日照—连云港地区重磁异常特征及其构造意义

航空重力、磁力测量是解决海陆过渡区地球物理资料不连续问题的有效途径,所获取的数据为进一步认识苏鲁造山带西段断裂展布、大地构造属性等基础地质问题提供了科学依据.基于最新高精度航空重磁数据,编制了日照-连云港地区1:25万重力、磁力异常图,结合区域地质资料,分析重、磁异常特征,在日照-连云港地区圈定了郯庐断裂带、桑墟-连云港断裂、东海-赣榆断裂、五莲-桃园断裂等基底断裂构造.研究认为苏鲁造山带南部边界为桑墟-连云港断裂（连黄断裂）,以该断裂为界,北侧基底为华北板块组成部分,断裂南侧为下扬子板块基底;以东海-赣榆断裂为界,苏鲁造山带可分为南部和北部,两部分在后期构造活动方面差异显著.      

日照—连云港地区主要断裂重磁异常特征

为满足1∶25万海洋区域地质调查需求,解决海陆过渡区的基础地质问题,在统一编制1∶25万重力异常图和磁力异常图的基础上,分析日照—连云港地区主要断裂的重磁异常特征。结合区域地质资料,探讨郯庐断裂沂水段、桑墟—连云港断裂、东海—赣榆断裂的重磁异常特征及其地质意义。结果表明:昌邑—大店断裂是郯庐断裂沂水段的主断裂;作为苏鲁造山带的南部边界,桑墟—连云港断裂控制了基底、地层和岩浆岩的分布;东海—赣榆断裂将苏鲁造山带分割为南、北2部分。这些新认识为日照—连云港地区基础地质研究提供了重要参考。     

大连周边海域航空重力调查方法及重要成果

为加强海洋地质调查工作,中国地质调查局组织实施了海洋航空地球物理探测及应用项目,在大连海域及其周边,应用GT-1A航空重力测量系统,开展了1∶20万航空重力调查工作,获取了高质量的航空重力数据9.4万测线km,原始测量总精度达到1.27×10^-5 m/s²; 形成了一套覆盖渤海东部、北黄海、辽东半岛和山东半岛的航空重力系列图件,填补了研究区内航空重力资料的空白。通过综合解释与研究,在基底构造形态分析、主要构造单元边界厘定、断裂构造分布特征研究以及局部构造异常圈定等方面取得了重要成果,为研究区海洋区域地质调查、渤海和北黄海的油气资源调查、海陆过渡区关键地质问题的解决提供了重要依据。     

日照—连云港地区主要断裂重磁异常特征

为满足1:25万海洋区域地质调查需求,解决海陆过渡区的基础地质问题,在统一编制1:25万重力异常图和磁力异常图的基础上,分析日照—连云港地区主要断裂的重磁异常特征。结合区域地质资料,探讨郯庐断裂沂水段、桑墟—连云港断裂、东海—赣榆断裂的重磁异常特征及其地质意义。结果表明: 昌邑—大店断裂是郯庐断裂沂水段的主断裂; 作为苏鲁造山带的南部边界,桑墟—连云港断裂控制了基底、地层和岩浆岩的分布; 东海—赣榆断裂将苏鲁造山带分割为南、北2部分。这些新认识为日照—连云港地区基础地质研究提供了重要参考。     

航空重力弱信号提取的卡尔曼滤波方法研究

航空重力测量以飞机为载体对重力场数据进行采集。由于气流、飞行状态及机体自身振动等因素的影响,航空重力测量原始数据含有大量的噪声,信噪比高达上万级分之一,因此从原始测量数据中获取弱小重力信号成为航空重力测量系统发展的一个技术难题。本文针对航空重力测量系统将通用卡尔曼滤波公式进行了适应性调整,建立了航空重力异常的数学模型,针对系统测量原理提出了卡尔曼滤波状态方程,解决了重力信号与差分GNSS信号匹配、航空重力弱小信号提取的难题。经过实测的航空重力测量数据验证,提出的航空重力数据解算方法能够高精度地解算出航空重力异常,且优于FIR低通滤波器(目前工程上采用)的解算结果,推进了航空重力弱信号提取技术的发展。     

