测点周边环境变化对流动重力测量成果影响的探讨

底欣欣，杨晓东，张 丽，何飞虎，李玉森

（辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

地震重力测量是以监测预报地震为目的，在同一测点（线、网）上重复进行的重力测量[1]，流动重力测量是其重要的组成部分。影响重力测量的因素有很多，本文将就2015年第二期流动重力测量时测点周边质量缺失引起的测值突变进行探讨。

1 测量影响因素

1.1 影响因素分析

重力变化主要是反映区域性地壳介质密度变化，是属于非潮汐变化，但其它干扰因素对重力变化也会产生一定影响，重力测量干扰因素主要包括系统误差和随机干扰。

其中系统误差主要分为仪器格值误差、周期误差、弹性系统非线性零漂和弹性后效等。重力测量随机干扰因素主要有温度、磁场、点位环境变化、地下水变化和振动等[2]。

1.2 质量缺失现象

朝阳测点位于辽宁省朝阳市龙城区中山大街与长江路交汇处，地处辽宁西部，附近主要断裂为朝阳—北票断裂。

2015年8—9月期间，监测人员照常执行国家局下达的流动重力测量任务，发现朝阳测点周边于2015年6—7月间由于小区建设，在测点附近挖了一个15米见方，深约5米的大坑，土方量约合1125 m3，当时坑内未注水。在测量后发现该坑对测量成果造成一定影响。

1.3 资料选取

辽宁流动重力测量采用拉格斯特重力仪[3]，每年复测两期，分别是4—5月和8—9月。外业自互差均符合规范要求，自差小于25微伽，互差小于30微伽；内业计算采用LGADJ软件[3]，数据处理过程中对一次项、固体潮、零漂和仪器高改正，同时排除地震对起算点的影响和干扰，得到最优计算结果[4]。本文选取资料时间段为2014年10月至2016年5月，共四期测量成果，具体计算精度如表1所示。

表1 观测成果精度表单位：1×10-8m·s-2

2 异常分析

异常分析是从重力场平面变化特征、测点时序变化及点位周边环境变化三个方面入手。平面变化能较好的反应测区内重力场变化形态，时序变化能较好的反应测点随时间的变化情况。本文通过测点周边环境变化前后所对应测量结果，综合分析了质量缺失对重力测量成果的影响。

2.1 重力场长周期变化特征

以下四张为各期相对于G期的重力场长周期变化图，用以分析各测期重力场长周期变化特征。图中用红色渐变色表示重力场变化上升区，绿色渐变色表示重力场变化下降区，等值线间隔值为10微伽。

图1 辽宁地区1410-G重力场平面变化图Fig.1 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1410-G

从图1（2014年10月相对基值重力场长周期变化图）中可以看出，测区内重力场变化形态为正负交替分布。

辽西测区辽蒙一带、建昌一带重力场均形成了重力高值区，最大变化量值达70微伽左右，重力变化梯度较大，异常形态明显。

朝阳周边为零线区，变化幅度不大，也无较大梯度带。

图2 辽宁地区1505-G重力场平面变化图Fig.2 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1505-G

从图2（2015年5月相对基值重力场长周期变化图）中可以看出，测区内重力场变化形态，辽南以下降为主，辽西以上升为主。

辽西测区：辽蒙交界的赤峰至建平附近以及建昌地区重力场变化梯度较大，变化幅度达80微伽左右，形成两处封闭异常区域。

朝阳处零线附近，周边的梯度带也比较缓和。

图3 辽宁地区1510-G重力场平面变化图Fig.3 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1510-G

从图3（2015年10月相对基值重力场长周期变化图）中可以看出，测区内重力场变化形态，只有赤峰附近以及建昌周边形成重力上升区，其余均为下降区。

辽西测区：辽蒙交界以及建昌一带重力场变化上升幅度高达70微伽左右，相比之下，朝阳北票地区呈下降趋势明显，幅值接近-50微伽左右，辽蒙交界至朝阳北票地区沿着北西向重力变化由高变低梯度较大，异常形态明显。

朝阳周边形成了一个接近-50微伽的低值区域，有高梯度带。

图4 辽宁地区1605-G重力场平面变化图Fig.4 Plane variation of gravity field in Liaoning area 1605-G

从图4（2016年5月相对基值重力场长周期变化图）中可以看出，整个测区以负变为主。

辽西测区形成三处封闭异常区域。一是以朝阳为中心，向偏北方向形成重力低值区，变化幅度在-70微伽以上；二是以金城为中心，向南北拓展的重力低值区，变化量在-50微伽左右；三是以凌源为中心，形成局部高值区，变化幅度在50微伽左右。以上4处区域营口—盖州、朝阳、金城—锦州、凌源—建昌等区域值得关注。

