武漢九峰地震臺(tái)超導(dǎo)重力儀觀測(cè)分析研究

韋 進(jìn)，李 輝，劉子維，康開軒，郝洪濤

1中國地震局地震研究所（地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），武漢 430071 2武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079

武漢九峰地震臺(tái)超導(dǎo)重力儀觀測(cè)分析研究

韋 進(jìn)1，2，李 輝1，劉子維1，康開軒1，郝洪濤1

1中國地震局地震研究所（地震大地測(cè)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），武漢 430071 2武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，武漢 430079

連續(xù)重力觀測(cè)和GPS的技術(shù)結(jié)合能夠監(jiān)測(cè)到物質(zhì)遷移和地殼垂直形變之間的量化關(guān)系.和相對(duì)重力測(cè)量以及絕對(duì)重力測(cè)量技術(shù)相比，其避免了時(shí)間分辨率和觀測(cè)精度低，無法精細(xì)描述觀測(cè)周期內(nèi)的物質(zhì)遷移過程問題.本文利用武漢九峰地震臺(tái)超導(dǎo)重力儀SGC053超過13000h連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)；同址觀測(cè)的絕對(duì)重力儀觀測(cè)結(jié)果；氣壓數(shù)據(jù)；周邊GPS觀測(cè)結(jié)果；GRACE衛(wèi)星的時(shí)變重力場(chǎng)；全球水儲(chǔ)量模型等資料，采用同址觀測(cè)技術(shù)、調(diào)和分析法、相關(guān)分析方法在扣除九峰地震臺(tái)潮汐、氣壓、極移和儀器漂移的基礎(chǔ)上，利用重力殘差時(shí)間序列和GPS垂直位移研究物質(zhì)遷移和地殼垂直形變之間的量化關(guān)系.結(jié)果表明：在改正連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)的潮汐、氣壓、極移的影響后，不僅準(zhǔn)確觀測(cè)到2009年的夏秋兩季由于水負(fù)荷引起的約（6～8）×10－8m·s－2短期的重力變化.而且在扣除2.18×10－8（m·s－2）/a儀器漂移和水負(fù)荷的影響后，驗(yàn)證了本地區(qū)長短趨勢(shì)垂直形變和重力變化之間具有一致的負(fù)相關(guān)性規(guī)律.同時(shí)長趨勢(shì)表明該地區(qū)地殼處于下沉，重力處于增大過程，增加速率約為1.79×10－8（m·s－2）/a.武漢地區(qū)重力梯度關(guān)系約為－354×10－8（m·s－2）/m.

SGC053超導(dǎo)重力儀，F(xiàn)G5－232絕對(duì)重力，陸地水負(fù)荷，地殼垂直形變

1 引 言

由于近年來隨著大地震的頻發(fā)，導(dǎo)致地殼垂直形變和物質(zhì)遷移之間的關(guān)系的問題越來越成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)［1－3］.傳統(tǒng)的研究方法采用的是流動(dòng)重力測(cè)量方法對(duì)某地區(qū)進(jìn)行多年反復(fù)重力聯(lián)測(cè)，對(duì)多年來重力和地殼垂直位移的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得兩者之間的相互變化規(guī)律［4］.然而隨著GPS技術(shù)的不斷進(jìn)步，絕對(duì)重力測(cè)量精度不斷提高，該熱點(diǎn)問題又有了新的解決方案.中國科學(xué)院利用絕對(duì)重力測(cè)量、GPS觀測(cè)、GRACE等現(xiàn)代大地測(cè)量的方式證實(shí)了青藏高原隆升和阿拉斯加?xùn)|南部冰后回彈等的地球動(dòng)力學(xué)事件［5－6］.然而無論是上述的相對(duì)重力聯(lián)測(cè)法還是絕對(duì)重力測(cè)定法，都不可避免地遇到時(shí)間分辨率和觀測(cè)精度低下的問題，以至于無法精細(xì)描述測(cè)量周期內(nèi)的物質(zhì)遷移過程的問題.這些都給地球物理解釋帶來了極大的障礙和困擾.隨著生產(chǎn)工藝不斷進(jìn)步，一種高精度和高穩(wěn)定度的連續(xù)重力觀測(cè)儀－超導(dǎo)重力儀生產(chǎn)出來.中國科學(xué)院利用早期的超導(dǎo)重力儀檢測(cè)出海潮、極移、氣壓［7－8］對(duì)重力的影響，而且利用改正后的重力殘差來探測(cè)例如地球自由震蕩、Slichter模等可能加雜在環(huán)境噪聲內(nèi)的微弱信號(hào)［9－13］.與此同時(shí)，在 GPS、絕對(duì)重力、衛(wèi)星重力和全球水儲(chǔ)量模型［14－16］等現(xiàn)代大地測(cè)量方法和全球環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷應(yīng)用，超導(dǎo)重力儀不僅能連續(xù)穩(wěn)定地觀測(cè)到某地區(qū)的重力季節(jié)性變化，而且能夠分析該地區(qū)的地殼形變和重力變化之間中長期［17］相互關(guān)系.這為研究地殼運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)遷移之間關(guān)系這一熱點(diǎn)問題又提供了新的觀測(cè)手段和分析方法.