多层等效源方法在地面与航空磁异常数据融合中的应用

随着地磁场观测数据的不断积累,高效利用观测数据成为亟待解决的问题.以往研究表明,仅对单一观测手段获得的实测数据进行分析与解释,往往很难达到目前解决相关地质问题的精度要求.因为各观测方法获得的地磁场数据集通常在分辨率、精度、高程及覆盖范围方面存在局限性和差异性,造成单一数据集仅能有效表征地磁场某一频段信息的问题.而解决该问题的一种有效途径是数据间的融合.为此,基于等效源方法,提出一种多层等效源技术方案,应用于航空和地面磁测数据融合,提高地面数据插值补空、扩边及航空数据下延的精度.该方法针对观测信息的频谱特征,采用3个位于不同深度的等效源层模拟实测数据;较传统的单层等效源方法,减少了等效源设置的盲目性,增强了观测信息在等效源模型中分配的有序性和结构性.理论实验表明,多层等效源模型设置具有更高的计算精度,航空与地面磁测数据融合可以起到显著的相互丰富及改善的作用.最后,将该方法应用于湖北金牛火山岩盆地航空与地面磁测数据融合,获得了丰富的、平面上规则分布的地磁场数据.      

最新全球重力数据库V23中陆域重力资料质量评估

为了评估最新全球重力数据库V23中陆域重力资料的质量问题,选择了美国、秘鲁、爱尔兰、南非、肯尼亚、澳大利亚、中国等7个国家的8个区块约133万km2的重力数据进行对比分析。基于V23中自由空间重力异常数据,利用纯球坐标系内重力校正方法获得了这些区块的计算布格重力异常。利用相关分析的方法对这些区块的实测布格重力异常和计算布格重力异常进行相关分析,得到了相应的相关系数。通过对实测布格重力异常和计算布格重力异常之间相关系数及差值特征的综合分析,评估了全球重力数据库V23中选取的8个区块重力数据的质量。研究结果表明,斯克里普斯海洋研究所发布的最新全球重力数据库V23中陆域重力资料融合了大量测量年代较早的地面重力数据或者航空重力数据,而近十几年新完成的地面重力资料或者航空重力资料可能未融合进该数据库。具有大量年代较早的地面或者航空重力测量资料的区域,该数据库中陆域重力资料的质量较高,而重力工作程度较低的区域,其资料的质量则较低。     

基于IHS变换的重力异常与遥感影像融合的构造信息提取研究

本文以深部探测关键仪器装备野外实验与示范基地为例,利用影像融合技术进行地质构造信息的提取。在卫星遥感和重力异常数据空间配准的基础上,利用IHS数据融合方法,将重力异常与ETM+数据进行融合与分析。研究表明:一方面构造形迹在遥感图像及重力异常上的表征是存在差异性的,即其空间分布特征,另一方面通过卫星遥感在地表定位重力异常所反演的地质信息,能够为深部探测仪器装备野外实验选点提供科学的依据。     

航空重力测量中FIR低通滤波器的比较

航空重力测量数据中含有大量的噪声,需要采用FIR低通滤波器来提取实际的重力异常信息。结合一组实测的航空重力测量数据,讨论FIR低通数字滤波器截止频率和滤波器长度的确定方法,研究了无效数据的删除方法;通过比较不同窗函数设计的滤波器的数据处理性能,得出了在航空重力测量数据处理中,汉宁窗和海明窗设计FIR低通数字滤波器可以满足重力场信息提取的要求。     

航空重力测量中的GPS后处理解算软件

在航空重力测量的后期资料处理中,GPS技术主要作用是精确确定飞机的位置、速度和加速度,以提供可靠的飞机飞行参数和必要的重力加速度改正等.笔者以航空重力领域的实际需求,开发了航空重力的GPS后处理软件-EGPS.该软件能够利用伪距差分、多普勒频移的方法解算航空重力测量的载体位置、速度和加速度等.通过处理航空重力测量中GPS资料的速度解算实例,并与国外已经先进的航空重力测量处理软件的速度解算结果对比、分析,EGPS已经基本达到了航空重力测量领域对GPS速度高精度解算的要求.     

