航空重力地形改正技术研究及应用

采用近、中区质量柱与远区质量线地改模型相结合的方法研究了最大地改半径及不同网格间距高程数据对地形改正效果的影响.研究中采用不同的高程数据间距和合理地改半径配对进行计算,选择最佳的网格间距,以提高地形改正效率和整体精度.在满足地改精度的前提下研究区160 km外的地形质量对测点的重力影响可以忽略不计.研究结果为今后同类型航空重力测量地形改正提供方法及参量选取参考.     

海底重力测量精度的影响因素及评价方法

海底重力测量以其高精度、横向高分辨率等优势,完善了海洋勘探技术体系,为基础地质研究、资源勘查、重大工程建设、大地水准面精化等提供支持。通过在渤海海域开展海底重力测量,取得了约15 000 km2的重力数据,对海底重力测量精度的影响因素及评价方法进行了研究。海底重力测量精度相比于陆域存在诸多干扰因素,主要受水深、海底底质、海况、平面和高程测量精度、近区地形改正等因素的影响。本文以测点布格重力异常值为评价指标,研究分析各项因素对海底重力测量精度的影响。结果表明:①超浅水域,环境干扰对海底重力测量精度影响较大;②海底底质较硬区域,重力测量精度较高;③风力对海底重力测量精度影响较小,引起的海浪、海流会有限地影响观测精度;④平面定位精度对海底重力测量精度影响相对较小;⑤高程是海底重力测量精度影响最大的因素;⑥海底地形平缓区域、近区地形改正对重力精度的影响可忽略不计。同时评估了相对重力值法、布格重力异常值法、重力异常插值法3种质量检查方法,研究揭示以布格重力异常值为指标的评价方法更具合理性,符合海底重力测量的特点。     

应用卫星重力信息对横断山系地区布格重力异常特异分布的纠正

在云南省西部,跨越中、缅两国交界的横断山系地区（97°E~102°E,24°N~30°N）有近一半的面积尚没有重力测点、即重力数据空白区和重力测点稀少的普查级测区.以前的有关文献、图集中所给出对此地区的重力场都是十分模糊的结果与图件.因此应用这些资料无法详细地研究该地区重力场特征与深部地壳结构（构造）.本文应用卫星重力异常资料作为“近似空间重力异常”,经中间层改正后给出的“计算布格重力异常”,其分布特征与该地区的地形高程呈很好的镜像相关.对相应山脉、河谷以及断裂构造都有所反映.特别是在横断山系地区该布格重力异常呈现为近南北的走向.为此,据该“计算布格重力异常”,并选定对该区有代表性的一条重力异常剖面作正反演计算,以得到其地壳深部结构剖面.结果表明,在横断山脉地区的地壳厚度在51~56 km间起伏变化;滇西北云岭山系以及玉龙山区的地壳厚度约在60 km以上. 最后,对所得结果与图件进行了讨论,并提出了几点认识和纠正的建议.     

水域地形改正方法研究

在区域重力调查工作中,地形改正误差对重力异常总精度影响较大,是提高布格异常总精度的关键因素.在以往的区域重力工作中,遇到河、湖等水体时,因为条件所限,通常将水域视为与地形改正密度相同的物质,对岸边点不进行水体改正,无形中对重力异常的精度产生了影响.随着技术进步,对地形改正精度要求越来越高,故,需要进行精细的地形改正.水体作为特殊的地表覆盖物,具有较大规模时,成为不容忽略的影响因子.根据本文评估计算,平均水深达20m、水面宽度达2km时,水体对测点的影响已经接近或超过现行规范的精度要求.所以,当遇到水深大于20m的青海湖、水深达到100m的纳木错等大型湖泊时,传统的、忽略水体影响的工作方法已不能满足精度要求,需要消除水体对测点产生的影响.本文给出了用计算机进行水体改正的具体方法:用DEM数据和水体深度资料,采用共用点法计算出进行了水体改正的地形改正值和水体改正值.并用模型数据进行了水体改正计算,根据计算结果对水体改正值进行了定性分析,得出结论:1)水体改正方法正确、简便,可应用于重力调查工作;2)当水体的平均厚度达到20m以上时,在区域重力工作中,必须考虑进行水体改正;3)水体改正值与测点距水体的距离、测点周边水体面积大小、水体边界形状、测点海拔高程和水底地形等因素有关.即,在以下情况下水体对测点的影响值增大:测点距水体距离减小、测点周边水体面积增大、测点位置突入水域越多、测点高程越接近水面高程、水底地形越陡.     

