海南岛陆重力场演化特征研究

李　盛，王赵清，李　砚，陈维超

（海南省地震局，海口　570203）

海南岛陆重力场演化特征研究

李盛，王赵清，李砚，陈维超

（海南省地震局，海口570203）

对2003—2014年共18期海南岛陆流动重力复测资料进行系统整理和处理，分别从重力场时空变化角度分析了海南岛陆重力场累积变化和重点地区测点重力点值时序变化，以认识海南岛陆重力场演化特征；并重点研究了海南陵水近海2004年7月9日ML4.1级、7月30日ML级4.3双震和2012年11月5日万宁近海ML4.1级地震前后附近地区测点重力点值时序变化，发现上述地震前后海南岛陆重力场均无异常变化。

重力场；断裂带；重力点值；地震；异常

李盛，王赵清，李砚，等.海南岛陆重力场演化特征研究［J］.华南地震，2016，36（2）：70-76.［LI Sheng，WANG Zhaoqing，LI Yan，et al，et al.Study on the Evolution Characteristic of Gravity Field in Hainan Island［J］.South china journal of seismology，2016，36（2）：70-76.］

0　引言

地球重力场是基本的地球物理场之一，它与地球形状和地球内部结构密切相关，地球内部或地表的任何质量改变均可引起地球重力场的改变。进行重复重力测量获取地球重力场及其变化，从中分离地震孕育信息，是获取地震预报所需的前兆信息的重要途径之一［1］。流动重力测量反映的是区域重力场的非潮汐变化信息，包括构造信息和非构造信息。因而，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［2］。而地表重力变化主要由地表观测点的位置变化、地表整体变形运动以及地球内部因构造块体变形运动的密度变化效应引起［3］。包含了十分丰富的地球变动和地震运动信息。

海南岛陆流动重力测量起步于2003年，至2014年12月（其中2003—2008年，每年复测一期，之后均每年复测两期），已连续进行了18期的流动重力复测工作，获取了大量观测资料，为我们的相关研究提供了大量素材。本文笔者对海南岛陆地区的流动重力观测资料进行了较为系统地处理分析研究，总结重力场演化特征，并对震例进行分析。

1　资料概况

1.1海南岛陆地区构造概况

海南岛陆地处于东南沿海地震带的西南端，地层发育较齐全，从中元古界长城系列新生界第四系，除缺泥盆系和侏罗系外，其他地层均有分布。主要活动断裂有近东西向、北东向和北西向3组断裂带，分别是马袅-铺前、王五-文教断裂带等近东西向活动断裂，琼东南断裂带、文昌-琼海-三亚断裂带等北东向活动断裂和长流-仙沟、铺前-清澜等北西向活动断裂带。从区域新构造分区来讲，海南岛陆可分为两个新构造分区，以王五-文教断裂为界，北部地区和广东雷州半岛为雷琼断陷带，南部为琼中南隆起区。

1.2海南流动重力测网概况

目前，海南岛陆流动重力测网共有55个点，60个测段。测点在属于地震烈度区划为Ⅷ度设防区的琼北地区分布较为密集，大体呈 “田”字形，测段跨越马袅-铺前、王五-文教、长流-仙沟和铺前-清澜等主要活动断裂（图1）。

2　海南岛陆重力场演化特征分析

2003—2009年，海南岛陆流动重力测量所使用的仪器是Lacoste-Rombeg-G型重力仪；2009—2014年，测量仪器是CG-5型重力仪，上述两台仪器的观测精度均达到10×10-8m·s-2。观测资料的计算处理采用中国地震局推广的实用化攻关软件 “LGADJ高精度重力测量资料处理系统”进行，计算过程中对固体潮、气压、仪器高等相关干扰因素项目进行了改正，采用拟稳平差方法进行平差处理，以大致坡、乌石、那大和三亚四个测点为拟稳点（该4个测点分别位于测网的东北部、中部、西部和南部，且2003年至2014年测点点位均未发生改变）。通过对18期观测资料的平差处理，得到各期流动重力观测的点值精度（表1），均值为9.58×10-8m·s-2，达到较高水平。

表1　海南岛陆流动重力测量信息Table1 The mobile gravity measurement information of Hainan Island