天津周边海-陆过渡地区航空重力调查及主要成果

随着人类对海洋矿产资源需求的日益增加,海洋基础地质调查对海洋矿产资源勘探具有重要意义。我国海洋地质地球物理调查起步较晚,整体工作程度较低,而航空重力测量作为一种快速高效的地球物理测量方法,对加强海洋基础地质调查研究具有重要作用。2006年我国引进了国际先进的GT-1A航空重力测量系统,并于2011年首次在天津周边海-陆过渡地区开展了1:20万比例尺航空重力测量工作,完成了高质量的航空重力测量数据3万测线公里,在海-陆过渡地区实现了海-陆连续测量,填补了研究区内高精度航空重力测量的空白。阐述了本次航空重力调查工作取得的主要成果,并从航空重力的角度对研究区内石臼坨凸起进行了研究,认为石臼坨凸起基底具有分段性,并圈定出新的基岩凸起构造,为石臼坨凸起油气资源的进一步勘探提供方向; 同时对渤中凹陷正高磁异常体可能的地质成因进行了探讨。对海-陆过渡地区主要构造单元的重力场特征进行研究,在基底和断裂研究方面取得的新认识对海-陆过渡地区基础地质和环境研究具有重要意义。     

Effect and Prospect of Basic Geological Survey Based on Airborne Gravimetry in China

The airborne gravimetry was an important leap and innovation in the world’s history of geophysical exploration. China's first test of the airborne gravity geological survey in the onshore-offshore transitional area of the western and southern part of the Bohai Sea was successful and effective in geology. Based on the airborne gravity data, and combining previous ground gravity, seismic and drilling data etc., we carried out the geological interpretation by forward and inverse methods. The result shows that the airborne Bouguer gravity anomaly was clear, the fracture interpretation was reliable, and the inversion depth of the main geological interfaces was relatively accurate. This airborne gravity geological survey not only filled the exploring gaps in the onshore-offshore transitional area, and realized the geological and tectonic junction between the sea and the land, but also discovered four local gravity anomalies, 11 fractures and three sags or subsags, and so on. The good geological effect of airborne gravimetry not restricted by terrain condition shows that it can be served as a new geophysical method in the exploration of complex terrain physiognomy area such as mountain, jungle, desert, marsh, onshore-offshore transitional area and so on, and has an extensive application prospect in China in the future.     

Quality Evaluation of Land Gravity Data in the Latest Global Gravity Database V23

In order to evaluate the quality of the land gravity data in the latest global gravity database V23, the authors chose the gravity data of eight blocks with a total area of 1 330 000 km² to compare and analyze, and these blocks involved seven countries, including the United States, Peru, Ireland, South Africa, Kenya, Australia, and China. Based on the free-air gravity anomaly data of the latest global gravity database V23, the authors obtained the calculated Bouguer gravity anomaly using the gravity correction methods within the pure spherical coordinate system in these eight blocks. Then, the correlation coefficients between the measured Bouguer gravity anomaly and the calculated Bouguer gravity anomaly were calculated by the correlation analysis method in these eight blocks. Finally, through comprehensive analysis of the features of these correlation coefficients and differences between the measured Bouguer gravity anomaly and the calculated Bouguer gravity anomaly in these eight blocks, the quality of the gravity data of these eight blocks was evaluated in the latest global gravity database V23. The results showed that the latest global gravity database V23, released by Scripps Institution of Oceanography, integrated a large number of the ground or airborne gravity data measuring in an earlier era, and the newly surveyed ground or airborne gravity data may not be integrated into the database. The quality of land gravity data is relatively high in the areas with a large number of older ground or airborne gravity data, otherwise it is low in the zones with a lower gravity working degrees.     

