我国大陆连续重力台站背景噪声的综合研究

In the project, the background noise in the China mainland is investigated with 1s high samping rate and continous gravity observations recorded by 30 gPhone gravimeters in the Crustal Movement Observation Network of China and 5 superconduting gravimeters installed in the China. Comparing the Earth's background noise obtained by observed data from seismometers, the gravimeters have advantages in observing comparatively longer-period Earth's background noise. In the study, the Least-Squares Spectral Analysis (LSSA) developed internationally in the recent decades of years is used, which is more suitable to the real observations comparing with the classical Fourier Spectral Analysis. Through the studies in the project, the backgroud noise level in the our homeland is achieved, and its regional charateristic will be given. The frequency features for the surface waves (especially the long period surface waves) are deeply investigated. The dispersion curves of them are obtained and their group velocity and phase velocity are calculated. These reulsts provide gravity evidences to inverse the structure of the crust and mantle under the China mainland.

本项目利用中国大陆构造环境监测网络30台gPhone重力仪和国内5台超导重力仪1s高采样的连续重力观测资料，进行我国大陆的地球背景噪声研究。与地震仪的观测数据获得的地球背景噪声相比，重力仪在较长周期的背景噪声研究方面有独特的优势。项目中采用了国际上近一二十年新发展的最小二乘谱分析方法，比传统的傅立叶谱分析更适用于实测数据。通过本项目的研究，可获得我国大陆的地球背景噪声水平，给出噪声的区域分布特征，深入研究地球面波（特别是长周期面波）的频谱特征，获得面波信号的频散曲线，计算其群速度和相速度，为进一步用重力高频噪声数据反演中国大陆的壳幔结构提供重力观测依据。

自2007年期，我国开始建设和逐步运行“中国大陆构造环境监测网络（后面简称：陆态网络）”的连续重力观测台站，有30台gPhone重力仪和4台超导重力仪。观测记录从2013年开始，到现在约有7年的数据，为本项目的完成提供了数据基础。本项目从“陆态网络”约观测2-3年后开始研究，主要研究中国大陆的重力背景噪声，这是本项目的初衷。.通过本项目的研究，我们采用国际地潮中心提供的计算台站噪声的标准方法，计算并给出了“陆态网络”30台gPhone重力仪台站的重力噪声水平，研究了中国大陆重力噪声水平的分布特征，给出了gPhone重力仪在中国大陆的最低噪声观测模型，结合“陆态网络”中部分地震仪的观测数据，首次给出了用连续重力背景噪声观测数据反演的中国大陆地下物质结构，虽然由于台站稀疏的原因，结果并不理想，但是研究验证了观测仪器和方法是对的，可为中国大陆的地表流动重力观测、地震区域划分等提供重力观测依据。另外，利用超导重力仪的背景噪声观测数据，成功提取了地球长周期面波信号和地球背景自由振荡信号，并且与地震仪的观测结果、理论值计算结果进行了比较，说明超导重力观测技术可用于地球长周期面波信号和地球背景自由振荡信号的观测。因此通过本项目，提供了除地震仪观测技术之外获取地球长周期面波信号和地球背景自由振荡信号的另外一种观测技术。由于目前地震仪是用来监测全球核爆炸的主要观测手段，因此本项目的结果说明，高精度的超导重力仪有进行全球核爆信号监测的潜力。