臺站連續重力信號的差分方法原理及理論驗證

徐偉民 陳 石 盧紅艷（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

臺站連續重力信號的差分方法原理及理論驗證

徐偉民 陳 石 盧紅艷
（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

連續重力記錄是包含高頻微波、地球構造活動、潮汐分量、極移等多尺度多頻段復雜信號的數據，通過對重力監測網中鄰近臺站的連續重力觀測結果進行“差分”，可削弱日、月引潮力等遠場信號影響，提高與臺站區域構造運動等相關的近場信號信噪比，得到重力臺站間連續重力的“段差”變化，獲取區域重力場連續變化特征。

（1）數據預處理。日月引潮力引起的潮汐分量是連續重力信號的主要成分，同時觀測數據中包含尖峰、突跳、階躍及震動等干擾信號，采用ICET推薦標準潮汐預處理軟件Tsoft對原始數據進行預處理，得到連續的重力固體潮觀測數據。“漂移”是彈簧型重力儀數據記錄中最為復雜的影響因素之一，由于它的復雜性和不確定性，只采用線性擬合其趨勢性，盡可能保留觀測數據中的信息。

（2）理論潮汐分量計算。潮汐分量通過理論潮汐模型精確確定，首先基于臺站經緯度采用Wparicet計算各站點潮汐參數，在此參數基礎上通過MT80TW模型計算重力固體潮理論潮汐分量。該潮汐理論模型計算基于Xi Qinwen潮汐合成方法，可精確至3070階，海潮模型計算提供tam1200和cet505等模型，并考慮極移等長周期因素影響，可得到精確的理論潮汐分量。

（3）氣壓負荷等影響改正。氣壓負荷影響的計算，可通過大氣重力格林函數用離散褶積方法求得，亦可采用單負荷大氣重力導納值計算。

（4）“差分”連續重力變化。以鄰近臺站（通常300 km以內）同時段的連續重力非潮汐量為基礎，對臺站間時變重力信號進行“差分”，獲取臺站區域近場連續重力“段差”結果。

以川滇交界地區的昭通臺和南山臺兩個臺站為例（2012年1月1日至12月30日，hour值采樣）進行理論驗證和結果檢驗。首先，根據兩個臺站經緯度計算潮汐參數獲得各自理論潮汐值，“差分”得到理論潮汐信號的連續重力變化段差（圖1）。其次，以昭通臺和南山臺同時段同采樣率的實測數據為基礎，依次進行預處理、理論潮汐擬合、氣壓負荷改正，然后“差分”獲得實測數據的連續重力變化段差。

圖1　理論潮汐信號和實測數據的“差分”結果對比

理論潮汐信號的結果表明，“差分”方法能極大壓制遠場信號；實測數據的結果表明，“差分”方法能有效提高近場信號的信噪比。得出以下結論：

（1）通過連續重力原始數據預處理，對“漂移”進行線性擬合，并顧及大氣負荷效應，同時基于高精度理論潮汐模型的理論值計算，是得到連續時變重力信號的必要步驟。

（2）鄰近臺站數據“差分”得到重力臺站間連續重力變化段差，能有效提高近場信號的信噪比，得到臺站區域重力場連續變化特征。

（3）“差分”得到臺站間連續重力段差，一方面與區域相對重力網內臺站段差進行聯合解算，另一方面基于臺站站點絕對重力結果控制。不同測量方法的重力數據融合，可得到區域重力場連續變化，進一步分析區域構造運動等地球活動特征。