GRACE衛星觀測到的尼泊爾MS8.1地震震前重力場變化特征

鄭增記范麗紅陜西省地震局，西安 710068長安大學地質工程與測繪學院，西安 710054

GRACE衛星觀測到的尼泊爾MS8.1地震震前重力場變化特征

鄭增記1）范麗紅2）
1）陜西省地震局，西安 710068
2）長安大學地質工程與測繪學院，西安 710054

強震的孕育和發生必然引起震源區和外圍地區一定范圍內地球重力場的變化，而GRACE衛星則為探測重力場變化提供了一種新的方式。GRACE衛星自2002年3月發射升空以來，已成功記錄到了2004年蘇門答臘MW9.1地震、2010年智利MW8.8地震以及2011年日本MW9.0地震的同震和震后重力場變化。2015 年4月25日，尼泊爾（28.147°N，84.708°E）發生了MS8.1大地震。這是繼1934年1月15日尼泊爾8級大地震后，尼泊爾遭受的最強烈地震，目前已造成至少8 219人死亡，17 866人受傷。

孫文科指出，理論上大于M9.0的剪切型或者大于M7.5的張裂型地震所產生的同震重力變化均可被GRACE衛星探測到。2015年尼泊爾MS8.1地震震前重力場變化在GRACE衛星中是否有所反應呢？這里，采用GRACE衛星RL05月重力場模型數據提取了2015年尼泊爾MS8.1地震的震前重力場變化。

采用美國德克薩斯大學空間研究中心（UTCSR）最新發布的RL05月重力場模型數據，時間范圍取為2012年1月至2015年3月，該數據為處理后的規格化重力場位系數，最大階數為60階。該模型已扣除了極潮、固體潮、海潮的影響以及大氣、海洋的非潮汐部分影響，并且相較于RL04模型，RL05模型在信噪比方面有顯著提高。

為了獲取震前重力場隨時間變化的特征，以平均重力場作為背景場，對GRACE月重力場模型進行300 km高斯濾波以及P3M6方法進行去相關處理。由于重力場變化時間序列中包含漂移信號，對震前數據利用最小二乘擬合去除其中包含的年、半年周期項信號以及S2潮汐波的影響，獲得了2012—2015年的重力場變化速率圖（圖1）。同時，為了壓制降水等季節性變化信號對時變重力場的影響，還以2012年1～3月月重力場模型數據的平均值作為背景場，計算了2013—2015年1～3月相對于2012年的重力場變化圖像（圖略）。最后得出結論。

（1）尼泊爾及周邊研究區域重力場具有明顯的季節性變化特征，震中以南大部分區域上半年呈現負變化，在4～5月份達到最小（約－4～－6×10-8m/s2），下半年呈現正變化，在9～10月份達到最大（約+6～+8×10-8m/s2）。

（2）2012—2015年期間，震中以東緬甸和泰國及西北方向吉爾吉斯斯坦和塔吉克斯坦地球重力場持續下降，變化率約為每年－0.5～－1.0×10-8m/s2，震中西南方向印度中部重力場呈現持續增加，變化率約為每年+0.3～+0.6×10-8m/s2，反映了印度板塊與歐亞板塊長期碰撞運動所造成的重力場變化。

（3）2013年，震中的西北方向吉爾吉斯斯坦和塔吉克斯坦開始呈現重力場負變化，震中以北青藏高原及西南方向印度中部呈現大范圍的重力場正變化；2014年，吉爾吉斯斯坦和塔吉克斯坦地區的重力場負變化持續加強并且范圍擴大，震中以北青藏高原的正變化減弱并且范圍減小，但西南方向印度中部的正變化持續加強；2015年震中及以西附近區域重力場出現大范圍的反轉變化，并且在反轉過程中，發生了MS8.1地震。

圖1　震前2012—2015年重力場變化速率圖