遼寧地區(qū)近期重力場時空演變特征與中小地震震中分布

王永江，李子濤，孔繁強(qiáng)，梁 放，戚建勛，底欣欣

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

遼寧及周邊地區(qū)近期中小地震較為活躍，2008年以來共發(fā)生2.0及以上地震1114次，3.0～3.9級151次，4.0～4.9級22次，5.0～5.9級3次。其中，2013年1月23日以來遼陽燈塔M5.1級，2013年4月22日遼蒙邊界科爾沁左翼后旗M5.7級地震尤為引人關(guān)注。

地震是地殼運(yùn)動的產(chǎn)物，是地殼運(yùn)動中應(yīng)力積累—釋放的必然結(jié)果。地球重力場是時間和空間的函數(shù)，受地殼運(yùn)動和地球內(nèi)外部物質(zhì)分布變化的影響。地震重力監(jiān)測所獲得的地表或空間重力場動態(tài)變化，包含著豐富的地殼運(yùn)動和地震運(yùn)動信息。中國東部地區(qū)本底地震為5.0級，通俗講就是中國東部地區(qū)隨時隨地都有發(fā)生5.0級地震的可能，那么近年來遼寧地區(qū)重力場時空動態(tài)變化與中小地震震中分布關(guān)系的確定，對于利用流動重力資料捕捉遼寧地區(qū)中強(qiáng)地震信息，為綜合地震預(yù)測提供重力學(xué)依據(jù)，意義重大。本文將利用2008年以來遼寧地區(qū)流動重力資料，分析遼寧地區(qū)近期重力場時空演變特征，探尋重力場時空變化與構(gòu)造運(yùn)動、地震活動性的關(guān)系。

1 資料介紹

遼寧地區(qū)流動重力網(wǎng)由7個環(huán)，3條分別與山東、河北及內(nèi)蒙古相連的支線構(gòu)成（見圖1）。重力網(wǎng)有90個重力測點(diǎn)和96個重力測段，基本控制了遼寧地區(qū)主要構(gòu)造。測量使用兩臺拉科斯特G型重力儀，按照《重力測量規(guī)范》進(jìn)行，2008年以來觀測成果精度高，儀器自差互差較小，其各項精度指標(biāo)見表1。

觀測資料的處理利用中國地震局實(shí)用化攻關(guān)推廣的應(yīng)用軟件（LGADJ）進(jìn)行，經(jīng)典平差，北鎮(zhèn)為起算點(diǎn)?；禐?997、1998年兩年四期觀測成果加權(quán)平均值。

圖1 遼寧地區(qū)重力網(wǎng)示意圖Fig.1 Sketch of gravity network in Liaoning area

表1 觀測成果精度（單位：10-8m·s-2）

2 近期重力場時空演化特征

2.1 2008年4月—基值（圖2）

整個區(qū)域重力場形態(tài)以正場為主，變化范圍在（-10～40）×10-8m·s-2。遼南測區(qū)海城—岫巖一帶，重力場變化梯度較大，形態(tài)較為復(fù)雜，變化量最高值達(dá)40×10-8m·s-2，呈現(xiàn)出半封閉趨勢異常形態(tài)，遼南其它地區(qū)重力場形態(tài)簡單平緩。遼西測區(qū)重力場形態(tài)在二十家子、朝陽、大廟一帶為軸線形成條狀重力變化高值區(qū)，變化幅度達(dá)40×10-8m·s-2，其它地區(qū)重力場形態(tài)簡單，沒有形成明顯的異常趨勢。

圖2 遼寧地區(qū)重力變化等值線圖2008.4—基值（單位：10-8m·s-2）Fig.2 Contours of gravity variation in Liaoning area 2008.4-datum（Unit：10-8m·s-2）

2.2 2009年5月—基值（圖3）

整個測區(qū)重力場變化范圍在（-20～50）×10-8m·s-2。其中遼南測區(qū)重力場變化仍以正場為主，海城大石橋一帶重力場變化梯度較大，形態(tài)較為復(fù)雜，遼南東南部一帶重力變化呈現(xiàn)大面積半封閉的重力上升區(qū)，重力變化高達(dá)50×10-8m·s-2，并有向北黃海增大的趨勢。遼西測區(qū)重力場形態(tài)較為平緩，重力變化幅度不大，出現(xiàn)朝陽、大廟及遼蒙交界一帶重力變化由正轉(zhuǎn)負(fù)現(xiàn)象。

