(tài)變化圖像、累積動態(tài)變化圖像（圖2和圖3）。

3.1 震前重力場差分動態(tài)變化圖像特征

由差分動態(tài)變化圖像（圖2）可知，2009年10月至2010年5月（圖2a），震中西北側(cè)，以合肥－六安－姚李一帶為長軸形成一個范圍較大的扁橢圓正值變化區(qū)域，最大正重力變化達(dá)50×10－8ms－2，扁橢圓正值變化區(qū)域的長軸走向近似平行于區(qū)域內(nèi)的合肥－六安斷裂、肥西－韓擺渡斷裂；在扁橢圓正值變化區(qū)域南側(cè)，伴生著東西向的重力梯級帶，最大變化達(dá)60×10－8ms－2，重力梯級帶的走向與扁橢圓長軸近乎平行；測區(qū)東北角郯廬斷裂帶以西的徐州至睢寧一帶，呈現(xiàn)正重力變化區(qū)，變化幅度較小，約為20× 10－8ms－2。

圖2 安慶地震震前區(qū)域重力場差分動態(tài)變化圖（為震中，單位：10－8ms－2）

2010年5月至2010年9月（圖2b），震中西北側(cè)，以合肥－六安－姚李一帶為長軸形成的扁橢圓區(qū)域依然存在，其中心位置基本保持不變，但異常區(qū)域的范圍發(fā)生收縮，由正重力變化轉(zhuǎn)為負(fù)重力變化，重力變化幅度達(dá)40×10－8ms－2；在扁橢圓區(qū)域南側(cè)伴生著北東東向的重力梯級帶，其走向與扁橢圓區(qū)域的長軸走向近乎平行，梯級帶上的重力值發(fā)生明顯的增加，震中位于重力梯級帶的正重力變化一側(cè)，重力變化達(dá)60×10－8ms－2。重力梯級帶，特別是位于重力變化相對上升和下降的過渡部位，易產(chǎn)生剪切力而發(fā)震，為地震的發(fā)生提供了破裂條件［9］。

2009年至2010年兩期的重力場差分動態(tài)變化圖像特征分析表明：震前，震中西側(cè)區(qū)域的重力值發(fā)生了較為顯著的變化。

3.2 震前重力場累積動態(tài)變化圖像特征

由重力場累積動態(tài)變化圖像（圖3）可知，2009年10月至2010年9月，以利辛、淮南、滁州為中心將整個研究區(qū)域的重力場一分為二，兩個區(qū)域的重力場的動態(tài)變化表現(xiàn)出不同的特征：測區(qū)西南區(qū)域的重力場表現(xiàn)為較大范圍的正重力變化，尤其是合肥－六安－姚李以南至安慶、潛山地區(qū)，正重力變化最大達(dá)60×10－8ms－2，震中西側(cè)區(qū)域的持續(xù)正重力變化，可能意味著震前震中區(qū)域地殼內(nèi)部物質(zhì)不斷積聚變形運(yùn)動，為孕震源提供了能量來源；測區(qū)東北區(qū)域的重力場表現(xiàn)為較小幅度的負(fù)重力變化，變化幅度較小，約為30×10－8ms－2。

圖3 安慶地震震前區(qū)域重力場累積動態(tài)變化圖（為震中，單位：10－8ms－2）

4 認(rèn)識與討論

通過對安慶地震震前區(qū)域重力場差分、累積動態(tài)變化圖像的分析發(fā)現(xiàn)：震前，震中附近出現(xiàn)重力變化高梯級帶，震中位于重力高梯級帶上，重力異常的變化幅度約為60× 10－8ms－2，異常范圍的尺度約在百千米左右，與其他人員對地震震前重力變化特征的分析結(jié)果基本一致［9－12］。此結(jié)果也說明了，在震源區(qū)周邊應(yīng)力持續(xù)失衡的作用下，震源區(qū)相對薄弱部位或剪切作用明顯地帶首先破裂，重力梯級變化帶，特別是位于重力變化相對上升和下降的過渡部位，易產(chǎn)生剪切力而發(fā)震的破裂條件不僅對未來強(qiáng)震發(fā)震地點(diǎn)的判定分析有著重要意義，同樣對未來中強(qiáng)地震發(fā)震地點(diǎn)的判定分析也有著重要的意義。

重力場差分變化圖像顯示：震前，2009年9月至2010年5月，合肥－六安－姚李地區(qū)重力值變化呈現(xiàn)出快速上升；2010年5月至2010年9月，震前半年該區(qū)域重力值變化呈現(xiàn)出變小的趨勢，在時間序列上重力值變化表現(xiàn)為先增加，后減小的特征，在重力場的反向恢復(fù)過程中發(fā)生地震，變化特征較好地反映出了震前震中附近區(qū)域能量積累的過程以及地震孕育過程中的重力場變化信息。由于測網(wǎng)2009年7月建成并于同年9月實(shí)施首期觀測，監(jiān)測周期相對較短，地震發(fā)生于測區(qū)的邊緣，可能無法準(zhǔn)確地描述地震孕育過程中重力場變化的完整過程，但總體而言，與唐山地震［13］、瀾滄－耿馬地震［14］、定遠(yuǎn)地震［10］等一些研究結(jié)果是一致的。