本文利用SGC053超導(dǎo)重力儀上正式觀測(cè)到首次進(jìn)行冷頭維護(hù)的超過1年半的觀測(cè)數(shù)據(jù)（13000h），結(jié)合臺(tái)站氣壓數(shù)據(jù)，絕對(duì)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)，周邊的GPS觀測(cè)結(jié)果，衛(wèi)星重力和全球水儲(chǔ)量等輔助監(jiān)測(cè)手段，在改正了武漢九峰地震臺(tái)環(huán)境因素，儀器漂移的影響后，研究武漢地區(qū)的地殼垂直運(yùn)動(dòng)和地下物質(zhì)遷移之間中短期量化關(guān)系.

2 超導(dǎo)重力儀的潮汐分析

由于地殼垂直運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)遷移對(duì)研究地震有重要意義，2009年中國地震局?jǐn)?shù)字地震觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目引進(jìn)了由美國GWR公司生產(chǎn)的型號(hào)為SGC053的超導(dǎo)重力儀安裝在武漢九峰地震臺(tái)觀測(cè)室中.臺(tái)站配備了氣壓、溫度和降雨三要素作為輔助觀測(cè).該儀器于2008年9月13日開始安裝，9月26日完成安裝測(cè)試.運(yùn)行穩(wěn)定后于2009年2月開始正式連續(xù)重力觀測(cè).

2.1 SGC053的潮汐分析

SGC053采用重力和氣壓同址觀測(cè)，采樣率均為1s/次.觀測(cè)數(shù)據(jù)的降采樣采用的是加漢寧窗的數(shù)字低通濾波器將秒采樣數(shù)據(jù)濾波為分鐘采樣，再利用國際固體潮中心推薦的軟件系統(tǒng)在重力殘差時(shí)間序列上對(duì)諸如缺記部分、地震影響部分的數(shù)據(jù)采用線性或者3次多項(xiàng)式擬合，以減小或者消除非中長周期因素對(duì)殘差時(shí)間序列的影響，最后恢復(fù)預(yù)處理后的分鐘值固體潮觀測(cè)數(shù)據(jù).本文采用國際固體潮中心推薦的ETERNA33潮汐分析軟件對(duì)武漢臺(tái)SGC053的2009年2月16日至2010年07月23日連續(xù)觀測(cè)預(yù)處理的整時(shí)值資料進(jìn)行分析.同時(shí)利用VAV03潮汐分析軟件進(jìn)行比較（分析結(jié)果見表1）.

表1 VAV03、ETERNA33主要潮波的振幅因子及其相位Table 1 Harmonic analytical results and their comparison of tidal gravity parameters between VAV03and ETERNA33

從潮汐分析結(jié)果表明：兩套分析軟件所獲得的潮汐參數(shù)和白噪聲水平基本一致，SGC053觀測(cè)到的白噪聲約為（±1.14～1.40）×10－8m·s－2；而最優(yōu)潮汐參數(shù)結(jié)果能夠達(dá)到0.1‰以上的精度.這表明，在九峰臺(tái)±1×10－8m·s－2左右的噪聲水平下，SGC053超導(dǎo)重力儀儀器運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，能夠精確地進(jìn)行潮汐觀測(cè).

