引用本文
周斌, 文翔, 原永东. 2016年苍梧 MS5.4地震前后重力变化 [J]. 地震地质, 2018,40(3): 539-551.
ZHOU Bin, WEN Xiang, YUAN Yong-dong. GRAVITY VARIATION BEFORE AND AFTER THE MS5.4 EARTHQUAKE IN CANGWU IN 2016 [J]. SEISMOLOGY AND GEOLOGY, 2018,40(3): 539-551.  
DOI:10.3969/j.issn.0253-4967.2018.03.003
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2016年苍梧 MS5.4地震前后重力变化
周斌, 文翔*, 原永东
广西壮族自治区地震局, 南宁 530022
*通讯作者: 文翔, 工程师, E-mail: yaya997@163.com。

〔作者简介〕 周斌, 男, 1972年生, 2010年在中国地震局地质研究所获构造地质学博士学位, 研究员, 主要从事地震预测预报、 构造地质与构造流体动力学方面的研究, 电话: 0771-2804448, E-mail: dztzb@163.com。

收稿日期: 2017-08-10
基金项目: 广西科技攻关计划(1598017-11)和中国地震局地震行业科研专项(CEA-JC/3JH-162001, 2017010229)共同资助
摘要

利用广西及邻区2014—2016年流动重力观测资料, 系统分析了区域重力场变化及其与2016年7月31日广西苍梧 MS5.4地震的关系, 并结合GPS观测数据与地震地质调查成果, 探讨了区域重力场变化的时空分布特征及其机理。结果表明: 1)苍梧 MS5.4地震前后, 震区附近重力异常变化与主干断裂在空间上关系密切, 反映了沿控震断裂在2014—2016年期间发生了引起地表重力变化效应的地壳变形和构造活动; 2)苍梧 MS5.4地震前后震中附近的重力变化, 是1个由重力正值异常区向重力负值异常区变化, 沿NNE向出现重力变化梯度带, 并在变化过程中发震的演化过程; 3)苍梧 MS5.4地震震中既位于重力变化梯度带附近, 也处于面应变梯度带零值过渡区和最大剪应变率高值区的边缘部位, 这一观测事实进一步佐证了重力场和形变场动态变化图像对中强地震地点预测具有重要的指示意义; 4)近期桂西北地区重力动态变化图像呈现四象限分布的特征, 四象限中心地带存在发生中强地震的危险。

关键词: 苍梧 MS5.4地震; 重力场; 形变场; 地震危险性
中图分类号:P315.72+6 文献标志码:A 文章编号:0253-4967(2018)03-539-13
GRAVITY VARIATION BEFORE AND AFTER THE MS5.4 EARTHQUAKE IN CANGWU IN 2016
ZHOU Bin, WEN Xiang, YUAN Yong-dong
Earthquake Agency of Guangxi Zhuang Autonomous Region, Nanning 530022, China
Abstract

Based on the mobile gravity observation data in 2014-2016 in Guangxi and its adjacent areas, this paper systematically analyzed the changes of regional gravity field and its relation to the MS5.4 Cangwu, Guangxi earthquake on July 31, 2016, and combined with GPS observation data and seismic geological survey results, discussed the temporal and spatial distribution characteristics of the changes of regional gravity field and its mechanism. The results show that: (1)Before and after the MS5.4 Cangwu earthquake, the gravity anomaly changes near the earthquake area were closely related to the major faults in space, which reflects the crustal deformation and tectonic activities that caused the surface gravity change along the seismogenic fault in the period of 2014-2016; (2)The gravity changes near the epicenter before and after the MS5.4 Cangwu earthquake showed an evolution process in which the positive gravity anomaly zone changed to the negative gravity anomaly zone, a gravity gradient belt appeared along NNE direction and the earthquake occurred in its reverse change process; (3)The epicenter of the MS5.4 Cangwu earthquake located both near the gravity gradient belt and in the zero transition zone of the surface strain gradient and the edge of the high maximum shear strain rate area, the observational fact further proved that the dynamic image of gravitational field and deformation field have important instruction significance to the location prediction of strong earthquakes; (4)in recent years, the gravity dynamic change in northwestern Guangxi presented a four-quadrant distribution pattern, and there is the risk of generating earthquake of magnitude about 5 in the center of the quadrants.

