中国几处城市高楼重力垂直梯度测定

重力垂直梯度测定是应用地球物理学和物理大地测量学的一个重要的实验性课题。研究重力垂直梯度（以下简称垂直梯度）在地球表面的分布与变化,可以增加对地球重力场和地下地质构造及其活动性的了解。1982-1984年,我们在研究垂直梯度测量原理和     

综合利用位场及其梯度直接进行曲化平处理

航空磁测中飞机的飞行高度通常不是一个平面,曲化平处理可以消除观测面起伏的影响.在进行多参量(例如测量的磁场及其三轴向梯度)测量时,可以研究综合利用测量磁场的多参量的曲化平处理方法.本文通过模型计算,利用梯度转换的法向导数通过边界元方法进行曲化平处理,达到了很好的效果,充分利用磁场梯度反映磁场在各个方向上变化率的作用.对综合利用磁场及其梯度进行曲化平处理给出了一个思路.该方法原理清晰,程序实现简单.     

地面扰动重力垂直梯度的确定

鉴于扰动重力垂直梯度在大地测量和物探中有重要作用,在未直接测量的情况下,对如何由地面重力异常及地形数据求取扰动垂直梯度进行了研究和分析,认为在被研点附近要求重力点分布密集,且精度不低于1×10-6ms-2;对中央区域积分奇异性问题也作了讨论;此外,扰动重力垂直梯度如何在大地测量和地球物理中进一步得到应用,以及为何用扰动重力垂直梯度代替重力异常垂直梯度也给予了简明的论述.     

频率域航磁总场与梯度分量的转换研究

频率域的快速傅立叶变换法是由航磁总场转换梯度分量和梯度分量之间相互转换的常用方法.但是,利用实测数据资料对方法的应用效果进行分析的研究较少,尤其是梯度分量之间的转换,主要是由于同时观测水平及垂直梯度的三轴向梯度测量技术刚刚起步,可利用的相关数据资料较少.本文首先利用模型研究了转换方法的特点,在此基础上重点对实例的转换结果进行分析.我们进行了总场转换梯度和水平梯度与垂直梯度间的相互转换计算,并将两组转换结果与实测梯度进行了详细的对比和分析.该实例的转换结果表明,总体来看利用总场转换的梯度,和梯度分量之间相互转换的结果都与实测梯度数据具有较好的对应关系,但相比而言,梯度之间的转换结果与实测数据吻合的更好.转换结果与实测数据的良好一致性,证明了转换方法的有效性,同时也验证了各测量参量的可靠性.     

基于激光干涉法的地表重力垂直梯度测量系统设计及试验

基于激光干涉法对新型地表重力垂直梯度测量系统进行了研究并初步构建了原理样机． 该测量系统利用双光路干涉测量法, 获取垂直向间距为50 cm且同步自由下落的两个落体相对于参考点的时间和位移信息, 并通过差分运算得到该测点的重力垂直梯度值． 在系统设计过程中, 主要解决了双落体自由下落的同步自动控制和双干涉测量光路的垂直性调节问题． 试验结果表明, 本套测量系统可以获取双落体同步自由下落运动时的干涉条纹信号, 并完成重力垂直梯度测量, 且梯度测量精度优于100 E．      

中国大陆高精度绝对重力观测数据分析和异常计算

高精度重力异常模型是研究地球内部结构的基础地球物理数据.本文依据中国大陆构造环境监测网络项目的 100个高精度绝对重力基准站数据,首先,分别与EGM2008模型和GGMplus模型进行对比,得到了模型之间的差异性特征统计参数;其次,我们对与绝对重力同点位测量的垂直梯度数据,进行统计分析,结果表明重力垂直梯度变化的标准差高达537.2E.通过提取Crust1.0地壳结构模型参数,计算得到了Moho界面起伏引起的垂直梯度变化,分析认为地表垂直梯度的变化主要与地形和浅部密度异常体相关.最后,基于重力场模型和观测数据的统计结果,针对经典重力异常计算公式中的一些流程提出了优化建议.本文结果对于使用区域重力异常模型,研究地壳结构和提高长剖面、小比例尺重力探查项目中的异常计算精度具有重要意义.     

