陆态网络温州连续重力数据处理与分析

摘"要：为了评估陆态网络温州连续重力站gPhone重力仪的稳定性、观测数据的质量、仪器对地震事件的响应和记录能力，本文采用连续率、完整率、Nakai检验百分比、M2波潮汐因子中误差作为评价指标，对2021—2023年温州连续重力原始观测数据进行处理和分析，并以震中距≤3500km，Ms＞3.0的地震事件为例，检验温州台gPhone重力仪对地震事件的记录能力。结果表明温州台gPhone重力仪运行稳定性良好，观测数据质量符合重力学科观测质量评估指标及标准，对地震事件的记录能力有效，尤其能监测到我国东南海域大量的强震活动，可为地震活动强震远场影响等方面的研究提供数据保障。

关键词：gPhone；连续重力；观测运行；数据质量

重力测量测定的是地球表面的重力加速度，它包含了地球内部物质分布信息及其迁移特性，提供了地球重力场空间、时间和强度变化特征，这些信息可为发现地震前兆、认识地震事件和地震预报研究提供重要的数据支撑［12］。观测地球重力场的手段以定点观测、流动观测和绝对重力测量为主，其中定点观测即台站定点连续重力测量，使用的监测仪器为gPhone重力仪和超导重力仪。

陆态网络温州连续重力站（以下简称“温州台”）采用gPhone重力仪作为观测手段，于2006年11月勘选，2010年6月1日开始正式运行，获得了大量的重力秒采样观测数据，只是较少的用于科学研究，且经过长达14年的运行，仪器运行是否稳定、观测数据质量是否符合重力资料观测规范要求、仪器对地震事件的响应能力是否灵敏和有效尚未可知。因此，有必要对观测数据进行评估和分析，以确保其准确性和可靠性。本文选取温州台2021年1月1日至2023年12月31日重力原始观测数据，降采样后采用整点值数据进行预处理，从连续率、完整率、Nakai检验百分比、M2波潮汐因子中误差四个评价指标对数据进行分析，并利用秒采样观测数据，检验仪器对地震事件的响应和记录能力。

1nbsp;台站概况

温州台位于温州市瓯海区南白象街道头陀寺旁，海拔63.0m，行政隶属于浙江省地震局，运行维护由温州市地震监测中心站负责。台址位于扬子准地台东南部，基岩为侏罗纪花岗岩，基岩完整且有大面积露出，岩性为侏罗系酸性火山碎屑岩夹沉积岩、酸性至基性熔岩。台站西北约1.2km处展布着早第四纪活动的北北东向镇海温州断裂。台站属半地下室型连续重力站，观测室洞室进深12.5m，通道近似“T”形，gPhone重力仪架设在观测墩B（见图1）。观测室上覆盖层厚度近3.5m，设有3道船舱式密封门，阻止空气对流，保障观测室气温、气压和湿度维持稳定状态。观测室外环境幽静，远离各种人工干扰源，交通便捷，距主干公路104国道约1km。

2"观测数据质量分析

为了科学合理地评估温州台2021—2023年的重力观测数据质量，本文首先对原始秒采样观测数据进行降采样，使用整点值数据进行预处理（原始观测数据来源于温州地震监测中心站和中国地震台网中心重力站网运行管理平台，重力数据降采样程序和预处理程序来自中国地震局地震研究所的韦进副研究员），再采用重力学科观测质量评估指标及标准，通过连续率、完整率、Nakai检验百分比、M2波潮汐因子中误差来衡量仪器运行的稳定性、评估观测数据质量。

2.1"数据预处理

通常而言，受气压、台风、停电、故障、地震事件响应以及不明原因等影响，重力原始观测记录中会存在突跳（尖峰）、台阶、间断、漂移等干扰现象［3］。由图2（a）可见，温州台2021—2023年原始观测数据也存在上述干扰。利用DataPreProcess4Singal软件进行数据预处理［4］，去突跳、台阶和漂移，剔除各种干扰因素，处理结果见图2（b）、图2（c）、图2（d）。

2.2"数据质量评价

数据的连续性、完整性作为重力观测数据质量的基础性评价指标，能够反映台站重力观测系统的运行状态和产出数据的可用情况［5］。从温州台2021—2023年gPhone重力仪产出的观测数据连续率、完整率计算结果（表1）可见，过去三年的数据连续率、完整率均高于99%，符合重力资料观测规范要求。2021年数据连续率、完整率均较低，主要是由台站观测系统有两次断电故障造成的，重力仪重启后观测恢复稳定。2023年数据完整率低于2022年，主要受台站附近修建高速公路影响，隧道爆破施工造成的干扰数据作缺数处理。

Nakai检验百分比，主要用于评价重力仪器记录固体潮的总体情况。其值为观测数据中与理论固体潮相关性较高、噪声干扰较低的观测数据段所占的比例［6］。根据重力学科观测质量评估指标及标准，年度Nakai检验百分比值应大于60%，并且值越大，则数据质量越好。根据温州台2021—2023年重力整点值观测数据年度Nakai检验计算结果（表1）可见，过去三年的重力观测数据计算结果均大于60%，符合重力学科观测质量评估标准。

