在地震重力区域监测网数据处理过程中, 相对重力仪的格值标定和基准控制通常采用本网内的绝对重力基准值, 由于仪器格值和控制基准的影响相互耦合, 难以定量分析格值、 基准控制对测网数据平差处理的影响。文中基于大别山金寨重力基线场的混合重力测量数据, 解耦了格值、 基准控制的影响, 获得了金寨重力基线场的初值。结果表明: 金寨重力基线场可以满足安徽地震重力测网仪器标定的需求, 对提升监测效率、 节约经济成本具有重要意义, 也可为其他基线场、 地震重力区域监测网数据处理提供参考。

为研究2019年四川长宁地震前后地壳内部物质的运移过程, 文中利用流动重力和GNSS资料对地震前后的重力变化特征、 地壳垂直形变及其关系进行了深入分析。地震震中处于重力变化正、 负异常的梯度带上, 并在地震前后呈现明显反向。小波多尺度分解表明, 浅部的离散性局部变化特征明显, 深部的趋势变化特征显著。震中周边4个站点的重力变化与地壳垂直形变的关系与近似规律不一致。长宁震区长期的动力是青藏高原的物质在深部向四川盆地南边界运移的结果。在震中及周边区域的地表浅层可能存在一些空洞或气囊等空间, 在地震前后出现气体、 液体或高密度物质流失和填充的现象。结合前人对长宁地震发震机制的研究成果分析认为, 该区域的采盐、 采气及废水回注等因素可能是触发四川长宁地震的原因之一。

文中基于绝对重力控制下的木兰山基线场2018年和2022年的重力观测资料, 研究了一次项系数在不同读数段的分布规律、木兰山基线场的重力场分布和近期重力变化特征。结果表明: 相对重力仪不同读数段的一次项系数存在差异, 武汉-宜昌测段(子测段)的一次项系数与武汉-绿葱坡测段(总测段)的差异可达4.809‰, CG-6型与CG-5型重力仪的结果较为一致, 2类重力仪间无系统偏差; 总测段的一次项系数是各子测段一次项系数的加权平均结果, 其相应的权因子为子测段与总测段的重力段差比值; 木兰山基线场的最大重力段差(G01-G03)为102.176mGal, 各测点的重力值平均精度为4.8μGal; 2018-2022年木兰山基线场测点的重力变化区间为5.9~12.8μGal, 重力场整体呈正变化, 测段重力变化区间为-4.8~6.9μGal。测点周边环境变化、地表垂直运动、地表水储量变化对地表实测重力变化均产生了一定影响。综合上述各项改正后的测点和测段重力变化均值较实测值相应减小了38.2%和50.8%, 改正后的重力变化结果更为精准, 但其不确定度相应增加了2.5%和2.8%。综合分析测点和测段的重力场动态变化可有效提取异常信息, 为地震重力监测提供更精确的数据支持。

为减少密度界面重力反演的非唯一性, 文中对经典粒子群算法的初值模型和参数设定进行优化, 并通过理论模型验证其有效性。基于该改进算法, 采用长宁科考的多条实测重力剖面数据反演计算了长宁地区印支密度界面的深度, 并结合界面起伏形态分析该地区的构造特征及其与地震的关系。研究结果表明, 经优化的粒子群算法全局搜寻最优解的性能稳定, 深度误差更小。对长宁地区印支密度界面的反演显示, 该界面总体呈现中间隆起、 四周凹陷的特征, 深度介于0.3~3.3km, 与前人的结果基本一致, 文中所得结果的细节更精细。研究区东侧界面的凹陷程度显著大于西侧, 界面隆起部分对应长宁-双河复式大背斜, 深度介于0.3~1.9km, 背斜核部受到构造运动的抬升侵蚀作用导致古老地层出露地表。大背斜北翼处的界面较南翼陡峻, 呈条带状分布的北翼浅层地震发震位置与界面起伏具有高相关性, 地震多发生在印支界面剧烈起伏处; 呈团状分布的南翼浅层地震发震位置处的印支界面存在明显凹陷。文中的反演结果为该地区地震构造环境研究提供了基础信息, 也是后续多层密度界面模型的重要参考。

