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重力建站测试的影响因素研究——以云南燕子岩站为例

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地球物理学进展 2024年

作者：方伟韦进黄雅辜有启胡敏章刘高川崔庆谷云南省地震局中国地震局地震研究所中国地震台网中心

建立重力观测设施是提高重力观测资料信噪比、增强仪器探测微弱信号能力的一种有效途径，但观测设施的建设效果常受建站测试策略、自然和场地环境等因素影响而无法做到准确评估。为此，本文收集了滇西南4个重力站gPhone型重力仪和地震... 详细信息

建立重力观测设施是提高重力观测资料信噪比、增强仪器探测微弱信号能力的一种有效途径，但观测设施的建设效果常受建站测试策略、自然和场地环境等因素影响而无法做到准确评估。为此，本文收集了滇西南4个重力站gPhone型重力仪和地震计的长期同址观测数据以及燕子岩建站前测试数据，采用PSD-PDF方法计算并比较了燕子岩建站前后的背景噪声，分析讨论了影响建站测试结果的主要因素和量级。结果表明：1）燕子岩观测山洞的建立能较好抑制由近场人类活动激发的0.5～4Hz高频噪声，抑制量达9.1dB；但0.16～0.26Hz频段的噪声测试结果受远场海浪激发的微震信号影响而变化较大（17dB），且因建站测试时段噪声的同期年变差异（2～5dB）和季节性变化（4～8dB）均较大而导致无法判定观测山洞建设对微震频段噪声的抑制效果；2）相比于测试时长，重力建站测试时段的选取更重要，每年4～5月时段的微震频段背景噪声呈稳定低值特征，它是一个理想的背景噪声测试窗口期；3）滇西南同址重力仪和地震计在0.16～0.26Hz频段功率谱密度互相关系数为0.98，可用于微震信号的联合研究。以上研究成果可为重力站建站测试、观测山洞建设效果评估以及联合多源数据开展微震信号探测研究等方面提供方法和依据。

关键词：重力站建设概率密度函数背景噪声季节性变化 gPhone ASSM

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海域重力异常模型的多尺度分析

测绘学报 2024年第2期53卷 274-285页

作者：刘焕玲杨蔚然张放文汉江胡敏章蒋涛蔺文奇黎晨曦中国测绘科学研究院北京100036 武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站湖北武汉430071 武汉大学测绘学院湖北武汉430079 湖南省测绘科技研究所湖南长沙410007

不同于传统的重力异常模型精度分析方法,本文以马里亚纳海沟区域(140°E—150°E,10°N—20°N)为例,利用DOG球面小波提取了DTU10、DTU17和SIO V32.1模型在不同波段内的重力异常信号,对模型间的差异进行了深入分析,并对基于径向基函数... 详细信息

不同于传统的重力异常模型精度分析方法,本文以马里亚纳海沟区域(140°E—150°E,10°N—20°N)为例,利用DOG球面小波提取了DTU10、DTU17和SIO V32.1模型在不同波段内的重力异常信号,对模型间的差异进行了深入分析,并对基于径向基函数的不同深度、不同分辨率的多尺度分析进行了尝试。利用DOG球面小波对各模型多尺度分析的结果表明,随着尺度变小,模型间的差异在变大;DTU10、DTU17模型间的差异主要集中在10.9~43.6 km的波段内,分布在海岸、海沟、海底山附近,体现了Cryosat-2、Jason-1/GM观测数据和FES2014海潮模型的贡献;受模型构建方法不同、观测数据增多和波形重跟踪的影响,DTU17、SIO V32.1模型的差异大于DTU10、DTU17之间的差异。对传统径向基函数进行了改进,实现了多深度、多空间分辨率情况下径向基函数多尺度分析,结果略优于单一深度、单一空间分辨率径向基函数构建结果,有望应用于多源数据的重力场模型构建。

关键词：卫星测高重力异常模型球面小波径向基函数多尺度分析

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水文气象因素对中国北疆流动重力变化的影响

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第1期47卷 85-92页

作者：黄亚朋胡敏章郝洪涛中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室) 湖北武汉430071 中国地震局地壳应力所武汉创新基地湖北武汉430071

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统(global land data assimilation systems,GLDAS)全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内... 详细信息

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统(global land data assimilation systems,GLDAS)全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明,陆地水影响的年变化为1.3μGal,两期陆地水影响空间分布的差异低于1μGal;大气影响的年变化为8μGal,两期大气影响空间分布的差异达到6μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据,对比扣除水文气象因素前后的重力变化,可以看出,在中国北疆流动重力数据处理中,大尺度水文因素可以不予考虑,气象因素应予考虑。同时,为更好分析流动重力变化,建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。

关键词：流动重力全球水文模型全球陆地数据同化系统大气模型重力变化

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gPhone重力仪绝对标定方法研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第9期50卷 41-47页

