大地测量与地球动力学

观测时间	最大值/μGal	最小值/μGal	平均值/μGal
2020-04—2023-03	77	-46	14.0
2021-03—2023-03	52	-42	0.6
2022-03—2023-03	51	-16	11.0

观测时间	最大值/μGal	最小值/μGal	平均值/μGal
2020-04—2023-03	77	-46	14.0
2021-03—2023-03	52	-42	0.6
2022-03—2023-03	51	-16	11.0

仪器编号	测点数	观测时间	点值平均精度/μGal
CG6-018/023	82	2020-04	13.0
CG6-018/023	82	2021-03	10.0
CG6-018/023	82	2022-03	7.8
CG6-018/023	82	2023-03	7.6

仪器编号	测点数	观测时间	点值平均精度/μGal
CG6-018/023	82	2020-04	13.0
CG6-018/023	82	2021-03	10.0
CG6-018/023	82	2022-03	7.8
CG6-018/023	82	2023-03	7.6

年份	类别
2020	84/172	137/172	160/172	171/172	72/86	86/86
2021	88/172	141/172	166/172	172/172	75/86	86/86
2022	86/176	141/176	172/176	176/176	82/88	88/88
2023	67/172	136/172	164/172	172/172	69/86	85/86

年份	类别
2020	84/172	137/172	160/172	171/172	72/86	86/86
2021	88/172	141/172	166/172	172/172	75/86	86/86
2022	86/176	141/176	172/176	176/176	82/88	88/88
2023	67/172	136/172	164/172	172/172	69/86	85/86

利用小波变换研究2024-01-23乌什M_S7.1地震前重力异常特征

陈丽 ¹^,² , 刘代芹 ¹^,²^,³^,* , 艾力夏提·玉山 ¹^,²^,³ , 阿卜杜塔伊尔·亚森 ¹^,² , 赵磊 ¹^,² , 丁宇 ¹^,² , 李秉烨 ¹^,² , 李瑞 ¹^,²

大地测量与地球动力学 | 地球物理解释 2025,45(3): 279-283

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大地测量与地球动力学 |地球物理解释 2025 , 45 (3) : 279 -283

利用小波变换研究2024-01-23乌什M_S7.1地震前重力异常特征

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陈丽¹^,², 刘代芹¹^,²^,³^,*, 艾力夏提·玉山¹^,²^,³, 阿卜杜塔伊尔·亚森¹^,², 赵磊¹^,², 丁宇¹^,², 李秉烨¹^,², 李瑞¹^,²

作者信息

1 新疆维吾尔自治区地震局, 乌鲁木齐市科学二街338号, 830011

2 新疆帕米尔陆内俯冲国家野外科学观测研究站, 乌鲁木齐市科学二街338号, 830011

3 中国科学技术大学地球和空间科学学院, 合肥市金寨路96号, 230026

通讯作者:

刘代芹，博士，正研级高级工程师，主要从事大地测量、重力与地壳形变研究，E-mail: xjdzjldq@126.com

LIU Daiqin, PhD, professor, majors in geodesy, gravity and crustal deformation, E-mail: xjdzjldq@126.com

作者简介:

陈丽，高级工程师，主要从事重力观测和地震活动性研究，E-mail：dragon127653@sohu.com

Study on Gravity Anomaly Characteristics Using Wavelet Transform before the Wushi M_S7.1 Earthquake on January 23, 2024

Li CHEN¹^,², Daiqin LIU¹^,²^,³^,*, Yushan AILIXIATI¹^,²^,³, Yasen ABUDUTAYIER¹^,², Lei ZHAO¹^,², Yu DING¹^,², Bingye LI¹^,², Rui LI¹^,²

Affiliations

1 Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region, 338 Second-Kexue Street, Urumqi 830011, China

2 Xinjiang Pamir Intracontinental Subduction National Observation and Research Station, 338 Second-Kexue Street, Urumqi 830011, China

3 School of Earth and Space Sciences, University of Science and Technology of China, 96 Jinzhai Road, Hefei 230026, China

CHEN Li, senior engineer, majors in gravity observation and seismicity, E-mail: dragon127653@sohu.com

