1992—2000年滇西大地水準面變化與Ms≥6.0地震＊

董正瑤 李 輝 汪 健 談洪波

(1)浙江省地震局,杭州 310013 2)中國地震局地震研究所,武漢 430071 3)地殼運動與地球觀測實驗室,武漢 430071)

1992—2000年滇西大地水準面變化與Ms≥6.0地震＊

董正瑤1)李 輝2,3)汪 健2,3)談洪波2,3)

(1)浙江省地震局,杭州 310013 2)中國地震局地震研究所,武漢 430071 3)地殼運動與地球觀測實驗室,武漢 430071)

用滇西地震試驗場流動重力復測資料計算大地水準面時空動態變化,研究表明大地水準面演化特征與該區斷裂活動關系密切相關,對 6.0級以上地震有較好的反映,局部大地水準面變化與地震的孕育、發生有關。

地震;流動重力測量;大地水準面變化;地殼運動;滇西地區

1 引言

我國的地震重復重力測量工作到目前為止已走過了 40多年的歷程。40多年來,在測量儀器、觀測技術、數據處理和地震預報研究等方面都取得了一定進展[1]。在測量精度方面,隨著 LaCoste-Romberg高精度相對重力儀的引進,相對重力測量精度已達10×10-8ms-2左右。根據兩期觀測資料計算重力場時間變化,其精度在 15×10-8ms-2左右,相應的監測重力場變化的能力高于 40×10-8ms-2,相當于可以捕捉到一次 5.0級以上地震孕育所產生的重力場變化。國內外的大量的觀測結果表明[2-4],在地震的孕育、發生過程中,的確顯示出了具有地震前兆意義的重力變化。

大地水準面被認為是地球重力場的幾何表象和重力等位面,是地球上部圈層的一個物理界面。地球內部構造活動,如地震,會引起不同程度和不同范圍的大地水準面變化,與地殼深部密度及動力學變化密切相關。本文以滇西地區的流動重力測量數據為依據,建立局部大地水準面變化詳細數學模型,對滇西大地水準面變化的形態與Ms6.0以上地震活動關系進行了分析。

2 大地水準面變化計算的數學模型

大地水準面差距表示為[5]：

式中σ為整個地球,R為地球半徑,γ為橢球面上的正常重力,Δg′(ψ,α)是地面點 P(ψ,α)歸化到大地水準面上的重力異常,S(ψ)為 Stokes函數。

顧及球面極坐標系流動面元與球面坐標系流動面元的關系 R2sinψdψdα=R2cosφdφdλ,式 (2)變為：

式中ψ根據計算點和流動點的經緯度進行計算,即cosψ=sinφsinφP+cosφcosφPcos(φ-φP),格網面積Δ Σi為：

3 滇西地震試驗場資料及精細數據處理

滇西地震試驗場位于川滇塊體的南端,地質環境和構造背景復雜 (圖 1),是我國強震活動重點監視區[6]。流動重力測量工作始于 1973年,1984年對滇西實驗場的重力網進行了改造,擴建為具有130多個測點的高精度重復重力網 (圖 1)。自 1985年起使用LCR-G型相對重力儀每年進行 2～3次重復測量,測量精度約為(7～10)×10-8ms-2。

圖1 滇西重力網Fig.1 Gravity network ofWestern Yunnan

在進行重力網平差數據處理時,為提高整個網平差結果精度的可靠性和均勻性,以下關絕對重力基準點做為擬穩點[7](圖 2),對 1985年以來的每一期觀測資料進行擬穩平差。利用昆明的絕對重力變化值作為參考基準,對每一期的觀測結果進行修正,從而獲得每一期的基于絕對重力控制的具有時空基準的重力變化值,再以各時間段網格化后的重力變化值作為依據,根據式 (4)計算滇西地區的局部大地水準面變化(圖 3,4)。

圖2 下關絕對重力基準站絕對重力變化時序圖Fig.2 Variations of gravity changes at Xiaguan absolute gravity fiducial station