地表地质调查与深部地球物理探测结果表明, 红河断裂带北、 中段地壳结构与变形具有显著的横向差异性。为检测其地壳现今深部物质迁移和变形特征, 文中利用红河断裂带北、 中段2013—2019年3条流动重力剖面的观测资料, 经分析和去除地表垂直运动、 地表水循环、 剥蚀和冰川均衡调整引起的重力效应, 获取了地壳深部物质迁移引起的趋势性重力变化信息。结果表明, 红河断裂带近期的重力动态变化具有分段性特征: 北段、 中段和中南段剖面的平均变化率为(-0.39±1.30)μGal/a、 (0.16±1.57)μGal/a和(0.29±1.25)μGal/a, 北段剖面以红河断裂为界, NE侧呈负变化、 SW侧呈正变化, SW侧相对NE侧以(3.1±0.55)μGal/a·100km的重力变化率增加, 反映出青藏高原物质东流背景下深部物质跨越红河断裂带后受澜沧江刚性块体阻挡、 质量不断累积的特征; 中段剖面断裂带区域的重力变化率比两侧低, 体现了红河断裂的深部控制作用; 中南段剖面的重力整体呈正变化, 反映了印支、 华南块体与川滇菱形地块间相互侧向挤压、 深部物质累积的性质。基于重力变化反演的莫霍面变形结果表明: 近期红河断裂带的莫霍面平均以0.54cm/a的速率持续隆升, 北段、 中段和中南段的平均变形速率为-0.06cm/a、 1.36cm/a、 0.32cm/a, 在一定程度上反映出区域非均衡构造运动作用; 北段莫霍面自东向西由下沉逐渐转为隆升; 中段东侧隆升、 西侧下沉; 中南段变形速率低且两侧差异小; 红河断裂带区域的变形速率明显低于两侧地块, 体现了其对地壳深部变形较强的边界控制作用。文中的研究结果可为青藏高原东南缘断裂活动性研究提供新的约束。

文中基于2002-2021年卫星重力观测数据及全球水文模型, 计算了青海玛多及云南漾濞地震震中区及周边(18°~45°N, 83°~115°E)范围的重力变化趋势、 累积重力变化、 差分重力变化及重力时变序列, 并模拟青海玛多地震同震重力变化, 以探索涵盖此次地震震中的大尺度重力变化背景及可能存在的孕震信息。 研究结果表明: 1)研究区域长期重力变化趋势的范围为-1~1μGal·a^-1, 重力变化长期呈现出负-正-负-正的大四象限空间布局; 2)云南漾濞地震及青海玛多地震均位于重力变化四象限分布的低值区及高梯度带的拐角处, 这与地表重力地点预测的基本特征一致; 3)2002年以来的M_S≥7.0地震, 如汶川地震、 玉树地震、 芦山地震、 九寨沟地震、 玛多地震、 尼泊尔地震等都发生在该四象限分布的中心区域或与构造相关的高梯度带的拐角处, 这与地面重力地震预测的震例经验吻合; 4)基于位错理论模拟的青海玛多地震的同震重力变化可达-40~151μGal, 重力卫星精度需要提高1~2个量级方能探测到这一变化。 重力卫星星座的搭建将为提高卫星重力地震监测能力提供可能。

文中基于矩形位错理论及USGS发布的断层模型, 结合研究区地壳-上地幔平均波速分层结构, 模拟计算了弹性-黏弹分层半空间中2021年玛多M_S7.4地震产生的同震及震后地表形变和重力变化。 经分析发现, 同震形变和重力变化显示发震断层具有左旋走滑兼正断错动的综合特征, 其变化主要发生于断层在地表投影周边50km的范围内, 向断层两侧快速衰减, 向E最大水平位移量>1 000mm, 向N最大位移量达570mm, 垂直位移近750mm, 重力变化达150μGal; 远震区(与断层的距离>150km)的水平位移量值一般<10mm, 向外衰减较慢; 而垂直位移和重力变化图像呈现一定的负相关, 呈蝴蝶状的正负四象限对称分布, 向外衰减的速率明显强于水平形变, 变化量值一般<2mm和<1μGal。 震后效应随时间的推移逐步显现并持续增强, 其图像变化形态与同震类似, 表现出明显的继承性增强趋势; 震后黏弹性松弛效应的影响范围远大于同震, 震后400a间其影响量值在近场区一般≤同震的2倍, 但远场区均>3倍; 震后400a间黏弹性松弛对水平位移、 垂直位移和重力变化的影响可达100mm、 130mm和30μGal; 同震效应的极值区域主要集中在断层两侧, 且离断层越近量值越大, 而震后黏弹性松弛效应的极值区分布于离断层两侧约50km处, 两者并不重合; 震后水平位移主要表现为持续单调增强, 而垂直位移和重力震后的变化则相对复杂: 近场区在震后5a内呈现相对同震的继承性增强, 随后反向调整, 而远场区则相反, 先反向调整, 后呈继承性增强; 水平位移在100a后基本稳定不变, 而黏弹性松弛效应对垂直位移和重力变化的影响会持续到震后300a。 与GNSS实测结果对比后发现, 两者在运动方向和量级大小上基本一致, 远场符合更好, 这可能与断层模型的分辨率有关。 文中研究可为利用实际形变和重力资料解释此次地震的孕震过程研究提供理论依据。