在第四紀(jì)以來，活斷層最發(fā)育的郯廬斷裂帶中南段，歷史上曾發(fā)生過多次中強(qiáng)以上地震，是我國目前主要地震活動區(qū)域之一［15］。汶川8.0級地震發(fā)生后，郯廬斷裂帶中南段部分地區(qū)的地下流體觀測井多測項的震后效應(yīng)一直持續(xù)存在，同時，速度結(jié)構(gòu)研究表明，該區(qū)域存在發(fā)生中強(qiáng)以上地震的介質(zhì)速度結(jié)構(gòu)條件，是否表明該區(qū)域的地震危險性有所增強(qiáng)，存在發(fā)生較大地震的危險性［16］。日本9.0級地震的發(fā)生是否會引起郯廬斷裂帶中南段及周邊區(qū)域的地震危險性進(jìn)一步增加？因此，加強(qiáng)郯廬斷裂帶中南段的監(jiān)測與研究有著重要的意義。鑒于現(xiàn)有地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)對郯廬斷裂中南段監(jiān)測能力相對薄弱，建議提高地震重力監(jiān)測網(wǎng)在該區(qū)域的地震前兆監(jiān)測能力，便于在大尺度范圍內(nèi)研究區(qū)域重力場的動態(tài)演化特征及其與地震活動關(guān)系的分析，充分發(fā)揮流動重力觀測手段在地震監(jiān)測預(yù)報中的作用。

（作者電子信箱，徐如剛：xurugang04＠126.com）

［1］李輝，徐如剛，申重陽，等.大華北地震動態(tài)重力監(jiān)測網(wǎng)分形特征研究.大地測量與地球動力學(xué)，2010，29（4）：15－18

［2］劉東旺，姚大全，沈小七，等.基于新生代活動構(gòu)造背景的地震重點(diǎn)危險區(qū)域的綜合研究——以安徽為

［6］劉冬至，李輝，劉紹府.流動重力測量資料的處理系統(tǒng)——LGADJ.見：地震預(yù)報方法實(shí)用化研究文集（形變、重力、應(yīng)變專輯）.北京：地震出版社，1991

［7］徐如剛，孫少安，李輝，等.郯廬斷裂帶重力網(wǎng)分形特征研究.大地測量與地球動力學(xué)，2007，27（6）：64－67

［8］李輝，申重陽，孫少安，等.中國大陸近期重力場動態(tài)變化圖像.大地測量與地球動力學(xué)，2009，29（3）：1－10

［9］申重陽，李輝，孫少安，等.重力場動態(tài)變化與汶川MS8.0地震孕育過程.地球物理學(xué)報，2009，52（12）：2 547－2 557

［10］徐如剛，張毅，顧春雷，等.定遠(yuǎn)ML4.7級地震前后皖北區(qū)域重力場的變化特征.大地測量與地球動力學(xué)，2009，29（4）：38－41

［11］祝意青，徐云馬，呂戈培，等.龍門山斷裂帶重力變化與汶川8.0級地震關(guān)系研究.地球物理學(xué)報，2009，52（12）：2 538－2 546

［12］祝意青.北祁連地區(qū)震前重力場變化特征.地殼形變與地震，1996，16（2）：58－62

［13］梅世蓉，馮德益，張國民，等.中國地震預(yù)報概論.北京：地震出版社，1993：28－134

［14］吳國華，羅增雄，賴群，等.1988年瀾滄－耿馬地震與滇西地震實(shí)驗(yàn)場的重力變化.地殼形變與地震，1995，15（2）：66－73

［15］國家地震局地質(zhì)研究所.郯廬斷裂帶.北京：地震出版社，1987

［16］劉東旺，劉澤民，沈小七，等.汶川8.0級地震后郯廬斷裂帶中南段地震危險性研究.國際地震動態(tài)，2009（4）：85例.地震地磁觀測與研究，2008，29（4）：1－6

［3］孫少安，項愛民，周新.龍門山區(qū)域重力網(wǎng)起算基準(zhǔn)的擾動分析.大地測量與地球動力學(xué)，2009，29（6）：8－12

［4］邢樂林，李輝，何志堂.成都基準(zhǔn)臺絕對重力復(fù)測結(jié)果分析.大地測量與地球動力學(xué)，2008，28（6）：8－12

［5］李輝，劉紹府，劉冬至.流動重力測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的基本理論.見：地震預(yù)報方法實(shí)用化研究文集（形變、重力、應(yīng)變專輯）.北京：地震出版社，1991

Characteristics of dynamic gravity change before Anqing M5.2 earthquake

Xu Rugang，Zhang Yi，Gu Chunlei，Zhu Zhichun，Wang Lei，Yu Yong
（Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China）

Based on the results of absolute gravity and mobile gravity observation from 2009to 2010，the patterns of dynamic gravity change of Anhui Province and its adjacent monitoring areas are given.According to the patterns of dynamic gravity changes，characteristics of gravity change before Anqing earthquake is analyzed preliminarily from gravity field point of view.

dynamic gravity change；mobile gravity；absolute gravity；Anqing earthquake

P315.72＋6；

A；

10.3969/j.issn.0235－4975.2011.11.005

2011－06－22；

2011－09－13。

安徽省地震科研基金青年項目（編號：20110401）。