根據(jù)上述兩套潮汐分析軟件獲得的潮汐參數(shù)和Dehant的理論潮汐模型進(jìn)行比較表明（參見表2），實(shí)際觀測(cè)振幅因子普遍大于理論振幅因子（約－1%～－2%）.經(jīng)過海潮改正后，八個(gè)主潮的振幅因子與Dehant的理論值的差異均很大程度地減小（均縮小至－0.1～－0.6%）.這些都表明兩套軟件系統(tǒng)計(jì)算的八個(gè)潮汐參數(shù)在一個(gè)量級(jí)上.它們經(jīng)過海潮改正后的振幅因子和Dehant理論值基本一致.海潮負(fù)荷影響量級(jí)較小，兩套軟件系統(tǒng)都能夠提供高精度潮汐分析結(jié)果和潮汐改正模型.本文利用VAV03的潮汐分析模型進(jìn)行合成潮改正.

表2 海潮改正后的八個(gè)主要潮波振幅因子與理論值的比較Table 2 The eight main tidal gravity parameters after ocean tidal model Nao99derived from the theoretical ones

2.2 SGC053潮汐影響和改正

本文海潮負(fù)荷采用日本氣象廳提供的Nao99模型中21個(gè)潮波的全球數(shù)字海潮圖，利用負(fù)荷格林函數(shù)全球積分計(jì)算九峰地震臺(tái)的海潮負(fù)荷影響量級(jí).計(jì)算表明九峰地震臺(tái)2009年至2010年海潮對(duì)重力的影響最大變幅只有3×10－8m·s－2.

從國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)（IERS）的網(wǎng)站下載每日極移觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算極移對(duì)重力的影響［18］.利用線性函數(shù)內(nèi)插成為小時(shí)值作為改正.計(jì)算結(jié)果表明九峰地震臺(tái)2009年至2010年極移引起的重力變化最大變幅為10×10－8m·s－2.

分析氣壓對(duì)重力的影響通常有兩類方法［19］.第一種方法是利用格林函數(shù)法或球諧函數(shù)法，進(jìn)行全球積分獲得該地區(qū)的氣壓對(duì)重力的影響，第二種方法是利用該地區(qū)的氣壓變化時(shí)間序列來直接改正.本文采用氣壓導(dǎo)納值－0.34×10－8（m·s－2）/mbar和同址觀測(cè)的氣壓數(shù)據(jù)對(duì)重力殘差時(shí)間序列進(jìn)行改正.計(jì)算結(jié)果表明九峰地震臺(tái)2009年至2010年氣壓引起的重力變化最大變幅為12×10－8m·s－2.

從上述內(nèi)容可知，無論是變幅大小還是周期長度，在扣除合成潮影響后，影響超導(dǎo)重力儀的年周期信號(hào)的主要原因是氣壓和極移.利用同址觀測(cè)的氣壓數(shù)據(jù)，以及IERS提供的極移服務(wù)能較好地改正這兩個(gè)方面的影響.

圖1 SGC035超導(dǎo)重力儀2009－02－16至2010－07－24的預(yù)處理數(shù)據(jù)、外界因素影響和殘差時(shí)間序列（a）SGC053超導(dǎo)重力儀數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)；（b）利用Nao99全球海潮模型模擬的九峰地震臺(tái)海潮負(fù)荷；（c）利用IERS提供的極移服務(wù)模擬的九峰地震臺(tái)極移潮；（d）本地氣壓負(fù)荷影響；（e）固體潮、氣壓潮和極移潮改正后的重力殘差時(shí)間序列.Fig.1 The SGC053datum of preprocess，ocean tidal loading，polar tide，air pressure correction and the residual gravity from 2009－02－16to 2010－07－24（a）The preprocessing data of SGC053；（b）The ocean load by Nao99ocean model in Jiufeng seismic station；（c）Pole tide；（d）Atmospheric loading effects；（e）The residual gravity corrected by solid earth tides，atmospheric loading effects and pole tide.

3 重力變化和地殼的垂直運(yùn)動(dòng)

3.1 儀器的漂移改正

超導(dǎo)重力儀漂移測(cè)定的唯一方法是和絕對(duì)重力儀多次、大時(shí)間跨度的同址觀測(cè)［20－21］.從2009年至2010年SGC053和FG5－232在武漢九峰地震臺(tái)冬春兩季進(jìn)行了4次同址觀測(cè)（如圖2）.超導(dǎo)重力儀的殘差時(shí)間序列表明：冬春季沒有發(fā)生明顯的重力異常現(xiàn)象（變幅約為（2～3）×10－8m·s－2），該結(jié)果和4次絕對(duì)重力測(cè)量結(jié)果基本一致.考慮超導(dǎo)重力儀的一次項(xiàng)系數(shù)，計(jì)算絕對(duì)重力測(cè)量擬合趨勢(shì)為1.79×10－8（m·s－2）/a，可以推算出SGC053儀器漂移約為：2.18×10－8（m·s－2）/a.在絕對(duì)重力儀觀測(cè)精度為±2×10－8m·s－2的情況下，漂移改正后的超導(dǎo)重力儀重力殘差時(shí)間序列和絕對(duì)重力儀的觀測(cè)結(jié)果更加吻合.