Keyword: MS5.4 earthquake in Cangwu; gravity field; deformation field; seismic risk
0 引言

2016年7月31日, 广西梧州市苍梧县沙头镇与贺州市仁义镇交界(24.08° N, 111.56° E)发生MS5.4地震, 震源深度10km。 苍梧MS5.4地震震中150km范围内历史上曾经发生过4.5级以上地震18次, 其中4.5~4.9级地震12次、 5.0~5.9级地震6次, 最大震级为1558年6月1日广东封开5 12级地震, 距离震中最近的地震为1372年5月24日广西昭平东5级地震(图1c)。 此次地震是1970年有仪器记录以来广西内陆发生的最大地震, 极震区烈度达Ⅶ 度, 地震造成梧州市苍梧县沙头镇和石桥镇、贺州市八步区仁义镇、 贺州市平桂区共45个行政村遭受不同程度的破坏, 直接经济损失9i922万元。此次地震发生在华南褶皱系的二级地质构造单元湘桂褶皱带的南部; 新构造期以来, 震中所在的桂东北断块区以大面积隆起为主, 伴有一定程度的差异运动(李伟琦, 1989)。 震中区附近主干断裂呈NNE或近SN向舒缓波状展布, 在中更新世中期普遍有过强烈活动①(①广西工程防震研究院, 2012, 梧州旺城广场项目工程场地地震安全评价报告。)。此次地震的控震构造为桂东北断块隆升区NNE或近SN向的主干断裂, 发震构造为NNE向展布的贺街-夏郢断裂①(①广西壮族自治区地震局, 2016, 广西壮族自治区2017年度地震趋势研究报告。)。

图 1 广西及邻区流动重力、 GPS观测网络及苍梧MS5.4地震震中分布图Fig. 1 Mobile gravity and GPS observation network in Guangxi and neighboring areas and distribution of historical earthquakes.

流动重力测量反映区域重力场的非潮汐变化信息, 地壳内部的物质迁移、 地壳构造和地震的形成过程等都可以在流动重力复测结果中反映出来。中强地震受区域应力场及主要活动断裂带的控制, 通常孕育并发生在活动断裂带应力高度积累的部位, 这些部位及其附近在孕震阶段的显著差异构造运动, 通常伴有显著的重力场变化(陈运泰等, 1980; 张国民等, 2005)。国内很多学者在探索地震前、 后重力场变化规律及特征的过程中做了大量工作, 并取得显著成效(祝意青等, 2008, 2013, 2014, 2015, 2016; 申重阳等, 2009, 2011; 陈石等, 2011; 梁伟锋等, 2013)。广西壮族自治区地震局于2013年在广西及邻区逐步建设流动重力观测网络, 监测区域物质迁移及构造变形, 为中强地震预测研究提供区域性地壳运动学和动力学背景资料。本文采用广西及邻区2014— 2016年重力观测资料, 分析了苍梧MS5.4地震前重力场变化的时空动态演化特征及变化机理, 并结合GPS观测数据与活动构造分析, 探讨了地面重力变化与地壳运动、 构造活动及地震孕育发生的关系, 希望有助于本地区地震趋势分析研究, 并供类似地区参考。

1 观测资料处理

广西位于亚欧大陆板块南缘, 受川滇菱形块体顺时针压扭、 南海扩张N向挤压和菲律宾海小板块NW向挤压的边界动力作用控制, 区内中更新世活动断层广泛发育, 部分断层段在晚更新世有明显活动, 具备发生中强地震的地质构造条件, 是典型的中等强度地震区。为加强对广西及邻近地区地球物理场动态的监测能力, 广西壮族自治区地震局于2013年新建流动重力观测网络, 通过不断优化与整合, 2016年3月形成目前的流动重力观测网(图1a)。该流动重力观测网络由104个测点、 114个测段构成, 测点平均间距为30~40km, 计划每年对测网进行2期常规复测, 使其适合5级以上地震重力异常的监测与捕捉。