圖3 遼寧地區(qū)重力變化等值線圖2009.5—基值（單位：10-8m·s-2）Fig.3 Contour map of gravity variation in Liaoning area 2009.5-datum（Unit：10-8m·s-2）

2.3 2010年5月—基值（圖4）

測區(qū)重力場變化范圍在（-20～60）×10-8m·s-2。遼南地區(qū)重力場形態(tài)較為復(fù)雜，重力變化幅度較大，呈現(xiàn)大面積半封閉的重力上升形態(tài)，重力變化最高達(dá)60×10-8m·s-2，并有向北黃海增大的趨勢。遼西測區(qū)重力場形態(tài)較為簡單，重力變化幅度不大，表現(xiàn)與圖3相一致。

圖4 遼寧地區(qū)重力變化等值線圖2010.5—基值（單位：10-8m·s-2）Fig.4 Contour map of gravity variation in Liaoning area 2010.5-datum（Unit：10-8m·s-2）

2.4 2011年5月—基值（圖5）

整體測區(qū)重力場變化范圍在（-30～20）×10-8m·s-2。重力變化幅度較小。遼南測區(qū)重力場變化形態(tài)呈北東向展布，在沈陽、鞍山、海城、金縣一帶呈現(xiàn)北東向條帶負(fù)值區(qū)，下降幅度達(dá)20×10-8m·s-2左右。遼南東南部岫巖莊河一帶，重力場為正值區(qū)，重力變化幅度不大，并由原來大面積半封閉的重力上升形態(tài)，表現(xiàn)為下降反轉(zhuǎn)趨勢。遼西測區(qū)重力場形態(tài)較為簡單，重力變化幅度不大，只是在朝陽、大廟及遼蒙交界一帶重力變化仍為下降趨勢，變化量達(dá)30×10-8m·s-2。遼西其它地區(qū)重力場形態(tài)簡單平緩，變化幅度很小，基本屬于平靜場態(tài)。

圖5 遼寧地區(qū)重力變化等值線圖2011.5—基值（單位：10-8m·s-2）Fig.5 Contour map of gravity variation in Liaoning area 2011.5-datum（Unit：10-8m·s-2）

2.5 2012年5月—基值（圖6）

整個測區(qū)重力場變化范圍在（-50～20）×10-8m·s-2。遼南測區(qū)重力場變化形態(tài)較為復(fù)雜，遼南東南部一帶重力異常由正值轉(zhuǎn)負(fù)值區(qū)，且變化梯度較大，下降幅度高達(dá)50×10-8m·s-2左右，并有向北黃海增大趨勢。蓋州附近地區(qū)表現(xiàn)為重力場整體下降區(qū)凸現(xiàn)的上升區(qū)。遼西測區(qū)重力場形態(tài)以大面積下降形態(tài)為主，但變化形態(tài)較為簡單平緩。朝陽、大廟及遼蒙交界一帶重力變化梯度較大，下降趨勢明顯，變化量達(dá)45×10-8m·s-2左右，并有繼續(xù)增大的趨勢。

圖6 遼寧地區(qū)重力變化等值線圖2012.5—基值（單位：10-8m·s-2）Fig.6 Contour map of gravity variation in Liaoning area 2011.5--datum（Unit：10-8m·s-2）

3 重力場異常與中小地震震中分布

2008年遼寧地區(qū)（東經(jīng)119.0～124.0°，北緯38.7～42.7°）共發(fā)生3.0～3.9級地震13次，4.0～4.9級地震4次，遼南地區(qū)發(fā)震地點(diǎn)多位于重力異常高值區(qū)域，即圖2海城—蓋州—岫巖地區(qū)。該地區(qū)為北東向構(gòu)造金州斷裂與北西向構(gòu)造海城河—大洋河隱伏斷裂交匯地區(qū)，可以認(rèn)為，2008年中小地震、重力場高值異常的發(fā)生與上述兩條斷裂活動有關(guān)。遼西地區(qū)異常區(qū)僅在異常西北部發(fā)生一次3.0～3.9級地震（圖7a）。