出版时间: 2025-03-15 doi: 10.14075/j.jgg.2024.04.196

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摘要

收起

利用南天山地区2020—2023年流动重力观测资料，获取2024-01-23乌什M_S7.1地震前不同时间尺度下区域重力场动态演化特征，并通过功率谱分析方法，获取各阶小波重力细节对应的近似场源深度。结果表明：1)流动重力(3 a尺度)结果显示，乌什M_S7.1地震前，乌恰至巴楚地区和阿克苏地区重力变化呈现明显的四象限分布，震中位于四象限边缘及零值线附近；2)2020—2023年南天山地区重力场小波变换(4阶小波重力细节)结果显示，乌什M_S7.1地震前，乌恰至巴楚地区重力变化出现明显的四象限分布，震中位于四象限边缘及零值线附近。

关键词

流动重力 / 小波变换 / 乌什地震

Abstract

收起

The dynamic evolution characteristics of regional gravity field at different time scales before the Wushi M_S7.1 earthquake are obtained by using the mobile gravity observation data of southern Tianshan area from 2020 to 2023, and the approximate field source depth corresponding to each order wavelet gravity detail is obtained by power spectrum analysis method. The results show that: 1)Before the Wushi M_S7.1 earthquake, the gravity changes in Wuqia-Bachu and Aksu areas show an obvious four-quadrant distribution, and the epicenter is located at the edge of four quadrants and near the zero line. 2)The wavelet transform results of gravity field in southern Tianshan area from 2020 to 2023 show that before the Wushi M_S7.1 earthquake, the gravity changes in Wuqia-Bachu area shows obvious four-quadrant distribution, and the epicenter is located at the edge of four quadrants and near the zero line.

Key words

mobile gravity / wavelet transform / Wushi earthquake

引用本文

陈丽, 刘代芹, 艾力夏提·玉山, 阿卜杜塔伊尔·亚森, 赵磊, 丁宇, 李秉烨, 李瑞. 利用小波变换研究2024-01-23乌什M_S7.1地震前重力异常特征. 大地测量与地球动力学, 2025 , 45 (3) : 279 -283 . DOI: 10.14075/j.jgg.2024.04.196

Li CHEN, Daiqin LIU, Yushan AILIXIATI, Yasen ABUDUTAYIER, Lei ZHAO, Yu DING, Bingye LI, Rui LI. Study on Gravity Anomaly Characteristics Using Wavelet Transform before the Wushi M_S7.1 Earthquake on January 23, 2024[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2025 , 45 (3) : 279 -283 . DOI: 10.14075/j.jgg.2024.04.196

正文

收起

地壳能量的汇集或释放将在一定程度上导致地壳内部区域性的物质运移，地壳内部物质变动或核幔相互作用会孕育地震，对于多数6级以上地震，地震发生前后在地表可观测到与地震孕育和发生有关的重力变化^[1-2]。地震与重力的关系可通过地壳变形和密度(质量)变化表现出来，深入分析重力场变化可以捕捉强震前兆信息^[3-4]。据中国地震台网测定，2024-01-23 02:09在新疆维吾尔自治区阿克苏地区乌什县(78.63°E，41.26°N)发生7.1级地震，震中位于乌什县亚曼苏柯尔克孜族乡境内，震源深度22 km^[5]。本文采用小波多尺度变换方法和径向对数功率谱方法，研究乌什M_S7.1地震前重力场变化特征。

1 震区概况及重力数据处理

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乌什M_S7.1地震发生在南天山西段的迈丹断裂附近，以本次地震为中心200 km范围内历史上(1900年至今)共发生17次6级以上地震，地震活动较为活跃^[5]。迈丹断裂为天山与柯坪推覆构造之间的分界断裂，是一条北东东走向的北倾断裂，倾角为30°~80°。该断裂长约400 km，西端延伸到塔拉斯-费尔干纳断裂，主要发育在古生代基岩山区内部，东端到乌什东北，位于阿合奇谷地内，新构造活动迹象非常明显。

新疆维吾尔自治区地震局自2005年起对南天山地区开展流动重力观测工作，2013年喀伽网通过优化改造后变为南疆测网(图1)，测点每年进行2期重复观测^[6]，2019年起南天山地区每年进行1期重复观测。