2014年12月至2016年9月共开展了4期流动重力观测, 前3期观测使用LCR-G型重力仪器, 第4期使用自购的CG-5重力仪器观测(表1)。流动重力网络观测期间, 苍梧MS5.4地震周边区域降雨量较为稳定, 约为1i350mm/a, 且测点附近无明显的地下水变化。流动重力观测资料处理过程为: 1)采用LGADJ软件进行平差计算, 考虑到测网内北海、 梧州和河池3个绝对重力点的点位稳定, 外界干扰影响小, 且有高精度绝对重力观测值, 因此采用经典平差计算方法; 2)平差计算时, 先对多期重力观测资料计算结果进行整体分析, 初步了解各台仪器观测精度后, 合理确定各台仪器的先验方差, 再重新平差计算, 以得到最佳解算结果; 3)对平差结果中极个别周围环境改变或不重合的测点进行删除; 4)对重力观测数据进行拟合推估, 以便突出显示构造因素的重力效应。各期观测资料及整体平差计算后的重力点值精度统计情况见表1, 4期重力观测资料的点值平均精度约6.8× 10-8m· s-2, 反映本文使用的观测资料可靠。

表1 广西及邻区流动重力测量情况及精度统计 Table1 Mobile gravity measurement and precision statistics in Guangxi and neighboring areas
2 重力场演化特征

本文主要分析2014年以来研究区重力场变化特征, 即苍梧MS5.4地震前后的重力场1a尺度与差分动态变化图像。

2. 1 1a尺度的重力场动态变化图像

重力场累积与1a尺度动态变化有利于突出较长期或背景性效应, 能使背景性构造运动效应逐步显现。由研究区1a尺度的区域重力场动态变化图像可以看出(图2):

图 2 苍梧地震前后1a尺度的重力场动态变化图像(单位: μ gal)Fig. 2 One-year scale gravity field dynamic variation image before and after the Cangwu earthquake.
a 2014-12— 2015-12; b 2015-12— 2016-09

(1)2014-12— 2015-12期间重力变化具有分区特性(图2a), 主要表现为: 桂东北地区重力变化总体趋势是自NW向SE出现由负向正逐渐增加的变化, 苍梧地区出现+20× 10-8m· s-2 的重力异常变化, 恭城、 兴安地区出现-40× 10-8m· s-2 左右的重力变化, 重力变化最大差异运动达60× 10-8m· s-2, 重力变化等值线走向NNE, 并沿主干断裂构造线出现重力变化梯度带; 桂西北地区重力变化总体趋势为自SW向NE由正向负变化, 天峨— 凤山地区出现+20× 10-8m· s-2 的重力异常变化, 荔波— 榕江地区出现-40× 10-8m· s-2 左右的重力变化, 重力变化最大差异运动达60× 10-8m· s-2, 重力变化等值线走向总体与NW向南丹-河池断裂走向基本一致, 并沿断裂构造线出现重力变化梯度带; 桂东南地区重力变化较为平缓, 重力变化在± 20× 10-8m· s-2 内。桂东北、 桂西北地区较好地反映了重力变化受区域应力场作用和断裂活动的控制。

(2)2015-12— 2016-09期间(图2b), 重力变化总体与上期变化相反, 表现为: 苍梧MS5.4地震后的反向恢复变化, 苍梧地区由上期的+20× 10-8m· s-2 转为-10× 10-8m· s-2 的重力异常变化, 恭城、 兴安地区由上期的-40× 10-8m· s-2 转为+50× 10-8m· s-2 的重力异常变化, 仍沿苍梧— 兴安形成重力变化梯度带, 苍梧MS5.4地震发生在重力变化梯度带的零值线附近; 天峨— 马山地区出现2个局部重力负变化异常区, 荔波— 融安、 田林— 田阳区域附近出现2个局部重力正变化异常区, 凤山— 天峨— 环江附近形成重力变化四象限分布特征; 桂东南地区重力变化总体仍较平缓。

