海洋垂直重力梯度异常的计算及其在地形反演中的应用

将测高重力异常、局部大地水准面和垂线偏差作为输入数据,计算海洋垂直重力梯度异常。以中西太平洋海域作为研究对象,对垂直重力梯度异常和海底地形的相关性进行分析,在20~200 km波段范围内利用梯度异常推估海底地形。结果表明,反演地形的相对精度在7.14%左右,在多海山地区精度较差。     

基于卷积神经网络预测南海海底地形

针对南海区域,使用3种重力信号(垂线偏差、重力异常、垂直重力梯度异常)训练卷积神经网络模型,并将预测结果与船测数据和国外模型结果进行对比分析。将3种重力信号分成4组数据：重力异常,重力异常与垂直重力梯度异常,重力异常与垂线偏差,以及重力异常、垂线偏差和垂直重力梯度异常。4种组合方式的反演结果与船测水深之间的标准差分别为104.780 m、102.778 m、93.788 m、88.289 m,表明随着不同类型重力数据的加入,水深预测精度明显提高,并且在深度大于2 000 m时,反演结果精度提升效果更为显著。将训练集占总数据集的比例分别设置为80%、70%、60%和50%,反演结果与船测水深之间的标准差分别为88.289 m、91.256 m、92.833 m、96.022 m,表明数据量的增多可以有效提高模型学习结果的精度。     

重力数据误差对大地水准面模型建立的影响

基于Stokes理论建立的大地水准面模型,其精度受重力数据误差,即重力数据分辨率、精度以及积分范围的影响。针对这一问题,通过重力场谱特征分析,给出不同地形区域重力数据分辨率以及积分半径造成的大地水准面高频截断误差的量级大小,计算平均重力异常误差对大地水准面建模精度的影响。研究成果对不同地形区域cm级大地水准面模型的建立具有理论与指导意义。     

华北地区重力和地形及其对克拉通破坏深部过程的约束

以重力和地形数据研究现今华北克拉通区域岩石圈热化学结构,探讨华北克拉通破坏过程。首先计算自由空气重力异常、布格重力异常、Airy均衡重力异常;再利用地震学莫霍面观测从地形和布格异常中扣除对应部分,计算残余重力异常及残余地形;最后对残余重力异常进行剩余密度反演。结果表明：1）华北克拉通中、东部存在浮力;2）克拉通东部由温度效应引起的密度负扰动效应略强于化学组分差异引起的密度正扰动;3）现今华北克拉通东部是古老克拉通型地幔和新生正常地幔的混合物,约保留50%~60%古老克拉通地幔成分;4）由重力和密度约束得到的混合地幔结果支持前人提出的多期幕式拆沉的华北克拉通深部破坏过程。     

融合多源数据的局部重力场建模中线性化误差的研究

引入高阶重力场模型作为参考场,削弱局部重力场逼近中线性化误差的影响。以实测的陆地重力异常、船载重力异常及航空重力扰动为基础数据,基于泊松小波径向基函数分析不同参考场对局部重力场逼近的影响。结果表明,引入高阶全球重力场模型代替GRS80参考椭球正常场作为参考场,能更为准确地逼近真实的重力场,有效削弱线性化误差的影响。相比于基于GRS80正常场构建的似大地水准面模型,基于DGM1S重力场模型为参考场构建的似大地水准面的精度,在地形起伏较大的德国、英国及挪威区域分别提高了1.5 mm、3.3 mm和9.0 mm。     

北天山流动重力测网场源分辨能力

利用球面六面体单元网络模型建立不同分辨率的重力异常扰动模型检测板,基于北天山地区实际地表流动重力测点分布,进行设定场源异常体的等效源反演恢复,进而评估北天山流动重力测网场源分辨能力。结果表明,在假设地下10 km处存在密度差为±1×10^-3 g/cm³的场源异常体情况下,北天山重力测网具备0.75°×0.75°及以上场源异常体识别能力;测网中大部分地区具备0.5°×0.5°场源异常体识别能力;测点分布较密集的少部分地区具备0.25°×0.25°场源异常体识别能力。最后,综合考虑北天山测网现有网形、地形、交通条件等因素,给出测网最佳优化方案。     