基于三角网扣合的山区重力测量高精度近区地改算法

传统的近区地形改正方法无法保证在复杂地形条件下的地改计算精度,进而大大地限制了高精度重力测量在解决矿区深部找矿问题方面的潜力.基于此,本文介绍了一种基于三角网扣合的高精度近区地改算法来解决山区重力测量工作中的精度问题,该算法将近区地表划分成多个三角形,再分别计算出每个三角形对应的解析解值,最后累加得到高精度的重力地改值.该算法的最大优点是,方法本身不存在"理论上"的误差,误差仅来自于三角网与实际地形间的扣合程度,三角网的剖分越精细,计算精度则越高.算例分析表明,当三角网的剖分足够合理时,即使在一定的测量误差情况下,该算法的计算精度也达到"微伽级",因此该算法具有较强的实际应用性和推广示范性.     

近几年地面重力调查工作方法技术的一些进展

近年来随着电子科技的进步,推动着物探仪器水平提高,促进了地面重力调查工作在方法技术上获得一些关键突破.包括GPS-RTK技术、CORS系统的引入,使得重力测点的平面位置与高程测量精度都有了显著提高;激光测距仪、RTK模式在近区地改实测地形中的应用,提高了近区地改的效率和精度.本文通过结合冀东铁矿外围覆盖区的高精度重力调查情况,阐述了在控制点测量、测点GPS高程转换、近区地改和中区地改方面的工作经验,总结了重力调查工作中一些方法技术的进展.     

格莱尼改正及其在地球物理数据处理中的意义

格莱尼改正是重力改正的一种,是对球面半径约166.7 km以外地形和均衡造成的重力综合效应的改正,改正后所得格莱尼异常可对应研究区范围内地壳结构特征,具有重要的研究意义.但近年来国内的重力研究中,对格莱尼改正的认识和重要性还不是十分透彻,特别是在大区域研究中,忽略这一远区重力效应可能会对研究结果的解释造成误导.针对这一问题,本文介绍了格莱尼改正的含义、由来与研究历史,指出了在大区域研究中需要考虑格莱尼效应的重要性,以“扇形球壳块”法为例给出了格莱尼改正的计算原理,列举了格莱尼异常在地球物理中的常见应用,并通过重力改正与莫霍面深度反演实例,通过对反演结果的控制点检测与精度评价,指出格莱尼异常反演所得莫霍面埋深更接近地震方法结果,从而表明了格莱尼改正在地球物理研究中的不可忽视性,并指出完全布格改正与格莱尼改正在计算方法上可实现统一.     

基于Lp范数正则化的V字型密度界面重力反演

V字型密度界面是一类常见的密度界面,如海沟、半地堑以及俯冲带之下的莫霍面,利用重力数据刻画此类密度界面形态对于区域构造研究、油气勘探以及物理海洋学等都具有重要意义.本文首先建立了L_p-范数形式的模型约束函数,并利用正则化原理将其与重力数据误差函数和已知深度约束函数结合形成V字型密度界面反演的目标函数,推导了目标函数的梯度表达式,并以非线性共轭梯度法为核心给出了反演流程.二维简单模型试算结果表明p=5时该方法能准确地刻画V字型密度界面起伏特征,且亦能准确地应用于二维复杂密度界面和三维界面的反演.最后将反演方法应用于挑战者深渊及邻区的实际资料处理之中,利用研究区海底地形数据和沉积层厚度数据对自由空间重力异常逐层剥离而得到莫霍面引起的重力异常,用本文方法对此重力异常进行反演,结果呈现了板块俯冲作用引起的V字型莫霍面起伏特征.     