2.2 苍梧MS5.4地震前后重力场差分动态变化图像

为分析苍梧MS5.4地震前后区域重力场的短期前兆变化特征, 以地震前后相邻2期的观测资料为时间基准, 分别绘制了相邻2期(0.5a尺度)区域重力场的差分图像(图3), 分析图3可以发现以下现象:

图 3 苍梧地震前后重力场差分动态变化图像(单位: μ gal)Fig. 3 Dynamic variation image of gravity field differences before and after earthquake in Cangwu.
a 2014-12— 2015-06; b 2015-06— 2015-12.

(1)2014-12— 2015-06期间(图3a), 重力场差分图像变化分区特征明显, 以广西马山— 陆川一线为界, 该线以南为重力负异常区, 以北呈现2个正异常区夹1个负异常区的分布格局。桂东北地区自西向东出现由负向正的趋势性变化, 重力差异变化幅度达40× 10-8m· s-2, 重力变化等值线走向与该地区主干断裂构造线走向基本一致, 并沿断裂构造线出现重力变化梯度带。桂西地区田阳— 平果至桂黔交界天峨— 荔波一带, 自南向北重力场差分图像出现由负向正的趋势变化。桂东南地区重力变化以负值为主, 变化范围为0~-30× 10-8m· s-2。

(2)2015-06— 2015-12期间(图3b), 重力变化总体与上期变化相反。苍梧MS5.4地震震中区附近由上期的+20× 10-8m· s-2 转为-5× 10-8m· s-2 的重力异常变化, 处于1个反向变化过程, 震中西北的恭城— 兴安一带为持续的重力负值变化。广西天峨— 环江至贵州荔波— 榕江地区, 自南向北出现由正向负的趋势性变化, 并在广西天峨和贵州荔波之间, 沿NW向的南丹-河池断裂带形成重力变化梯度带, 异常幅度达50× 10-8m· s-2。桂东南地区出现重力正变化, 重力变化约+10× 10-8m· s-2。

(3)2015-12— 2016-09期间(图2b), 重力变化总体与上期变化相反, 表现为苍梧MS5.4地震后的反向恢复变化。

3 重力变化与苍梧MS5.4地震
3.1 重力场时空变化与苍梧MS5.4地震活动的关系

分析1a尺度的重力场动态图像(图2)可以发现, 2014-12— 2015-12期间桂东北地区自NW向SE出现由负向正逐渐增加的趋势性重力变化及沿主干断裂出现的重力变化高梯度带, 而且区域重力场异常变化形态与布格重力异常的空间分布具有较好的相关性(本文布格重力数据来源于原地质矿产部地球物理地球化学勘查局1988年主持编制的 1:4 000 000 的中国布格重力异常图)。布格重力异常自NW向SE逐渐增加, 由龙胜的-75× 10-5m· s-2 上升至苍梧的-30× 10-5m· s-2(图4), 重力变化也表现为自NW向SE逐渐增加的趋势, 由龙胜的-30× 10-8m· s-2 上升至苍梧的+20× 10-8m· s-2, 苍梧MS5.4震中附近区域布格重力异常梯度带展布与2014-12— 2015-12期间重力变化梯度带展布基本一致。祝意青等(2012, 2015, 2016)研究认为, 区域布格重力异常空间变化特征与地壳深部构造和地震分布之间存在内在联系, 重力场时空变化特征则与区域构造活动和地震活动有着密切关系。2014-12— 2015-12期间桂东北地区重力异常变化的几何形态与布格重力空间分布密切相关, 较好地反映了苍梧MS5.4地震前区域构造应力增强致使地壳物质迁移和构造变形, 在地表产生相应的重力场有序性变化。2015-12— 2016-09期间桂东北地区重力场总体变化与上期相反, 反映了苍梧MS5.4地震后局部应力释放引起的重力场反向恢复性变化。

图 4 布格重力异常等值线(单位: mgal)Fig. 4 Contour map of Bouguer gravity anomalies.

