測點周邊環(huán)境變化對流動重力測量成果影響的探討

底欣欣，楊曉東，張 麗，何飛虎，李玉森

（遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

地震重力測量是以監(jiān)測預(yù)報地震為目的，在同一測點（線、網(wǎng)）上重復(fù)進行的重力測量[1]，流動重力測量是其重要的組成部分。影響重力測量的因素有很多，本文將就2015年第二期流動重力測量時測點周邊質(zhì)量缺失引起的測值突變進行探討。

1 測量影響因素

1.1 影響因素分析

重力變化主要是反映區(qū)域性地殼介質(zhì)密度變化，是屬于非潮汐變化，但其它干擾因素對重力變化也會產(chǎn)生一定影響，重力測量干擾因素主要包括系統(tǒng)誤差和隨機干擾。

其中系統(tǒng)誤差主要分為儀器格值誤差、周期誤差、彈性系統(tǒng)非線性零漂和彈性后效等。重力測量隨機干擾因素主要有溫度、磁場、點位環(huán)境變化、地下水變化和振動等[2]。

1.2 質(zhì)量缺失現(xiàn)象

朝陽測點位于遼寧省朝陽市龍城區(qū)中山大街與長江路交匯處，地處遼寧西部，附近主要斷裂為朝陽—北票斷裂。

2015年8—9月期間，監(jiān)測人員照常執(zhí)行國家局下達的流動重力測量任務(wù)，發(fā)現(xiàn)朝陽測點周邊于2015年6—7月間由于小區(qū)建設(shè)，在測點附近挖了一個15米見方，深約5米的大坑，土方量約合1125 m3，當時坑內(nèi)未注水。在測量后發(fā)現(xiàn)該坑對測量成果造成一定影響。

1.3 資料選取

遼寧流動重力測量采用拉格斯特重力儀[3]，每年復(fù)測兩期，分別是4—5月和8—9月。外業(yè)自互差均符合規(guī)范要求，自差小于25微伽，互差小于30微伽；內(nèi)業(yè)計算采用LGADJ軟件[3]，數(shù)據(jù)處理過程中對一次項、固體潮、零漂和儀器高改正，同時排除地震對起算點的影響和干擾，得到最優(yōu)計算結(jié)果[4]。本文選取資料時間段為2014年10月至2016年5月，共四期測量成果，具體計算精度如表1所示。

表1 觀測成果精度表單位：1×10-8m·s-2

2 異常分析

異常分析是從重力場平面變化特征、測點時序變化及點位周邊環(huán)境變化三個方面入手。平面變化能較好的反應(yīng)測區(qū)內(nèi)重力場變化形態(tài)，時序變化能較好的反應(yīng)測點隨時間的變化情況。本文通過測點周邊環(huán)境變化前后所對應(yīng)測量結(jié)果，綜合分析了質(zhì)量缺失對重力測量成果的影響。

2.1 重力場長周期變化特征

以下四張為各期相對于G期的重力場長周期變化圖，用以分析各測期重力場長周期變化特征。圖中用紅色漸變色表示重力場變化上升區(qū)，綠色漸變色表示重力場變化下降區(qū)，等值線間隔值為10微伽。

圖1 遼寧地區(qū)1410-G重力場平面變化圖Fig.1 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1410-G

從圖1（2014年10月相對基值重力場長周期變化圖）中可以看出，測區(qū)內(nèi)重力場變化形態(tài)為正負交替分布。

遼西測區(qū)遼蒙一帶、建昌一帶重力場均形成了重力高值區(qū)，最大變化量值達70微伽左右，重力變化梯度較大，異常形態(tài)明顯。

朝陽周邊為零線區(qū)，變化幅度不大，也無較大梯度帶。

圖2 遼寧地區(qū)1505-G重力場平面變化圖Fig.2 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1505-G

從圖2（2015年5月相對基值重力場長周期變化圖）中可以看出，測區(qū)內(nèi)重力場變化形態(tài)，遼南以下降為主，遼西以上升為主。

遼西測區(qū)：遼蒙交界的赤峰至建平附近以及建昌地區(qū)重力場變化梯度較大，變化幅度達80微伽左右，形成兩處封閉異常區(qū)域。

朝陽處零線附近，周邊的梯度帶也比較緩和。

圖3 遼寧地區(qū)1510-G重力場平面變化圖Fig.3 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1510-G

從圖3（2015年10月相對基值重力場長周期變化圖）中可以看出，測區(qū)內(nèi)重力場變化形態(tài)，只有赤峰附近以及建昌周邊形成重力上升區(qū)，其余均為下降區(qū)。

遼西測區(qū)：遼蒙交界以及建昌一帶重力場變化上升幅度高達70微伽左右，相比之下，朝陽北票地區(qū)呈下降趨勢明顯，幅值接近-50微伽左右，遼蒙交界至朝陽北票地區(qū)沿著北西向重力變化由高變低梯度較大，異常形態(tài)明顯。

朝陽周邊形成了一個接近-50微伽的低值區(qū)域，有高梯度帶。

圖4 遼寧地區(qū)1605-G重力場平面變化圖Fig.4 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1605-G

從圖4（2016年5月相對基值重力場長周期變化圖）中可以看出，整個測區(qū)以負變?yōu)橹鳌?/p>

遼西測區(qū)形成三處封閉異常區(qū)域。一是以朝陽為中心，向偏北方向形成重力低值區(qū)，變化幅度在-70微伽以上；二是以金城為中心，向南北拓展的重力低值區(qū)，變化量在-50微伽左右；三是以凌源為中心，形成局部高值區(qū)，變化幅度在50微伽左右。以上4處區(qū)域營口—蓋州、朝陽、金城—錦州、凌源—建昌等區(qū)域值得關(guān)注。

