[doc格式] 利用重力方向的非潮汐变化监测地震的方法

[doc格式] 利用重力方向的非潮汐变化监测地震的方法 利用重力方向的非潮汐变化监测地震的方 法 第26卷第3期 2009年O6月 测绘科学技术 JournalofGeomaticsScienceandTechnology Vol_26NO.3 Jun.2009 文章编号:1673—6338(2009)03—0157—04 利用重力方向的非潮汐变化监测地震的方法 丁行斌,李月锋,赵东明 (1.信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 大学测绘学院,河南郑州450052;2.上海应用技术学院数理部,上海200235) 摘要:提出了一种利用现代垂线偏差监测地震的方法.根据近年来发生在中国的地震大多与地壳局部倾斜有 关这一事实,说明地震与地面水准面的垂直位移和倾斜(即垂线偏差)也有关联.利用地面重力测量数据和重 力垂线偏差数据可以共同确定地倾斜方向.因此提出了利用”重力方向交会法”预测地震位置的设想和建议, 并且进行了相关的论述和试验.初步的试验结果也证实了该方法的 有效性. 关键词:重力变化;梯度矢量;现代垂线偏差矢量;地震监测;重力方向 交会法 中图分类号:P223文献标识码:ADOI编 码:10.3969/j.issn.1673—6338.2009.03.O01 MethodofEarthquakeMonitoringbyNontidalVariationofGravityDirection DINGXing—bin,LIYue—feng.,ZHAODong—ming (1.InstituteofSurveyingandMapping,InformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450052,China; 2.DepartmentofMathematicsandPhysics,ShanghaiInstituteofTechnology,Shanghai200235,China) Abstract:Amethodonearthquakemonitoringbymodernverticaldeflectionwasgiveninthispaper.Itwas shownthattherewasassociationbetweenearthquakeandverticaldisplacementandtilt(verticaldeflection)on thegroundlevel,accordingtothefactthatmostoftherecentearthquakeshappenedinChinawererelevanttO localcrustaltilt.Sincecrustaltiltwasdeterminedbygroundgravimetrialdataandgravityverticaldeflection datatogether,theassumptionandpropositionwereproposedonforecastingearthquakesepicenterby”gravity directionintersectionmethod”,andrelationaldiscussionandexperimentwer ecarriedout.Thepreliminaryex— perimentalresultsconfirmedtheavailablilityofthismethod. Keywords:gravityvariation;gradientvector;modernverticaldeflectionvect or;earthquakemonitoring:gravity directionintersectionmethod 探讨局部重力场的变化与地震发生的关系由 来已久l1],也是摆在我们面前的一项重要课题. 可以说现在并不是缺乏监测手段,也不是精度不 够的问题,关键在于如何利用年复一年观测所得 到的 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 .目前重力测量就处在这样一种状况. 局部重力场的变化(这里专指非潮汐变化,下 同)不仅指地面重力值的变化,而且还包括重力方 向的变化,即地面水准面和铅垂线的变化.有人 简单地只将重力的变化作为监测地震的唯一指 标,这样就有可能在变化莫测的重力动态图像面 前失去方向.实际上地面水准面的垂直位移与倾 斜(垂线偏差)可能与地震发生的关系更为紧密. 因此,如果同时利用重力和重力方向的数据共同 实施监测,效果可能会更好.