卫星重力梯度测量及其应用前景探讨

卫星重力梯度测量是研究空间重力梯度探测与应用的新领域,特别适于检测地球重力场的短波特征.目前它尚处在研制超灵敏张量梯度仪器和应用预研究的阶段.本文考察了卫星梯度测量的重要性和优越性.阐述了它在惯性导航和地球重力场模型精化中的作用;探讨了卫星梯度测量在重力勘探、地球动力学与地震预测研究中的多种用途;讨论了它在检测微重力环境、检验重力场延拓理论和改善飞行器轨道受力分析中的重要意义.     

重力垂直梯度与微重力研究概况

一、引言在重力学的发展中,微重力与重力垂直梯度的研究是一个令人感兴趣的问题。所谓的微重力测量是指测量、探查的对象引起的重力效应和测量的精度都是以微加(μGal)级的数值来量度的。研究微重力与重力垂直梯度的变化一方面使我们进一步加深对地球重力场的了解,同时根据观测得到的有价值的资料来解释与评价地下密度异常体的结构、形态、分布,则更具有理论与实用的意义。     

大地水准面高对InSAR大范围地壳形变监测的影响分析

由于InSAR数据处理所用的WGS84参考椭球系统与通用的DEM高程系统(EGM96大地水准参考面)不一致,在InSAR形变监测分析中会引入大地水准面高导致的误差.本文利用覆盖青藏高原北部阿尔金断裂带西段的27景Envisat ASAR宽幅模式数据和44景条带模式数据,研究了大地水准面高与InSAR大范围形变测量不确定性的关系:(1)模拟分析表明对于100 m的垂直基线,8.8 m的DEM测量误差,若研究区域存在20 m的大地水准面高的变化,对宽幅或条带模式InSAR形变测量造成的影响将由3 mm增至10 mm左右;(2)实例验证表明对于不同的研究区域,大地水准面高与该地区地形变化存在较大相关性,对于同一研究区域,垂直基线的大小决定了大地水准面高对InSAR不确定性的影响程度;(3)对于大地水准面高有较大梯度变化的研究区域,组合短基线方法与去除轨道平面的方法难以消除大地水准面高的影响.使用基于WGS84高程系统的DEM,可以为InSAR形变测量分析提供统一的高程基准,有效避免大地水准面高误差的影响.     

精化大地水准面的一种间接方法——异常及其梯度在其中的应用

随着GPS/水准及全球重力测量的加密和扩展,获取高精度的似大地水准面或高程异常(ξ)已比较容易,如何进一步研究它和大地水准面或大地水准面高(N)之间的关系(即所谓间接的方法)使大地水准面得到精化,这就是本文的目的,文中对已推导的公式在模型作了验证,对如何利用地形等数据确定扰动重力垂直梯度也作了研究,结果表明:在海拔4000 m的高山地区,当似大地水准面的精度达到cm级时,大地水准面的精度也与之比较接近.     

旋转式航空重力梯度仪动态测量误差传递模型与事后误差补偿

航空重力梯度测量技术可快速、高效地完成面积性重力梯度数据采集工作,在矿产资源勘查、军事目标探测等诸多科学领域具有广泛的应用.而航空重力梯度动态测量误差补偿方法是重力梯度动态测量数据处理中的一项重要工作.本文首先对旋转式重力梯度仪误差传递机理进行了定量分析,在综合考虑重力梯度仪系统非理想因素相互作用的情况下,建立了多种非...     