3.2 水負(fù)荷對(duì)重力的影響和改正

CPC（Climate Prediction Center）是美國 NOAA的氣候預(yù)測(cè)中心提供的一種全球水儲(chǔ)量模型，時(shí)間分辨率為1個(gè)月的0.5°×0.5°土壤濕度網(wǎng)格數(shù)據(jù).GLDAS（global land data assimilation systems）是美國NASA的CSR實(shí)驗(yàn)室提供的全球大陸數(shù)據(jù)融合系統(tǒng).該系統(tǒng)中的水儲(chǔ)量模型的空間分辨率為1°×1°，時(shí)間分辨率為1個(gè)月.

本文利用圖2中經(jīng)過漂移改正后的重力殘差時(shí)間序 列，GRACE（the Gravity Recovery and Climate Experiment satellite mission）不同濾波半徑的時(shí)變重力場(chǎng)模型、CPC和GLDAS水負(fù)荷模型之間的相關(guān)分析［22－25］.比較表明（結(jié)果見表3）全球模型和臺(tái)站特定地域差異形成了兩者之間約1～2個(gè)月的時(shí)間滯后，兩者時(shí)變重力相關(guān)性優(yōu)于80%.本文利用GLDAS的滯后32天，GRACE的滯后42天、CPC的52天來修正全球模型和臺(tái)站特定地域引起的差異如圖3.

圖2 利用FG5－232絕對(duì)重力測(cè)定法測(cè)定SGC053的觀測(cè)漂移黑色實(shí)線為SGC035重力殘差時(shí)間序列；黑色虛線為殘差時(shí)間序列的擬合，由gSGC053表示；灰色實(shí)線為漂移改正后重力殘差時(shí)間序列；灰色虛線為絕對(duì)重力線性擬合，由gFG5－232表示；黑色圓圈為絕對(duì)重力觀測(cè)結(jié)果；圖2公式中t單位為h.Fig.2 The drift correction of residual gravity in SGC053observed by FG5－232 The black solid line represents the gravity residual of SGC053；the black dotted trend line represents the linear fitting of the gravity residual SGC053（gSGC053）；the gray solid line represents the gravity residual corrected by drift；the gray dotted trend represents the linear fitting from the four times absolute gravity observations（gFG5－232）；the red circle represents the absolute gravity observations；the unit of tis hour in this picture.

圖3 GRACE、CPC和GLDAS時(shí)間滯后校準(zhǔn)前后和SGC053、FG5－232觀測(cè)比較紫紅色線條為1000km濾波半徑的GRACE時(shí)變重力場(chǎng)時(shí)間序列；灰色線條為SGC053的重力殘差時(shí)間序列；藍(lán)色線條為利用GLDAS全球陸地水模型模擬的水負(fù)荷影響；紅色線條為利用CPC全球陸地水模型模擬的水負(fù)荷影響；黑色線條為SGC053的重力殘差時(shí)間序列的月均值；紅色圓圈表示四次絕對(duì)重力觀測(cè).Fig.3 The comparison between gravity variation and GRACE，CPC，GLDAS before and after the time lag correction The magenta line is the GRACE time－variable gravity field filtering by 1000km；the gray line is the gravity residuals of SGC053；the blue line is the hydrology loading from GLDAS；the red line is the hydrology loading from CPC；the black line is the monthly mean of the gravity residuals of SGC053；the red circle is the absolute gravity observations.

表3 重力殘差時(shí)間序列和全球水儲(chǔ)量模型以及GRACE時(shí)變重力的相關(guān)分析Table 3 The correlation analysis amount the gravity residual，global continental water storage and GRACE time－variable gravity data

在武漢九峰地震臺(tái)冬春季節(jié)的4次絕對(duì)重力測(cè)量結(jié)果（（1～3）×10－8m·s－2左右的變化）表明，絕對(duì)重力測(cè)量時(shí)段重力變化較為平穩(wěn)且和SGC053的連續(xù)重力觀測(cè)結(jié)果基本一致；而在2009年7月至2010年1月夏秋兩季SG重力儀產(chǎn)生了超過（6～8）×10－8m·s－2的重力異常，該重力異常變化和GRACE、GLDAS、CPC模型計(jì)算的結(jié)果具有超過80%的一致性［26］，這一時(shí)段正值武漢的雨季，結(jié)合GRACE、GLDAS和CPC的物理含義說明水負(fù)荷是引起夏秋季重力異常變化的主要原因.