反映测区重力场变化有两种方式：一是测区重力场的平面变化图，注重区域性、持续性和异常幅度；二是重力点值的时序变化图，注重趋势性、持续性［4］。这两种方式都能直观的反映测区重力场的时间、空间和强度变化，从图中能较好地分辨出重力场的变化特征。下面从这两个方面探讨海南岛陆重力场演化特征，并结合震例加以分析。

2.1重力场空间变化

从重力场累积变化分析。2003年 11月至2010年5月海南岛陆琼西北少数地区重力场呈负变化，其中变化最大的测点是白马井，达到-73.8× 10-8m·s-2，而其余呈负变化测点的重力变幅均在40×10-8m·s-2以内；除此之外，岛陆其他地区均呈正变化（图2a，图中虚线代表负变化，实线代表正变化，下同），重力场累积变化较大的地区集中于琼东南地区。而2010年5月至2014年5月期间，海南岛陆重力场变化则总体较为平缓（图2b），均小于50×10-8m·s-2，且大部分地区重力场变化未达到30×10-8m·s-2，其中琼中北地区重力场呈正变化，琼南地区则呈负变化，显示出长趋势重力场交替、动态变化的特征。表现形式包括增加、减小、迁移、反转等多种现象，反映出网区构造活动的普遍性和复杂性［5］。根据重力变化所展现的正重力变化一般反映地表沉降或地下物质增多或其迭加效应，而负重力变化一般反映地表隆升或地下物质减少或其迭加效应的理论［6］，2003年11月至2010 年5月海南岛陆物质流动的总体方向为从西向东流动，而2010年5月至2014年5月海南岛陆物质流动的总体方向为从南向北流动，这些变化是重力场变化的内在反映。

2.2重力点值时序变化

重力点值的时序变化能较好地反映测点处重力的变化趋势。海南北部和东部是地震活动相对活跃地区，海南岛陆及近海所发中强地震大部分集中于上述两区域。下面以海南北部的重力点值时序变化为例进行分析，至于海南东部的重力点值时序变化则将在下面的震例分析中研究。

图2　海南岛陆重力变化等值线图（单位：×10-8m·s-2）Fig.2 Isoline map of gravity field change in Hainan Island（unit：×10-8m·s-2）

定安、三门坡测点位于王五-文教断裂带上，大致坡、文昌和抱罗，则位于王五-文教断裂和马袅-铺前断裂带附近（图1），上述各点均位于雷琼断陷带新构造分区上。从图3中可看出，各点的重力值变化协同性较好，变化趋势基本一致，反映了了海南北部地区重力场变化较为均匀，地壳运动、物质迁移和密度重新分布较为有序稳定，无重大差异性变化。

2.3震例分析

2003年以来海南岛陆及近海共发生3次 ML4.0以上地震，分别是2004年7月9日、7月30日陵水近海ML4.1和ML4.3双震以及2012年11 月5日万宁近海ML4.1地震。研究地震前后海南岛陆和震中附近地区重力场变化特征，对于认识海南岛陆重力场变化与地震的关系，建立海南岛陆重力场变化预测地震的指标体系具有重要作用。

图3　重力点值时序变化图Fig.3 Timing variations map of gravity point value

正负重力异常变化梯度带的零线附近，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，能量易于聚集，从而诱发地震［7］。从2003年11月至2004年11月海南岛陆重力场差分变化（图4a）分析来看，陵水近海ML4.1 （110.48°E，18.12°N）和ML4.3（110.48°E，18.62° N）双震震中附近地区不存在重力场变化高梯度区，也不在重力场正负异常变化的零线附近；而从2004年11月至2005年6月重力场差分变化（图4b）来看 ，整个海南岛陆重力场变化较为平缓，震中附近地区重力场变化无异常。进一步对震中附近测点的点值时序变化（图5）进行分析，万宁（震中距76.0 km）、牛漏（震中距77.8 km）、光坡（震中距66.9 km）、军田（震中距72 km）和林旺（震中距84.8 km）在2003年11月至2004年11月间的重力变化分别是 14.7×10-8m·s-2、30.6×10-8m·s-2、 24.4×10-8m·s-2和25.8×10-8m·s-2，上述各测点的重力变化只有牛漏超出了中国地震局1998年《地震重力测量规范》中规定的异常下限30×10-8m·s-2，但结合2003年和2004年流动重力观测的点值精度（分别是9.5×10-8m·s-2和13.3×10-8m·s-2）来看，异常判定的下限应为34.6×10-8m·s-2，因此在2003年11月至2004年11月期间震中附近地区的测点重力变化均未达到异常的阈值。需要说明的是陵水近海ML4.1和ML4.3双震地震发生时刻正好处于两期流动重力观测之间，利用2003和2004年两期流动重力测量结果进行重力场空间变化分析和重力点值时序变化分析并不能完全客观反应陵水双震之前的重力场变化情况，这对认识陵水双震与重力场变化的内在关系具有一定的局限性，但就目前对既有资料的分析来看，陵水近海ML4.1 和ML4.3双震前后海南岛陆重力场无异常变化。