朝陽周邊形成-70微伽低值區(qū)域，有明顯的異常梯度帶。

通過分析以上幾張各期相對G期的重力場平面變化圖，可以看出朝陽測點周邊自2015年8月突然呈劇烈下降趨勢，變化量值接近-50微伽，至2016年5月仍為負變。

2.2 重力場短周期變化特征

以下三張為相鄰兩期的重力場短周期變化圖，主要是分析測區(qū)半年內(nèi)重力場變化特征。用紅色漸變色表示重力場變化上升區(qū)，藍漸變色表示重力場變化下降區(qū)，虛線表示變化量為0的等值線，等值線間隔值為10微伽。

圖5 遼寧地區(qū)1505-1410重力場平面變化圖Fig.5 Planar variation of gravity field in Liaoning region 1505-1410

從圖5（2015年5月相對2014年10月重力場短周期變化圖）中可以看出，測區(qū)內(nèi)重力場變化形態(tài)以上升為主。

遼西測區(qū)：遼蒙一帶重力場短期變化形態(tài)平緩簡單，整體呈現(xiàn)下降趨勢，變化幅度為20微伽左右。

朝陽處于零線周邊，變化形態(tài)平緩簡單。

圖6 遼寧地區(qū)1510-1505重力場平面變化圖Fig.6 Planar variation of gravity field in Liaoning region 1510-1505

從圖6（2015年10月相對2015年5月重力場短周期變化圖）中可以看出，測區(qū)內(nèi)重力場變化形態(tài)以下降為主。

遼西測區(qū)：在朝陽地區(qū)形成下降形態(tài)閉合圈，重力變化梯度較大，變化量接近-50微伽。大市和清河門地區(qū)重力變化量為-30微伽以上。其他地區(qū)重力場變化量幅度較小，形態(tài)簡單平緩沒有異常顯示。

朝陽周邊形成了一個重力低值區(qū)，最小值在朝陽，達-50微伽左右。

圖7 遼寧地區(qū)1605-1510重力場平面變化圖Fig.7 Planar variation of gravity field in Liaoning region 1605-1510

從圖7（2016年5月相對2015年10月重力場短周期變化圖）中可以看出，重力變化量在-30微伽到20微伽之間。

遼西測區(qū)遼蒙一帶在朝陽—赤峰、凌源—赤峰方向重力梯度變化較大，重力變化量最大值為-70微伽。

朝陽與赤峰之間形成低值強梯度帶，至2018年5月23日發(fā)生朝陽MS4.6級地震。

通過分析以上幾張鄰期重力場平面變化圖，可以看出朝陽測點周邊自2015年8月突然呈劇烈下降趨勢，變化量值接近-50微伽，至2016年4月仍為負變。

2.3 點值時序變化

圖8 朝陽點值時序變化圖Fig.8 Change chart of Chaoyang point value

從圖8（點值時序變化圖）中可以看出，朝陽測點在2015年5月開始劇烈下降后，2015年10月仍為負變，但數(shù)值有所減緩，至2016年才開始轉(zhuǎn)呈上升，而在2015年朝陽周邊未發(fā)生中強震，表明2015年5月至2015年10月期間該測點點值發(fā)生劇烈波動，說明該點的變化可能系周邊環(huán)境變化所引起。

2.4 測點周邊環(huán)境變化

以下三張是2015年10月和2016年5月測期朝陽測點周邊環(huán)境的照片，從中可以看出，2015年10月測點旁邊挖了一個蓄水池，經(jīng)測量長寬各為15 m，深約5 m，測量時坑中未注水；至2016年5月測量時，坑被填平。經(jīng)問詢，測點旁邊的深坑為小區(qū)的蓄水池，2016年已注滿水。

圖9 2015年10月朝陽測點旁水坑遠照Fig.9 Distant view of puddles next to sunrise survey point in October，2015

圖10 2016年5月朝陽測點旁水坑近照Fig.10 Nearby view of puddle next to sunrise survey point in May，2016

3 結(jié)論

（1）通過重力場各期相對與G期的長周期變化圖分析，可以看出朝陽測點自2015年8月突然呈劇烈下降趨勢，變化量值接近-50微伽，至2016年5月仍為負變，但量值減小，在限值內(nèi)。

（2）通過重力場鄰期的短周期變化圖分析，可以看出朝陽測點周邊同樣自2015年8月突然呈劇烈下降趨勢，變化量值接近-50微伽，至2016年4月仍為負變，但量值減小，在限值內(nèi)。

（3）通過點值時序變化圖分析，可以看出朝陽測點在2015年5月開始劇烈下降后，2015年10月仍為負變，但量值變化不大，至2016年才開始轉(zhuǎn)呈上升，而在2015年朝陽周邊未發(fā)生中強震，表明2015年5月至2015年10月期間該測點的點值發(fā)生劇烈波動，說明該點的變化可能系周邊環(huán)境變化所引起。

（4）2015年測量前后，測點周邊照片中，可以看出朝陽測點周邊環(huán)境變化很大，質(zhì)量缺失嚴重。

綜合以上分析，針對2015年遼寧省遼西測區(qū)第二期流動重力測量朝陽測點的測值突變近-50微伽，參考了往期資料分析以及周邊環(huán)境變化情況，認為測值變化可能系質(zhì)量缺失所引起。