GRACE卫星观测到的尼泊尔MS8.1地震震前重力场变化特征

郑增记范丽红陕西省地震局，西安 710068长安大学地质工程与测绘学院，西安 710054

GRACE卫星观测到的尼泊尔MS8.1地震震前重力场变化特征

郑增记1）范丽红2）
1）陕西省地震局，西安 710068
2）长安大学地质工程与测绘学院，西安 710054

强震的孕育和发生必然引起震源区和外围地区一定范围内地球重力场的变化，而GRACE卫星则为探测重力场变化提供了一种新的方式。GRACE卫星自2002年3月发射升空以来，已成功记录到了2004年苏门答腊MW9.1地震、2010年智利MW8.8地震以及2011年日本MW9.0地震的同震和震后重力场变化。2015 年4月25日，尼泊尔（28.147°N，84.708°E）发生了MS8.1大地震。这是继1934年1月15日尼泊尔8级大地震后，尼泊尔遭受的最强烈地震，目前已造成至少8 219人死亡，17 866人受伤。

孙文科指出，理论上大于M9.0的剪切型或者大于M7.5的张裂型地震所产生的同震重力变化均可被GRACE卫星探测到。2015年尼泊尔MS8.1地震震前重力场变化在GRACE卫星中是否有所反应呢？这里，采用GRACE卫星RL05月重力场模型数据提取了2015年尼泊尔MS8.1地震的震前重力场变化。

采用美国德克萨斯大学空间研究中心（UTCSR）最新发布的RL05月重力场模型数据，时间范围取为2012年1月至2015年3月，该数据为处理后的规格化重力场位系数，最大阶数为60阶。该模型已扣除了极潮、固体潮、海潮的影响以及大气、海洋的非潮汐部分影响，并且相较于RL04模型，RL05模型在信噪比方面有显著提高。

为了获取震前重力场随时间变化的特征，以平均重力场作为背景场，对GRACE月重力场模型进行300 km高斯滤波以及P3M6方法进行去相关处理。由于重力场变化时间序列中包含漂移信号，对震前数据利用最小二乘拟合去除其中包含的年、半年周期项信号以及S2潮汐波的影响，获得了2012—2015年的重力场变化速率图（图1）。同时，为了压制降水等季节性变化信号对时变重力场的影响，还以2012年1～3月月重力场模型数据的平均值作为背景场，计算了2013—2015年1～3月相对于2012年的重力场变化图像（图略）。最后得出结论。

（1）尼泊尔及周边研究区域重力场具有明显的季节性变化特征，震中以南大部分区域上半年呈现负变化，在4～5月份达到最小（约－4～－6×10-8m/s2），下半年呈现正变化，在9～10月份达到最大（约+6～+8×10-8m/s2）。

（2）2012—2015年期间，震中以东缅甸和泰国及西北方向吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦地球重力场持续下降，变化率约为每年－0.5～－1.0×10-8m/s2，震中西南方向印度中部重力场呈现持续增加，变化率约为每年+0.3～+0.6×10-8m/s2，反映了印度板块与欧亚板块长期碰撞运动所造成的重力场变化。

（3）2013年，震中的西北方向吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦开始呈现重力场负变化，震中以北青藏高原及西南方向印度中部呈现大范围的重力场正变化；2014年，吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦地区的重力场负变化持续加强并且范围扩大，震中以北青藏高原的正变化减弱并且范围减小，但西南方向印度中部的正变化持续加强；2015年震中及以西附近区域重力场出现大范围的反转变化，并且在反转过程中，发生了MS8.1地震。

图1　震前2012—2015年重力场变化速率图