基于这种认识,就局 部重力场的非潮汐变化与地震发生的关联进行了 一 些探讨,提出了一种联合利用重力数据和垂线 偏差数据监测地震的方法.因为是利用重力变化 及铅垂线变化的梯度方向进行的前方交会,因而 可以称作”重力方向交会法”.为了论证该方法的 可靠性,利用已经发生过地震的云南丽江实测资 料进行了试算和试验,取得了一定的成效. 1现代垂线偏差的实际测定 地面水准面和铅垂线的非潮汐变化,可称为 “现代大地测量中的垂线偏差”或简称”现代垂线 偏差”.文献[3]比较全面地探讨过它的定义,测 定方法,量级和测定精度,并且得出:无论非潮汐 力的驱动机制怎样复杂,局部重力场的非潮汐变 化通过地面上重复进行的精密重力测量还是可以 发现的.在此基础上,这里进行了进一步的研究, 特别是如何简化计算及如何应用于地震监测等更 实际的问题. 收稿日期:2008—10—15;修回日期:2009—01—18. 作者简介:丁行斌(1937一),男,湖北孝感人,教授,本科,主要从事物理 大地测量教学及研究工作. 测绘科学技术2009年O6月 首先推求现代垂线偏差的实用公式.无论是 基于扰动位的微分公式还是基于重力位的微分公 式,其积分核的主项是相同的,故它们的平面近似 公式也完全一样,即 6N=dS----? 8一fl~塑rf\?sin一 一 raa 式中,占N为地面水准面高程变化(垂直位移).假 定在以计算点为中心,以r—r.为半径的邻近区域 内重力变化为 g—go+gIz+gy(3) 式中,go为地面待定点的重力变化;g一()., g一().为重力变化6g的水平梯度(地面重力 时间变化的空间变率).由此可将式(1),式(2) 变为 6N一_r1.6g.(4) 8(一.gy ? 式中,g,g为g,g之积分平均值.如果采 用平面直角坐标,更有利于重力梯度的计算,此时 结果应为 6()=一)? 其中 E一詈+?+,B一鲁+?+ 以上积分区域为以2a,2b为边长的矩形.若 变成以2a为边长的正方形,则与之等面积的圆半 径为r0一.若将此关系式代入式(6),顾及系 ?7【 数圭ln(?+1)?去,立即可得式(5).这说明两 ?丁c厶 种实用公式是等价的,后面两种形式都要用到. 再转向梯度矢量及矢量关系式.若视重力场 函数为一8g(z,),则重力变化的梯度矢量为 8J1=gradag=警+(7) 或写成 J1一(g,g)=gf+gJ『(8) 垂线变化亦可用矢量 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示,即 丽=grad6N一掣+—3aN_J.(9)z口3, 或写成 60一(8,6)一+6(10) 将式(5)代入式(10),顾及式(8),可得 8一一r(11) 厶, 这表明,垂线偏差矢量9与重力梯度矢量r 之间有着极简单的关系:它们的大小成比例,而方 向相同.因此可以通过矢量艿j1确定垂线偏差矢 量9,这样就简化了式(1)和式(2)的计算.所以 式(2)的实用计算公式应为 I6Dl一(+矿)T1=roig!+g)1 (12) A—arctan-(粤):arctan一()(13)Og 式中,A为重力变化水平梯度方向的大地方位角, 同时它也是地面水准面和铅垂线最大倾斜方向的 方位角.这样,确定垂线最大偏差方向的问题即 简化为确定重力梯度g和g的问题.若以8g一 6g(z,)代表重力变化的动态图像(即等变线 图),或者是经网格化后的网格图,则g:和g:可以 有多种不同的取法,依所要求的计算精度而定. 2计算方法和步骤 步骤1绘制重力变化等变线图或动态网格 图6g===ag(B,L),需要注明经纬度和网格点之 8g值. 步骤2按实用公式(12)和(13)确定现代 垂线偏差矢量6O… 步骤3绘制垂线偏差矢量图口一(d,d叩), 按一定比例尺的长度表示网格点的偏差值,用箭 头表示倾斜的方向(由A确定). 步骤4对重力动态图8g一6g(B,L)及垂 线偏差矢量图88一(d,d)进行趋势 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ,观察 8I1和9的走势,包括高值异常区,高梯度带,梯度 方向集中的区域,等等. 步骤5在概略分析的基础上,对可能存在 问题的地区进行方向交会(解析法),最后确定出 地震可能发生的地区. 步骤6重力方向交会法按下列步骤进行: 首先利用网格点上已知的大地坐标M(B,Lt), M2(B:,L.)推算两已知点之间的距离Sz和方位 角AA;然后再解算球面三角形?MMzP得 出推算坐标所需的边长和角度.?MMzP由两 第26卷第3期丁行斌,等;利用重力方向的非潮汐变化监测地震的方 法 已知点M,M及交会点P(未知点)所组成,如图 l所示. Ml2 图1重力方向交会法示意图 算式为 a=A12一A1 =A2一A21 式中,A和A分别为M和M2两点铅垂线的倾 斜方向8和8口的方位角,用式(13)确定或者直 接取自8口矢量. 