毛经伦
, 祝意青
Mao Jinglun, Zhu Yiqing
中图分类号: P315.6
文献标识码: A
文章编号: 1001-8166(2018)03-0236-12
收稿日期: 2017-08-9
修回日期: 2018-01-20
网络出版日期: 2018-03-20
版权声明: 2018 地球科学进展 编辑部
基金资助:
作者简介:
First author:Mao Jinglun(1990-),male,Xi’an City,Shaanxi Province,Engineer. Research areas include seismic gravimetry,time-varying gravity and its relation to strong earthquakes. E-mail:371857582@qq.com
作者简介:毛经伦(1990-),男,陕西西安人,工程师,主要从事地震重力测量、重力时变及其与强震关系的研究.E-mail:371857582@qq.com
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摘要
地震发生过程和孕育机制异常复杂,加之大地震“非频发性”影响和人类对地球内部结构与活动规律认识的不足,使得地震预测极其困难。地面重力观测已经成为许多国家和地区研究地震前兆信息的主要途径之一。简要总结了中国大陆地面重力观测技术与观测网络:地面重力测量仪器从17世纪的惠更斯物理摆发展到今天的高精度绝对重力仪,测量精度已经达到±1×10-8 m/s2。我国已相继建立了国家重力基本网、中国数字地震观测网络、中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络等,为重力场非潮汐变化、地震、构造运动等的监测提供了公共平台;通过具体震例阐述了地面重力观测数据在地震预测中的作用,利用地面重力观测数据能较好地捕捉强震孕育过程的重力变化信息,为强震中长期预测提供重要依据;分析了震前区域重力场的时空变化特征及其与强震的关系:在震级高于MS 5.0的地震发生前,一般都会出现较大幅度和范围的重力异常区。强震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区。重力场动态变化图像能够比较清晰地反映大地震在孕育和发生过程中的前兆信息。最后,提出了地面重力技术在地震前兆观测中存在的问题,并对利用重力测量资料开展地震预测研究进行了展望。
关键词：
Abstract
The mechanism of earthquake inoculation and the process of earthquake occurrence are very complicated. Additionally, earthquakes do not happen very often, and we lack enough cognition to the earth’s interior structure, activity regularity and other key elements. As a result, research progress about the theory of earthquake precursors has been greatly restricted. Ground gravity observation has become one of the main ways to study earthquake precursor information in many countries and regions. This paper briefly summarized the surface gravity observation technology and observation network in China: the surface gravity measurement instrument developed from Huygens physical pendulum in seventeenth Century to today’s high-precision absolute gravimeter, and its accuracy reached to ±1×10-8 m/s2. China has successively established the National Gravity Network, Digital Earthquake Observation Network of China,the Crustal Movement Observation Network of China Ⅰ and the Crustal Movement Observation Network of China, to provide a public platform for monitoring non tidal gravity change, seismic gravity and tectonic movement. The use of specific examples illustrated the role of gravity observation data in earthquake prediction. The gravity observation data of ground gravity can be used to capture the information of gravity change in the process of strong earthquake inoculation, and to provide an important basis for the long-term prediction of strong earthquakes. The temporal and spatial variation characteristics of the regional gravity field and its relation to strong earthquakes were analyzed: Before the earthquake whose magnitude is higher than MS 5, generally there will be a large amplitude and range of gravity anomaly zones. Strong earthquakes occur mainly in areas where the gravity field changes violently. The dynamic change images of gravity field can clearly reflect the precursory information of large earthquakes during the inoculation and occurrence. Finally, the existing problems of surface gravity technology in earthquake precursor observation were put forward and the use of gravity measurement data in earthquake prediction research was prospected.
Keywords：
重力随时间变化的观测由来已久。自20世纪60年代拉科斯特重力仪出现后,许多国家开展了重力测量工作,并把观测与地壳运动有关的区域重力场的短期变化当作研究地震预报的一种手段。1964年美国阿拉斯加地震,1965—1967年日本松代震群、1974年伊豆地震和1976年前苏联加兹利震群前后,都观测到区域重力场的时间变化[1,2]。我国流动重力观测起步于20世纪60年代的邢台地震之后,在80年代得到长足发展。在重力场动态变化观测方面,大量观测结果表明,地震孕育过程均显示出具有前兆意义的重力异常变化[1,2,3,4,5,6,7,8,9]。利用高精度重力测量数据,通过对震前重力异常变化的空间分布特点进行分析,能够较为有效地推测大地震的高风险区域。近年来,一些学者通过地面重力异常变化数据,结合特定区域的地震历史资料,对一些大地震进行了较准确的中期预测[10,11,12,13,14,15]。本文简要综述了地震前重力场时空变化特征、重力前兆,地震预测、断裂带重力异常变化与地震触发等方面的研究资料,借以阐述陆地重力观测数据在地震预测中的应用现状以及所取得的研究成果[16]。
重力测量是地震监测与研究的重要内容。对震前、同震及震后的重力变化进行监测,有助于分析震源机制并对地震做出中短期预测。地球重力场及其变化图像是通过精确的地面重力网周期性观测获取的,是地震监测和预报研究的基本信息源[2,3,17~23]。
重力场能够反映地球表层及内部的物质密度与运动状态,广泛应用于地质勘探、水文调查、军事与环境科学、地震观测等领域[24,25]。重力是研究地球重力场的主要要素之一,重力测量技术水平则在很大程度上受重力仪器精度与稳定性的限制。众所周知,地球重力加速度g是度量地球重力大小的物理量。1590年伽利略在意大利比萨斜塔通过铅球试验首次测量出地球重力加速度g值为9.8 m/s2。1653年惠更斯研制出了第一架摆钟,成为此后200多年间测定重力的唯一设备[26,27]。
19世纪后期,匈牙利物理学家厄特沃什研制出了Eötvös扭秤,可用于探测地下密度变化,曾广泛应用于金属矿和油气勘探。20世纪初,陆地重力测量技术发展步入了快车道。1920年斯坦纳克摆仪问世,与扭秤相比其精度显著提高,但仍存在测量时间长、近场干扰大、适应性差等缺点[27,28]。
1930年以后,各种类型弹簧重力仪相继问世[29,30]。La Coste & Romberg(LCR型)助动金属弹簧重力仪也于20世纪40年代在美国诞生,并于20世纪末发展成为重力固体潮连续观测精度最高的相对重力仪[24,30]。随后各种更具实用性的弹簧重力仪相继出现,如加拿大Scintrex 公司的 CG 型相对重力仪具有观测时间短、精度高、适应性强等优点,在各国野外重力观测中得到了普遍应用[29]。
随着计算机和信息网络技术的高速发展,Scintrex CG5 型全自动石英弹簧重力仪逐渐取代了CG 型弹簧重力仪,成为当今世界相对重力测量仪器的主体[29]。CG-6为新一代自动测量型陆地重力仪,其石英弹簧重力传感器被封装于改进后的机壳中,拥有直观的用户界面屏幕,结合Lynx软件,可通过平板电脑进行遥测和数据处理,可更加轻便、快捷、可靠、精准地测量重力值。此外,一种基于LCR重力仪的Burris型全自动数字式金属弹簧重力仪也在美国研制成功,并得到广泛应用[24,30]。
20世纪60年代末,依据特定金属超导原理而设计的超导重力仪被开发出来,其灵敏度比传统的相对重力仪高3个数量级[31,32]。目前仍在使用的美国GWR公司的GWR-T型超导重力仪是世界上精度最高的相对重力仪[33]。
台站连续重力观测中,目前占主导地位的相对重力仪是Micro-g公司生产的gphone型金属弹簧重力仪。gPhoneX重力仪作为最新型陆地相对重力仪,延续了LCR重力仪的优点,具有低漂移特性,稳定性、灵敏度和分辨率得到了显著提高,可用于记录超长周期重力信号(如固体潮观测);对高频信号具有绝佳的响应能力,非常适合于台站观察非周期性高频振动的地震活动[25]。采集系统所具有的精密同步技术及原子钟跟踪GPS同步锁定性能,使得gPhoneX阵列可用于台站大范围布控地震活动或对重力场连续变化进行长期观测[34]。源于美国GWR公司的iOSG型重力仪是改进后噪声最低的台站超导重力仪,采用超导屏蔽、浮球和线圈技术,超导电流非常稳定[28]。iOSG型重力仪采用较重的测试球和新型传感器,在微震到数十年变化的频率范围内可提供超低噪声,相比OSG噪声降低了6 dB,保持了传感器的稳定性,已经成为全球地球动力学计划(Global Geodynamics Projects,GGP)重力观测网络的核心设备[34]。
iGrav型便携式超导重力仪由GWR公司最新推出,每月低于0.5 μGal的超低漂移和几乎恒定的比例因子以及性能优异的传感器,使得iGrav型超导重力仪几乎不受温度、相对湿度或压力变化的影响,能够在数天至数十年间提供精确而连续的重力数据,精度和稳定性达到了行业最高标准[35]。
绝对重力测量从19世纪初的可倒摆仪,发展到现今的各种高精度绝对重力仪已经历了1个多世纪的历史[36,37]。20世纪80年代,ILA 型轻便、可移动式绝对重力仪在美国研制成功。此后,经过不断改进,20世纪90年代以后逐渐发展成美国Micro-g公司的A10和FG5等系列型号的绝对重力仪,并走上了小型化、可移动、高精度、高效率的商业化道路,有力地推动了陆地重力测量技术的发展和世界各国重力网络的建设与更新[28,38]。FG5-X作为FG5型重力仪的最新型号,基于时间和距离的国际标准,质量块自由下落过程由激光干涉仪精确监测其位置,下落轨迹以“超级弹簧”系统作参考,为参考光系提供了振动隔离,显著提高了仪器的抗噪声能力。FG5-X测量系统具有固有的标定,既不会随时间发生漂移、也不用归零,是当今世界上精度最高、功能最全的绝对重力仪[39](表1)。