M2波潮汐因子主要衡量重力仪对固体潮的响应幅度，其值通过Venedikov调和分析方法计算得到［6］。从表2中可以看出，温州台在2021年至2023年期间的M2波潮汐因子呈现出一定的波动性：2021年，变化范围在1.169～1.178之间，年变化幅度为0.009；2022年，变化范围在1171～1.175之间，年变化幅度为0.004；2023年，变化范围在1.167～1.175之间，年变化幅度为0.008。从这三年的变化情况来看，M2波潮汐因子变化幅度均属于正常范围。

M2波潮汐因子中误差，主要用于评价重力仪器对固体潮的观测精度，其值计算方法是将观测数据按2天分为1组，通过Venedikov调和分析方法计算观测固体潮M2波振幅与理论固体潮M2波振幅的标准差［6］。根据重力学科观测质量评估指标及标准，该值应小于0.005，并且值越小，代表重力仪对固体潮的观测精度越高。根据温州台2021—2023年重力整点值观测数据，计算M2波潮汐因子中误差（表2）。由表2可知，过去三年的M2波潮汐因子变化范围分别为0.00080～0.00343、0.00130～0.00361和0.00108～0.00454，均小于0.005，符合重力学科观测质量评估标准。

通过上述对温州台gPhone重力仪连续观测数据的处理和分析，说明温州台的gPhone重力仪表现出稳定的运行状态，其产出的观测数据不仅符合重力资料观测的规范要求和行业的标准，而且能够为重力前兆和地震预报等研究领域提供可靠的数据支持。

3"地震事件响应

gPhone重力仪秒采样观测数据可记录到距震中3500km范围内不同震中距、不同震级的地震事件［7］。根据国家地震科学数据中心网站（https：//data.earthquake.cn）中国地震台网正式目录，检索2021—2023年震中距（Δ）在3500km以内、Ms＞3.0的地震事件，得到2333次地震，其中温州台gPhone重力仪秒采样观测数据共记录到369次，震级为Ms3.9～7.9，震中距为230～3500km。统计温州台gPhone重力仪对以上369次地震事件的记录情况，结果见图，图中黑色圆形表示记录到完整的地震波形，空心方块表示记录地震以突跳波形显示。

由图可见：（1）当Ms＜4.0时，温州台重力仪地震事件记录能力弱，仅记录到1次地震事件；（2）当4.0≤Ms＜5.9时，震中距在2500km以内，重力仪有较好的地震事件记录能力，且随着震中距的增大，对地震事件的记录能力逐渐减弱；（3）当Ms≥6.0时，重力仪能够记录到震中距3500km以内的地震事件完整波形；（4）震中距在500km左右时，重力仪记录到大量的地震事件，从温州地震监测中心站编写的重力观测运行月报中发现，这些地震事件多发生在我国

东南海域，表明对于该区域频繁发生的地震活动，温州台重力观测数据显得尤为重要，可为地震活动、强震远场影响等方面的研究提供数据保障。

结语

综上所述，可以得出以下结论：（1）温州台gPhone重力仪原始观测数据受停电、爆破等因素影响，存在尖峰、台阶等干扰现象，采用DataPreProcess4Singal软件进行数据预处理，去除各种干扰后，可用于重力学科、地震前兆等方面的研究；（2）温州台gPhone重力仪运行情况良好，较为稳定，重力观测数据连续率、完整率均达到较高水平，内在精度符合重力学科观测质量评估指标及标准，观测数据有效可靠；（3）温州台重力仪对震中距≤3500km，Ms＞3.0的地震事件拥有一定的记录能力，但对不同震级、不同震中距的地震事件记录能力不同，能够完整记录到震中距≤3500km，Ms≥6.0的地震事件，在震中距≤2500km时，对4.0≤Ms＜5.9的地震事件也具有较好的记录能力，而当Ms＜4.0时，对地震事件记录能力较弱，且随着震中距的增大而减少。（4）温州台gPhone重力仪能够记录到大量的震，可用于地震活动、强震远场影响等方面的研究，为地震预警和防灾减灾提供科学依据。

参考文献：

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［3］尹传兵，丁雨，吴坤.陆态网淮北连续重力潮汐观测质量评定［J］.内陆地震，2018，32（4）：379386.

［4］羊锴，韦进.基于连续重力观测数据应用平台的数据预处理［J］.信息技术推广，2015（11）：7273.

［5］况春利.湖北宜昌台DZW重力仪观测质量及记录地震特征［J］.四川地震，2024（1）：2429.

［6］刘春国，李正媛，吕品姬，等.数字化地震前兆台网观测数据质量评价方法［J］.中国地震，2017，33（1）：112121.

［7］范文华，吴晓峰，代宪鹏，等.溧阳地震台gPhone连续重力仪观测数据处理与分析［J］.地震地磁观测与研究，2020，41（3）：105110.

基金项目：浙江省地震局科研项目（项目编号：2022zjj08）

作者简介：周怀斌（1997—"），男，汉族，江苏盐城人，工程硕士，助理工程师，主要从事地震监测工作。