最后由求得的边长S,S以及方位角A, A推算P点坐标. 依照相同的方法和算式,也可以进行3个方 向或者更多个方向的前方交会.此时可能不是相 交成一个点而是由多条直线组成的区域,这不但 不影响交会法的有效性,其可信度可能会更高. 3利用”重力方向交会法”“预测”丽江地震的试 验 3.1中国云南重力网与丽江7.0级地震 滇西区域的重力测量网位于99.E,102.E, 24.N,27.N的3.×3.范围以内,具有130多个测 点.该网自从1985年开始,每年进行2,3次重 复重力测量,1985,1998年期间共有32期相对 重力测量.在某些点也进行过几次绝对重力测 量.为了利用这个网络的数据来计算本区域的垂 线偏差,已经对有关的观测数据进行了处理. 1996—02—03在滇西北丽江(100.2oE,27.3oN)发 生了7.0级地震. 利用云南重力网提供的重复重力测量数据, 可以测定丽江地震发生前期周边垂线偏差的变动 情况.即按照上述方法,在重力变化网格图6g=== 8g(B,L),垂线偏差矢量图艿8一(8,6叩)的基础 上,首先观察梯度是否有高值异常区,高梯度带, 梯度方向集中的区域;然后再选取若干网格点作 为已知点,利用重力方向交会法进行前方交会,如 果诸方向都能交会到丽江或附近地区,就说明该 方法是有效的. 3.2试验情况 3.2.1计算重力变化等高线图寻找梯度异常区 计算了32期重力测量值的相对变化,并得到 等高线图,如图2所示.通过比较发现:95.42, 95.92(丽江地震发生前一期的重力变化)之间的 重力变化等高线有几部分出现了异常,相对来说 94.92,95.92和95.92,96.17之间的重力变化 等高线比较平坦.因此选择95.42,95.92之间 的重力变化作为计算数据. 99lOO10ll02 图295.42,95.92重力变化等高线圈 从图2可以看出,永胜和云县附近出现了高 值异常区,永胜和部分区域还出现了高梯度带,但 梯度方向没有明显的集中区域. 3.2.2利用”重力方向交会法”预测地震震中区 为预测地震震中区,从重力变化异常的区域 选取3个点,如图3所示. 99100101102 图33点重力方向交会试验 将永胜附近一点(100.61.E,26.78.N),分别 与洱源附近一点(99.92.E,26.18.N),剑川一点 (99.88.E,26.53.N)进行方向交会.交会点分别 测绘科学技术 为(100.17.E,27.08.N)和(100.27.E,27.02.N) (见图4).这与丽江地震发生的区域很接近. 99l00l01102 幽4多点重力方向交会试验 那么这是不是一种个别现象呢?为此又选择 重力变化异常的区域进行多点重力方向交会,交 会区域如图5所示.它们大部分分布在距离丽江 地震区域小于0.2.范围内,并且交会区域位于 (100.3oE,27.3oN)附近. 图5地震周围重力点重力方向交会试验 一 个有趣的现象是位于地震周围的重力测量 点的交会范围也是位于(100.3.E,27.3.N)附近, 只不过它的范围要比上面的实验交会范围更大一 些(见图5).这些点有些是位于重力变化异常区 域的,而有些点周围的重力变化是很平坦的. 整个重力网中,有些点重力交会方向离丽江 地震区域很远,这些点一般是位于离丽江地震较 远的区域,并且周围重力变化没有出现异常现象. 4结论 1)从重力动态图可以看出:地震前夕,地震 区域会有若干明显的等值重力异常区出现;随着 地震的发生,它们也逐渐消失.这在一定程度上 反映了由非潮汐力所引起的地球内部构造活动, 说明了局部重力场的变化与地震活动的联系. 2)除了等值重力异常区,还会形成多条明显 的高梯度带,它们即代表重力变化的梯度方向,也 代表地面水准面和铅垂线倾斜的梯度方向.这又 在一定程度上反映了地震活动与地壳的局部倾斜 有关,而多条高梯度带的交会处则预示着可能是 发生地震的危险区域. 3)由于水准面和铅垂线的异常倾斜可能具 有指向震中区的作用,因此联合利用重力数据及 重力垂线偏差数据监测地震也是可能的.经过初 步试验,利用重力方向所进行的前方交会,结果基 本都在L一100.2oE,B一27.3.N附近区域.因受 多种因素的制约,以上只能视作初步的,并不充分 的,半定量的尝试,还有待于接受更严格的检验. 参考文献1 [1]陈运泰,刘克人,郑金涵,等.局部重力场变化与地震发生 的关系合作研究课题的回顾[c]//庆贺郭宗汾教授八十寿 辰暨理论与应用地球物理研讨会论文集.北京:气象出版 社,2002:40—46. 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