3.3 重力變化和地殼垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

考慮到SGC053在冬春兩季水負(fù)荷對(duì)重力的影響不明顯的特點(diǎn)，利用2009－02－16至2009－06－25和2010－03－02至2010－07－23兩個(gè)冬春兩季時(shí)變重力過程（（2～3）×10－8m·s－2）和九峰地震臺(tái)周邊2個(gè)GPS站（武漢IGS站－WUHN IGS和武漢九峰站－WHJF）的垂直位移時(shí)變過程研究?jī)烧咧g的關(guān)系，如圖4.

圖4表明，雖然兩個(gè)時(shí)段的重力變化和垂直位移的線性擬合斜率之間的比值、相關(guān)系數(shù)都和物理大地測(cè)量中垂直位移和重力變化規(guī)律的－302×10－8m·s－2/m略有差異，然而該季節(jié)內(nèi)的短期重力變化和地殼垂直位移之間出現(xiàn)的明顯的負(fù)相關(guān)規(guī)律和上述理論規(guī)律一致（地殼下沉，重力增加），分析表明該地區(qū)重力和地殼垂直位移的變化態(tài)勢(shì)為重力處于上升趨勢(shì)，地殼處于下沉趨勢(shì)，兩者關(guān)系和理論值的量化差異主要是由于外界環(huán)境因素所致.

根據(jù)上述分析除重力儀漂移外，影響中短期重力殘差時(shí)間序列的主要因素是水負(fù)荷的影響.因此在扣除重力儀的漂移2.18×10－8（m·s－2）/a后，本文利用相關(guān)系數(shù)超過80%的GLDAS和GRACE進(jìn)行了水負(fù)荷改正.將水負(fù)荷改正后重力殘差時(shí)間序列和武漢九峰地震臺(tái)周邊的相距不到15km的WUHN ISG以及WUJF站的垂直位移時(shí)間序列進(jìn)行比較，如圖5.

圖4 冬春季重力殘差時(shí)間序列和GPS垂直位移之間時(shí)間序列的比較（a）從2009－02－16至2009－06－25時(shí)段重力殘差和GPS垂直位移之間的一元線性回歸參數(shù)，以及它們擬合線一元線性回歸參數(shù)之間的比值分別為：－338×10－8（m·s－2）/m和－226×10－8（m·s－2）/m；（b）從2010－03－03至2010－07－23時(shí)段重力殘差和 GPS垂直位移之間的一元線性回歸參數(shù)，以及它們擬合線回歸參數(shù)之間的比值分別為：－172×10－8（m·s－2）/m和－468×10－8（m·s－2）/m；本圖公式中t的單位是h.Fig.4 The gravity residual derived from vertical displacement of GPS from winter to spring（a）The one－dimensional linear regression parameter between the gravity residual and the vertical displacement of GPS is about－338×10－8（m·s－2）/m；And the ratio between their one－dimensional linear regression parameter is about－226×10－8（m·s－2）/m from 2009－02－16to 2009－06－25；（b）The one－dimensional linear regression parameter between the gravity residual and the vertical displacement of GPS isabout－1 7 2×1 0－8（m·s－2）/m；And the ratio between their one－dimensional linear regression parameter is about－4 6 8×1 0－8（m·s－2）/m from 2010－03－03to 2010－07－23；the unit of t is hour in this picture.

