測點周邊環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測預報地震為目的，在同一測點（線、網）上重復進行的重力測量[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域性地殼介質密度變化，是屬于非潮汐變化，但其它干擾因素對重力變化也會產生一定影響，重力測量干擾因素主要包括系統誤差和隨機干擾。

其中系統誤差主要分為儀器格值誤差、周期誤差、彈性系統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、點位環境變化、地下水變化和振動等[2]。

1.2 質量缺失現象

朝陽測點位于遼寧省朝陽市龍城區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，監測人員照常執行國家局下達的流動重力測量任務，發現朝陽測點周邊于2015年6—7月間由于小區建設，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，當時坑內未注水。在測量后發現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]，每年復測兩期，分別是4—5月和8—9月。外業自互差均符合規范要求，自差小于25微伽，互差小于30微伽；內業計算采用LGADJ軟件[3]，數據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，得到最優計算結果[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境變化三個方面入手。平面變化能較好的反應測區內重力場變化形態，時序變化能較好的反應測點隨時間的變化情況。本文通過測點周邊環境變化前后所對應測量結果，綜合分析了質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，綠色漸變色表示重力場變化下降區，等值線間隔值為10微伽。

圖1 遼寧地區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，測區內重力場變化形態為正負交替分布。

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

朝陽周邊為零線區，變化幅度不大，也無較大梯度帶。

圖2 遼寧地區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，測區內重力場變化形態，遼南以下降為主，遼西以上升為主。

遼西測區：遼蒙交界的赤峰至建平附近以及建昌地區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，測區內重力場變化形態，只有赤峰附近以及建昌周邊形成重力上升區，其余均為下降區。

遼西測區：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沿著北西向重力變化由高變低梯度較大，異常形態明顯。

朝陽周邊形成了一個接近-50微伽的低值區域，有高梯度帶。

圖4 遼寧地區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，整個測區以負變為主。

遼西測區形成三處封閉異常區域。一是以朝陽為中心，向偏北方向形成重力低值區，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，變化量在-50微伽左右；三是以凌源為中心，形成局部高值區，變化幅度在50微伽左右。以上4處區域營口—蓋州、朝陽、金城—錦州、凌源—建昌等區域值得關注。

朝陽周邊形成-70微伽低值區域，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，主要是分析測區半年內重力場變化特征。用紅色漸變色表示重力場變化上升區，藍漸變色表示重力場變化下降區，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，測區內重力場變化形態以上升為主。

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

朝陽處于零線周邊，變化形態平緩簡單。

圖6 遼寧地區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，測區內重力場變化形態以下降為主。

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

朝陽周邊形成了一個重力低值區，最小值在朝陽，達-50微伽左右。

圖7 遼寧地區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，但數值有所減緩，至2016年才開始轉呈上升，而在2015年朝陽周邊未發生中強震，表明2015年5月至2015年10月期間該測點點值發生劇烈波動，說明該點的變化可能系周邊環境變化所引起。

2.4 測點周邊環境變化

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。經問詢，測點旁邊的深坑為小區的蓄水池，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。

（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。

（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年才開始轉呈上升，而在2015年朝陽周邊未發生中強震，表明2015年5月至2015年10月期間該測點的點值發生劇烈波動，說明該點的變化可能系周邊環境變化所引起。

（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境變化很大，質量缺失嚴重。

綜合以上分析，針對2015年遼寧省遼西測區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境變化情況，認為測值變化可能系質量缺失所引起。