2021年5月21日云南大理白族自治州漾濞县发生了3次较强地震, 最高震级为M6.4, 造成巨大经济损失和人员伤亡。 为厘清漾濞地震的发震构造与孕震环境, 文中将已有的高精度重力数据、 流动重力测网点数据和EGM2008模型数据融合为2.5km点距的高精度网格数据, 并以漾濞地震为中心, 提取了2条长重力剖面和10条短重力剖面, 采用归一化梯度成像方法获取研究区内三维地壳成像特征, 重点分析了漾濞震区沿红河断裂北段、 维西-巍山断裂、 永胜-宾川断裂和洱源-鹤庆断裂等的深浅接触关系及其深部孕震环境。 结果表明: 1)重力归一化梯度陡变带的倾角、 倾向与地质上的中大型断裂吻合较好, 如怒江断裂、 澜沧江断裂、 红河断裂、 安宁河断裂和则木河断裂等; 2)中下地壳重力归一化梯度连续性较好, 且中上地壳为高低转换带时, M≥6.0地震频发, 特别是维西-巍山断裂、 永胜-宾川断裂及红河断裂北段交会的区域; 3)漾濞地震震中附近, 上地壳存在归一化梯度高低强变形带且相互靠拢, 在深度约15km处会聚, 震中投影与维西-巍山断裂及其次生断裂在深度约10km处交会, 且地壳20km以下重力归一化梯度值连续性较好, 推断漾濞3次地震的发震构造为维西-巍山断裂及其次生断裂。 文中结果对地震发震机制和发震地点的判定具有非常重要的科学意义和参考价值。

鲁甸地震发生在鲜水河-小江断裂带东侧，主破裂为NW走向，其震中区处于川滇块体与华南块体过渡地带，走滑和推覆构造发育，目前对该地震的孕震构造环境认识上还存在一些争议。基于此，利用EGM2008计算的布格重力异常进行1-5阶离散小波变换，分离得到反映不同深度场源特征的地壳介质横向不均匀性；利用实测重力剖面数据，分析其布格重力异常分布特征，计算并绘制其归一化总梯度（NFG）图像，研究了地壳密度变化的差异性。分析结果表明： 1）莲峰断裂与昭通-鲁甸断裂之间布格重力异常呈现SW-NE向的"高-低-高"型异常特征，鲁甸主震及余震均分布于低值带内，反映出青藏高原物质东流沿包谷垴-小河一带（低异常条带）向SE推进，至昭通鲁甸断裂受阻，能量积累到一定程度后发震；2）第3阶小波细节显示：上地壳负重力异常与主要断裂分布一致性非常好，反映了由断裂运动造成地壳浅部物质破碎而呈现出重力异常减小，震中附近NW向负异常条带可能与大凉山断裂向S发展有关，推测NW走向大凉山断裂向S扩展运动是鲁甸地震发震的直接动力来源；3）第4阶小波细节显示鲁甸震中存在明显的正异常，印证了中地壳内部高密度体的存在；第5阶小波细节显示鲁甸震中处于正异常区，预示着地幔物质的侵入，地幔隆升产生地壳引张力和印度板块推挤产生的压扭力是鲁甸地震震源拉张和走滑的动力来源；4）剖面布格重力异常归一化总梯度图像显示："变形"显著且E倾的小江断裂带为区域控制性断裂，鲁甸震源底部存在稳定的局部"不变体"，稳定的密度不变体对此次地震破裂具有限制作用，是导致震源新生破裂规模有限且切割较浅的原因；5）通过与鲜水河-小江断裂系比较，认为昭通-鲁甸断裂孕震能力明显偏弱，其最大发震能力应在7级左右。

基于云南鲁甸M_S6.5地震震区的3条 "工" 字形剖面的重力与GPS观测数据, 获得了沿剖面的布格重力异常、剩余密度相关成像和地壳密度分层结构.研究表明, 会理—鲁甸—昭通、攀枝花—蒙姑—大井、舍块—汤丹—会泽剖面布格重力变化范围分别为-278～-197×10^-5ms^-2、-273～-200×10^-5ms^-2、-280～-254×10^-5ms^-2, 均呈"鞍"形分布, 其局部低值均位于小江断裂带附近, 且幅度差自北向南逐渐减小.小江断裂带内物质密度低于两侧, 低密度体扩展至中下地壳, 且其东侧物质密度低于西侧, 密度异常体呈正负交迭, 地壳稳定性低, 鲁甸震区处于该区域内.地壳分层结构显示莫霍面以小江断裂带为中心向上抬升, 莫霍面最大深度自北向南从50km抬升至41km, 反映了小江断裂带在区域地质构造中的地位——川滇块体与华南块体的分界线.