孕震过程中重力位、重力、重力梯度变化的数值模拟研究

简要介绍了为探索和解释地震前后重力变化的各种孕震模式,推导了由孕震引起的密度变化和位移与地面重力位、重力、重力梯度之间的变化关系。摸拟计算了孕震位移和密度变化引起的重力位、重力、重力梯度变化的空间分布并分析了重力位、重力、重力梯度变化的空间分布特征。与此同时,采用广义司托克斯云积分和有限差分方法对云南丽江7. 0级地震前重力位、重力、重力水平梯度进行了计算。结果表明,强震前重力位、重力、重力梯度有其自身的变化特征,这对预测强震有实际意义。     

Gravity and gravity gradient changes caused by a point dislocation

ＧｒａｖｉｔｙａｎｄｇｒａｖｉｔｙｇｒａｄｉｅｎｔｃｈａｎｇｅｓｃａｕｓｅｄｂｙａｐｏｉｎｔｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎＪｉａｎ－ＬｉａｎｇＨＵＡＮＧ；ＨｕｉＬＩａｎｄＲｕｉ－ＨａｏＬＩ（黄建梁，李辉，李瑞浩）（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙ，...     

中国满洲里──绥芬河地学断面地球物理综合研究

叙述满洲里－绥芬河地学断面的地球物理成果．断面全长１３００ｋｍ，穿越了中国东北的大兴安岭岩浆岩带和张广才岭岩浆岩带，松辽盆地和海拉尔盆地，以及郯庐断裂北延部分的敦化－密山断裂、佳木斯－伊通断裂．结合地质资料，解释了断面多种地球物理方法的资料，包括重力、磁力、大地电磁（ＭＴ）、地震（广角地震测深、垂直反射地震与天然地震）、地热、古地磁以及综合解释，给出了断面岩石层构造的地球物理解释模型．讨论了松辽盆地基底的性质、莫霍界面的性质、大兴安岭重力梯级带的特征与成因，以及断面域地块拼合过程．研究结果认为，东北亚大地是一个拼合的增生大陆，是世界上一种新型的小地块碰撞拼合时受大洋板块俯冲的应力场作用形成的盆、山相间结构．     

卫星重力梯度恢复地球重力场的频谱分析

根据仪器功率谱密度和重力位系数阶方差的定义,本文建立了卫星重力梯度测量噪声功率谱密度与重力场模型的误差阶方差的直接对应关系,并基于此讨论了重力梯度测量精度、卫星轨道高度以及运行时间对地球重力场恢复精度的影响.相比于传统的基于最小二乘法评估卫星载荷噪声对地球重力场恢复精度的影响而言,本文提出的方法简单、直接,有助于快速设计和确定卫星重力测量计划的有关参数.     

基于数据空间和稀疏约束的三维重力和重力梯度数据联合反演

随着重力和重力梯度测量技术的日趋成熟,基于重力和重力梯度数据的反演技术得到了广泛关注.针对反演多解性严重、计算效率低和内存消耗大等难点问题,本文开展了三维重力和重力梯度数据的联合反演研究,该方法结合重力和重力梯度两种数据,将L0范数正则化项加入到目标函数中,并在数据空间下采用改进的共轭梯度算法求解反演最优化问题.同时,本文摒弃了依赖先验信息的深度加权函数,引入了自适应模型积分灵敏度矩阵,用来克服因重力和重力梯度数据核函数随深度增加而衰减引起的趋肤效应问题.为了提高反演计算效率,本文又推导出基于规则网格化的重力和重力梯度快速正演计算方法.模拟试算表明,改进的共轭梯度法可以降低反演的迭代次数,提高反演的收敛速度;自适应模型积分灵敏度矩阵,可以有效解决趋肤效应,提高反演纵向分辨能力;数据空间和改进的共轭梯度算法结合,可以更好地降低反演求解方程的维度,避免存储灵敏度矩阵,有效地降低反演计算时间和内存消耗量.野外实例表明,该算法可以在普通计算机下快速地获得地下密度分布模型,表现出较强的稳定性和适用性.     