圖5 重力殘差時(shí)間序列和GPS垂直位移時(shí)間序列的比較（a）進(jìn)行GLDAS水負(fù)荷改正后殘差時(shí)間序列及其趨勢(shì)項(xiàng)gres；（b）進(jìn)行高斯濾波半徑為1000km的GRACE時(shí)變重力場(chǎng)改正后的殘差時(shí)間序列及其趨勢(shì)項(xiàng)gres；（c）WUHN IGS的GPS觀測(cè)到的本地區(qū)垂直位移變化；（d）WHFN的GPS觀測(cè)到的本地區(qū)垂直位移變化及其趨勢(shì)項(xiàng)hz；本圖公式中t單位為h.Fig.5 The gravity residual of SGC053corrected by GLDAS and GRACE derived from vertical displacement of GPS（a）The gravity residual corrected by the hydrology loading from GLDAS and the trend line（gres）；（b）The gravity residual corrected by the GRACE time－variable gravity field of filtering 1000km radius and the trend line（gres）；（c）The vertical displacement of GPS in WUHN IGS；（d）The vertical displacement of GPS in WHFN and the trend line（hz）；the unit of t is hour in this picture.

圖5中相距15km的2個(gè)GPS站觀測(cè)數(shù)據(jù)在2009－09－28到2009－10－30之間出現(xiàn)同步抬升，后同步下沉的一致事件，這表明中國科學(xué)院九峰站的GPS垂直位移可以表達(dá)該地區(qū)的垂直位移特征，而全部觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示該地區(qū)處于下沉趨勢(shì).利用兩個(gè)全球模型（GLDAS和GRACE）修正九峰地震臺(tái)的SGC053殘差時(shí)間序列表明：雖然在短期變化上兩者并不同步，但是長期看表現(xiàn)出重力增加的特點(diǎn).利用GLDAS模型改正后重力殘差和地殼垂直形變的比值為－434×10－8（m·s）－2/m，略低于中國科學(xué)院的結(jié)果［27］.GRACE的改正結(jié)果為－354×10－8（m·s－2）/m，則幾乎和中國科學(xué)院的分析結(jié)果一致.雖然短期由于外界環(huán)境因素的干擾，導(dǎo)致地殼產(chǎn)生的重力梯度值不完全一致，但是無論是短期還是長期觀測(cè)結(jié)果都表明武漢地區(qū)地殼處于下沉趨勢(shì)，這樣的構(gòu)造形變引起了該地區(qū)重力上升趨勢(shì).

4 結(jié)論與討論

本文利用武漢九峰地震站SGC053的首次13000h的連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)、臺(tái)站及其周邊的輔助觀測(cè)數(shù)據(jù)，全球陸地水模型以及GRACE數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，九峰站在噪聲水平約為±1.1×10－8（m·s－2）/m的情況下，最優(yōu)潮汐參數(shù)能夠達(dá)到優(yōu)于0.1‰的精度.利用Nao99全球海潮模型改正后的潮汐參數(shù)和Dehant的理論潮汐模型處于同一個(gè)量級(jí)內(nèi)，利用FG5－232和SGC053的4次比較測(cè)量計(jì)算的SGC053的漂移量只有2.18×10－8m·s－2·a－1.這些都表明SGC053重力儀在首次連續(xù)重力觀測(cè)中海潮負(fù)荷影響量級(jí)小，潮汐觀測(cè)具有極高的穩(wěn)定性，潮汐分析結(jié)果能夠用于潮汐改正.

在經(jīng)過合成潮（海潮3×10－8m·s－2）、最大變幅為10×10－8m·s－2的極移、氣壓導(dǎo)納值為－0.348×10－8（m·s－2）/mbar的氣壓負(fù)荷和2.18×10－8（m·s－2）/a的儀器漂移改正后，GLDAS和GRACE的重力效應(yīng)和SGC053的殘差時(shí)間序列之間存在超過80%的相關(guān)性，這表明在2009年夏秋雨季產(chǎn)生的（6～8）×10－8m·s－2的重力變化主要是由于水負(fù)荷產(chǎn)生的.再比較2009和2010年兩次同時(shí)段非雨季的重力殘差時(shí)間序列和GPS垂直位移觀測(cè)的結(jié)果，以及比較水負(fù)荷改正后重力殘差和GPS垂直位移觀測(cè)時(shí)間序列，都表明無論是短期還是長期都存在重力變化和垂直位移之間明顯的負(fù)相關(guān)規(guī)律.從長期趨勢(shì)來看兩者關(guān)系反映出構(gòu)造應(yīng)力引起的武漢地區(qū)地殼下沉，重力增加（1.79×10－8（m·s－2）/a）的物理過程.其重力梯度約為 －354（m·s－2）/m.