圖3 昆明絕對重力基準點重力變化時序圖Fig.3 Variations of gravity changes at Kunming absolute gravity fiducial station

圖4 昆明 GNSS基準站垂直位移變化時序圖Fig.4 Variations of vertical displacement at Kunming GNSS fiducial station

4 區域大地水準面動態變化結果及分析

4.1 計算結果

以下關絕對重力基準點對 1992—2000年,每年2期的觀測資料進行擬穩平差,并對滇西地區的重力結果按 2′×2′格網化,以所有時間段的重力值均值作為背景重力值,計算得到的滇西地區大地水準面變化等值線如圖 5。利用美國國家地理空間情報局發布 EG M2008地球重力場模型,計算得到的滇西地區大地水準面的起伏變化如圖 6。

4.2 結果分析

從圖 6可看出,滇西地區的大地水準面起伏整體表現為負值,約 -44～-32 m,區域大地水準面起伏與紅河斷裂帶、瀾滄江斷裂帶走向較為一致,局部受小斷裂帶影響交錯,是滇西地區內部物質運動的綜合反映。GPS觀測結果表明[8,9],相對于歐亞板塊,川滇地區顯示圍繞東喜馬拉雅構造結的順時針旋轉運動、拉張伸展、擠壓與剪切變形共存的復合變形模式,而滇西地區由于青藏高原物質的向東擠出在東部相對穩定的四川盆地和華南塊體的阻擋下,與印度板塊共同的作用下造成順時針旋轉運動,且川滇地區地殼運動方向與金沙江、瀾滄江和怒江的流向一致,在重力的作用下地殼物質緩慢地向南蠕動。

從圖 5看出,滇西地區的大地水準面在紅河斷裂帶的兩側以及斷裂的一些局部地區變化較大, 1992、1993、1994年,大地水準面年內變化整體除了值大小外呈現基本相同的變化特征,沿紅河斷裂帶由北向南增大但不明顯;1995年,上半年與下半年呈現相反特征,特別是上半年變化,與 GRACE衛星重力觀測到的一些結果及其理論向上延拓圖像呈現出一致性,下半年 10月發生武定Ms6.5地震,震后下半年變化形成以彌渡-姚安為中心的峰值,下半年基本與上半年反向變化,顯示出震后物質調整信息, 1996年上半年 (麗江地震前)變化與滇西大地水準面起伏狀態相反,表明紅河斷裂帶北段和瀾滄江斷裂帶較為活躍,發生麗江Ms7.0地震和Ms6.8余震,1996年下半年大地水準面變化又呈現相反狀態,顯示出震后物質調整信息,1997年年變化不明顯,較為平穩,與滇西大地水準面起伏形態較為一致,1998年上半年由南向北逐漸增加,等值線垂直法線與斷裂帶基本重合,1998年下半年梯度帶密集區沿紅河斷裂帶偏東北向,隨即在 1998年 11月發生寧蒗Ms6.2地震,1999年上半年和下半年形態逆時針旋轉 90度后相似,下半年亦呈現與斷裂帶一致走向的等值線密集區,與衛星重力觀測結果較為一致,隨即在測區發生姚安Ms6.5地震,震后 2000年上半年并未呈現相反變化狀態,而 2000年下半年呈現四象限對稱變化分布。

5 結論

1)滇西地區大地水準面動態變化在整個區域呈現一種平穩-不平穩-反向的狀態變化。

2)大地水準面變化與斷裂帶走向基本一致,呈對稱分布,且與滇西大地水準面起伏相反狀態下,半年后均發生Ms6.0以上地震,為利用大地水準面動態變化預測地震提供了一定的參考依據。

圖5 滇西地區大地水準面動態變化圖Fig.5 Dynamical variations of geoid changes inWestern Yunnan area

致謝 感謝邢樂林博士對絕對重力測量數據的精細處理!