表1 几种不同时期重力测量仪器的精度
Table 1 The accuracy of several gravity measuring instruments in different periods
| 时期 | 重力仪类型 | 精度/(m/s2) | 研制国家 |
|---|---|---|---|
| 17世纪50年代 | 惠更斯物理摆 | 0.01 | 荷兰 |
| 19世纪20年代 | 斯坦纳克摆仪 | ±1×10-5~2×10-5 | 匈牙利 |
| 19世纪30年代 | Askania GS型重力仪 | ±1×10-7~3×10-7 | 德国 |
| 20世纪40年代 | LCR助动金属弹簧重力仪 | ±2×10-6 | 美国 |
| 20世纪60年代 | GWR-T型超导重力仪 | ±1×10-8 | 美国 |
| 20世纪70年代 | Scintrex CG型相对重力仪 | ±1×10-7~3×10-7 | 加拿大 |
| 20世纪90年代以后 | FG5-X型绝对重力仪 | ±1×10-8 | 美国 |
绝对重力仪在地壳形变及强震监测等方面发挥着重要作用[40,41]。为了保证观测结果的精度和稳定性、消除系统误差,国内外常不定期开展绝对重力仪的比对活动,如国际计量局的全球绝对重力仪关键比对(International Comparison of Absolute Gravimeters,ICAG)[42]、卢森堡大学的欧洲绝对重力比对(European Comparison of Absolute Gravimeters,ECAG)[43]等。
2010年,肖凡等[44]分别在武汉和山西夏县对FG5-232/240绝对重力仪进行了第一期比对观测,结果显示:FG5-232号绝对重力仪的内符合精度为0.7×10-8~0.96×10-8 m/s2,FG5-240号绝对重力仪的内符合精度为0.85×10-8~1.76×10-8 m/s2,2台绝对重力仪的内符合精度均小于±2×10-8 m/s2,均优于中国大陆构造环境监测网络(简称陆太网络,Crustal Movement Observation Network of China,CMONOC)±5×10-8 m/s2的设计精度。
李建国等[45]根据陆态网络技术规程,2013年在武汉的4个重力点对4台FG5、1台FG5-X和1台A10 绝对重力仪进行了第二期比对观测,观测数据采用g9数据处理软件进行处理,结果各型绝对重力仪测量精度均符合陆太网络绝对重力±1×10-8~5×10-8 m/s2的指标要求,绝对重力偏差均符合陆太网络绝对重力±5×10-8 m/s2的技术指标。
经过几十年的发展,目前,美国Micro-g公司的绝对重力仪已逐渐成为绝对重力仪的行业标准,其技术的先进性和市场占有率在世界绝对重力测量行业均处于绝对优势。虽然其他国家在绝对重力仪研制中也投入了大量精力,但产品的精度、稳定性及综合优势始终难以与之比肩(表2)。
表2 主流陆地重力仪及其技术参数
Table 2 Main stream land gravimeter and its technical parameters
| 型号 | 部分技术参数 | 产地 |
|---|---|---|
| CG5全自动石英弹簧重力仪 | 分辨率:1 μGal;标准差<5 μGal;残余漂移<0.02 mGal/d | 加拿大 |
| CG6全自动石英弹簧重力仪 | 分辨率:0.1 μGal;标准差<5 μGal;残余漂移<20 μGal/d | 加拿大 |
| gPhoneX潮汐相对重力仪 | 分辨率:0.1 μGal;精度:1 μGal;漂移≤1.5 mGal/month | 美国 |
| iOSG标准型超导重力仪 | 噪声< 1(nm/s2)2/Hz,精度:10~40 nanoGal/min;漂移率<2 μGal/a | 美国 |
| iGrav轻便型超导重力仪 | 精度:频率域为1 nanoGal,时间域为0.05 μGal/min;漂移<0.5 μGal/month | 美国 |
| A10绝对重力仪 | 准确度:10 μGal;精确度:10 μGal/10 min;测量时间:2 min | 美国 |
| FG5-X绝对重力仪 | 准确度:2 μGal;精确度:15 μGal/,1 μGal/3.75 min,0.1 μGal/6.25 h | 美国 |
| FGL绝对重力仪 | 准确度:10 μGal;精确度:10 μGal/10 min | 美国 |
我国在重力仪研究方面,1986年DZW型微伽重力仪通过了技术鉴定。这是一台适用于连续观测固体潮的高精度重力仪,由国家地震局地震研究所研制。仪器的量程为2 mGal,分辨率为1 μGal。目前,经过数字化改造后的DZW 型连续重力仪仍然在我国地震观测中发挥着作用[46]。
地面重力测量是获取地球重力场信息的重要手段,包括绝对重力测量和相对重力测量。前者主要用于建立重力基准,后者一般用于其他点位重力信息的获取。绝对重力测量技术能够获取地面观测点的绝对重力值和重力场变化,进而反映地球内部的物质迁移与地壳运动特征。目前,许多国家已经建立了高精度的绝对重力网。我国也相继建立了国家重力基本网、中国数字地震观测网络、中国地壳运动观测网络、中国大陆构造环境监测网络等,用以监测重力场非潮汐变化,并在火山、地震、构造运动、海平面变化等研究中得到了应用[47,48,49,50,51]。
中国地壳运动观测网络是以GPS观测技术为主,以甚长基线射电干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)和人造卫星激光测距(Satellite Laser Ranging,SLR)等技术为辅助,结合精密水准和重力测量,形成了高精度、大范围、高时空分辨率的地壳运动观测网络,包括基准网、基本网以及数据传输与分析处理系统3个部分,是我国“九五”期间建设的重大科学工程,用于监测我国大陆一级块体构造运动,兼顾大地测量和国防建设需要[47,48,49,50,51]。
中国数字地震观测网络作为“十五”期间的国家重大基本建设项目,由中国地震局承担完成。该网络的重力网包含407个基本点,并以146个联测点为辅助。该网络与全国重力观测网络以及局部区域监测重力网的实施对研究区域地壳运动、断层和地震活动提供了有力支撑。也为地震预报和地球动力学研究提供了高精度重力场信息[47,48,49,50,51]。
陆态网络是以全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)为核心,结合VLBI、SLR、干涉合成孔径雷达(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)、精密重力及精密水准等观测技术构成的网络,包括基准网、区域网和数据系统。基准网由260个全球卫星导航基准站构成;区域网由2 000个区域站构成;数据系统由1个国家数据中心和5个数据共享子系统组成。基准站用以获取GPS,GNSS,VLBI,SLR,精密重力和精密水准等高精度观测数据[47,50,52]。陆态网络已建成相对重力监测点608个,包含100个绝对重力监测点和31个连续重力监测点。陆态网的应用,能够为我国大陆构造动力背景以及地震预报研究提供基本的重力信息[47,50~54]。
利用高精度重复重力测量获得的重力变化资料能够很好地反映大陆地壳垂直运动特征[52]。王勇等[55]根据1998—2004年我国大陆部分监测点的绝对重力重复观测数据分析了东南沿海重力值变化,分析结果与水准测量技术得出的1976—1999年东南沿海地壳运动的变化趋势相一致。玄松柏等[56]利用重力复测资料和绝对重力资料分析了太原盆地垂直形变趋势,发现该区域垂直形变现今表现为沉降,且沉降速率呈下降趋势。分析表明,2001—2006年太原盆地整体的沉降速率为21.8 mm/a,是继承性沉降和地下水开采引起的地表沉降的综合效应;2009年以来断陷盆地北端的晋祠地区沉降速率约为66 mm/a,以继承性沉降为主。祝意青等[20]通过对1998—2008年由中国陆太网获取的绝对重力和相对重力资料进行研究,获知了中国大陆起算基准统一的重力场及其动态变化,并对汶川MS 8.0、于田MS 7.3、芦山MS 7.0等地震做出了较准确的预测。但地面重力测量在地震预测中仍存在明显缺点,主要表现为监测任务繁重、复测周期慢、空间分布尺度不均匀、空间和时间尺度分辨率不够高等问题[57,58]。
地面重力监测是地震前兆观测的重要手段。研究结果表明[59],地表重力场动态变化主要是由地球内部密度变化、地表整体变形运动以及地表观测点的位置变化等效应叠加引起的。
19世纪20年代,人们就已经注意到震前重力异常变化现象。20世纪50年代,日本、美国、前苏联等国家在多震区进行重复重力测量,发现地震活动与重力变化有密切关系。20世纪60~70年代发生的美国阿拉斯加地震、日本新泻地震、日本松代震群、新西兰因南格华地震以及美国费尔南多地震等均发现震前震后重力变化现象。
1966年邢台地震之后,我国在一些地震活动区开始了规模化的流动重力观测和重力异常研究。1975年海城地震发生前,横跨辽东半岛的重力值显著下降,震后重力又出现较大回升。1976年的白龙陵地震、唐山地震和松潘地震等均发现大地震前后出现重力异常变化现象。1976年唐山地震、1996年丽江MS 7.0地震前后重力值均呈现出明显的上升—下降—发震—恢复的特征[20,60~62]。
在广泛实践的基础上,国内外研究者也对孕震过程及其前兆表现和物理机制进行了探讨,重力异常变化与地震关系的问题也引起了研究者的关注[63,64,65,66]。提炼出了与地震发生相关联的重力异常变化及地震前兆。提出了与重力场变化有关的各种孕震模式及理论,如孕震过程的形变、地壳密度变化引起重力变化、物质运移假说、固体潮理论、扩容模式、位错模式、膨胀失稳模式、膨胀—蠕动模式、联合膨胀理论、耦合运动模式、闭锁剪切模式等[60,63~67]。
王勇等[55]通过重复重力观测数据对丽江MS 7.0地震的同震位错与重力变化之间的关系进行了有参考意义的分析。张永志等[68]采用多孔介质中的力学理论、乘法分解理论和数值模拟分析了丽江MS 7.0地震过程的重力变化,讨论了微孔洞的形成过程与地面重力变化的关系,提出丽江地震重力变化经历了3个阶段:基体的弹性阶段、基体与孔洞变形的弹塑性阶段和同震时应力释放进而孔洞重新闭合。祝意青等[69,70]的研究分析表明,强震容易发生在重力变化正、负异常区过渡的高梯度带上,重力变化等值线的拐弯处。由于构造活动断裂带产生强烈的差异运动,构造变形出现了很强的非连续性,容易发生急剧的重力变化,这些地球物理现象对于应力高度积累而孕育地震最为有利。
孕震过程与地壳内部产生形变及物质迁移有密切关系,地表的重力变化则能够在一定程度上反映这一关系。近年来,国内外学者通过重力变化资料成功进行了多次地震的中期预测[2,6,11~14,18,71]。Gu等[72]和Zheng等[73]利用北京—天津—唐山—张家口区域1991—2000年的重力监测数据进行地震预测,成功预测出MS 3.6以上的地震,成功率约为60%。江在森等[74]和王双绪等[75]根据断层形变与重力异常的变化,对1995年永登MS 5.8和2000年景泰MS 5.9地震成功地进行了短期预报。祝意青等[11~14,18,71]利用1998—2008年中国大陆地壳运动网的相对与绝对重力资料,对中国大陆近年来发生的多次大地震做出了较准确的中期预测(表3)。
表3 利用重力变化做出的地震中期预测结果
Table 3 Mid-term earthquake prediction results made by gravity changes
| 预测震中 | 预测震级 (MS) | 预测时窗 | 实际震级 (MS) | 实际震中 | 发震时间 |
|---|---|---|---|---|---|
| 36.0°N,80.0°E,R=200 km | 6~7 | 2007—2008年 | 于田7.3 | 35.6°N,81.6°E | 2008.03.21 |
| 31.6°N,103.7°E,R=200 km | 6~7 | 2007—2008年 | 汶川8.0 | 31.0°N,103.4°E | 2008.05.12 |
| 25.3°N,99.6°E,R=150 km | >6 | 2007—2008年 | 攀枝花6.1 | 26.2°N,101.9°E | 2008.08.30 |
| 25.6°N,100.2°E,R=150 km | 6~7 | 2009年 | 姚安6.0 | 25.6°N,101.1°E | 2009.07.09 |
| 30.2°N,102.2°E,R=100 km | 约6 | 2013年 | 芦山7.0 | 30.3°N,103.0°E | 2013.04.20 |
| 35.5°N,105.2°E,R=150 km | >6 | 2011—2013年 | 岷县6.6 | 34.5°N,104.2°E | 2013.07.22 |
| 26.9~30.4°N,101.5~103.5°E,R=100 km | 约7 | 2014年 | 鲁甸6.5 | 27.1°N,103.3°E | 2014.08.03 |
| 37.5°N,102.2°E,R=100 km | 约6 | 2016年 | 门源6.4 | 37.68°N,101.62°E | 2016.01.21 |