流动重力所有测段野外观测精度均要求往返测自差小于25 μGal，互差小于30 μGal(2020—2023年观测点变化统计见表1，精度统计见表2，自差和互差占比统计见表3)。数据处理方面，利用南天山地区3个测点的绝对值来约束经典平差数据解算，并通过克里金方法获取相邻两期的重力场变化^[7-8]。

2 重力场时空变化特征及小波变换

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2.1 重力场时空变化

流动重力测量结果反映的是区域重力场的非潮汐变化^[9-10]。基于南天山地区2020—2023年观测结果绘制乌什M_S7.1地震累积重力变化图像(图2)，获取不同时期重力场动态演化的差异信息。

1 a尺度(2022-03—2023-03)观测结果显示，南天山地区整体呈现重力正值变化，阿图什-阿合奇-乌什沿线以北区域和叶城、皮山地区为重力负值变化并伴有零值线，2024-01-23乌什M_S7.1地震位于零值线附近。迈丹断裂附近的重力等值线分布与构造走向一致，为东西向展布，布伦口至塔什库尔干以东地区、英吉沙以西地区为重力高值变化区，最大值出现在阿克陶县KJ39测点，约为51 μGal。

2 a尺度(2021-03—2023-03)重力场变化显示，重力场整体呈现正值变化和负值变化均分的状态，阿图什、英吉沙、叶城以西地区为正值变化并伴有零值线，阿合奇至阿克苏地区为正值变化，其余地区为负值变化，乌恰地区形成小范围的零线环。迈丹断裂和柯坪断裂附近的重力等值线呈东西向展布，与构造走向基本一致。2024-01-23乌什M_S7.1地震位于零值线附近。

3 a尺度(2020-04—2023-03)重力场变化显示，南天山地区整体以正值变化为主，并以普昌断裂为界呈现明显的四象限分布，乌恰至巴楚西部、阿克苏地区重力出现高值变化，最大值出现在喀什地区伽师县KJ22测点，约为77 μGal。重力零值线沿叶城、巴楚延伸至皮山、和田。2024-01-23乌什M_S7.1地震南侧测区出现重力变化高值集中区，其北侧接近震中的重力变化等值线呈现近东西向分布，与迈丹断裂走向基本一致，震中位于四象限边缘和零值线附近，距四象限中心约120 km。

2.2 重力场小波变换

根据小波变换分析原理^[11-12]，假设二维重力异常场为：

(1)

$\Delta g(x, y)=f(x, y)$

重力分解表达式可简化为:

(2)

$\Delta g=A_4 G+D_1 G+D_2 G+D_3 G+D_4 G$

式中，D₁G~D₄G为重力异常的1~4阶小波细节；A₄G为4阶小波重力逼近。

选取乌什M_S7.1地震前异常较为显著的3 a尺度重力场变化进行4阶小波分解，分析地下物质由浅入深的密度变化。由图3可知，1阶和2阶小波变换重力细节以噪声为主，异常圈闭的范围整体偏小，分布相对分散，杂乱无序，且正负异常以点状零散分布。在3阶小波变换重力细节中，正负异常更为集中，许多微小细节消失，异常分布呈现一定的规律性，变化值整体较小，小于20 μGal。4阶小波变换重力细节表明，乌恰至巴楚地区重力场呈现明显的四象限分布，异常分布也更为明显和集中，乌什M_S7.1地震位于四象限边缘和零值线附近。4阶小波重力逼近主要反映的是下地壳物质引起的重力效应，即南天山地区场源的区域动态变化，异常分布较为明显，乌恰至阿克苏地区重力场呈现四象限分布，乌什M_S7.1地震位于四象限边缘和零值线附近。

2.3 功率谱分析

通过功率谱分析方法^[13-15]可以确定小波变换各阶所反映场源的平均深度，场源深度表达式为：

(3)