On the use of airborne gravimetry in gravity field modelling: Experiences from the AGMASCO project

Important areas of the earth are still not covered by accurate gravity measurements. The gravity field may be determined by using different techniques but airborne gravity surveying is becoming the most powerful tool available today.One of the main problems in airborne gravity is the separation of the vertical accelerations acting on the airborne platform from the natural gravity signal. With the advances in DGPS techniques new prospects arise for gravity field recovery which are of great importance for geodesy, geophysics oceanography and satellite navigation. Furthermore, airborne gravimetric measurements depend not only on the determination of the position but also on the attitude of the aircraft. Inertial systems can provide attitude as well as information on short-term accelerations, which are more problematic for the gravimeter. A proper integration of these systems may allow a further improvement of the whole technique where the quality of both the accelerometers and the gyros is the key sensing element. In the scope of the MAST III Project AGMASCO, an airborne geoid mapping system was successfully implemented in different aeroplanes. The characteristics of the aeroplane and the flight parameters play a major role in airborne measurements.Within AGMASCO the airborne system was applied both in a close and an open ocean (Skagerrak, Fram Strait and Azores) areas. The system proved to be a powerful tool in a variety of conditions. The results obtained showed that an accuracy better than 2mGal over 5 to 6 kilometres can be achieved.This was proven by comparison of the airborne data with ground truth and satellite data. This accuracy makes the system interesting for use in various applications including geophysical exploitation.Different hardware installations were experienced and the methods validated. Recovery of the gravity values directly from measurements with the Lacoste & Romberg air/sea gravimeter and from measurements with the inertial sensors was analysed. The potential of these sensors to recover gravity and the experience gained within this project are reported here.     

基于航空重磁特征对突泉盆地构造的认识

为获取突泉盆地航空物探基础地质资料,为油气调查评价提供参考,中国国土资源航空物探遥感中心在该盆地开展了1:10万航空重磁综合调查工作。利用最新的航空重磁资料及实测岩石物性数据,对突泉盆地及其邻区重磁异常特征进行研究,分析航空重磁异常与地层展布、断裂活动、岩浆岩体的分布关系,重点探讨盆地的基底性质。结果表明,研究区航空重力异常与航磁异常在强度、范围、形态、梯度和走向等方面具有一定的规律性,该区断裂体系分布与重磁场特征明显相关,NNE-NE向、NW向及NE向3组断裂明显控制盆地沉积岩体及岩浆岩体的展布,盆地基底由下古生界浅变质岩系和前古生界中等变质岩系构成。     

Using Newton's law and geophysical bounds on mass density contrast to ensure consistency between gravity and height data

In this paper we advocate the use of Newton's law of gravitational attraction to ensure perfect consistency between gravity and height data. Starting with the absolute gravity on the topography we decompose this signal into a number of quantities associated with physics of the system. To model gravitational attraction from topography we use DTM and Newton's law of gravitational attraction. A residual part of the gravity signal is interpreted as inconsistency between gravity and heights. In the paper we discuss a method by which such inconsistency (at least in principle) can be decomposed into a “gravity error” and a “terrain error”. In practice such separation is not possible because the two types of error are nearly 100% correlated. The inconsistency can be interpreted as a measure of ambiguity of the gravity-terrain models which are consistent with a set of measured/interpolated data. We discuss the influence of such ambiguity on the accuracy of the geoid for the investigated area of Jutland, Denmark.     

航空重力起伏飞行中飞机姿态对测量数据影响分析

在航空重力飞行时,针对GT-1A航空重力系统在同一条测线中使用两种爬升率(1 m/s和2 m/s)进行起伏飞行。考察起伏飞行引起的飞机姿态变化对测量数据的影响,以及在航空重力测量中小坡度缓起伏作业的可行性,是笔者的研究目的。试验结果表明,所使用的两种爬升率对航空重力测量数据未有明显影响,GT-1A航空重力系统可以进行缓起伏飞行测量。     

利用重力异常的小波模方法识别断层

利用小波特性可以提取航空重力异常的重要信息,笔者采用小波分析方法建立三维地质体模型,讨论了小波模与地质体边界的对应关系。以我国某海域航空重力资料为例,利用小波模极大值识别了断裂信息,并与航空布格重力异常及其方向导数识别的断裂进行对比分析。结果表明,利用小波模不仅可以识别断裂构造,在航空布格异常和方向导数识别模糊的地区效果更为明显。