祝意青等[11~14,18,71]通过地面重力观测资料对表3列举的地震进行预测,均发生在限定时窗内。2008年3月21日新疆于田MS 7.3地震,重力资料预测的时、空、强三要素基本准确;2008年5月12日汶川MS 8.0地震,预测震中位于北川与映秀2个极震区之间的地震主破裂带上,预测的震中相距中国地震台网公布的震中72 km,与宏观震中完全一致;2009年7月9日姚安MS 6.0地震,重力资料预测的地震震级、时窗及地点基本准确;2013年4月20日发生的芦山MS 7.0地震,预测震中与实际震中相距77 km;2013年7月22日岷县漳县MS 6.6地震发生在重力异常判定的危险区内,重力资料对地震三要素的预测也基本准确;2014年8月3日鲁甸MS 6.5地震,明确指出云南巧家至昭通一带为灾情严重区;2016年1月21日的青海门源MS 6.4地震,预测危险区中心距中国地震台网测定的震中仅55 km。以上事例证明,利用地面重力观测数据能较好地捕捉强震孕育过程的重力变化信息。根据重力场时空变化特征,结合相关区域地质构造背景,跟踪重力变化高值区及高梯度带的变迁,能够为强震中长期预测提供重要依据。
我国的流动重力测量自20世纪60年代开始以来,经过半个多世纪的发展,基本实现了相对重力联测与绝对重力控制的同步测量。李辉等[3]根据中国大陆地壳运动网和中国数字地震观测网络重力网的流动观测资料,得出了1998年以来中国大陆2~3年尺度重力场的动态变化图像,反映出了中国大陆近期地壳运动和主要强震活动的基本轮廓。付广裕等[76]利用大地震前后3期流动重力测量数据,以震中附近的绝对重力值为基准,研究了震中周围区域重力场动态变化,发现震前区域重力场发生了极其显著的负向变化,部分点位重力变化达100×10-8 m/s2。祝意青等[11~14,18,71]对震前流动重力数据变化研究表明:强震发生前,常常会出现较大空间的区域性重力异常,沿着主要断裂构造带方向也会出现重力变化高梯度带;多时—空尺度的重力场动态变化图像均出现较显著的相对重力异常变化,且随着累计时间的增长,重力异常变化更为显著;强震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区,重力场动态变化对强震地点的预测具有重要的指示作用。路志越[21]根据中国地壳运动观测网络的重力数据对中国大陆2001—2008年9次6.8级以上地震前的重力研究发现,在大地震前4~5年,地震近场区域有明显的重力异常变化,在地震前2年一些区域的重力会反向变化;9次地震震中均位于重力异常变化的高梯度带上,其两侧的重力场呈反向变化,且最大峰—谷的变化差异超过60 μGal。陈石等[62]以中国大陆2002年、2005年和2008年等3期重力数据为研究对象,计算并统计了中国大陆西部MS≥6.0地震震中位置处震前重力场变化及各种导出参数值,尝试初步构建以地震预报为目的的地震重力学科指标体系参数,结果表明:震前区域出现的重力场变化与地震发生的位置无显著的统计关系,但重力场变化的垂直梯度和解析信号模量则具有一定的地震预报意义,适合作为地震前兆异常使用。下面以具体震例来阐述震前重力异常变化与地震前兆的特征。
(1)汶川MS 8.0地震:王庆良等[77]、张四新等[78]和江在森等[79]通过对汶川地震前区域地表的水平与垂直运动进行研究,证实了龙门山断裂带在地震之前处于闭锁状态,表明水准和GPS测量未能给出汶川地震的孕育过程和前兆信息。祝意青等[5,11,12]利用1996—2008年成都地区相对和绝对重力观测资料获取了区域重力场时空动态变化结果,分析探讨了区域重力场变化及其与汶川MS 8.0地震发生的关系。分析指出:1998—2005年,重力变化在川滇块体南部出现大范围的正异常区,而在川滇块体北部则呈现较大范围的负异常区。在川北地区,正负异常区的差异变化达130×10-8 m/s2,并且在成都—汶川—马尔康地区出现了重力变化高梯度带,测量结果较好地反映了活动断层的物质迁移与构造变形引发的地表重力变化效应[70]。邱桂兰[80]研究得出:汶川地震前,前兆异常以地下流体为多,中期异常居多,但异常幅度小且异常时间相对分散,宏观异常出现在震前3个月内。申重阳等[81]基于中国大陆1998—2007年流动重力观测数据,对汶川MS 8.0地震区域重力场的动态变化特征和孕震机理研究表明:震中西南出现持续多年的正重力变化和较大规模的重力变化梯级带,重力场的变化总体上呈现出增大—加速增大—减速增大—发震的过程;2001年昆仑山口MS 8.1地震的孕育发生及震后恢复调整,对区域重力场的动态变化以及汶川大地震的孕育发展具有重要影响。滕吉文等[82,83]、陈运泰等[84]和李德威等[85]分析认为:汶川MS 8.0地震与川滇地区深部地壳和地幔之间存在着深度的物质能量交换及动力作用。
(2)攀枝花MS 6.1地震和姚安MS 6.0地震:祝意青等[18]利用滇西地区重力观测资料对攀枝花MS 6.1地震、姚安MS 6.0地震前后的区域重力场动态演化特征研究表明:重力资料较完整地反映了2次地震的孕育和发生过程;获取的重力场动态图像比较清晰地反映出重力场由准均匀态—地震孕育到非均匀态—发震的演化过程。以此为基础,对攀枝花MS 6.1地震的震后趋势进行了判定,并且在姚安MS 6.0地震发生之前作出了年度预测:1998—2008年重力变化较大的地区,一是攀枝花与大姚地区重力变化差异量达100×10-8 m/s2,并在两地之间形成重力变化高梯度带,2008年8月30日的攀枝花MS 6.1地震恰好发生于大姚与攀枝花重力变化的高梯度带零值线附近;二是姚安—宾川—洱源地区出现负—正—负相间的重力变化,形成的重力变化高梯度带也基本与程海断裂带及红河断裂带走向一致。而在测区南部,重力场变化在攀枝花MS 6.1地震之后仍然沿着同方向持续发展。这一分析结果被2009年7月9日发生的姚安MS 6.0地震所印证。申重阳等[61]利用2005—2009年滇西实验场流动重力网的9期复测数据,获取了区域重力场差分和累积动态变化图像。姚安地震前4年,震中西部呈现大范围东南向“舌”型正重力变化图像;震前约2年穿过震中附近呈近南北向正负过渡的重力梯级带;震前半年围绕震中区的中心,重力场变化呈现对称的四象限分布,这种相对变化的四象限分布图像能够反映孕震体先存剪应力,并提出了“闭锁剪力的”前兆模式。
(3)芦山MS 7.0地震和鲁甸MS 6.5地震:祝意青等[13,71]利用2010—2012年的流动重力观测资料对芦山MS 7.0地震前区域重力场动态变化特征研究表明:重力变化沿龙门山及鲜水河断裂带形成了高梯度带,四川宝兴—天全—康定—泸定—石棉一带重力差异运动达100×10-8 m/s2。邱桂兰[80]、胡敏章等[86]和郝洪涛等[87]分析表明:芦山地震发生前,龙门山断裂带两侧表现出了正、负高值显著异常的重力场变化,同时也形成了与龙门山、鲜水河、大凉山断裂带相平行或垂直的大范围重力变化梯度带;震后重力场变化沿龙门山发生反向调整。
祝意青等[71]对鲁甸MS 6.5地震研究表明:2011—2013年,川滇地区重力变化剧烈,形成了与测区断裂构造走向基本一致的高梯度带,并呈显著的四象限分布,重力异常幅度达100×10-8 m/s2。胡敏章等[86]分析了鲁甸地震前后重力场变化特征发现:地震前,2010—2012年云南巧家地区重力变化等值线呈南北走向,形成了由西南向东北、由小变大的重力变化梯度带。
(4)甘肃岷县MS 6.6地震和青海门源MS 6.4地震:祝意青等[14]利用青藏高原东北缘2011—2013年的流动重力资料分析了区域重力场动态变化与岷县MS 6.6地震的关系,结果表明:测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常,后在震源区附近产生了局部重力异常及重力变化高梯度带,在甘肃临夏与岷县一带重力差异变化达150×10-8 m/s2以上,为显著的强震背景异常。2013年7月,在北东向重力变化高梯度带上发生的岷县MS 6.6地震正好位于重力变化零值线附近和等值线拐弯处。祝意青等[15]利用青藏高原东北缘2011—2015年的流动重力资料对青海门源MS 6.4地震研究表明:门源地震前,测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常,临近发震前显示出相对闭锁的现象。天祝、门源地区重力变化差异达100×10-8 m/s2以上,并且呈现四象限分布,门源震中附近区域地壳受挤压变形显著、面压缩率和重力剧烈变化的特征及其显著。2016年1月21日发生于门源的MS 6.4地震印证了这一分析结果。区域重力场动态演化大体反映了青藏高原东北缘物质北东流的动态效应[17]。
总之,重力场动态变化图像能够比较清晰地反映大地震在孕育和发生过程中的前兆信息。地震发生与重力变化形态、量级及持续时间之间均存在着相关关系。在震级高于MS 5.0的地震发生前,一般都会出现较大幅度和范围的重力异常区。对这些前兆信息进行分析,有利于揭示区域应力的集中程度和地域,对预测发震时间、地点和强弱具有控制作用[4,10~15,61,81]。
我国用重力测量方法进行地震预报研究的工作,在边监测边预报边研究的道路上已走了50年的历程。对监测区内发生的几次中强地震,不仅观测到了区域重力场的时间变化,而且还作了一定程度的预测。但重力测量作为地震预测研究的学科,其研究能力在很大程度上取决于观测资料的丰富程度。对中国大陆及重点地区重力场演化及其与地震活动关系的研究能力,在很大程度上取决于实际监测能力。近年来,地面重力观测数据在中短期地震危险性分析中起到了重要作用,但仍存在以下问题:
(1)现行的地面重力监测网绝对重力控制仍然较弱,尤其是我国西部、东北地区,而且绝对重力与相对重力没有进行准同步观测,不能有效地消除相对重力仪器标定系统引起的测量误差,以提取绝对重力变化信息。
(2)现行地震重力监测网在南北地震带和大华北地区重力测点较密集,对5级以上地震监测预报能力较好。但青藏高原及其邻区、新疆北部地区重力测点稀少,对6级强震仍不具备监测能力。
(3)目前我国可用于地面重力测量的绝对重力仪器严重不足(现仅有中国地震局地震研究所FG5绝对重力仪2台,地球物理研究所和中国地震局第一监测中心A10绝对重力仪各1台),应考虑购置新的高精度重力仪,确保地震系统有8~10台绝对重力仪可以投入使用。
(4)中国大陆重力基本网供多部委联合作业。地面重力观测由中国地震局、国家测绘地理信息局、总参测绘导航局和中国科学院共同完成,由于各部委作业时间不一致,观测作业时段长达7~8个月,甚至更长,不利于及时利用重力资料进行地震危险性分析。
虽然地震预报是世界公认的科学难题,地震机理非常复杂,但并不是完全不可知的。地震是地球构造活动的一种形式,地震的孕育和发生必然引起震源区和外围地区一定范围地球物理场的变化,尤其是地球重力场的变化。重力场信号具有一定的深部构造运动反应能力和地表信号的抗干扰能力,可以捕捉某些地震孕育发生的相关信号。目前根据地面重力场在时空上的演变特征,并结合当地的地震构造背景,可以对某些强震前的重力变化进行跟踪,以便圈定重力变化较显著的地区作为今后要发生地震的可能地点。但目前我国绝对重力仪偏少,相对重力仪因受弹簧漂移的制约,使地面流动重力观测和定点台站的连续重力观测数据大打折扣。因此,从长远发展来看;应发展高精度绝对测定技术,以代替流动相对测定技术;发展无漂移或低漂移(超导)式台站连续观测技术,以代替弹簧式台站连续观测技术;发展空间(尤其是低空、卫星+航空)重力观测技术,以弥补地面重力观测技术的不足。未来,随着观测技术的进步、青藏高原等监测能力弱的地区监控能力的增强,重力异常与地震发生的内在关系、物理机制研究的进一步深入,重力观测在地震预测研究中的作用将会越发显著。
The authors have declared that no competing interests exist.
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A dislocation model of the Tangshan earthquake of 1976 from the inversion of geodetic data [J].用大地测量资料反演的1976年唐山地震的位错模式 [J].
运用反演理论探讨了由“零频”资料反演大地震震源模式的基本原理和方法,并用大地测量资料反演了1976年唐山7.8级地震的位错模式。得到的结果表明唐山地震的发震构造是一个总体走向为北东49°的右旋-正断层,断层面倾向南东,倾角76°。这个地震的断层长84公里,宽34公里,走向滑动错距459厘米,倾向滑动错距50厘米,地震矩4.3\(\times\)1027达因-厘米,应力降29巴,应变降4.3\(\times\)10-5,释放的能量3.7\(\times\)1023尔格。由形变资料反演的平均错距和地震矩远大于由地震波资料定出的平均错距（270厘米）和地震矩(1.8\(\times\)1027达因-厘米),它表明在地震区的地壳内震前可能已经发生了无震滑动——断层蠕动。无震滑动的规模比主震还要大一些,它的矩估计约为2.5\(\times\)1027达因-厘米。唐山地震前虽然没有前震,但是却有规模这么大的“震前蠕动”,这可能是唐山地震与其他许多有前震的地震（如海城地震）的根本区别,它的许多与别的地震不同的前兆可能与此有关。
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Study on a gravity precursor mode of the MS=7.0 LiJiang earthquake [J].