GPS水准网格间距的设计

在已布设GPS水准网的地区，若需内插其中任意一点的高程异常值时，应该了解该内插值的精度。导出了该内插点高程异常值的精度评定方法，并具体给出在我国C级GPS水准网中，该内插点高程异常推估值精度和该地区的地形和栅格重力异常分辨率的数学关系式和实例。在给定内插点高程异常值精度的局域大地水准面时，按不同地形和栅格重力异常分辨率的密度，根据文中给出的数学关系式，可以设计间距合理的B级或C级GPS水准网。     

用卫星测高和船测重力资料联合反演海洋重力异常

基于多颗卫星最新测高资料联合解算的全球平均海平面和中国近海船测重力异常数据,采用3种方法 (Stokes公式逆运算法、垂线偏差法、最小二乘配置法)分别计算了中国近海及其邻域(0°～40°N,105°～145°E)2′× 2′重力异常,重点对3种方法的优缺点及其计算结果进行了比较和分析。结果表明,在海底地形起伏较为强烈的南 海盆地,与船测重力异常比较,最小二乘配置法(LSC)计算精度较高,达到11.2×10-5ms-2。     

EGMTools：重力场模型评估及重力量计算软件

高精度、高分辨率的地球重力场可用于统一全球高程基准及确定大地水准面等,因此全面评估重力场模型精度及其快速导出的各重力量（如高程异常等）具有重要意义。本文利用VS2015+Intel XE 2016平台及OpenMP等并行技术研发一套用于重力场模型评估及相关重力量计算的软件--EGMTools,该软件的主要功能有：1）可实现基于实测点或格网重力异常、高程异常及垂线偏差等数据对重力场模型截断至任意阶次的精度进行评估;2）可实现利用重力场模型计算任意点或格网（SRTM地形表面）重力异常、高程异常及垂线偏差等重力量;3）在全球范围内,可按照一定的格网间隔（如1°×1°）对不同重力场模型所表示的重力量（如高程异常等）按不同的阶次进行比较;4）重力场模型格式转换、阶方差分析及RTM重力量计算的数据预处理等。     

基于重力垂直梯度的欧拉反褶积改进措施

欧拉反褶积反演解的发散与不稳定性一直制约着其实用效果。为此,提出利用垂直梯度反演和筛选准则并在分辨信号极值区域基础上进行重力反演等改进方法。通过模型试算,全面分析它们相对常规重力数据反演方法的效果。结果表明,改进方法能明显提高反演解水平位置和深度的精度和收敛性。     

ASTER GDEM垂直精度评价及其在重力地形改正中的适用性

利用重力剖面的GPS数据对ASTER GDEM模型进行垂直精度评估,并对其在重力地形改正中的适用性进行讨论。结果表明,ASTER GDEM模型在贵阳-维西和金川-犍为两个重力剖面中,与实测GPS高程相比标准差分别为14.93 m和18.02 m,模型起伏与实测数据具有较好的一致性。在小比例尺中、远区及大比例尺远区重力地形改正中,ASTER GDEM模型数据的适用性较好。     

GT-2A航空重力仪精度评定

选择地形平坦的实验区A和地形起伏较大的实验区B,采用GT-2A航空重力测量数据和高精度地面重力测量数据,依据测线网交叉点平差方法评定GT-2A航空重力仪的内符合精度,通过地面重力与航空重力延拓结果的比对实验评定其外符合精度。结果表明,GT-2A重力扰动测量结果的内符合精度优于1 mGal,外符合精度在实验区A优于2 mGal,在实验区B优于3 mGal。     

利用全张量重力梯度异常探测月球地下隐伏地质结构及其解释

将有限功率地形法(或称Tesseroid单元体球谐谱域正演法)运用到月球地形的重力梯度计算中,并通过圣杯任务(GRAIL)得到的重力场模型系数和Moontopo720地形模型数据,计算得到在GRAIL卫星高度经过地形校正后的全重力张量异常。综合重力梯度的多分量性质和相关实验结果,首先通过水平梯度异常估算月球主要质量瘤(mascon)的地下空间水平分布范围,然后通过全重力异常梯度带图初步验证潮汐重力引起的月球主要断层结构分布。     