作者：韦进胡敏章申重阳王嘉沛中国地震局地震研究所湖北武汉430071 引力与固体潮国家野外观测研究站湖北武汉430071

针对中国大陆重力站主要装备的gPhone相对重力仪(约62套)由于缺乏标定,限制其高精度重力数据的科学应用的问题,收集了中国大陆12站同址FG5绝对重力观测与同时段gPhone观测的资料,提出了基于DDW-NHi全球潮汐模型约束的FG5绝对比测标定gPh... 详细信息

针对中国大陆重力站主要装备的gPhone相对重力仪(约62套)由于缺乏标定,限制其高精度重力数据的科学应用的问题,收集了中国大陆12站同址FG5绝对重力观测与同时段gPhone观测的资料,提出了基于DDW-NHi全球潮汐模型约束的FG5绝对比测标定gPhone重力仪的方法,并与gPhone重力仪出厂格值法、理论固体潮标定法进行比较,讨论未来绝对重力标定的策略.研究结果表明:利用同址绝对观测时长26~64 h资料标定gPhone重力仪,格值系数的相对误差为±0.0013~±0.0038;标定后各站重力残余振幅≤1×10^(-8)m/s^(2),达到gPhone重力仪标称精度,优于出厂格值和理论固体潮标定结果;标定后经固体潮、气压负荷潮改正的重力残差振幅与中国大陆海潮负荷规律相符.

关键词： FG5绝对重力仪 gPhone弹簧重力仪全球潮汐模型标定重力残差海潮负荷改正

福建省重力台网对米娜台风激发的微震信号源定位

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武汉大学学报（信息科学版） 2022年第6期47卷 955-963页

作者：韦进胡敏章韩宇飞鲁小飞江颖中国地震局地震研究所湖北武汉430071 武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站湖北武汉430071 湖北省地震局湖北武汉430071 中国地震台网中心北京100045

利用重力台网进行台风激发信号的源区定位研究不仅有助于提高台风监测能力,而且可从台风激发信号中区分出震前与震源有关的信号,促进地震预测研究。以2019年第18号台风米娜(MITAG)为研究对象,基于福建省重力台网观测的1 Hz采样的固体潮... 详细信息

利用重力台网进行台风激发信号的源区定位研究不仅有助于提高台风监测能力,而且可从台风激发信号中区分出震前与震源有关的信号,促进地震预测研究。以2019年第18号台风米娜(MITAG)为研究对象,基于福建省重力台网观测的1 Hz采样的固体潮观测数据,利用噪声互相关函数的信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)和归一化噪声能量流方法分析数据质量和微震源区方位,使用SNR≥25的Rayleigh波互相关信号走时作为定位数据,进行台风4个时段的定位研究。结果表明,在MITAG台风靠近中国大陆的过程中,定位区域能够覆盖台风中心所在位置;地震背景噪声能量辐射模型的微震垂直位移极值区域也和台风靠近中国大陆过程时段一致;通过人工剔除高速波群的互相关信号后,定位区域也能覆盖到转向远离大陆过程时段的台风轨迹。福建省重力台网对台风的追踪提供一类新的数据和方法。

关键词：重力台网微震信号互相关函数定位

青藏高原及周边区域岩石圈重力势能及其产生的偏应力场

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地球物理学报 2022年第4期65卷 1214-1228页

作者：李忠亚胡敏章王勇汪健申重阳李辉中国科学院精密测量科学与技术创新研究院大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049 中国地震局地震研究所中国地震局地震大地测量重点实验室武汉430071 引力与固体潮国家野外观测研究站武汉430071 湖北省地震局武汉430071

岩石圈质量横向分布不均匀深刻影响青藏高原及周边区域构造应力场分布样式和构造形变特征.本文采用Crust 1.0地壳模型数据,并在此基础上分别采用艾里均衡和普拉特均衡两种均衡模式对地幔数据进行约束,计算了青藏高原及邻区重力势能.采... 详细信息

岩石圈质量横向分布不均匀深刻影响青藏高原及周边区域构造应力场分布样式和构造形变特征.本文采用Crust 1.0地壳模型数据,并在此基础上分别采用艾里均衡和普拉特均衡两种均衡模式对地幔数据进行约束,计算了青藏高原及邻区重力势能.采用有限元方法求解了青藏高原及周缘重力势能差产生的偏应力场,结果显示高重力势能产生应力样式以张裂为主,反之低重力势能产生应力样式则以压缩为主,偏应力数值大小主要集中在10~30 MPa.将重力势能差产生的偏应力和现今GNSS应变进行比较发现,在重力势能横向变化幅度大的区域,如青藏高原内部柴达木盆地和川滇块体中南部,高原周边的塔里木块体西北部、阿拉善块体南部、鄂尔多斯块体西部、华南块体西北部和印度板块北部,偏应力和GNSS应变的压缩张裂分布样式和主轴方向符合较好,两者相关性强.这些结果表明板块运动驱动力在远离欧亚板块边界的青藏高原北部和东部边缘以重力势能的形式影响其构造形变,而在喜马拉雅地区,重力势能差与印度板块俯冲两种机制作用方向相反.