高精度連續(xù)重力觀測(cè)、GPS和絕對(duì)重力測(cè)量相結(jié)合不僅可以精細(xì)地描繪連續(xù)重力觀測(cè)整個(gè)時(shí)間跨度的重力演變過程，而且能夠在短時(shí)間尺度和小區(qū)域內(nèi)研究地殼運(yùn)動(dòng)和地球內(nèi)部物質(zhì)遷移關(guān)系的科學(xué)問題［28］.

致 謝 感謝評(píng)審專家對(duì)本文提出的建議和大力支持.感謝國家重力臺(tái)網(wǎng)中心的工作和研究人員提供的高精度的超導(dǎo)儀、絕對(duì)重力儀觀測(cè)數(shù)據(jù).感謝地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)提供的GPS垂直位移的觀測(cè)結(jié)果.同時(shí)也感謝中國科學(xué)院測(cè)量地球物理研究所周江存博士在GRACE數(shù)據(jù)分析上的幫助.

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（本文編輯 胡素芳）

Observation of superconducting gravimeter at Jiufeng seismic station

WEI Jin1，2，LI Hui1，LIU Zi－Wei1，KANG Kai－Xuan1，HAO Hong－Tao1
1 Key Laboratory of Earthquake Geodesy，Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071，China 2 School of Geodesy and Geomatics ，Wuhan University，Wuhan 430079，China

The relationship between the mass transfer beneath the earth surface and the vertical deformation could be studied using continuous relative gravimetry and continuous GPS observation.Compared to mobile relative gravimetry and absolute gravimetry，continuous relative gravimetry could be used to monitor the whole process of gravity changes and mass transfer，avoiding low measurement precision and temporal resolution.In this paper，more than 13000hours gravity data recorded at Jiufeng seismic station using superconducting gravimetry（SGC053）are analyzed along with co－located absolute gravimetry data，air pressure，vertical displacement of surrounding GPS stations，WUHN IGS site and WHJF site，GRACE monthly time－variable gravity and two global continental water storage models（GLDAS，CPC）.Gravity variations induced by solid earth tide，air pressure，pole tide and continental water loading arecorrected using harmonic analysis method，atmospheric pressure admittance model，pole tide model and the correlation analysis with GRACE results and/or water storage models，then instrument drift is also corrected using co－located absolute gravity measurements.Based on the above processing，the relationship between the residual gravity time series and GPS vertical deformation is addressed.The harmonic analysis result for SGC053gravity records，spanning about one and half years，shows that the white noise is about 1.14～1.40×10－8m·s－2and the tidal factor errors of dominant tidal groups reach about 0.1‰.Compared to ocean tide loading（3×10－8m·s－2），the gravity due to air pressure（12×10－8m·s－2）and pole tide（10×10－8m·s－2）is much larger.The drift of SGC053，about 2.18×10－8（m·s－2）/a，is estimated using 4absolute gravity co－located records of FG5－232.The result shows that the residual gravity caused by continental water loading in summer and autumn is about（6～8）×10－8m·s－2，by comparing residual gravity variations with both GARCE result and global continental water loading（GLDAS，CPC）.Gravity variations corrected for water loading show perfect negative correlation with the vertical deformation of the GPS station，about 15km away from SGC053，so as to data in spring and winter.And the long－term vertical crustal deformation is subsidence and the gravity change rate is about 1.79×10－8（m·s－2）/a.The ratio of the changes in gravity and altitude related to the local vertical crustal movement is about－354×10－8（m·s－2）/m.

SGC053，F(xiàn)G5－232，Continental water loading，Vertical crustal movement

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.010

P223

2011－10－18，2012－05－16收修定稿

韋進(jìn)，李輝，劉子維等.武漢九峰地震臺(tái)超導(dǎo)重力儀觀測(cè)分析研究.地球物理學(xué)報(bào)，2012，55（6）：1894－1902，

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.010.

Wei J，Li H，Liu Z W，et al.Observation of superconducting gravimeter at Jiufeng seismic station.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（6）：1894－1902，doi：10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.010.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41004030；40974015），中國地震局科研運(yùn)行專項(xiàng)（201101014），全國重力臺(tái)網(wǎng)學(xué)科中心運(yùn)行經(jīng)費(fèi)（201201008），中國地震局地震研究所所長基金項(xiàng)目（IS201156069）聯(lián)合資助.

韋進(jìn)，男，1981年生，助理研究員，武漢大學(xué)在讀博士研究生，主要從事連續(xù)重力觀測(cè)數(shù)據(jù)處理及地球物理解釋方面的研究.E－mail：pierce212@163.com