臺站連續(xù)重力信號的差分方法原理及理論驗證

徐偉民 陳 石 盧紅艷（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

臺站連續(xù)重力信號的差分方法原理及理論驗證

徐偉民 陳 石 盧紅艷
（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

連續(xù)重力記錄是包含高頻微波、地球構(gòu)造活動、潮汐分量、極移等多尺度多頻段復(fù)雜信號的數(shù)據(jù)，通過對重力監(jiān)測網(wǎng)中鄰近臺站的連續(xù)重力觀測結(jié)果進行“差分”，可削弱日、月引潮力等遠(yuǎn)場信號影響，提高與臺站區(qū)域構(gòu)造運動等相關(guān)的近場信號信噪比，得到重力臺站間連續(xù)重力的“段差”變化，獲取區(qū)域重力場連續(xù)變化特征。

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理。日月引潮力引起的潮汐分量是連續(xù)重力信號的主要成分，同時觀測數(shù)據(jù)中包含尖峰、突跳、階躍及震動等干擾信號，采用ICET推薦標(biāo)準(zhǔn)潮汐預(yù)處理軟件Tsoft對原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，得到連續(xù)的重力固體潮觀測數(shù)據(jù)。“漂移”是彈簧型重力儀數(shù)據(jù)記錄中最為復(fù)雜的影響因素之一，由于它的復(fù)雜性和不確定性，只采用線性擬合其趨勢性，盡可能保留觀測數(shù)據(jù)中的信息。

（2）理論潮汐分量計算。潮汐分量通過理論潮汐模型精確確定，首先基于臺站經(jīng)緯度采用Wparicet計算各站點潮汐參數(shù)，在此參數(shù)基礎(chǔ)上通過MT80TW模型計算重力固體潮理論潮汐分量。該潮汐理論模型計算基于Xi Qinwen潮汐合成方法，可精確至3070階，海潮模型計算提供tam1200和cet505等模型，并考慮極移等長周期因素影響，可得到精確的理論潮汐分量。

（3）氣壓負(fù)荷等影響改正。氣壓負(fù)荷影響的計算，可通過大氣重力格林函數(shù)用離散褶積方法求得，亦可采用單負(fù)荷大氣重力導(dǎo)納值計算。

（4）“差分”連續(xù)重力變化。以鄰近臺站（通常300 km以內(nèi)）同時段的連續(xù)重力非潮汐量為基礎(chǔ)，對臺站間時變重力信號進行“差分”，獲取臺站區(qū)域近場連續(xù)重力“段差”結(jié)果。

以川滇交界地區(qū)的昭通臺和南山臺兩個臺站為例（2012年1月1日至12月30日，hour值采樣）進行理論驗證和結(jié)果檢驗。首先，根據(jù)兩個臺站經(jīng)緯度計算潮汐參數(shù)獲得各自理論潮汐值，“差分”得到理論潮汐信號的連續(xù)重力變化段差（圖1）。其次，以昭通臺和南山臺同時段同采樣率的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依次進行預(yù)處理、理論潮汐擬合、氣壓負(fù)荷改正，然后“差分”獲得實測數(shù)據(jù)的連續(xù)重力變化段差。

圖1　理論潮汐信號和實測數(shù)據(jù)的“差分”結(jié)果對比

理論潮汐信號的結(jié)果表明，“差分”方法能極大壓制遠(yuǎn)場信號；實測數(shù)據(jù)的結(jié)果表明，“差分”方法能有效提高近場信號的信噪比。得出以下結(jié)論：

（1）通過連續(xù)重力原始數(shù)據(jù)預(yù)處理，對“漂移”進行線性擬合，并顧及大氣負(fù)荷效應(yīng)，同時基于高精度理論潮汐模型的理論值計算，是得到連續(xù)時變重力信號的必要步驟。

（2）鄰近臺站數(shù)據(jù)“差分”得到重力臺站間連續(xù)重力變化段差，能有效提高近場信號的信噪比，得到臺站區(qū)域重力場連續(xù)變化特征。

（3）“差分”得到臺站間連續(xù)重力段差，一方面與區(qū)域相對重力網(wǎng)內(nèi)臺站段差進行聯(lián)合解算，另一方面基于臺站站點絕對重力結(jié)果控制。不同測量方法的重力數(shù)據(jù)融合，可得到區(qū)域重力場連續(xù)變化，進一步分析區(qū)域構(gòu)造運動等地球活動特征。