关键词：重力势能地球重力场与构造应力场青藏高原 GNSS应变率

云南区域重力基准统一对重力场变化速率的影响

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华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第9期50卷 56-61页

作者：张新林汪健李忠亚王嘉沛胡敏章中国地震局地震研究所湖北武汉430071

绝对重力仪在长期使用过程中,同一台仪器完成的多期观测数据,会因为激光波长和原子钟频率波动等自身因素导致的性能改变,造成观测数据出现轻微偏差;此外,同一测点各期使用不同仪器测量,不同仪器之间的互差也会导致多期观测数据之间存在... 详细信息

绝对重力仪在长期使用过程中,同一台仪器完成的多期观测数据,会因为激光波长和原子钟频率波动等自身因素导致的性能改变,造成观测数据出现轻微偏差;此外,同一测点各期使用不同仪器测量,不同仪器之间的互差也会导致多期观测数据之间存在一定程度偏差,当后期计算重力变化趋势时,必须通过统一重力基准处理,将这种因测量仪器性能改变引起的基准偏差予以剔除.通过对2010至2020年云南区域内的陆态网络9个重力基准点的历期绝对重力观测数据分析,提出了一种统一重力基准的方法,对比了重力基准统一前后,短期(期与期之间)和长期的重力变化趋势,虽然整体变化趋势基本保持一致,改变量也小,但也存在部分测点的短期变化趋势反转、长期变化速率改变量大的现象,重力基准的统一对于研究重力场变化速率十分必要.

关键词：绝对重力基准绝对重力测量绝对重力仪比对重力变化速率陆态网络

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武汉九峰地震台重力变化与地壳垂直形变分析

武汉大学学报（信息科学版） 2022年第6期47卷 964-971页

作者：王嘉沛张新林张毅李忠亚胡敏章申重阳中国地震局地震研究所湖北武汉430071 武汉引力与固体潮国家野外科学观测研究站湖北武汉430071 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430077 中国科学院大学北京100049

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、... 详细信息

长期的重力变化和地壳形变观测是研究地下物质运动的重要手段。基于武汉九峰地震台2013—2020年的绝对重力和全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测数据,计算了长期的重力与地壳垂直形变的变化趋势,并以1年、2年和3年的时间间隔分段,进行线性趋势拟合,分别获得不同时间段的绝对重力年变化率、地壳垂直形变速率以及对应的比值。研究结果表明,武汉九峰地震台长期的重力年变化率为0.4799μGal/a,地壳垂直形变速率为-1.2 mm/a,两者的比值为-0.3999μGal/mm,与理论值存在一定的偏差,可能与该区域的地下水活动有关。将不同时间段的重力变化与地壳垂直形变的数据展布在一张图中,发现数据点离散分布在不同区域,由此可初步判断地下物质运动过程,为区域动力学机制解释提供参考。

关键词：绝对重力变化地壳垂直形变比值物质运动武汉九峰地震台

滇西地震预报实验场区重力长期变化特征及其机理

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地震地质 2022年第4期44卷 876-894页

作者：郝洪涛王青华张新林韦进吴桂桔胡敏章中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室武汉430071 湖北省地震局武汉430071 云南省地震局昆明650041

文中基于滇西地震实验场1986-2014年间近30a的流动重力观测资料,研究了该地区重力场的长期变化背景。结果表明,重力场长期变化背景以负变化为主,年平均变化率约为-1.24×10^(-8)m/s^(2);空间分布上,重力场变化的剧烈程度与断裂带分布和... 详细信息

文中基于滇西地震实验场1986-2014年间近30a的流动重力观测资料,研究了该地区重力场的长期变化背景。结果表明,重力场长期变化背景以负变化为主,年平均变化率约为-1.24×10^(-8)m/s^(2);空间分布上,重力场变化的剧烈程度与断裂带分布和历史强震活动存在密切关联,红河断裂北段、龙蟠-乔后断裂对本地区的重力场变化和地震活动分布具有明显的边界作用。结合地壳垂直形变、地壳结构和区域动力学背景对重力场变化机理进行分析,重力场整体负变化趋势可能反映下地壳物质流引起的地表隆升和地壳增厚,而重力场变化空间分布的细节则与区域动力学背景下具体断裂带的活动特性以及相关的局部性物质分布变化有关。

关键词：滇西地震预报实验场流动重力观测重力长期变化地表垂直位移