琼东南盆地?坡区重力流沉积体系超高精度解析

自治水下机器人采集资料是目前精度最高的地球物理资料;它的分辨率要远远高于常规二维、三维地震 资料和船载方式获取的地形地ò和浅地层资料的分辨率.以往的资料(如三维地震及其切片)只能发现规模较大 的滑坡体;而基于最新采集的高精度 AUV 多波束和浅地层资料,在琼东南盆地深水区识别了更为精细的重力流 沉积体系.该重力流沉积体系表现为典型的块体流沉积和浊流沉积特征:如挤压脊、舌状体、海底线状侵蚀地形、 残留地层、逸出块体、海底沟痕以及蠕变地层浊流沉积等,深化了对琼东南盆地深水区沉积体系的认识.此外,分 析了地势对重力流发育及内部构造的控制作用、重力流的各部λ对原海底侵蚀程度、当前重力流物性(含水率、固 结程度、成分等)的原因及浊流沉积内部产生雾状反射的成因等.通过对超高精度 AUV 资料的解释,认识到重力 流沉积体系要比传统认识更为复杂,并且重力流沉积范Χ要比通过传统资料解释圈定的范Χ更加广泛.      

三河-平谷8.0级地震区浅层三维密度结构反演研究

为研究三河-平谷地震区浅层构造背景、地震孕育机理及地震与构造的关系,利用高精度重力异常数据,采用基于块体生长模式的重力三维反演算法对地震区浅层三维密度结构进行反演,并通过模拟试算验证基于块体生长模式反演方法的有效性和稳定性。高精度布格重力异常显示,三河-平谷8.0级地震位于大兴重力局部高、三河-马坊重力局部高与大厂重力低之间的交汇过渡低值区域。研究区浅层三维密度结构反演结果表明,1679年三河-平谷M8.0地震明显受NE向夏垫断裂控制,断裂两侧密度差异明显且向下延伸约10 km,推测发震部位深约10 km。     

用重力资料估算地壳构造的三度体法

本文给出了三度体反演重力资料估算地壳厚度的公式。其优点是:1,正、反演可互相校核,使计算精度满足预定的要求;2,适用异常线复杂的地区;3,整个计算区只需一个起始点;4,易于编程序计算。     

高精度重力测量的实验研究

在高精度重力测量中，发现同一异常体的实测重力异常与牛顿定律计算出的理论异常不相符，实测异常的极值幅值近２倍于计算异常的极值幅。而且，实测重力异常的极值向两翼衰减很快，其梯度带间距与异常体的水平尺度几乎一致。这就为高精度重力法圈定储油构造、生物礁等平面位置提供了前提。在同等重力测量精度下，实测重力异常比计算重力异常提高了近１倍的纵向分辨力，得到油气藏和油气侵染带引起的重力负异常也是完全可能的。据此用５个模型的实测高精度重力数据和按牛顿定律计算出的数据进行对比，完全证实了上述结论。     

移去-恢复法校准重力异常场及其应用

对经典移去-恢复法进行改进，利用EGM2008地球重力场模型、地表重力/GPS联合观测数据和ASTER数字地形模型，提出考虑地形梯度特征的区域重力场校准算法，同时针对我国动态重力区域网布设情况，对重力场的校准区域范围进行更为合理的设定。通过与经典移去-恢复法在川西地区实际应用的比较发现，改进模型能够将川西地区重力场模型数据的标准差从65.09 mGal降至61.24 mGal，在结合地形梯度影响后，能够将标准差进一步降至59.31 mGal。采用国际重力局最新发布的283个重力数据对喜马拉雅东构造结及邻区的重力场进行校准，结果表明，布格重力异常和地形数据有很强的正相关，该区中东部存在明显的均衡重力异常低值区。     

利用重力多尺度分解资料反演青藏高原东北缘地壳厚度

通过重力异常分解模型,选用小波基函数“bior3.7”,分解得出青藏高原东北缘布格重力异常资料的小波4阶近似成分,利用其主要由莫霍面产生的布格重力异常,以6条人工地震剖面信息做初始控制条件,反演得出青藏高原东北缘的地壳厚度。     

安徽及周边地区岩石圈有效弹性厚度研究

基于EIGEN-6C4重力异常和ETOPO1地形数据,采用基于fan小波的相关性分析方法计算安徽及周边地区较高分辨率的各向同性岩石圈有效弹性厚度Te（effective elastic thickness）,结合区域地质构造和地球动力学背景进行讨论。结果表明,研究区Te处于5~75 km之间,大别造山带和下扬子地区为Te低值区,郯庐断裂两侧Te值相对较低,河淮盆地和苏北盆地Te值较高,Te分布反映了区域特定地质构造特征和地球动力学背景;地震活动主要分布在10~50 km Te值范围内,集中在Te低值区和Te值陡变带,表明相关区域岩石圈抵抗形变能力较弱,易于发生地震。