圖7 遼寧地區(qū)M3.0級以上地震震中分布圖（2008—2013年4月）Fig.7 Epicenters distribution of over M3.0 earthquakes in Liaoning area（2008—2013.04）

2009年遼寧地區(qū)（東經(jīng)119.0～124.0°，北緯38.7～42.7°）共發(fā)生3.0～3.9級地震20次，4.0～4.9級地震5次，頻度高于2008年。發(fā)震地點(diǎn)集中位于兩個區(qū)域，海城—岫巖地區(qū)和北黃海地區(qū)。分析認(rèn)為北黃海地區(qū)地下結(jié)構(gòu)存在應(yīng)力積累—釋放現(xiàn)象，地上表現(xiàn)為重力場高值異常和地震發(fā)生；海城—岫巖地區(qū)重力場2009年未見異常，重力場異常由海城—岫巖地區(qū)向北黃海沿岸遷移，這一遷移過程應(yīng)與地下物質(zhì)遷移相關(guān)。重力場異常結(jié)果恰好證明了相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，即流動重力觀測主要反映的是地下流體運(yùn)移與變遷的信息（圖7b）。

2010年遼寧地區(qū)（東經(jīng)119.0～124.0°，北緯38.7～42.7°）共發(fā)生3.0～3.9級地震24次，4.0～4.9級地震1次，震中分布同樣處于海城—岫巖地區(qū)和北黃海地區(qū)。期間，遼東南地區(qū)重力場變化表現(xiàn)為大面積高值異常，異常值由北黃海向海城—蓋州一線緩慢降低（60～30）×10-8m·s-2。地震發(fā)生明顯與重力場異常相關(guān)（圖7c）。

2011年遼寧地區(qū)（東經(jīng)119.0～124.0°，北緯38.7～42.7°）共 發(fā) 生3.0～3.9級 地 震4次，4.0～4.9級地震1次，地震頻度較低，遼寧內(nèi)陸僅有一個3.0～3.9級地震。2011年曾有過一次大的地震事件，2011年3月11日本東海岸Ms9.0級大地震。圖5為日本地震后的遼寧地區(qū)重力場，重力場變化表現(xiàn)平靜，整個測區(qū)未見異常發(fā)生，2012年重力場表現(xiàn)會如何呢（圖7d）。

2012—2013年4月遼寧地區(qū)（東經(jīng)119.0～124.0°，北緯38.7～42.7°）共發(fā)生3.0～3.9級地震31次，4.0～4.9級地震7次，5.0～5.9級1次，地震頻度、強(qiáng)度均高于前4年。震中分布多數(shù)集中出現(xiàn)在：(1）北黃海地區(qū)，與重力場異常相對應(yīng)；(2）遼西地區(qū)，與遼蒙交界地帶重力場異常相呼應(yīng)；(3）海城附近地區(qū)，重力場整體下降區(qū)凸現(xiàn)的上升區(qū)（圖7e）。

4 結(jié)論與討論

（1）測區(qū)重力場出現(xiàn)了正、負(fù)高值異常區(qū)，重力異常區(qū)的出現(xiàn)與地震的發(fā)生相關(guān)聯(lián)，重力異常區(qū)的時空演變特征與中小地震震中位置的遷移有關(guān)，證明流動重力監(jiān)測成果可以為確定中強(qiáng)地震的發(fā)震地點(diǎn)提供信息，進(jìn)而為中強(qiáng)地震預(yù)測服務(wù)；

（2）重力異常區(qū)時空變化受地殼運(yùn)動和地球內(nèi)外部物質(zhì)分布變化的影響；

（3）中小地震的發(fā)生雖然多出現(xiàn)在重力場異常區(qū)內(nèi)，可亦有少部分落在重力場異常區(qū)外，說明了地震預(yù)測的復(fù)雜性；

（4）2012年遼東南重力場由正異常反向轉(zhuǎn)為負(fù)異常，高值由北黃海沿岸向周邊擴(kuò)散，需加強(qiáng)研究。

［1］孫少安，等.關(guān)于區(qū)域重力場變化基準(zhǔn)的思考［J］.大地測量與地球動力學(xué)，32（1）.?