台站连续重力信号的差分方法原理及理论验证

徐伟民 陈 石 卢红艳（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

台站连续重力信号的差分方法原理及理论验证

徐伟民 陈 石 卢红艳
（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

连续重力记录是包含高频微波、地球构造活动、潮汐分量、极移等多尺度多频段复杂信号的数据，通过对重力监测网中邻近台站的连续重力观测结果进行“差分”，可削弱日、月引潮力等远场信号影响，提高与台站区域构造运动等相关的近场信号信噪比，得到重力台站间连续重力的“段差”变化，获取区域重力场连续变化特征。

（1）数据预处理。日月引潮力引起的潮汐分量是连续重力信号的主要成分，同时观测数据中包含尖峰、突跳、阶跃及震动等干扰信号，采用ICET推荐标准潮汐预处理软件Tsoft对原始数据进行预处理，得到连续的重力固体潮观测数据。“漂移”是弹簧型重力仪数据记录中最为复杂的影响因素之一，由于它的复杂性和不确定性，只采用线性拟合其趋势性，尽可能保留观测数据中的信息。

（2）理论潮汐分量计算。潮汐分量通过理论潮汐模型精确确定，首先基于台站经纬度采用Wparicet计算各站点潮汐参数，在此参数基础上通过MT80TW模型计算重力固体潮理论潮汐分量。该潮汐理论模型计算基于Xi Qinwen潮汐合成方法，可精确至3070阶，海潮模型计算提供tam1200和cet505等模型，并考虑极移等长周期因素影响，可得到精确的理论潮汐分量。

（3）气压负荷等影响改正。气压负荷影响的计算，可通过大气重力格林函数用离散褶积方法求得，亦可采用单负荷大气重力导纳值计算。

（4）“差分”连续重力变化。以邻近台站（通常300 km以内）同时段的连续重力非潮汐量为基础，对台站间时变重力信号进行“差分”，获取台站区域近场连续重力“段差”结果。

以川滇交界地区的昭通台和南山台两个台站为例（2012年1月1日至12月30日，hour值采样）进行理论验证和结果检验。首先，根据两个台站经纬度计算潮汐参数获得各自理论潮汐值，“差分”得到理论潮汐信号的连续重力变化段差（图1）。其次，以昭通台和南山台同时段同采样率的实测数据为基础，依次进行预处理、理论潮汐拟合、气压负荷改正，然后“差分”获得实测数据的连续重力变化段差。

图1　理论潮汐信号和实测数据的“差分”结果对比

理论潮汐信号的结果表明，“差分”方法能极大压制远场信号；实测数据的结果表明，“差分”方法能有效提高近场信号的信噪比。得出以下结论：

（1）通过连续重力原始数据预处理，对“漂移”进行线性拟合，并顾及大气负荷效应，同时基于高精度理论潮汐模型的理论值计算，是得到连续时变重力信号的必要步骤。

（2）邻近台站数据“差分”得到重力台站间连续重力变化段差，能有效提高近场信号的信噪比，得到台站区域重力场连续变化特征。

（3）“差分”得到台站间连续重力段差，一方面与区域相对重力网内台站段差进行联合解算，另一方面基于台站站点绝对重力结果控制。不同测量方法的重力数据融合，可得到区域重力场连续变化，进一步分析区域构造运动等地球活动特征。