连续重力数据处理与分析

本书在重力固体潮观测的潮沙、非潮汐理论详细说明的基础上，介绍中国大陆连续重力观测站点，以及连续重力观测台网的观测技术和观测方法，并详细阐述中国地震局如何对台网观测数据进行管理；结合多年来研究成果中的数据处理和分析方法，将连续重力观测信号进行分类和识别；汇总台网多年来的研究成果，通过两个地震实例来阐明地震预测研究的思路和方法。 本书一方面总结过去的研究成果，另一方面为未来的连续重力观测台网的发展提供借鉴。本书包含大量的图片和范例，可供从事连续重力观测的工作人员阅读参考，也可供对连续重力观测数据处理和分析感兴趣的读者阅读。

第1章 概述 1
1.1 连续重力观测的意义与台网 1
1.1.1 连续重力观测意义 1
1.1.2 连续重力观测台网 2
1.2 连续重力观测台网的任务与作用 3
1.3 连续重力观测台网的建立 3
1.3.1 连续重力观测台网建设历程 4
1.3.2 中国数字地震观测网络连续重力观测网 5
1.3.3 中国大陆构造环境监测网络重力网 6
1.4 连续重力观测台网的构成 6
1.4.1 台站观测类型和技术系统 7
1.4.2 观测数据报送流程 10
1.4.3 连续重力观测台网的特色 10
第2章 连续重力观测基础 12
2.1 相关概念 12
2.1.1 固体地球潮汐 12
2.1.2 引潮位 12
2.1.3 杜德森展开 14
2.1.4 勒夫数 15
2.1.5 潮汐因子 15
2.2 潮汐理论模型 16
2.2.1 地球微小弹性运动方程 16
2.2.2 流体静力平衡及各向同性条件下地球微小弹性运动方程 18
2.2.3 地球微小弹性运动边界条件 18
2.2.4 球对称地球常微分方程组 20
2.2.5 球对称地球常微分方程组边界条件 25
2.2.6 SNREI地球常微分方程组的变换 26
2.2.7 数值积分过程及数值结果 28
2.3 重力固体潮理论值计算 28
2.3.1 精密引潮位表 29
2.3.2 严密公式 30
2.3.3 随时间变化的重力合成潮汐的构制 31
2.4 重力固体潮的潮汐分析 32
2.4.1 VAV调和分析 32
2.4.2 ETERNA调和分析 32
2.4.3 Baytap-G调和分析 32
第3章 非潮汐理论基础 33
3.1 单位点源影响函数 33
3.2 平衡方程 34
3.3 重力的负荷格林函数 35
3.3.1 牛顿引力项 35
3.3.2 地球弹性项 36
3.4 重力敏感场 36
3.4.1 有限元解算重力场的泛函表达 36
3.4.2 重力敏感场分布的数学模型 37
3.4.3 累积敏感场分布的数学模型 38
3.4.4 地面重力与卫星重力敏感场分布特征 38
3.5 连续重力观测信号的潮汐改正方法 39
3.5.1 潮汐改正 39
3.5.2 气压改正 40
3.5.3 极潮改正 41
3.5.4 海潮负荷改正 41
3.6 水负荷重力效应的计算和有效性检验 41
3.6.1 负荷格林函数法水负荷重力效应的计算 42
3.6.2 负荷效应球谐系数的计算 42
3.6.3 布格平板模型的计算 43
3.6.4 湖泊河流水位涨落的重力负荷计算 43
3.6.5 全球陆地水模型的负荷效应有效性检验 44
第4章 连续重力观测技术 46
4.1 连续重力观测仪 46
4.1.1 DZW型微伽重力仪 47
4.1.2 GS15重力仪 48
4.1.3 PET & gPhone重力仪 49
4.1.4 GWR超导重力仪 50
4.2 台站勘选技术 51
4.2.1 勘选前准备工作 52
4.2.2 勘选过程 52
4.3 建站技术 58
4.3.1 观测场地的建设 59
4.3.2 观测室的建设 59
4.3.3 连续重力观测站的防雷措施 65
4.4 标定技术 65
4.4.1 电子系统标定技术 65
4.4.2 同址比测标定技术 66
4.4.3 连续重力观测仪标定比较 66
4.4.4 潮汐分析结果比较 67
4.5 台网运行相关技术 70
4.5.1 云技术 70
4.5.2 电子系统标定技术 70
4.5.3 野外实验观测技术 71
4.5.4 重力梯度技术 71
4.6 连续重力观测未来的发展及其相关技术 72
4.6.1 连续重力仪观测的无漂移化 72
4.6.2 旋转加速度计重力梯度仪 73
4.6.3 连续重力观测站环境全监测 73