Introduction Earthquake prediction must be based on some kind of precursors. The precursors are some things that will indicate a shock occurrence (MEI, et al, 1993). The information of earthquake precursors comes from a deep-seated interior of crust. The
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Dynamic gravty change in recent years in China continent [J].中国大陆近期重力场动态变化图像 [J].
根据1998年以来中国大陆地壳运动网络、中国数字地震观测网络重力网流动观测成果，给出中国大陆1998年以来2—3年尺度的中国大陆动态重力场变化图像，并结合中国动力构造环境和强震活动进行了分析。分析表明，中国大陆动态重力场变化图像基本反映了中国大陆近期地壳物质运动和主要强震活动的基本轮廓。
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Study on dynamic change of gravity field in China continent [J].中国大陆重力场动态变化研究 [J].
利用国家重大科学工程"中国地壳运动观测网络"1998—2008年间绝对重力和相对重力的观测资料,初步获得了中国大陆起算基准统一的重力场及其动态变化.重力场变化既具有时空分布的不均匀性和重力变化分区现象,同时又具有与活动断裂构造密切相关和与地震孕育发展有着内在联系.中国大陆6.8级以上大震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区(重力变化≥90\(\times\)10-8m·s-2)和重力变化发生转折的时段.
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et al.Relations between gravity variation of Longmenshan fault zone and Wenchuan MS8.0 earthquake [J].龙门山断裂带重力变化与汶川8.0级地震关系研究 [J].
利用成都地区1996-2008年绝对重力和相对重力观测资料获得区域重力场时空动态变化结果,系统分析了龙门山断裂带重力场变化特征及其与汶川8.0级地震的关系.①重力变化与龙门山断裂构造活动存在密切空间联系,重力测量较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.②成都地区重力场动态图像较完整地反映了2008年5月12日汶川8.0级地震孕育、发生过程中出现的流动重力前兆信息.③映秀及北川重力点值时序变化累积量达120×10~(-8)m·s~(-2),较好地反映了汶川地震前映秀和北川两个极震区附近的重力测点随时间的剧烈波动性上升变化.④汶川地震前,龙门山断裂带东侧的四川盆地相对稳定,而较显著的重力变化发生在龙门山断裂带西侧的川西高原上.
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The absolute gravity change in the eastern margin of the Qinghai-Tibetan Plateau before and after Yushu MS 7.1 earthquake in 2010 [J].2010玉树MS 7.1地震前后青藏高原东缘绝对重力变化 [J].
2010年4月14日青海省玉树发生MS7.1地震后,中国地震局及时组织实施了地震科学考察,其中对玉树、西宁、姑咱和西昌等4个绝对重力点进行复测,通过比对前期成果,分别给出了2007年以来（地震前后）3～4期各测点H=1.0m（距墩面高）和H=0.0m（墩面）处的绝对重力变化（观测精度均优于3.0×10-8 m.s-2）.结合已有区域地质构造运动、地震活动机制、形变测量成果等,主要结论或认识有：1）地震前后（含同震）玉树、姑咱、西昌绝对重力变化明显呈上升变化,玉树点和姑咱点尤为突出;2）同震模拟结果表明,地震前后玉树点绝对重力变化（H=1.0m）与同震破裂效应基本相当;3）从重力变化角度检核了玉树地震左旋破裂运动对羌塘块体东流运动和川滇菱形块体的南东-南南东运动具有明显激励作用,川滇菱形块体北段尤为强烈,南段可能因南南东向运动遇到中部贡嘎山隆起的阻挡吸收而有所减弱.
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Progress in inversion for tectonic stress-strain fields using geodetic data [J].利用大地测量资料反演构造应力应变场研究进展 [J].
综述了近10多年来国内外利用大地测量资料反演研究构造应力应变场的理论成果及最新进展,重点讨论了重力场与应力应变场的关系,总结了利用大地测量数据反演构造应力应变场的研究内容和应用领域,并分析了存在的问题。对利用大地测量资料反演构造应力应变场的研究进行了展望,大地测量技术的发展将会继续推动利用大地测量数据反演构造应力应变场理论的完善和应用的深入,建议构建弹性、粘弹性和弹塑性的利用地面重力数据确定地壳构造应力应变场的解析模型,联合多类数据反演时变地壳构造应力应变场,进一步加强研究时变地壳应力应变场和地震应力触发机制之间的关系。
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Discussion of new approaches to medium-short-term earthquake forecast in practice of the earthquake prediction in Yunnan [J].从云南地震预报实践探讨地震中短期预测的新途径 [J].
通过回顾云南多年地震预测实践,认为目前定点前兆观测到的异常基本上都是地球物理场上的信息,前兆异常幅度增大、数量增多可以用于判定地震的发震时间,但难于得到前兆异常与地震在空间上的关联性,因此,基本上不能用于地点预测;云南80%的6级地震前,震中附近有地震活动增强的现象,地震活动判定地点优于定点前兆观测异常;近年来流动地磁观测异常判定地点较好,以2014年鲁甸6.5级地震为例,震源区震前1年尺度的流动地磁测量异常区域,较地震活动增强区域预测时间短、区域小;笔者认为,针对震前的流动地磁测量观测到的物性变化,如果能在中小地震活动显著增强区域,架设密集台阵,捕捉物性变化的动态过程,对于地震的成因机理可能会得到最客观的认识,从而使地震中短期预测水平的大幅度提高成为可能。
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et al.Analysis on the precursory anomalies of group earthquakes in the northeast of Yunnan Province in 2014 [J].2014年滇东北地区成组地震前兆异常分析 [J].
在分析了2014年4月5日、8月17日永善5.2和5.0级地震及8月3日鲁甸6.5级地震前滇东北地区定点前兆异常的基础上,总结了前兆异常特征.研究结果表明,临近地震发生的短临阶段,前兆异常数量明显增多,永善5.2级地震的异常主要集中出现在震前3个月前后,鲁甸6.5级地震的异常主要集中出现在震前1个月左右;空间上前兆异常分布比较集中,大多观测点有2个以上测项出现异常;鲁甸6.5级地震的异常数量是永善5.2级地震的近2倍,地震震级与异常数量呈正相关;鲁甸6.5级和永善5.0级地震的发震时间相隔14天,震前异常无法明确区分.
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Research on the variation of gravity field before Minle MS 6.1 and Minxian MS 5.2 earthquakes [J].民乐6.1、岷县5.2级地震前区域重力场变化研究 [J].
通过对青藏高原东北缘重力观测资料进行系统分析,从动态的观点研究了2003年10月25日 甘肃民乐6.1及5.8级地震和11月13日甘肃岷县5.2级地震孕育发生过程中的重力场演化特征,得到如下结论:①从统一起算基准获得的青藏高原东北缘 重力观测资料,较完整地反映了2003年10月25日发生的民乐6.1级、5.8级地震和11月13日发生的岷县5.2级地震孕育、发生过程中出现的流动 重力前兆信息;②小波分解的重力场图像能较清晰地反映地震孕育、发生过程中区域性重力趋势变化和震中地区深部物质密度变化引起的异常.
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Medium-term prediction of MS 8.0 earthquake in Wenchuan, Sichuan by mobile gravity [J].重力资料对2008年汶川MS 8.0地震的中期预测 [J]. |
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Medium-term prediction of Yutian,Xinjiang MS 7.3 earthquake in 2008 [J].2008年新疆于田MS 7.3地震的中期预测 [J].
根据中国地壳运动观测网络工程获得的重力变化及强震活动性，介绍2008年新藏交界地区（36.0°N，80.0°E为中心，半径200 km）Ms7.3地震中期预报的基本依据及重力场动态演化图像。
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Gravity changes before the Lushan,Sichuan,MS=7.0 earthquake of 2013 [J].2013年四川芦山MS 7.0地震前的重力变化 [J].
利用川西地区2010—2012年期间的流动重力观测资料,系统分析了区域重力场变化及其与2013年4月20日四川芦山7.0级地震发生的关系.结果主要表明:①区域重力场异常变化与北东向龙门山断裂带南段和北北西向马尔康断裂带在空间上关系密切,反映沿该两断裂带(段)在2010—2012年期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形.②芦山7.0级地震前,测区内出现了较大空间范围的区域性重力异常,而震源区附近产生了局部重力异常,沿龙门山断裂带南段形成了重力变化高梯度带,其中,宝兴、天全、康定、泸定、石棉一带重力差异变化达100×10-8 m.s-2以上;这些可能反映芦山地震前,区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用.③重力场差分动态演化图像和重力场累积变化动态图像均反映芦山7.0级地震孕育过程的最后2～3年出现较显著的流动重力异常变化,可视为该地震的中期前兆信息;本文第一作者等也曾基于该流动重力异常变化在芦山7.0级地震前做过一定程度的中期预测,尤其是地点预测.本文的例子再次证明流动重力观测能较好地捕捉到强震孕育发生过程中,特别是该过程最后阶段的重力异常变化信息.因此,区域流动重力场观测对未来强震的中-长期预测,尤其是在发震地点的判定上具有优势.
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Dynamic aariation of gravity field before and after the Minxian-Zhangxian MS 6.6 earthquake on July 22,2013,Gansu,China [J].2013年甘肃岷县漳县MS 6.6级地震前后重力场动态变化 [J].
利用青藏高原东北缘2011—2013年期间的流动重力观测资料，系统分析了区域重力场动态变化及其与2013年7月22日岷县漳县6.6级地震发生的关系。结果表明：1）测区内重力场异常变化与主要断裂带在空间上关系密切，反映沿主要断裂带（段）在2011—2013年期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形。2）岷县漳县6.6级地震前，测区内先出现了较大空间范围的区域性重力异常，后在震源区附近产生了局部重力异常及重力变化高梯度带，其中，甘肃临夏与岷县一带重力差异变化达150\(\times\)10-8ms-2 以上；这些可能反映岷县漳县地震前，区域及震源区附近均产生与该地震孕育、发生有关的构造运动或应力增强作用。3）重力场1a尺度动态变化图像和差分动态演化图像均反映岷县漳县6.6级地震孕育过程的最后2a出现较显著的流动重力异常变化，地震发生在NE向重力变化高梯度带上、重力变化零值线附近和等值线的拐弯部位。4）基于流动重力异常变化在岷县漳县6.6级地震前做过一定程度的中期预测，尤其是地点判定。
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et al.Gravty changes before the Menyuan,Qinghai MS6.4 earthquake of 2016 [J].2016年青海门源MS6.4地震前重力变化 [J]. |
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Earthquake geodesy and earthquake prediction:Progress,innovations and problems over fifty years [J].地震大地测量学及其对地震预测的促进——50年进展、问题与创新驱动 [J].
Earth science has entered a new era. A new branch of science-earthquake geodesy, has been preliminarily formed after fifty years of exploration, with the development of modern geodesy such as space technology integrated with the theory of seismology, geology, rock mechanics and complex dynamical system. Basic progress and questions are discussed from the perspective of scientific thought and practical effect. The precise multi-scale time-spacial monitoring system is set up to explore the new field of continental dynamics, and to get the unknown natural phenomenon. It is revealed that crustal deformation system in China mainland is a self-organizing dynamical system, earthquake is a transient behavior of self-adjusting for keeping long-term stability in the process of evolution.Earthquake has a predictable nature,but it is difficult to achieve fully deterministic prediction. It is possible to predict some of the earthquakes at present, although the long-term exploration is required.Some new ways, new models, new measures and new methods, advancing the innovation and getting out of difficulties for eurthquake prediction, are suggested on the basis of innovative scientific thinking.
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Active faulting pattern,present-day tectonic stress field and block kinematics in the east Tibetan Plateau [J].