朝阳周边形成-70微伽低值区域，有明显的异常梯度带。

通过分析以上几张各期相对G期的重力场平面变化图，可以看出朝阳测点周边自2015年8月突然呈剧烈下降趋势，变化量值接近-50微伽，至2016年5月仍为负变。

2.2 重力场短周期变化特征

以下三张为相邻两期的重力场短周期变化图，主要是分析测区半年内重力场变化特征。用红色渐变色表示重力场变化上升区，蓝渐变色表示重力场变化下降区，虚线表示变化量为0的等值线，等值线间隔值为10微伽。

图5 辽宁地区1505-1410重力场平面变化图Fig.5 Planar variation of gravity field in Liaoning region 1505-1410

从图5（2015年5月相对2014年10月重力场短周期变化图）中可以看出，测区内重力场变化形态以上升为主。

辽西测区：辽蒙一带重力场短期变化形态平缓简单，整体呈现下降趋势，变化幅度为20微伽左右。

朝阳处于零线周边，变化形态平缓简单。

图6 辽宁地区1510-1505重力场平面变化图Fig.6 Planar variation of gravity field in Liaoning region 1510-1505

从图6（2015年10月相对2015年5月重力场短周期变化图）中可以看出，测区内重力场变化形态以下降为主。

辽西测区：在朝阳地区形成下降形态闭合圈，重力变化梯度较大，变化量接近-50微伽。大市和清河门地区重力变化量为-30微伽以上。其他地区重力场变化量幅度较小，形态简单平缓没有异常显示。

朝阳周边形成了一个重力低值区，最小值在朝阳，达-50微伽左右。

图7 辽宁地区1605-1510重力场平面变化图Fig.7 Planar variation of gravity field in Liaoning region 1605-1510

从图7（2016年5月相对2015年10月重力场短周期变化图）中可以看出，重力变化量在-30微伽到20微伽之间。

辽西测区辽蒙一带在朝阳—赤峰、凌源—赤峰方向重力梯度变化较大，重力变化量最大值为-70微伽。

朝阳与赤峰之间形成低值强梯度带，至2018年5月23日发生朝阳MS4.6级地震。

通过分析以上几张邻期重力场平面变化图，可以看出朝阳测点周边自2015年8月突然呈剧烈下降趋势，变化量值接近-50微伽，至2016年4月仍为负变。

2.3 点值时序变化

图8 朝阳点值时序变化图Fig.8 Change chart of Chaoyang point value

从图8（点值时序变化图）中可以看出，朝阳测点在2015年5月开始剧烈下降后，2015年10月仍为负变，但数值有所减缓，至2016年才开始转呈上升，而在2015年朝阳周边未发生中强震，表明2015年5月至2015年10月期间该测点点值发生剧烈波动，说明该点的变化可能系周边环境变化所引起。

2.4 测点周边环境变化

以下三张是2015年10月和2016年5月测期朝阳测点周边环境的照片，从中可以看出，2015年10月测点旁边挖了一个蓄水池，经测量长宽各为15 m，深约5 m，测量时坑中未注水；至2016年5月测量时，坑被填平。经问询，测点旁边的深坑为小区的蓄水池，2016年已注满水。

图9 2015年10月朝阳测点旁水坑远照Fig.9 Distant view of puddles next to sunrise survey point in October，2015

图10 2016年5月朝阳测点旁水坑近照Fig.10 Nearby view of puddle next to sunrise survey point in May，2016

3 结论

（1）通过重力场各期相对与G期的长周期变化图分析，可以看出朝阳测点自2015年8月突然呈剧烈下降趋势，变化量值接近-50微伽，至2016年5月仍为负变，但量值减小，在限值内。

（2）通过重力场邻期的短周期变化图分析，可以看出朝阳测点周边同样自2015年8月突然呈剧烈下降趋势，变化量值接近-50微伽，至2016年4月仍为负变，但量值减小，在限值内。

（3）通过点值时序变化图分析，可以看出朝阳测点在2015年5月开始剧烈下降后，2015年10月仍为负变，但量值变化不大，至2016年才开始转呈上升，而在2015年朝阳周边未发生中强震，表明2015年5月至2015年10月期间该测点的点值发生剧烈波动，说明该点的变化可能系周边环境变化所引起。

（4）2015年测量前后，测点周边照片中，可以看出朝阳测点周边环境变化很大，质量缺失严重。

综合以上分析，针对2015年辽宁省辽西测区第二期流动重力测量朝阳测点的测值突变近-50微伽，参考了往期资料分析以及周边环境变化情况，认为测值变化可能系质量缺失所引起。