$h=\frac{\ln E\left(r_1\right)-\ln E\left(r_2\right)}{2\left(r_1-r_2\right)}$

式中，r为圆频率或波数；h为场源埋深；lnE(r)为异常波谱的径向对数功率谱。

利用小波变换分解各阶小波细节对2020—2023年南天山地区重力变化进行功率谱分析，可以获得细节场所反映的近似场源深度。由图4可知，南天山地区1阶小波细节场源的平均深度为3 km，为地表重力场变化；2阶小波细节场源的平均深度为5 km，为上地壳重力场变化；3阶和4阶小波细节场源的平均深度分别为8 km和12 km，为中地壳重力场变化。2024-01-23乌什M_S7.1地震震源深度为22 km，说明重力场变化主要来自深部构造活动的影响。图4(e)中原始重力场动态变化功率谱为不同深度重力源异常叠加的结果，在曲线变化显著的拐点处至少可以划分出3个切点。此外，随着小波细节阶数的不断增大，重力场小波细节的场源深度也会随着功率谱直线段斜率的增加而不断增加。

3 结语

收起

本文基于2024-01-23乌什M_S7.1地震前南天山地区重力场观测数据，对2020—2023年南天山地区累积重力场动态变化进行小波变换，分析不同尺度下重力场变化特征，提取震前异常信息，探讨重力异常与地震之间的关系，得到以下结论：

1) 由流动重力结果可知，乌什M_S7.1地震前，1 a尺度重力场变化显示南天山地区重力场以正值变化为主，数值整体偏小，震中位于零值线附近；2 a尺度重力场变化显示重力场呈现正值变化与负值变化均分的状态，震中位于零值线附近；3 a尺度重力场变化显示以普昌断裂为界，重力场呈现明显的四象限分布，乌恰至巴楚西部、阿克苏地区重力出现高值变化，最大值出现在喀什地区伽师县KJ22测点，约为77 μGal，震中位于四象限边缘和零值线附近。

2) 2020—2023年南天山地区累积重力场动态变化小波变换结果表明，通过小波变换可以有效分离不同深度的重力异常信息，消除部分噪声。随着小波细节阶次的增加，异常趋于集中，异常圈闭的总体范围也在增大，可以有效反映出区域地下物质由浅到深的密度变化情况。4阶小波变换重力细节显示，2024-01-23乌什M_S7.1地震前，乌恰至巴楚地区重力场呈现明显的四象限分布，震中位于四象限边缘和零值线附近。研究进一步印证了2020—2023年南天山地区累积重力场异常变化的可靠性，有利于提取与地震孕育相关的重力异常信息，相关成果可为今后南天山地区地壳动力学与地震环境研究提供一定的科学依据。

基金

收起

新疆维吾尔自治区自然科学基金(2022D01A106)
新疆维吾尔自治区自然科学基金(2023D01A105)
新疆维吾尔自治区重点研发项目(2020B03006-2)
第三次新疆综合科学考察项目(2022xjkk1305)

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2025年第45卷第3期

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doi: 10.14075/j.jgg.2024.04.196

接收时间：2024-04-27
首发时间：2026-10-30
出版时间：2025-03-15

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收稿日期：2024-04-27

基金

Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2022D01A106)

新疆维吾尔自治区自然科学基金(2022D01A106)

Natural Science Foundation of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2023D01A105)

新疆维吾尔自治区自然科学基金(2023D01A105)

Key Research and Development Program of Xinjiang Uygur Autonomous Region(2020B03006-2)

新疆维吾尔自治区重点研发项目(2020B03006-2)

The Third Xinjiang Comprehensive Scientific Expedition Program(2022xjkk1305)

第三次新疆综合科学考察项目(2022xjkk1305)

作者信息

1 新疆维吾尔自治区地震局, 乌鲁木齐市科学二街338号, 830011

2 新疆帕米尔陆内俯冲国家野外科学观测研究站, 乌鲁木齐市科学二街338号, 830011

3 中国科学技术大学地球和空间科学学院, 合肥市金寨路96号, 230026

通讯作者:

刘代芹，博士，正研级高级工程师，主要从事大地测量、重力与地壳形变研究，E-mail: xjdzjldq@126.com

LIU Daiqin, PhD, professor, majors in geodesy, gravity and crustal deformation, E-mail: xjdzjldq@126.com

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

年份	类别
	自差/μGal				互差/μGal
	≤5	≤10	≤15	≤20	≤10	≤20
2020	84/172	137/172	160/172	171/172	72/86	86/86
2021	88/172	141/172	166/172	172/172	75/86	86/86
2022	86/176	141/176	172/176	176/176	82/88	88/88
2023	67/172	136/172	164/172	172/172	69/86	85/86