地球重力场分布规律

地球重力场分布规律

文章采用目前与中国大陆匹配最精准的EGM2008模型，结合SRTM高程数据，计算5.12地震灾区高程异常，分析了重力场分布规律。得出结论：重力场随着距震中位置的增大呈现负相关趋势。提出以下猜想：地震对小范围内重力位的影响远远大于大范围内的影响。

标签：地球重力场；EGM2008；地震灾区

引言

地球重力场是最基本的物理场，由地球系统的物质属性产生，反映由地球各圈层相互作用和动力过程决定的物质空间分布、运动和变化，承载重力场作用机制相关信息，地球重力场时空演化与地球系统的动力过程有重要的联系。因此，物理大地测量学与所有研究地球各圈层物质运动及其动力学机制的学科有交叉领域。高精度高分辨率的重力数据及以此构建的高阶地球重力场模型及时变信号，是地球动力学、地球内部物理、海洋物理及动力海洋学等相关学科研究必需的基础信息，精细的全球重力场信息会加深人们对地球系统各圈层的物质异常分布、物质的循环及动量及能量交换机制的认识，精化相关地学的模型参数，以达到对地球系统、其子系统及整体的动力学过程和行为有更深层的理解。

5·12汶川地震，发生于北京时间（UTC+8）2008年5月12日14时28分04秒，震中位于中华人民共和国四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县映秀镇与漩口镇交界处。5·12汶川地震严重破坏地区超过10万平方千米。其中，极重灾区共10个县（市），重灾区共41个县（市），一般灾区共186个县（市）。此次地震是中华人民共和国成立以来破坏力最大的地震，也是唐山大地震后伤亡最严重的一次地震。文章将对四川省灾区范围从重力异常的计算、灾区重力异常分布规律（E100°36′～108°31′，N27°50～34°19′）（如图1）展开论述。

1 计算重力场模型

EGM2008模型高程异常在我国大陆的总体精度为20cm，华东华中地区12cm，华北地区达到9cm，西部地区为24cm；EGM2008模型空间异常在我国大陆的总体精度为10.5mGal（1mGal=10-3cm/s2），且大大缩小了我国大陆重力场信息东西部地区的差距；EGM2008模型具有很高的精度，测试结果显示，EGM2008模型在我国大陆的精度与在全球范围内的精度相当；与WDM94，DQM 系列，EGM96相比，EGM2008模型高程异常精度提高了3～5倍，比利用GRACE 数据的IGG05b，EIGEN-5c模型提高了2倍以上，空间异常的改善程度更为突出。EGM2008显著改善了我国大陆重力场东西部地区不平衡的现状[2] EGM2008地球重力场模型使用Bruns公式，地球表面上任意点p的模型高程异常可由下式获得：

2 计算结果分析

文章采用ICGEM网站进行地球重力场的计算。通过规定模型参考系统、格网精度、模型经纬度范围等选项，进行特定区域重力场的计算。输入灾区范围（E100°36′～108°31′，N27°50～34°19′），选取最小格网精度为0.005，采用EGM2008模型计算高程异常值如表1，单位为m。

由上表可知：（E100°36′～108°31′，N27°50～34°19′）高程异常最大值为-42.074m，最小值为-27.786m，高程异常极值为14.288m，平均高程异常为-34.453m。结合图1，早去范围内高程异常最大值位于重灾区，最小值位于一般灾区。分级灾区重力异常的平均值分别为：一般灾区-35.624m、重災区-36.885m、极重灾区-36.901m。分级灾区重力异常的最小值分别为：一般灾区-28.065m、重灾区为-28.707m，极重灾区为-32.822m。分级灾区的重力异常最大值分别为：一般灾区-42.074m、重灾区-41.644m、极重灾区-40.980m。最大值、最小值和平均值在三个范围数值大小排列表现统一，均为一般灾区<重灾区<极重灾区，说明重力异常在此地区分布由外向内逐渐增大，即此区域重力异常分布与5.12震中距呈负相关。同时，表1数据中有17个位于一般灾区、4个位于重灾区、2个位于极重灾区，说明地震能量随震中距的增大而减小。因此提出猜想：地震对小范围内重力位的影响远远大于大范围内的影响。

3 结束语

计算并了解重力场的区域分布规律，有利于进一步研究地核-地幔边界的起伏，地幔地壳边界的起伏，地幔中的热对流，地壳均衡的状态等。文章通过对5.12灾区重力场分布的研究，得出该区域重力异常场由内而外逐渐减小，对推求平均地球椭球的形状、建立国家大地网和国家水准网、确定空间飞行器受地球引力场作用的轨道改正以及研究地球内部构造及矿产资源分布等方面有十分重要的作用。

参考文献

[1]宁津生，王正涛.地球重力场研究现状与进展[J].测绘地理信息，2013，1：1-7.

[2]章传银，郭春喜，陈俊勇，等.EGM 2008地球重力场模型在中国大陆适用性分析[J].测绘学报，2009，4：283-289.

[3]王作钰.EGM 2008重力场模型的高程异常精度分析[J].地理空间信息，2014，3：110-111+8.