分析地震前后区域重力场差分动态图像(图3)可以发现, 苍梧MS5.4地震前后测区的重力变化具有一定的分区性, 震中区附近2014-12— 2015-06期间自东向西出现由正向负的趋势性变化, 沿区域主干断裂构造线出现重力变化梯度带; 2015-06— 2015-12期间, 震中西北的恭城— 兴安附近地区持续重力负值变化, 震中附近地区重力变化由上期的正值转为负值, 处于1个反向变化过程; 2015-12— 2016-09期间, 区域重力场总体变化与上期反向, 表现为苍梧MS5.4地震后的反向恢复变化, 并伴随着与区域主干断裂走向基本一致的重力变化梯度带, 苍梧MS5.4地震发生在重力变化梯度带的零值线附近, 这与以往的研究基本一致(祝意青等, 2004, 2009, 2013)。重力场差分动态图像较好地反映了苍梧MS5.4地震前震中区附近的重力变化, 是1个由重力正值异常区向重力负值异常区变化, 沿NNE向出现重力变化梯度带, 并在变化过程中发震的演化过程。

3.2 重力变化分析

为了分析地表重力变化对深部物质运动情况的反映, 应分析地表变形运动对地表重力变化的影响。一般来讲, 地表重力变化直接受地表垂直运动影响, 每抬升(或下降)10mm, 将引起测点约3.086× 10-8m· s-2 的重力下降(或上升)变化(申重阳等, 2009)。目前高精度地表垂直运动观测主要通过水准观测来获取, 但因其观测周期长, 并与重力观测不同步或不相匹配, 故只能利用GPS站观测成果粗略估算地表垂直运动对重力变化的影响。本文利用1999— 2015年陆态网连续GPS站及流动GPS站的观测资料, 计算了基于ITRF2008框架下广西及邻区的垂直形变速率(图5), 结果显示, 广西及邻区现今总体呈现差异性的隆升与沉降运动: 荔波— 恭城、 防城— 陆川地区为垂直形变速率较快的地带, 隆升速率2~3mm· a-1 ; 紫云— 马山地区的垂向形变速率较为平缓, 隆升速率0~0.6mm· a-1 ; 苍梧MS5.4震中区附近隆升速率约1.0mm· a-1 。这与以往的认识基本一致(廖超明等, 2015)。 总体来说, 广西垂直形变速率≤ 3mm· a-1, 地表垂直运动对年际重力变化的贡献< 1.0× 10-8m· s-2, 与2014-12— 2015-12期间重力场累计最高值达-40× 10-8~40× 10-8m· s-2 的变化量相比, 地表垂直变形运动对重力变化的影响不大。

图 5 广西及邻区垂直形变速率(单位: mm· a-1 )Fig. 5 Vertical crustal deformation rate in Guangxi and neighboring areas.