This paper examines major active faults and the present-day tectonic stress field in the East Tibetan Plateau by integrating available data from published literature and proposes a block kinematics model of the region. It shows that the East Tibetan Plateau is dominated by strike-slip and reverse faulting stress regimes and that the maximum horizontal stress is roughly consistent with the contemporary velocity field, except for the west Qinling range where it parallels the striking of the major strike-slip faults. Active tectonics in the East Tibetan Plateau is characterized by three faulting systems. The left-slip Kunlun-Qinling faulting system combines the east Kunlun fault zone, sinistral oblique reverse faults along the Minshan range and two major NEE-striking faults cutting the west Qinling range, which accommodates eastward motion, at 1009000914 mm/a, of the Chuan-Qing block. The left-slip Xianshuihe faulting system accommodated clockwise rotation of the Chuan-Dian block. The Longmenshan thrust faulting system forms the eastern margin of the East Tibetan Plateau and has been propagated to the SW of the Sichuan basin. Crustal shortening across the Longmenshan range seems low (20900094 mm/a) and absorbed only a small part of the eastward motion of the Chuan-Qing block. Most of this eastward motion has been transmitted to South China, which is moving SEE-ward at 70900099 mm/a. It is suggested from geophysical data interpretation that the crust and lithosphere of the East Tibetan Plateau is considerably thickened and rheologically layered. The upper crust seems to be decoupled from the lower crust through a d0108collement zone at a depth of 1509000920 km, which involved the Longmenshan fault belt and propagated eastward to the SW of the Sichuan basin. The Wenchuan earthquake was just formed at the bifurcated point of this d0108collement system. A rheological boundary should exist beneath the Longmenshan fault belt where the lower crust of the East Tibetan Plateau and the lithospheric mantle of the Yangze block are juxtaposed.
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Variation of gravity field before and after Panzhihua MS 6.1 and Yaoan MS 6.0 Earthquakes [J].攀枝花6.1、姚安6.0级地震前后区域重力场变化 [J].
利用滇西地区重力观测资料，研究2008年8月30日四川攀枝花6.1级地震和2009年7月9日云南姚安6.0级地震前后区域重力场的动态演化特征。结果表明：重力观测资料较完整地反映了攀枝花6.1、姚安6.0地震孕育、发生过程中出现的流动重力前兆信息；重力场动态图像较清晰地反映了重力场由准均匀态-地震孕育到非均匀态发震的演化过程。据此，对攀枝花6.1级地震后的地震趋势作了判定，并在姚安6.0级地震前作了年度预报。
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Gravity measurements and their variations before the 2008 Wenchuan earthquake [J].
It was recognized 50 years ago that coseismic gravity changes take place during a large earthquake. In the past 30 years, there have been research efforts devoted to investigating possible associations between gravity variations and earthquakes in China. Before the Wenchuan (M(w) 7.9) earthquake, a group of researchers at the Second Crust Monitoring and Application Center of China Earthquake Administration noticed significant gravity changes in a region covering the well-known south-north earthquake belt in China and suggested in 2006 that the possibility for a major earthquake to occur near Wenchuan in either 2007 or 2008 was high. These researchers used gravity changes as the primary earthquake precursor to make the suggestion. In this article, we report the method used for repeated regional gravity survey, the procedures for gravity survey data analysis, and the characteristics of gravity variations before the Wenchuan earthquake that ruptured on 12 May 2008. Although gravity changes at a number of locations in the region surrounding Wenchuan were significant, more research is needed to investigate whether these gravity variations could be viewed as a precursor of the Wenchuan earthquake. Uncertainties in the reported gravity variations include inevitable measurement errors related to ground gravity surveys covering a large region, hydrologic effects on gravity, and the effects of vertical crustal movements on gravity. Other limitations of the data are that the density of the gravity observation stations is coarse and that the time intervals of the surveys were two to three years long. Based on these observations, we make several recommendations about data collection and data analysis procedures that would enhance future earthquake research using gravity monitoring data in China.
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Study on gravity change before and after Wenchuan MS 8.0 earthquake in the northeastern edge of Qinghai-Tibet block [J].汶川地震前后青藏高原东北缘重力场动态变化研究 [J].
通过对青藏高原东北缘重力观测资料进行整体平差计算,系统分析了该区重力场在汶川8.0级地震前后重力场的时空动态演化特征。研究结果表明,汶川地震的发生使青藏高原深部物质向北东运移,且部分通道受鄂尔多斯陆块的阻隔,青藏高原东北缘区域重力场出现大空间尺度的趋势性显著重力变化;汶川地震后,甘、宁、陕交界的六盘山断裂带与西秦岭北缘断裂带以及之间地区重力场出现显著的非均匀变化,该地区受汶川大地震的影响显著。
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Research on A Method for Identifying High Risk Areas of Large Earthquakes Based on Gravity Change[D] .基于重力异常变化的地震高风险区域预测方法研究[D] . |
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Coseismic effect simulation of the Yushu MS 7. 1 earthauake and absolute gravity inspection [J].
玉树MS7.1地震同震效应模拟与绝对重力检验 [J].
利用玉树震后地质调查获取的地表破裂位移,参考余震精定位结论以及地震波和InSAR反演结果,构建了玉树MS7.1地震发震断层模型。基于弹性-粘弹分层介质模型中平面矩形位错理论,考虑介质自重的影响,模拟了玉树地震同震形变和重力变化。图像显示,玉树绝对重力点刚好位于同震重力变化极值附近,变化量达到25.02×10-8m·s-2。通过对震前重力变化以及对两台FG-5绝对重力仪的一致性进行讨论,认为实测玉树台27.2×10-8m·s-2为同震重力变化,这与基于位错理论的同震模拟结果一致,是对位错理论近场变化的1次很好的验证。
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Constraining the focal mechanism of the Iquiquc earthquake with observations of the continuous gravity stations [J].利用连续重力观测约束2014智利Iquique地震的震源机制解 [J].
2014年4月1日,智利北部Iquique地区近海发生MW8.1地震,地震发生之后,国际上一些著名的地震科研机构和学者采用不同的数据和方法计算得到此次地震的震源机制解,但这些结果存在较大差异.地球长周期自由振荡的振幅主要依赖于地震矩的大小及地震断层的破裂方式,可以很好地约束地震震源机制.因此,本文根据2014年Iquique地震现有的6个不同震源机制解模拟计算了该地震激发的自由振荡信号,并与全国连续重力台网中16个弹簧重力仪的观测结果进行比对,基于1.5～5.3mHz的球型简正模分析和约束了Iquique地震的震源机制解.研究发现,基于美国地质调查局WPhase Moment Tensor Solution反演的震源机制解的自由振荡模拟值与实际观测符合最好,其相应的震级能较好反映Iquique地震释放的总能量,而利用海啸数据反演的标量地震矩偏小,联合远场和近场长周期观测数据反演可显著改善震源机制解.另外,还基于格尔木重力台站的模拟值与观测值定量分析了不同震源机制解参数对自由振荡振幅的影响.结果表明地震的标量地震矩M0对自由振荡振幅的影响最大,而断层走向、倾角、滑动方向角和震源深度对自由振荡的振幅影响相对较小.
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Absolute and Relative Gravimetry [M]. |
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Observational evidences for the speed of the gravity based on the Earth tide [J].
We have found that the current practical Newtonian formula for the gravity tide of the Earth implies a hypothesis that gravity travels at the speed of light; furthermore, we have derived and solved the propagation equation of gravity using the observation data of Earth tides from Shiquanhe and Wushi, after correction of phase lag due to the anelasticity of the Earth, and found that the speeds of gravity are from 0.93 to 1.05 times the speed of light with a relative error of about 5%. This provides first set of strong evidences to show that the speed of gravity is the same as the speed of light.
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Gravity instruments:Past,present,future [J]. |
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A superconducting gravity gradient exploration system [J].超导重力梯度勘探系统 [J].
超导重力梯度仪具有高灵敏度、高分辨率、性能稳定和宽动力范围等优点,它涉及的学科很多,研发难度相当大。以Maryland大学研制的低温超导重力梯度仪为例,讨论了超导加速度计、超导电路、线性加速度计、角加速度计、低温恒温器等超导重力梯度仪主要构成部件的组成和测量原理,并介绍了其预期的性能和主要的误差源。
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Measurement accuracy analysis of the CG-5 relative gravimeter [J].CG-5型相对重力仪测量精度分析 [J].
主要介绍了相对重力测量原理、计算和改正方法，并对CG-5型相对重力仪的特点和使用方法进行了简要地说明。采用LCR型、Z400、CG-5三种类型相对重力仪进行同期动态试验，根据动态试验结果，对CG-5型相对重力仪的测量精度进行了分析和总结。得出了该仪器的动态观测精度优于10×10-8m／s2，结论说明该仪器能够满足陆态网络设计的精度要求。
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The automated Burris gravity meter—A new instrument using an old principle [ |
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Report of GGP activities to commission 3, completing 10 years for the worldwide network of superconducting gravimeters [M] |
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High resolution analysis of the gravest seismic normal modes after the 2004 Mω=9 sumatra earthquake using superconducting gravimeter data [J].
【Key Words】：
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Progress status of the experimental study on tidal gravity in China [J].我国重力固体潮实验研究进展 [J].
综述了我国重力固体潮研究领域的相关成果，包括积累大量观测数据，建立国际潮汐基准和独立的国际标定系统，利用小参数扰动法发展了地球潮汐理论模型，用计算机演绎法实施潮汐位展开，用残差信号对数据作预处理，用小波分析方法设计滤波器，用远近区结合法解算海潮负荷，用大气重力格林函数法解算气压对重力场观测的影响，测定了地球的近周日自由摆动参数，将固体潮汐研究成果应用于地震和重力测量，对重力仪进行静电反馈改造，精密测定了仪器相位滞后和对超导重力仪进行了标定等内容，讨论了今后研究展望。
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Accurate determination of scale value of gPh058 gravimeter by use of observations with SGC053 superconducting gravimeter [J].用SGC053超导重力仪观测资料对gPh058重力仪格值的精密测定 [J].
利用中国地震局武汉引力与固体潮观测站SGC053超导重力仪与gPh058重力仪的同址观测资料，采用切比雪夫多项式模型，利用同址比测方法对gPh058重力仪格值系数进行精密测定。对同址比测方法中的多项式阶数、采样数、采样时段3个可能影响格值系数的因素分析结果表明，重力仪的稳定情况是采样时段3个因素中影响最大的。计算不同采样时段的格值系数，取其加权均值作为gPh058的格值系数为：1.008 4±0.00 09×10 -8 ms -2 /mV。格值系数的测定前后同址观测数据的分析表明：测定后gPh058重力仪可获得与超导重力仪相近的潮汐参数。经SGC053同址观测数据的漂移改正，残差周日波和半日波振幅只有测定前的1/4,而残差变幅只有±7×10 -8 ms -2。虽然gPh058重力仪出厂前进行过标定，然而同址观测测定所获得的格值系数更加可靠。
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Accurate determination of the calibration factor of iGav-007 superconducting gravimeter [J].iGrav-007超导重力仪格值的精密测定 [J].
iGrav超导重力仪是当前世界上最新型的便携式相对重力仪,可提供最稳定和最高精度的连续相对重力测量。利用武汉九峰台站FG5-112绝对重力仪与iGrav-007超导重力仪连续3天的同址观测结果,基于最小二乘线性回归和迭代算法,精密确定iGrav-007的格值。数据处理结果表明,iGrav-007的格值为(-91.640 2±0.085 2)×10-8 m·s-2/V,相对标定精度为0.092 9%,连续1天的FG5绝对重力观测获得的格值精度优于0.2%,连续3天的FG5绝对重力观测获得的格值精度优于0.1%。
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Application of atomic interferometers in gravimetry [J].
With the development of laser fountain cooling and technologies for the control of the motion of atoms in Russia it has become possible to create atomic interferometric gravimeters with accuracy characteristics comparable to those of free-fall corner-reflector gravimeters. The short-term stability of the atomic gravimeters exceeds that of existing gravimeters.
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et al.A mobile high-precision absolute gravimeter based on atom interferometry [J].
We present the new mobile and robust gravimeter GAIN (Gravimetric Atom Interferometer), which is based on interfering ensembles of laser cooled 87 Rb atoms in an atomic fountain configuration. With a targeted accuracy of a few parts in 10 10 for the measurement of local gravity, g, this instrument should offer about an order of magnitude improvement in performance over the best currently available absolute gravimeters. Together with the capability to perform measurements directly at sites of geophysical interest, this will open up the possibility for a number of interesting applications.
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Measurement principle and development status of high precision gravimeters [J].高精度重力仪的测量原理与发展现状 [J]. |
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Contrast test of FG5x-246 absolute gravimeter with FG5 [J].FG5x-246与FG5 绝对重力仪比对测量实验 [J]. |
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Indication of uplift of Ardenne in long term gravity variations in Membach(Belgium) [J].