圖6 滇西地區大地水準面起伏變化(單位：m)Fig.6 Fluctuation of geoid inWestern Yunnan

1 祝意青,王慶良,徐云馬.我國流動重力監測預報發展的思考[J].國際地震動態,2008,9：19-25.(Zhu Yiqing, WangQingliang and Xu Yunma.Thoughts on the development of earthquakemonitoring and prediction inmobile gravity[J].RecentDevelopment inWorld Seis molgy,2008,9：19-25)

2 李瑞浩.重力學引論[M].北京：地震出版社,1988.(Li Ruihao. Gravimetry guide[M]. Beijing：Seis mological Press,1988)

3 Chen Y T,Gu H D and Lu Z X.Variations of gravity before and after the Haicheng earthquake,1975,and the Tangshan earthquake,1976[J].Phys Earth Planet Int.,1979,18：330-338.

4 祝意青,王雙緒.昆侖山口西 8.1級地震前重力變化[J].地震學報,2003,25(3)：291-297.(Zhu Yiqing and Wang Shuangxu.Gravity variation before Kunlun mountain passwesternMs8.1 earthquake[J].Acta Seismologica Sinica,2003,25(3)：291-297)

5 李建成,等.地球重力場逼近理論與中國 2000似大地水準面的確定 [M].武漢：武漢大學出版社,2003.(Li Jiancheng,et al.The theory of earth gravity approach and deter mination of China quasi-geoid 2000[M].Wuhan：Wuhan University Press,2003)

6 徐云馬,祝意青,程宏賓.1998—2004滇西地區重力場演化與Ms≥6.0地震[J].大地測量與地球動力學,2008, (2)：51-55.(Xu Yunma,Zhu Yiqing and Cheng Hongbin. Relations bet ween changes of gravity field andMs≥6.0 earthquake in western Yunnan during 1998—2004[J]. Journal of Geodesy and Geodynamic,2008,(2)：51-55)

7 張為民,王勇.洱海水位變化對下關基準點絕對重力觀測影響 [J].大地測量與地球動力學,2005,(4)：114-116.(ZhangWeimin andWang Yong.Effect ofwater level variations of Erhai lake on absolute gravity observation at Xiaguan fiducial station[J].Journal of Geodesy and Geodynamic,2005,(4)：114-116)

8 周偉,等.川滇地區現金構造變形分析[J].大地測量與地球動力學,2008,(2)：22-27.(Zhou Wei,et al.Analysis of present-day tectonic deformation in Sichuan-Yunnan area[J].Journal of Geodesy and Geodynamic,2008,(2)：22-27)

9 王雙緒,等.利用重力復測研究局部大地水準面變化與地震的關系[J].大地測量與地球動力學,2009,(1)：6-10.(Wang Shuangxu,et al.Studyon relation between variation of local geoid and earthquake by repeated gravity survey[J].Journal of Geodesy and Geodynamic,2009,(1)：6 -10)

RELATI ONS BETW EEN CHANGES OF GEO I D AND EARTHQUAKES (Ms≥6.0)INW ESTERN YUNNAN DURING 1992—2000

Dong Zhengyao1),Li Hui2,3),Wang Jian2,3)and Tan Hongbo2,3)

(1)Earthquake Adm inistration of Zhejiang Province,Hangzhou 310013 2)Institute of Seism ology,CEA,W uhan 430071 3)CrustalM ovem ent Laboratory,W uhan 430071)

On the basis of the mobile gravity data in western area of Yunnan province during 1992-2000,the dynamically evolutional characteristicsof geoid are researched.The results show that the changesof geoid are closely relative to fault activity,and the variationsof local geoid are relatedwith the preparation and occurrence of earthquake ofMs≥6.0

earthquake;mobile gravimetry;geoid variation;crustalmovement;the west of Yunnan

1671-5942(2011)04-0027-05

2011-01-12

中國地震局地震行業專項(喜馬拉雅計劃)

董正瑤,1981年生,碩士,主要從事重力資料處理研究.E-mail：39041086@qq.com

P315.72+5

A