中强地震的发生与孕震区地壳水平形变异常演化密切相关, 一些学者就地壳水平形变异常展布形态与中强地震地点的关系进行了探讨。江在森等(2003)认为, 多数地震发生在剪应变(最大剪应变, 第一剪应变, 第二剪应变)高值区或其边缘, 尤其是与区域主干断裂相一致的剪应变率高值区; 张晶等(2013)认为, 中强地震易发生在面应变梯度带高、 低值过渡区及其与块体边界带的交会部位。本文利用GPS观测网络2013— 2015年广西及邻区连续、 流动GPS站观测资料(图1b)解算国际地球参考框架下的GPS速度场, 通过基准变换扣除整体运动得出中国大陆参考基准速度场, 进而利用最小二乘配置方法求解区域应变率参数(武艳强等, 2009; 江在森等, 2010; Wu et al., 2011), 给出了2013— 2015年广西及邻区面应变率与最大剪应变率(图6)。由面应变率分布图像可以看出(图6a): 荔波— 榕江地区呈现显著的拉张膨胀, 天峨地区以挤压收缩为主; 苍梧地区呈现较弱的拉张膨胀, 而昭平— 富川地区表现为显著的挤压收缩状态, 面收缩率峰值达-3.2× 10-8a-1; 苍梧MS5.4地震震中位于面应变梯度带高、 低值过渡区的零值附近, 有利于走滑断层的破裂(张晶等, 2013)。为便于对比分析广西地区重力与面应变结果, 本文将面应变率与2014— 2015年重力变化相叠加, 得到较为直观的重力变化和面应变率变化图像(图7a), 可以看出: 重力下降强烈的荔波— 榕江地区面膨胀率数值较高, 同时重力上升的富川— 苍梧、 天峨— 环江一带其面收缩率达到峰值, 苍梧MS5.4地震发生在重力异常变化梯度带与面应变梯度带零值过渡区, 苍梧震中附近的重力变化梯度走向与面应变率走向基本一致。进一步分析2013— 2015年最大剪应变率分布图像可以看出(图6b), 苍梧MS5.4地震震中位于最大剪应变率高值区边缘部位, 这与以往的研究基本一致(江在森等, 2003); 同时对比重力变化与最大剪应变率图像可以看出(图7b), 苍梧MS5.4地震发生在重力异常变化梯度带与最大剪应变峰值附近, 震中地区的重力变化梯度走向与最大剪应变率走向一致。

图 6 广西地区面应变率及最大剪应变率分布(2013— 2015年)
a 面应变率; b最大剪应变率Fig. 6 Distribution of surface strain and maximum shear strain rate in Guangxi area.

图 7 广西地区2014— 2015年重力变化与2013— 2015年面应变率、 最大剪应变率关系
a 重力变化(等值线表示, 单位: μ gal)与面应变率(色标表示)对照图; b 重力变化(等值线表示, 单位: μ gal)与最大剪应变率(色标表示)对照图Fig. 7 Relationships between gravity variation of 2014-2015 and surface strain and maximum shear strain rates of 2013-2015 in Guangxi areas.

综上所述, 与地表隆升作用相比, 广西及邻区重力场变化受水平形变致密作用(密度增加)的影响更为显著。苍梧MS5.4震中区附近重力异常变化的几何形态与面应变率、 最大剪应变率空间分布密切相关, 反映了震中区存在深部物质运移、 能量交换和动力作用, 引起活动断层物质变迁和构造变形, 在地表产生相应的重力变化(祝意青等, 2009; 陈运泰等, 2013), 也进一步证实中等强度地震区的重力场变化, 可以反映中强地震孕震过程中地壳深部介质的密度变化效应和物质的运动过程。

4 近期重力变化分析

分析1a尺度重力场变化(图2)可以看出, 桂西北地区重力变化较为显著。其一, 2014-12— 2015-12期间(图2a)桂西北地区重力变化总体趋势自SW向NE由正向负变化, 重力变化最大差异运动达60× 10-8m· s-2, 重力变化等值线走向与NW向南丹-河池断裂走向基本一致, 并沿断裂构造线出现重力变化高梯度带; 其二, 2015-12— 2016-09期间(图2b)桂西北地区重力变化与上期反向, 荔波— 榕江一带由上期的-40× 10-8m· s-2 转为+50× 10-8m· s-2, 天峨— 马山地区由上期的+20× 10-8m· s-2 转为-10× 10-8m· s-2, 田林— 平果一带由上期的-10× 10-8m· s-2 转为+30× 10-8m· s-2, 重力变化由局部差异变化发展为四象限变化特征, 四象限中心位于NW向南丹-河池断裂与NE向木伦-东兰-逻楼断裂的交会处。