We report on the results of 7 yr of collocated gravity observations made with an FG5 absolute (AG) gravimeter and a GWR C-Series superconducting gravimeter (SG) located at the Membach Geophysical Station in eastern Belgium. The SG gravity residuals track changes in gravity periodically observed by the AG, at the microgal level. Further, in the SG residual signal we distinguish a quasi-seasonal term that can be mostly explained by variations in local water storage effects. In the AG time-series we observe a small trend in the gravity of 0908080.6 00± 0.1 0204Gal yr 0908081 perhaps indicating that the Membach Station is being displaced upwards by about 3.0 mm yr 0908081 . An uplift of the region is confirmed by Global Positioning System (GPS) measurements performed 3 km away. We are able to explain the features in the gravity time-series in terms of water storage variability, post-glacial rebound and tectonic activity.
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Analysis of repeat absolute gravimetric results at Chengdu seimo-station [J].成都基准台绝对重力复测结果分析 [J].
2007年4月—2008年6月，用FG5/232、FG5/214绝对重力仪在成都地震基准台的绝对重力基准点进行了5次绝对重力重复观测，每次观测结果的标准偏差均小于±2×10 -8 ms -2，证明该绝对重力基准点环境噪声干扰小，地质条件稳定；通过对观测数据的处理和分析认为，2007年12月绝对重力值较2007年4月增大5×10 -8 ms -2，汶川大地震发生后，重力整体变化趋势为下降、略有升高起伏状态，但仍未恢复。
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Final report on the seventh international comparison of absolute gravimeters,ICAG2005 [J].
The Bureau International des Poids et Mesures (BIPM), Sevres, France, hosted the 7th International Comparison of Absolute Gravimeters (ICAG) and the associated Relative Gravity Campaign (RGC) from August to September 2005.;ICAG 2005 was prepared and performed as a metrological pilot study, which aimed:;(1) To determine the gravity comparison reference values;;(2) To determine the offsets of the absolute gravimeters; and;(3) As a pilot study to accumulate experience for the CIPM Key Comparisons.;This document presents a complete and extensive review of the technical protocol and data processing procedures. The 1st ICAG-RGC comparison was held at the BIPM in 1980-1981 and since then meetings have been organized every 4 years.;In this paper, we present an overview of how the meeting was organized, the conditions of BIPM gravimetric sites, technical specifications, data processing strategy and an analysis of the final results. This 7th ICAG final report supersedes all previously published reports.;Readings were obtained from participating instruments, 19 absolute gravimeters and 15 relative gravimeters. Precise levelling measurements were carried out and all measurements were performed on the BIPM micro-gravity network which was specifically designed for the comparison.
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Results of the European comparison of absolute gravimeters in Walfdange Novernber 2007 [J].
Abstract The second international comparison of absolute gravimeters was held in Walferdange, Grand Duchy of Luxembourg, in November 2007, in which twenty absolute gravimeters took part. A short description of the data processing and adjustments will be presented here and will be followed by the presentation of the results. Two different methods were applied to estimate the relative offsets between the gravimeters. We show that the results are equivalent as the uncertainties of both adjustments overlap. The absolute gravity meters agree with one another with a standard deviation of 2 gal (1 gal = 1 cm/s2).
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Analysis of comparison results of FG5 absolute gravimeters 232/240 [J].FG5绝对重力仪232/240比对观测结果分析 [J]. |
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et al.Results of the second contrast observation of absolute gravimeters [J].中国绝对重力仪第二次比对测量 [J].
根据陆态网络(CMONOC)技术规程，参加绝对重力测定任务的绝对重力仪需在观测任务开始前进行比对观测，用以检验绝对重力仪的观测精度及稳定性，以及绝对重力仪之间的系统偏差，为评估观测结果提供参考依据。2013-06，相关单位的绝对重力仪在武汉4个绝对重力点上进行比对观测。结果显示,各个仪器的偏差均优于±2\(\times\)10-8ms-2，能够满足CMONOC绝对重力测量的要求。
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et al.Performing design of micro Gal gravimeter of type DZW-II [J].DZW-II型微伽重力仪的改进设计 [J].
在第一代DZW-Ⅰ重力仪基础上,采用新的机电一体的数字智能化设计,研制出改进的DZW-Ⅱ型重力仪.介绍了DZW-Ⅱ型重力仪的基本原理,对仪器使用过程中出现的问题进行分析,改进和优化仪器设计,进一步提高了仪器的可靠性和稳定性.
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Crustal movement observation network of China [J].中国地壳运动观测网络 [J]. |
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et al.Development of the crustal movement observation network in China and its applications [J].中国地壳运动观测网络的建设及应用 [J]. |
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et al.Construction and development of digital seismograph networks in China [J].中国数字地震台网的建设与发展 [J].
"十五"(2001—2005年)期间,中国地震观测系统得到了迅速的发展,中国地震局完成了"中国数字地震观测网络"项目建设,将所有模拟地震观测系统全部进行了数字化改造,并新建了一些数字化地震台站,标志着中国的地震观测已进入数字时代.本文介绍了新一代国家数字地震台网、区域数字地震台网、火山数字地震台网和流动数字地震台网的规模、布局原则和主要功能.
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et al.Construction and application of tectonic and environmental observation network of mainland China [J].中国大陆构造环境监测网络的建设与应用 [J]. |
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The gravity change over Sichuan-Yunnan region in 2010-2013 and the earthquake monitoring ability of the gravimetric network [J].川滇地区2010—2013年重力变化及重力网的地震监测能力 [J].
研究了当前川滇地区重力网的分形特征，发现其分形维数为1.43~1.62，对应格网距为30~60 km，具备了监测Ms5.0级以上地震的能力。选择20′（约37 km）的格网间距，对研究区域内2010~2013年的重力变化数据进行格网化，并分析重力变化与地震的关系。虽然经历了芦山Ms7.0级地震的能量释放，但是龙门山断裂带西南段与鲜水河断裂带东南段交叉地带仍然存在较强重力变化，对该区域的震情需继续加强监测。
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et al.Establishment of absolute gravity datum in CMONOC and its application [J].陆态网络绝对重力基准的建立及应用 [J].
利用陆态网络100个基准站的首期观测数据,建立了基本覆盖我国大陆范围的高精度绝对重力基准,各基准站点值精度均小于5.0μGal/a,为相对重力联测提供了高精度起算基准点,可获得真实的相对重力联测平差结果,避免重复重力观测获得的重力场动态变化图出现畸变。成都基准台重复重力观测获得的重力变化规律表明,汶川地震前长期重力变化率达5.01±0.7μGal/a,如此大的震前重力变化很可能是由于地下物质运移引起的。联合绝对重力和GRACE卫星长期测量数据,根据二者系统偏差确定了武汉地区的地壳沉降速率,为-3.27±0.65mm/a。
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et al.Contrast test of A10/028 absolute gravimeter with FG5 [J].A10/028与FG5绝对重力仪比对测量试验 [J].
介绍A10/028与FG5绝对重力仪两次比对测量试验的情况，并分析其结果。结果显示，绝对重力仪A10/028与FG5观测结果之间没有明显差异，在±5\(\times\)10-8 ms-2之内，二者一致性较好；A10/028抗干扰能力较强，测量结果重复性较好，内符合测量精度为±(2~3)\(\times\)10-8 ms-2。
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et al.Initial value measurement and data analysis of Lingshan gravity baseline field in land network [J].陆态网络灵山重力基线场初值测定与数据分析 [J].
介绍了灵山重力基线重力观测情况,并对观测结果进行了分析。分析结果表明,相对重力联测成果互差优于40.0×10-8ms-2,绝对重力观测成果中误差优于5.0×10-8ms-2,重力垂直梯度观测成果中误差优于3.0×10-8ms-2,最终各点成果精度优于5.0×10-8ms-2,满足中国大陆构造环境监测网络的技术要求,可供相关项目重力仪标定使用。
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Gravity change detected by repeated absolute gravity measurements in the western Yunnan and Lhasa China and its implication [J].重复绝对重力测量观测的滇西地区和拉萨点的重力变化及其意义 [J].
根据近年来在滇西地区和西藏拉萨绝对重力点上的一些新的绝对重力重复观测结果 ,对1990年以来在这些点上绝对重力重复观测结果进行了分析. 滇西地区的5个绝对重力观测 点的近10年的重复观测结果表明，大部分观测时段没有出现与地球动力学事件有关的重力变 化，只有丽江和洱源2个绝对重力观测点的观测结果显示丽江地震前后有变化. 为了研究该 重力变化的原因，本文正演模拟了出现重力变化期间丽江地震同震位错引起的重力变化，模 拟结果与实际观测结果有较好的一致性. 西藏拉萨近10年以来的重复观测结果给出了拉萨点 的绝对重力值以-1.82±0.9×10-8m·s-2·a-1速率下降，这从重力学 的角度反映出青藏高原的隆升. 对拉萨点的重力变化机制进行了探讨，根据印度板块与欧亚 大陆俯冲模型计算的拉萨点重力变化速率与观测到的重力变化速率较一致，表明现今拉萨地 区重力变化是由于印度板块与欧亚大陆俯冲所引起. 根据印度板块向欧亚大陆俯冲的位错模 型计算的拉萨点的重力变化与地表垂直位移的关系，将重力变化转换为拉萨点的隆升速率为 8.7mm/a.
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Gravity change and subsidence of Taiyuan Basin [J].现今太原盆地重力变化与地表沉降 [J].
利用重力复测资料和绝对重力资料分析太原盆地垂直形变趋势，结果显示：太原盆地垂直形变现今表现为沉降，且沉降速率呈下降趋势。2001—2006年太原盆地整体以21.8 mm/a的速率沉降，是继承性沉降和地下水开采引起的地表沉降的综合效应；2009年以来断陷盆地北端的晋祠地区沉降速率约为6.6 mm/a，以继承性沉降为主。
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Vander Hilst R D, et al.A geological and geophysicalcontext for the Wenchuan earthquake of 12 May 2008,Sichuan,People’s Republic of China [J].
ABSTRACT On 12 May 2008, a magnitude 7.9 earthquake ruptured the Longmen Shan margin of the eastern Tibetan plateau. This event occurred within the context of long-term uplift and eastward enlargement of the plateau. The area has numerous geological features not typical of active convergent mountain belts, including the presence of a steep mountain front (>4 km relief) but an absence of large-magnitude low-angle thrust faults; young high topography (post ca. 15 Ma) and thickened crust but low global positioning system (GPS) shortening rates (<3 mm/yr); and no coeval foreland subsidence. In our interpretation, crustal thickening beneath the eastern Tibetan plateau occurred without large-scale shortening of the upper crust but instead is caused by ductile thickening of the deep crust in a weak (low-viscosity) layer. Late Cenozoic shortening across the Longmen Shan could be as little as 10?20 km, with folding and faulting mainly accommodating differential surface uplift between the plateau and the Sichuan Basin. The earthquake of 12 May probably reflects long-term uplift, with slow convergence and right-slip, of the eastern plateau relative to the Sichuan Basin. GPS-determined rates in the vicinity of the 12 May event suggest an average recurrence interval of ?2,000?10,000 yr.
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Analysis of instrument performance and hydrology response of gPhone meters at Shisanling seismic station [J].十三陵地震台gPhone重力仪的仪器性能与水文响应分析 [J].
对安置于十三陵地震台的两台gPhone重力仪（109、118号）在2013-04~08的连续观测数据进行潮汐分析和提取重力残差处理。结果表明，gPhone重力仪监测到降水导致μGal量级的重力变化|gPhone重力仪获取的二阶重力残差变化与距离十三陵地震台15 km的沙河地震台静水位变化之间存在4 d左右延迟的正相关对应关系，显示了地下水位观测对重力观测解释的必要性。因此，有必要对我国的连续重力观测网补充地下水位观测，提高连续重力观测的数据处理精度。
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Gravity Study on Crustal Structure and Material Migration Beneath the Eastern Tibetan Platrau[D] .青藏高原东缘地壳结构与物质运移的重力研究[D] . |
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Study on a gravity precursor sormode of Lijiang earthquake with MS=7.0 [J].丽江7.0级地震重力前兆模式研究 [J].