第5章 连续重力观测数据处理方法 74
5.1 连续重力观测数据预处理 74
5.1.1 观测数据干扰特征 74
5.1.2 观测数据预处理软件 76
5.1.3 观测数据预处理方法 78
5.2 连续重力观测数据潮汐分析 81
5.2.1 VAV调和分析 81
5.2.2 ETERNA调和分析 83
5.2.3 Baytap-G调和分析 83
5.2.4 相同重力仪潮汐改正比较 84
5.2.5 不同重力仪潮汐分析比较 85
5.3 零漂改正和模拟方法 87
5.3.1 多项式拟合 87
5.3.2 傅里叶级数 93
5.3.3 气压负荷对弹簧重力仪的非线性因素影响 99
5.3.4 超导重力仪的零漂改正 103
5.4 不同重力仪连续重力观测数据水负荷季节性比较 105
5.4.1 姑咱地震台DZW型微伽重力仪 105
5.4.2 昆明地震台GS15重力仪 107
5.4.3 PET & gPhone重力仪 108
5.4.4 SG 111
第6章 台网管理和服务 112
6.1 台网站点类型 112
6.2 台网运行机制和规章制度 113
6.2.1 数字观测台网总体运行机制 113
6.2.2 台网运行主要规章制度 114
6.3 不同层级观测台网运行规范 115
6.3.1 连续重力观测站 115
6.3.2 省级台网中心 119
6.3.3 重力台网中心 120
第7章 连续重力观测数据分类与异常识别 124
7.1 重力观测异常与分类 124
7.1.1 连续重力观测数据的变化分类 124
7.1.2 连续重力观测数据的正常动态 124
7.1.3 连续重力观测数据的非正常动态 126
7.2 重力观测异常信息提取方法 128
7.2.1 重力潮汐异常信息提取方法 129
7.2.2 重力非潮汐异常信息提取方法 130
7.3 相关干扰因素 135
7.3.1 观测系统故障 136
7.3.2 自然环境 137
7.3.3 场地环境 139
7.3.4 人为干扰 140
7.3.5 异常相关干扰 141
 7.4 典型地震震前重力变化特征 146
7.4.1 潮汐与地震的关系 146
7.4.2 非潮汐与地震的关系 148
第8章 连续重力观测数据应用 151
8.1 潮汐参数特征分析 151
8.1.1 潮汐参数计算 151
8.1.2 潮汐参数时变分析 152
8.2 潮汐参数变化与地震震中的关系 153
8.2.1 巴东Ms5.1级地震前潮汐观测的变化特征 153
8.2.2 芦山Ms7.0级地震前潮汐观测的变化特征 154
8.3 非潮汐变化特征分析 155
8.3.1 重力残差、气压变化的功率谱和积谱 155
8.3.2 水文资料与重力变化之间的关系 157
8.3.3 超导重力仪背景噪声分析 159
8.4 地壳应变及其同震重力变化效应分析 160
8.4.1 芦山Ms7.0级地震同震重力变化数据分析 160
8.4.2 同震重力变化的计算和比较 161
8.4.3 GS15重力仪同震重力变化的有效性 162
8.5 地球自由震荡信号分析 163
8.5.1 PET & gPhone重力仪的地球自由震荡信号分析 163
8.5.2 SG的地球自由震荡信号分析 164
8.6 连续重力观测台网在地震预测中的应用 165
8.6.1 异常核实报告的编写 166
8.6.2 巴东Ms5.1级地震前重力观测异常 167
8.6.3 地震预测理论 171
第9章 问题与展望 173
9.1 连续重力观测台网布局优化 173
9.2 观测技术的发展 174
9.2.1 超导重力观测在时变重力场的监测推广应用 174
9.2.2 组网观测技术的推广应用 174
9.3 重力变化的数值模拟与数据分析探索 174
9.4 展望与需求 175
9.4.1 技术方法需求 175
9.4.2 研究需求 176
9.4.3 监测需求 177
参考文献 178
附录1 重力观测常用仪器校准 181
附1.1 GS重力仪 181
附1.2 DZW型微伽重力仪 184
附1.3 PET & gPhone重力仪 185
附录2 日志记录事件的类型代码 186
附录3 连续观测数据跟踪分析事件分类和变化描述说明 187
附录4 连续重力观测站运行报告格式及内容 189
附4.1 台站观测月报 189
附4.2 台站观测年报 190
附录5 重力与形变数据共享审批表 192