断层位错理论模拟分析结果表明(谈洪波等, 2008; 申重阳等, 2011), 区域剪应力作用可引起沿走滑断层走向线反对称(以断层为中心分割)的四象限地表重力变化图像; 由于介质体应变或伸缩效应小于高程效应, 并与高程效应反相抵消, 故呈现出压缩区重力相对下降、 拉张区重力相对上升的分布形态。地震地质调查显示, 桂西北地区主要发育NW向左旋走滑和NE向右旋走滑2组不同运动性质的断裂, 受现代构造应力场的控制, NW向断裂普遍切割了NE向断裂, 成为控制现代构造变形和地震活动的主要断裂。2015-12— 2016-09期间桂西北地区重力场动态变化图像之所以会出现四象限分布的特征, 可能与NW向南丹-河池断裂孕震过程中引起的重力效应有关。进一步由面应变率、 最大剪应变率分布图像可以看出(图6), 荔波— 榕江地区拉张膨胀达到峰值(+4× 10-8a-1), 天峨地区挤压收缩剧烈(-3× 10-8a-1), 并沿NW向南丹-河池断裂呈现面应变高梯度带, 而且荔波附近地区最大剪应变率呈现高值。重力变化与面应变率、 最大剪应变率变化图像显示(图7), 重力上升的天峨— 荔波地区面收缩率显著, 荔波— 榕江一带重力下降变化呈现面膨胀, 重力变化与面应变率具有一定的共生性特征, 重力梯度带走向与面应变率、 最大剪应变率走向基本一致。

已有研究表明, 中强震易发生在与构造活动有关联的重力变化正、 负异常区过渡高梯度带或四象限中心(Zhu et al., 2015), 也易发生在剪应变高值区或其边缘, 面应变梯度高、 低值过渡区。结合桂西北地区地震活动图像和定点前兆观测异常综合分析认为, 桂西北地区近期显著重力变化是该地区深部物质运移作用下引起的地表重力变化效应, 天峨— 马山地区是重力变化四象限分布特征的中心地带, 也是面膨胀率变化过渡带和最大剪应变率高值区, 该地区存在发生中强地震的危险。

5 结论

本文从重力场动态变化角度, 结合GPS观测数据与活动构造, 分析研究了苍梧MS5.4地震前后区域重力场动态变化的特征, 获得以下主要认识:

(1)苍梧MS5.4地震前区域重力场呈现出空间分布的有序性及沿主干断裂展布的重力异常梯度带, 震后重力场出现反向恢复变化; 震中区附近重力场是1个由重力正值异常区向重力负值异常区变化, 沿NNE向出现重力变化梯度带, 并在变化过程中发震的演化过程。

(2)广西及邻区重力场动态变化与地壳水平运动及构造变形密切相关。苍梧MS5.4地震震中既位于重力变化梯度带附近, 也处于面应变梯度带零值过渡区和最大剪应变率高值区边缘部位, 这一观测事实进一步佐证了重力场和形变场动态变化图像对中强地震地点预测具有重要的指示意义。

(3)中强地震易发生在重力变化四象限分布中心附近或正、 负异常区过渡的高梯度带上。这是由于重力变化四象限分布中心附近或正、 负异常区过渡的高梯度带是物质密度增加与减少的过渡地带, 该处产生的物质增减差异运动剧烈, 易产生剪应力而首先破裂, 从而诱发地震。2015-12— 2016-09期间, 桂西北地区重力动态变化图像由局部梯度带发展为四象限分布, 结合地震活动图像、 定点前兆观测异常综合分析认为, 四象限中心地带存在发生中强地震的危险。

(4)由于2016年苍梧MS5.4地震震中附近重力网测点稀疏、 点距较大、 观测时间较短, 所得到的信息难以全面反映出苍梧地震孕育、 发生的全部过程。因此, 在今后的流动重力观测工作中应进一步优化重力网络布局, 合理规划观测时间, 强化邻省联合观测, 加密重力变化显著地区的跟踪观测, 提升地震预测预报效能。

致谢 中国地震局第一监测中心武艳强研究员提供了最小二乘配置求解GPS应变程序, 占伟、 梁洪宝博士提供了流动GPS时间序列数据, 中国地震局第二监测中心祝意青研究员、 中国地震局地球物理研究所陈石研究员提出了中肯的意见和建议, 在此一并表示感谢。

The authors have declared that no competing interests exist.

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