为了研究1996年丽江MS7.0地震前地震孕育过程或前兆表现, 利用滇西地震实验场内高精度重复重力观测数据, 结合地质调查和地球物理推断结果, 并考虑到观测数据和模型粗差, 采用稳健或抗差-贝叶斯最小二乘算法和多断层位错模型, 首次初步反演获得了研究区主要活动断裂滑动的时间变化分布. 结果表明, 1990～1997年断层运动的时间变化, 较好地反映了1996年丽江MS7.0地震孕育过程. 其主要前兆模式图象具有主震余震型特征, 遵循地壳内部密度和地壳形变耦合运动模式(简称DD耦合运动模式).
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et al.Mechanism of precursory gravity change before Yaoan MS6.0 earthquake in 2009 [J].2009年姚安MS6.0地震重力场前兆变化机理 [J].
利用2009年姚安Ms6.0地震前滇西实验场流动重力网2005—2009年9期复测数据，给出了区域重力场差分和累积动态变化图像。分析研究表明：1)重力场动态演化图像大体反映出震前地壳物质运动状态，累积动态变化更能反映区域构造运动与断裂构造作用，差分动态变化有利于突出短期局部效应；2)姚安地震显著重力“前兆”标志为:震前约2年穿过震中的近南北向正负过渡重力梯级带和约半年的以震中区为中心重力场变化呈现局部相对上升与下降的对称四象限分布；3)震中西部震前约3年持续的正重力变化应有利于震源能量的积累；4)震中区相对变化四象限分布图像反映出孕震体先存剪应力，为此提出了“闭锁剪力”前兆模式。
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Relationship between gravity variation and seismic hazards in the western China [J].中国大陆西部重力场变化与强震危险性关系 [J].
本文基于中国大陆西部流动重力 测量获得的区域重力场变化数据,尝试对其进行多种位场变换,在一定空间尺度约束下定义了6种区域重力场变化指标量.在此基础上,以中国大陆2002年、 2005年和2008年等3期数据为研究对象,计算并统计了中国大陆西部MS≥6.0地震震中位置处震前重力场变化及各种导出参数值,尝试初步构建以地震 预报为目的的地震重力学科指标体系参数.研究结果表明,震前区域重力场变化与地震发生位置没有显著的统计关系,但是重力场变化的垂直梯度和解析信号模量具 有一定的地震预报意义,适合作为地震前兆异常使用.
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A network of superconducting gravimeters detects submicrogal coseismic gravity changes [J].
With high-resolution continuous gravity recordings from a regional network of superconducting gravimeters, we have detected permanent changes in gravity acceleration associated with a recent large earthquake. Detected changes in gravity acceleration are smaller than 10(-8) meters seconds(-2) (1 micro-Galileo, about 10(-9) times the surface gravity acceleration) and agree with theoretical values calculated from a dislocation model. Superconducting gravimetry can contribute to the studies of secular gravity changes associated with tectonic processes.
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Coseismic deformations detectable by satellite gravity missions:A case study of Alaska(1964,2002)and Hokkaido(2003)earthquakes in the spectral domain [J].
[1] Coseismic deformations observed on the Earth surface or modeled by conventional dislocation theory cannot be compared directly with those observed by gravity satellite missions because of the spatial resolution limit of the missions and the signal attenuation of the gravity field. Coseismic deformations in the spectrum domain should be considered instead. For this purpose the conventional dislocation theory [e.g., Sun and Okubo, 1993] for a spherical Earth model can be used because it is expressed in the form of a spherical harmonic. In this study, analytical expressions of degree variances of the coseismic geoid and gravity changes for shear and tensile sources are derived and calculated for three real earthquakes. Those results are compared with expected errors of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) to elucidate whether or not coseismic geoid and gravity changes are detectable by gravity satellite missions. Behaviors of the degree variances for four independent seismic sources are investigated. Results indicate that both the gravity and geoid changes are near two orders of magnitude larger than the precession of the gravity missions in low harmonic degrees. On the basis of these results, we derived the minimum magnitudes of earthquakes detectable by GRACE. We concluded that coseismic deformations for an earthquake with a seismic magnitude above m = 7.5 are expected to be detected by GRACE.
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Crustal dilatation observed by GRACE after the 2004 Sumatra-Andaman earthquake [J].
Abstract We report the detection of an earthquake by a space-based measurement. The Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellites observed a +/-15-microgalileo gravity change induced by the great December 2004 Sumatra-Andaman earthquake. Coseismic deformation produces sudden changes in the gravity field by vertical displacement of Earth's layered density structure and by changing the densities of the crust and mantle. GRACE's sensitivity to the long spatial wavelength of gravity changes resulted in roughly equal contributions of vertical displacement and dilatation effects in the gravity measurements. The GRACE observations provide evidence of crustal dilatation resulting from an undersea earthquake.
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Crustal dilation observed by GRACE after the 2004 Sumatra-Andaman earthquake [J].
Abstract We report the detection of an earthquake by a space-based measurement. The Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) satellites observed a +/-15-microgalileo gravity change induced by the great December 2004 Sumatra-Andaman earthquake. Coseismic deformation produces sudden changes in the gravity field by vertical displacement of Earth's layered density structure and by changing the densities of the crust and mantle. GRACE's sensitivity to the long spatial wavelength of gravity changes resulted in roughly equal contributions of vertical displacement and dilatation effects in the gravity measurements. The GRACE observations provide evidence of crustal dilatation resulting from an undersea earthquake.
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et al.Determination of earthquake epicentroids by inversion of gravity variation data in the BTTZ region, China [J].
During the last decade and a half, precise measurements of gravity variations have been carried out in the Beijing-Tianjin-Tangshan-Zhangjiakou (BTTZ) region in China. A possible seismogenic mechanism of a combined dilatancy model (CDM) for the BTTZ region has been proposed by . The model consists of the dilatancy-diffusion, the dilatancy-instability, and the fault-zone dilatancy models. Gravity variations in space and time associated with the model involve a tectonically stressed volume surrounding a small volume of an impending rupture (fault) zone. They refer to the center of effective mass of the total stress volume which is defined as `hypocentroid', the projection of which on the earth's surface is defined as `epicentroid'. This paper attempts to confirm the above stated concept of `epicentroid' associated with the fourteen earthquakes of magnitude mainly 4-5 which occurred in 1981-95 in the BTTZ region by means of a proposed least-squares inversion method, using observed gravity variation data. On the basis of the 1976 Tangshan earthquake, the 1989 Datong earthquake, and these fourteen earthquakes, an empirical relationship between the maximum variations of gravity and magnitude was first established. Iterative inversions of observed gravity variation data were then carried out. Inversion results show that (1) the separation of the epicentroids and epicenters range from 0 to about 40 km, (2) the epicenters of these fourteen earthquakes are generally located at the terminations of the faults or at the intersections of the faults, whereas the epicentroids are inevitably located within intact tectonic blocks, and (3) the epicentroid of an earthquake at least in the BTTZ region as attested appears to be determinable.
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The gravity variation during the breaking process in earth crust [J].地壳孕震过程的重力变化研究 [J].
根据民介质中的力学理论，推导了在地壳中存在微孔洞时介质的应力应变本构关系的表示公式，讨论了描述地壳中空洞形成过程的孕震模型参数，讨论了孕震模型参数的变化与地过介质状态的变化和地面重力变化的关系，并根据乘法分解理论推导了孕震过程计算重力变化的弹塑性递推计算方法，并采用ＧＴＮ模型进行了数值模拟。在此基础上，将数据配发生在１９９６年云南丽江Ｍｓ＝７．０地震前后的重力变化进行了对比分析，讨论了微孔洞的形成
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On gravity field variations and geodynamic characteristics in mainland of China [J]中国大陆重力场变化及其引起的地球动力学特征 [J].
利用中国地壳运动观测网络1998-2000年间绝对重力和相对重力观测资料获得中国大陆重力场空间动态变化结果，分析研究了1998-2000年中国大陆重力场变化及其特征。
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Dynamic variation of the gravity field in the Sichuan-Yunnan region and its implication for seismic risk [J].川滇地区重力场动态变化及其强震危险含义 [J].
基于川滇地区2011—2014年的重力复测资料,系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2012年云南彝良MS5.7、2013年四川芦山MS7.0、2014年云南鲁甸MS6.5和四川康定MS6.3地震发生的关系.结合GPS、水准观测成果和区域地质构造动力环境,进一步研究了区域重力场变化的时空分布特征及其机理,讨论了近期区域重力场动态变化的强震危险含义.结果表明：①重力变化与川滇地区断裂构造活动存在密切空间联系,重力变化较好地反映了伴随活动断层的物质迁移和构造变形引起的地表重力变化效应.②重力资料对测区内2012年以来发生的4次MS5.7以上强震均有较好反映,地震前震中区及其附近观测到明显的区域性重力异常及重力变化高梯度带,可能是地震孕育过程中观测到的重力前兆信息.③区域重力场动态演化大体反映了青藏高原物质东流的动态效应,龙门山断裂带地壳受挤压隆起、面压缩率和重力上升变化的特征最为显著.④重力场的空间分布及其随时间变化与地壳垂直与水平运动及地质构造活动等观测结果有一定的对应关系,强震易发生在重力变化四象限分布中心地带或正、负异常区过渡的高梯度带上,研究区的一些重力异常部位仍存在中-长期大震危险背景.
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Spatial-Temporal gravity changes before the Ludian MS6.5,Lushan MS7.0 and Wenchuan MS8.0 earthquakes [J].鲁甸MS6.5、芦山MS 7.0、汶川MS8.0地震前区域重力场时变 [J].
利用川滇地区不同时-空尺度的重力复测资料, 系统分析了区域重力场时-空动态变化及其与2014年云南鲁甸MS6.5、2013年四川芦山MS7.0和2008年四川汶川MS8.0地震发生的关系。结果表明: 1)强震发生前, 重力场出现较大空间范围的区域性重力异常及与测区主要断裂构造带走向基本一致的重力变化高梯度带, 可能反映地震前区域应力场的增强及沿主要断裂带在地震孕育发生期间发生了引起地表重力变化效应的构造活动或变形;2)多时-空尺度的重力场动态变化图像均出现较显著的相对重力异常变化, 随着累计时间的增长, 重力变化更为显著, 可视为强震的中期前兆信息, 强震主要发生在重力场变化分布差异较为剧烈的地区;3)重力场动态变化对强震的地点预测具有重要指示作用, 大区域重力网能较好地判断强震主体地区, 时-空分辨率较高的省局区域重力网能较好地判定强震发震地点, 为更好地判定强震发震位置, 则需要相应的更密集的观测网点控制;4)文章第一作者在汶川、芦山、鲁甸地震前的中期预测尤其是地点预测均取得较好成效。基于上述认识, 进而强调在研究区形成的一些重力变化异常部位可能仍存在大震中-长期危险背景, 需继续加强监视。
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Seismogenesis and occurrence of earthquakes as observed by temporally continuous gravity variations in China [J]. |
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Earthquake epicentroids in the Beijing-Tianjin-Tangshan-Zhangjiakou region inversed by gravity variation data [J].
Introduction Since the 1960s, gravity changes associated with seismogenesis and earthquake occurrences have been found by many researchers and various physical mechanisms have been proposed to explain these relationship (MEI, 1993; Chen, et al, 1979; Li,
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On fault deformation and geodynamic characteristics durring seismogenic progress of Yongdeng Mw5.8 earthquake [J].永登5.8级地震孕育发生过程中的断层形变与重力场动态图像特征 [J].
初步研究了１９９５年７月２２日甘肃永登５．８级地震孕育发生过程中的断层形变异常和重力场、垂直形变场动态演化特征。孕震过程中近源区有３外断层形变呈α，β，γ相变化异常，外围区１９９３年以来先后有１０余处场地断层形变出现台阶、突跳等异常。流动重力监测到震肖出现的高值异常区、同震效应及震后恢复正常的演化过程等。资料反映了孕震过程中近源区断层运动由准线性走向非线性的过程，重力场变化由孕育、发震过程的非均匀
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et al.Fault deformation anomaly and intermediate and short-term prediction of the Jingtai MS5.9 earthquake [J].景泰5.9级地震的断层形变异常及中短期预报 [J].