图4　海南岛陆重力变化等值线图（单位：×10-8ms-2）Fig.4 Isoline map of gravity field change in Hainan Island（unit：×10-8m·s-2）

2012年11月5日万宁近海发生ML4.1地震（110.95°E，18.62°N），从半年尺度的重力场变化（图5a和5b）来看，震前和震后海南岛陆重力场变化均较小，震中附近地区的重力场变化无异常。从震中附近地区测点的重力点值时序变化（图6）来看，万宁（震中距64.0 km）、牛漏（震中距75.3 km）、光坡（震中距96.2 km）等测点重力值变化在2011年至2013年期间各半年变化均在20×10-8m·s-2以内。因此，万宁近海ML4.1地震震前震后海南岛陆重力场无异常变化。

3　结语

地震大都发生在活动板块的边界或活动断裂带上，已有研究结果表明，与地震发生有关的重力场变化是分布在地壳所有深度上的地下流体变化的响应［8-10］。由于流动重力观测主要反映的是深部地下流体运移变迁的信息，因此干扰较少，资料信度较高。本文主要从重力场时空变化的角度，分析研究了海南岛陆重力场演化特征：

（1）无论是半年或一年尺度的差分变化分析，还是长时间的累积变化分析，海南岛陆重力场正负变化区域成片成群分布，呈交替、动态变化。尤其是属于雷琼断陷带的琼北地区，尽管2003年以来各测点重力变化幅度有所差异，但相邻两期重力场变化方向几乎一致。

图5　海南岛陆重力变化等值线图（单位：×10-8m·s-2）Fig.5 Isoline map of gravity field change in Hainan Island（unit：×10-8m·s-2）

图6　重力点值时序变化图Fig.6 Timing variations map of gravity point value

（2）对于海南岛陆近海ML4.5以下地震，在震前和震后海南岛陆重力场无明显异常变化。大量研究表明，重力场变化对MS5.0以上地震有较好的反应［11-14］，2003年以来海南岛陆及近海所发生的3次ML4.0以上地震均位于近海海域之中，而重力测量均在岛陆，测点与震中的距离均在60 km以上，且所发生地震震级均在ML4.0～4.5之间，因此上述认识是客观且具有说服力的。对于海南岛陆ML4.0以上地震前后重力场是否存在异常变化，因目前尚无震例，所以暂时无法给出明确的认识和论据。

此外，琼北地区与雷州半岛同属于雷琼断陷带，地质构造具有相似性。未来可考虑两地跨海联测，丰富观测资料，这对于两地的重力场特征分析和震情研判都大有裨益。

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Study on the Evolution Characteristic of Gravity Field in Hainan Island

LI Sheng，WANG Zhaoqing，LI Yan，CHEN Weichao
（Earthquake Administration of Hainan province，Haikou 570203，China）

The paper processes a total of 18 mobile gravity retest data of Hainan Island from 2003 to 2014，and analyzes the cumulative changes of gravity field and the timing variations of gravity point value of measuring points in key areas from the perspective of time and space changes of gravity field，to recognize the gravity field evolution of Hainan Island.The paper focuses on the timing variations of gravity point value of measuring points before and after the ML4.1 earthquake on July 9th，2004，ML4.3 double earthquakes on July 30th，2004 in Lingshui offshore and ML4.1 earthquake on November 5th，2012 in Wanning offshore，and the results show that there is no abnormal changes of the gravity field of Hainan Island before and after the above earthquakes.

Gravity field；Fault zone；Gravity point value；Earthquake；Anomaly

P315.6

A

1001-8662（2016）02-0070-07

10.13512/j.hndz.2016.02.011

2015-06-26

中国地震局地震科技星火计划（XH15034Y）和中国地震局监测、预报、科研三结合课题（152102）

李盛 （1986-），男，工程师，主要从事地震重力观测分析和地震活动性研究.

E-mail：lishyiyuan@163.com.