Multiscale Gravitational Field Recovery from GPS-Satellite-to-Satellite Tracking

The purpose of GPS-satellite-to-satellite tracking (GPS-SST) is to determine the gravitational potential at the earth's surface from measured ranges (geometrical distances) between a low-flying satellite and the high-flying satellites of the Global Positioning System (GPS). In this paper, GPS-satellite-to-satellite tracking is reformulated as the problem of determining the gravitational potential of the earth from given gradients at satellite altitude. The uniqueness and stability of the solution are investigated. The essential tool is to split the gradient field into a normal part (i.e. the first-order radial derivative) and a tangential part (i.e. the surface gradient). Uniqueness is proved for polar, circular orbits corresponding to both types of data (first radial derivative and/or surface gradient). In both cases gravity recovery based on satellite-to-satellite tracking turns out to be an exponentially ill-posed problem. Regularization in terms of spherical wavelets is proposed as an appropriate solution method, based on the knowledge of the singular system. Finally, the extension of this method is generalized to a nonspherical earth and a non-spherical orbital surface, based on combined terrestrial and satellite data.     

卫星重力梯度测量与地球引力场的精度研究

本文根据地球引力位的球谐函数展开式,利用重力梯度张量各分量导出了位系数模型的精度估计公式.从三方面进行了研究:假定卫星重力梯度仪测量精度,探讨用重力梯度数据确定地球重力场模型的精度;求出位系数模型和大气阻力引起的重力梯度卫星的轨道误差;最后,反求轨道误差和位系数误差对重力梯度测量值的影响.数值计算表明,与地面技术和常规卫星方法相比,卫星梯度测量可使重力场模型的精度至少提高3-5倍;利用重力梯度张量全分量求得的重力值精度比单用径向分量V_rr的结果提高40％以上;若仅顾及位系数模型和大气阻力误差,则轨道误差对梯度测量值的影响△V_i3（i=3,2,1）至少可分别在1/4和1/3弧圈内达到△V_i3≤σ（仪器精度）.     

Contribution to the estimation of the co-ordinates of the centre of gravity of a disturbing body

Summary It has been proved that the formulae for determining the horizontal co-ordinates of the centre of gravity, derived by Gamburtsev in 1938 and adopted in many textbooks of gravimetry and other works, are not accurate. A method of estimating the co-ordinates of the centre of gravity of a disturbing body has been elaborated under the assumption that just the values of the vertical gradient of the disturbing gravitational potential in the xOy-plane are known.     

On inversion of the second- and third-order gravitational tensors by Stokes’ integral formula for a regional gravity recovery

A regional recovery of the Earth’s gravity field from satellite observables has become particularly important in various geoscience studies in order to better localize stochastic properties of observed data, while allowing the inversion of a large amount of data, collected with a high spatial resolution only over the area of interest. One way of doing this is to use observables, which have a more localized support. As acquired in recent studies related to a regional inversion of the Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer (GOCE) data, the satellite gravity-gradient observables have a more localized support than the gravity observations. Following this principle, we compare here the performance of the second- and third-order derivatives of the gravitational potential in context of a regional gravity modeling, namely estimating the gravity anomalies. A functional relation between these two types of observables and the gravity anomalies is formulated by means of the extended Stokes’ integral formula (or more explicitly its second- and third-order derivatives) while the inverse solution is carried out by applying a least-squares technique and the ill-posed inverse problem is stabilized by applying Tikhonov’s regularization. Our results reveal that the third-order radial derivatives of the gravitational potential are the most suitable among investigated input data types for a regional gravity recovery, because these observables preserve more information on a higher-frequency part of the gravitational spectrum compared to the vertical gravitational gradients. We also demonstrate that the higher-order horizontal derivatives of the gravitational potential do not necessary improve the results. We explain this by the fact that most of the gravity signal is comprised in its radial component, while the horizontal components are considerably less sensitive to spatial variations of the gravity field.