初步研究了 2 0 0 0年 6月 6日甘肃景泰 5.9级地震蕴育过程中近源区及外围地区断层形变异常的时空分布特征 :震前断层形变异常分布范围广、异常形态复杂 ,断层形变 (应变 )类信息指标图象异常区明显 .不同地域断层形变异常形态及幅度存在显著差异 ,与异常所处的构造部位密切相关 :海原断裂带西段出现的α,β,γ相断层形变异常 ,显示了近源区断层运动由准线性走向非线性的过程 ,与断层形变 (应变 )类信息指标高值异常区相配合 ,反映蕴震区应变积累程度高 ;而构造汇聚部位的六盘山断裂带等远场区较大幅度的突跳尖点异常 ,并不反映所在地的应变积累 ,而可能是蕴震过程区域构造应力场增强的一个标志 .在此基础上 ,结合对景泰 5.9级地震中短期预报经验教训的初步总结 ,研究和探讨了断层形变异常在震情判定中的应用
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Dynamic gravity change before and after earthquake of MS8.1 occurred in west to Kunlun Mountain pass [J].昆仑山口西8.1级大震前后重力场动态变化 [J]. |
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Study on present-day vertical crustal movement in western Sichuan [J].川西地区现今垂直地壳运动研究 [J].
地处川滇菱形活动地块中、北部的川西及邻区,是青藏高原物质大规模东南方向运动的重要通道,也是青藏高原上新世以来大幅隆起的重要延伸区和影响区.利用川西及其邻区1970年至2006年的多期水准观测资料,采用以相邻水准点间高差变化速率为观测值的垂直形变网平差方法,获得了川西地区近30年来的长期地壳垂直运动速度场图像.结果表明,相对稳定的四川盆地,川西地区现今仍处在差异性的快速隆升阶段,其中:(1)位于泸定、雅江之间的高尔寺山地区现今隆起速率为3.0~4.0mm/a,位于雅江、理塘之间的剪子弯山-卡子拉山地区的现今隆起速率为4.0~4.8mm/a,而位于理塘、中甸之间的沙鲁里山、大-小雪山地区,其现今隆起速率为3.0~4.0mm/a.(2)位于鲜水河断裂带东南端的贡嘎山区,其相对四川盆地的现今隆起速率至少为5.8mm/a,相对安宁河谷地的隆起速率也不小于3.0~4.0mm/a,贡嘎山隆升速率之大可与喜马拉雅山5~10mm/a的隆起速率相媲美.(3)大凉山地区的现今隆起变形主要集中在安宁河断裂带与大凉山断裂带之间的块体上,相对四川盆地的隆起速率为2.5~3.0mm/a.(4)位于川滇菱形地块中部的丽江、永胜、攀枝花地区,相对四川盆地表现为?2.0~?1.0mm/a的下降运动,其相对下降运动与GPS地壳水平运动所表现出的东西向拉张变形特征相一致.(5)综合GPS、水准、大地电磁测深等观测资料分析认为,川西地区尤其是贡嘎山脉的现今快速隆升运动,可能与下地壳塑性流的受阻增厚密切相关,而川滇菱形地块中南部的东西向拉张和下沉变形,则可能与喜马拉雅东构造结地区下地壳塑性流的南东、南西向分叉运动有关.
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Analysis of crustal vertical deformation before and after Wenchuan MS8.0 earthquake [J].汶川8.0级地震前后地壳垂直形变分析 [J].
利用汶川8.0级地震周边区域水准、跨断裂水准资料，分析了汶川Ms8.0地震前后的地壳垂直形变。结果表明:震前，区域垂直形变表现出某种阶段性，升降差异运动由剧烈向减弱变化，龙门山断裂活动也由活跃向闭锁转换；震后，地震影响主要沿龙门山断裂带向北东方向扩展，余震区附近同震形变显著。
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The dynamic process of regional crustal movement and deformation before Wenchuan MS8.0 earthquake [J].汶川8.0级地震前区域地壳运动与变形动态过程 [J].
<FONT face=Verdana>利用GPS等观测资料研究了2008年汶川8.0级地震前的区域地壳运动与构造变形、应变积累，以及大区域地壳运动微动态变化过程，结合同震位移场分布等分析、讨论了汶川地震前近10年区域地壳变形的表象所反映的大震孕震最后阶段的物理过程.结果表明，发生汶川8.0级地震的龙门山断裂带1999～2004年相对稳定的华南地块无明显的相对运动，2004～2007年有一定程度的相对运动显示，以右旋活动为主，年速率为1.6mm/a.龙门山断裂带西北侧的巴颜喀拉地块东部为右旋剪切为主兼有推挤的大尺度缓慢变形状态，右旋扭动变形率为2.1±0.2(10-8/a)，地壳总体缩短变形率为-0.7±0.1(10-8/a).由GPS基准站资料计算的基线时间序列显示，2005年以来大尺度北东向地壳缩短的相对运动明显增强，青藏块体相对华南地块的北东向运动明显增强.对汶川大地震前应变积累的特殊性等问题进行了初步讨论，分析认为，汶川大地震的发生是四川盆地西缘的龙门山断裂带受到其西侧巴颜喀拉地块推挤导致大尺度、长时期、缓慢的地壳应变积累的结果.在发震前不仅龙门山断裂带为显著闭锁状态，且孕震区域可能存在地壳弹性变形趋于极限后难以发生变形的相持阶段，大尺度地壳运动与动力环境的动态变化对汶川大地震的发生有促进影响.</FONT>
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Comparison between possible seismic precursors found before the 2008 M8.0 Wenchuan and the 2013 M7.0 Lushan earthquakes [J].芦山M7.0级与汶川M8.0级地震前兆异常对比 [J].
清理了芦山M7.0级地震和汶川M8.0级地震前四川报告的前兆异常资料。两次强震前,地震活动性资料显示,龙门山断裂南段、鲜水河断裂南段至三岔口地区、华蓥山断裂附近至宁南—巧家、盐源—宁蒗—永胜一带中小地震活动相对活跃;在四川及邻区,ML≥2.5级地震的地震活动因子A值、地震空间集中度C值和地震危险度D值都处于相对高值;长宁、珙县地区中等地震视应力偏高,芦山地震震中附近视应力偏高。芦山地震前以流动形变异常为多,中短期异常突出,异常幅度大,异常时间集中。汶川地震前,前兆异常以地下流体为多,中期异常居多,但异常幅度小且异常时间相对分散。两次强震前异常台项比相似,宏观异常出现在震前3个月时间范围内,汶川地震前的宏观异常项目数多于芦山地震前的。
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Dynamic variations of gravity and the preparation process of the Wenchuan MS8.0 earthquake [J].重力场动态变化与汶川MS8.0地震孕育过程 [J].
基于中国大陆1998～2007年（复测周期2～3年）流动重力观测数据，结合GPS、水准 观测成果和区域地质构造动力环境，分析研究了汶川8.0级地震区域重力场动态变化演化特征和孕震机理.结果表明：区域重力场动态演化大体反映了青藏高原物 质东流的动态效应和汶川大震孕育的中长期（2～10年）信息；汶川大震孕育的显著重力标志为震中西南持续多年的正重力变化（上升）和出现较大规模的重力变 化梯级带，前者有利于地震能量的不断积累，后者有利于地震剪切破裂的发生；与地震孕育相关重力场变化总体呈增大—加速增大—减速增大—发震的过程；8年累 积重力变化幅差最大约200×10^-8m·s^-2；2001年昆仑山口8.1级地震孕育发生和震后恢复调整，对区域重力场动态变化和汶川大震的孕育发 展具有重要影响；松潘—甘孜块体一般呈现负重力变化，可能反映深部壳幔局部上隆、壳内温度较高而膨胀，有利于逆冲或推覆体运动的形成和大震的发生.
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Deep processes and dynamic responses associated with the Wenchuan MS8.0 earthquake of 2008 [J].2008汶川MS8.0地震发生的深层过程和动力学响应 [J].
<FONT face=Verdana>量子遗传算法（QGA）以量子理论为基础，通过利用量子位编码代替经典遗传算法的二进制位编码，利用量子旋转门定向更新种群来代替传统方法中种群的选择、交叉和变异过程，使得算法具有一定的内在并行运算能力和量子的隧道效应，从而加快了搜索速度，改善了收敛速度，并具有更强的全局寻优能力.本文针对地球物理反演问题的非线性、多极值特点提出一套实现方案，通过理论模型和实测数据试验对比研究，表明量子遗传方法在大地电磁反演中的寻优质量和效果明显优于传统遗传算法.</FONT>
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et al.Deep processes and dynamic responses associated with the Wenchuan MS8.0 earthquake of 2008 [J].2008年汶川MS8.0地震发生的深层过程和动力学响应 [J].
汶川Ms8.0强烈地震发生在一条现今并不活动的龙门山构造带上,造成了以汶川、映秀为中心及其周边地域的严重破坏和人员的重大伤亡.然而强烈震发生前却未见有可能的确切征兆或浅表层异常活动,即浅层过程与地震发生的深层过程并不匹配.为此对这次强烈地震“孕育”、发生和发展的深层过程进行了分析和探讨,初步研究表明：①在印度洋板块与欧亚板块陆—陆碰撞、挤压作用下,喜马拉雅造山带东构造结向NNE方向顶挤、楔入青藏高原东北缘,迫使高原深部物质向东流展,在受到以龙门山为西北边界的四川盆地阻隔下,一部分物质则转而向东南侧向运移;②龙门山地带在地形上差达3500±500m左右,而地壳厚度在龙门山西北部为60±5km左右,四川盆地为40±2km左右,而龙门山地带与其东、西两侧相比则为地壳厚度变化幅度达15～20km的突变地域,即为应力作用的耦合地带;③中、下地壳和地幔盖层物质以地壳低速层、低阻层（深20～25km）为第一滑移面,以上地幔软流层顶面为第二滑移面,且在四川盆地深部“刚性”物质阻隔下,深部壳、幔物质以高角度在龙门山构造带和四川盆地的耦合地带向上运移（或称逆冲）,且在龙门山地表三条断裂构成的断裂系向下延伸到20km左右深处汇聚,二者强烈碰撞、挤压、震源介质破裂;在物质与能量的强烈交换下,应力得到释放,故形成了这次Ms8.0强烈地震.为此从深部初步揭示了这次强烈地震“孕育”、发生和发展的深层动力过程.
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From 2008 Wenchuan earthquake to 2013 Lushan earthquake [J].从汶川地震到芦山地震 [J]. |
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et al.Earthquake prediction:From Lushan earthquake to continental earthquakes [J].从芦山地震到大陆地震 [J]. |
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The gravity change over Sichuan-Yunnan region in 2010-2013 and the earthquake monitoring ability of the gravimetric network [J].川滇地区2010—2013年重力变化及重力网的地震监测能力 [J].
研究了当前川滇地区重力网的分形特征，发现其分形维数为1.43~1.62，对应格网距为30~60 km，具备了监测Ms5.0级以上地震的能力。选择20′（约37 km）的格网间距，对研究区域内2010~2013年的重力变化数据进行格网化，并分析重力变化与地震的关系。虽然经历了芦山Ms7.0级地震的能量释放，但是龙门山断裂带西南段与鲜水河断裂带东南段交叉地带仍然存在较强重力变化，对该区域的震情需继续加强监测。
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et al.Gravity variation observed by scientific expedition of Lushan earthquake [J].芦山地震科学考察观测到的重力变化 [J].
利用芦山地震科学考察流动重力观测成果及科考区域内其他流动重力观测资料，系统分析芦山地震前后重力场变化特征。结果表明：1）地震前，重力场变化显著异常特征主要表现为龙门山断裂带两侧正、负高值异常以及与龙门山、鲜水河、大凉山断裂平行或垂直的较大规模重力变化梯度带，与汶川地震前重力变化特征一致|2）地震后，重力场变化沿龙门山发生反向调整|3）中下地壳物质的生热、膨胀可能是松潘-甘孜块体震前重力变化的场源，并可能成为芦山地震及汶川地震的重要触发因素。
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