航空伽玛能谱数据地形改正方法对比研究及其应用

在地形高度变化较大的复杂地形区由于探测立本角难于近似满足2π条件,造成航空伽玛能谱测量数据高度改正结果失真,在山谷区立体角大于2π条件,改正结果偏高,在山峰区立体角小于2π条件,改正结果偏低,即地形的变化影响了高度改正的效果.本文对现有两类四种航空伽玛能谱测量数据地形改正方法进行理论分析和效果对比研究,优选出适用于航空...     

黄土塬区高精度重力勘探的校正技术

黄土塬区地形起伏大,地表黄土切割剧烈。地形起伏导致黄土厚度巨大变化,由于黄土密度与下伏地层之间存在较大的密度差异,由此产生了具有一定幅值的高频重力异常,并给重力勘探资料的处理、解释带来了困难。在SHJZ构造带高精度重力勘探中,综合运用了地形校正和黄土校正技术,有效地克服了由于地形起伏和黄土厚度变化对重力勘探产生的不利影响,取得了精确的重力资料。并将该重力异常,结合其它物探资料进行综合解释,对圈定局部构造发挥了积极的作用。     

High-precision gravity correction methods for loess plateau areas, a case study

黄土塬区地形起伏大,地表黄土切割剧烈。地形起伏导致黄土厚度巨大变化,由于黄土密度与下伏地层之间存在较大的密度差异,由此产生了具有一定幅值的高频重力异常,并给重力勘探资料的处理、解释带来了困难。在SHJZ构造带高精度重力勘探中,综合运用了地形校正和黄土校正技术,有效地克服了由于地形起伏和黄土厚度变化对重力勘探产生的不利影响,取得了精确的重力资料。并将该重力异常,结合其它物探资料进行综合解释,对圈定局部构造发挥了积极的作用。     

利用重力和地形观测反演中国及邻区地壳厚度

尝试了直接利用布格重力数据和地形数据反演计算中国及邻区的地壳厚度的方法. 为减小区域不均衡性和重力反演中的不唯一性的影响,本方法利用地表地形起伏修正传统反演方法中的参考深度,并经过多次的迭代使得反演结果逼近真实值. 在此基础上,绘制了中国及邻区1deg;times;1deg;网格的地壳厚度图,对中国及邻区的布格重力异常和莫霍界面的起伏数据进行了相关性分析, 其相关性系数为-0.993. 其地形起伏与莫霍界面的起伏之间也呈现出了海、陆不同的线性相关,其相关系数分别为0.96和0.91. 相关性计算结果显示,重力数据揭示的大陆和海洋的交界大致为水下800 m. 为了探讨地球曲率对该算法可能的影响, 还分别计算了分区反演以及整体区域反演两种模式,研究发现两者得到的地壳厚度偏差在5km以内,并分析了可能产生偏差的原因. 比较本文结果与地震测深及其它研究结果表明,独立使用布格重力异常和地形数据,能较为可靠地反演出中国及邻区地壳厚度.      

航空、航海重力和重力梯度在海洋、未知陆地战略勘探的发展

随着仪器科学的进步和发展,使移动平台式地球物理测量方法成为可能.移动平台式的物探测量作为一种高效的地球物理勘探手段,在地质调查、油气资源勘探和固体矿产资源勘探等相关领域扮演着重要的角色.地形情况良好区域的资源已经探明的情况下,地球物理学家们将眼光着眼于未知陆地和海洋资源,随着国家"十三五计划"的进行,未知陆地和深海资源勘探得到了人们的广泛重视.与此同时,航空、航海重力仪器和重力梯度仪器的发展,使地球物理学家们有了可以应对未知陆地、深海以及深远海资源勘探的重要武器.相比于未知陆地和海洋地震勘探,航空、航海重力和重力梯度数据测量具有快速、稳定、低成本的特征,可以快速圈定异常区域,为进一步更高精度的资源探测提供良好靶区.     

华北断块区均衡重力异常、构造特征及地震活动

均衡重力异常是地壳均衡状态的标志,地壳均衡状态与构造特征及地震活动密切相关。文中基于高阶地球重力场模型EGM2008自由空气异常,采用高精度数字地形模型(DEM)ASTER GDEM 2009和ETOPO1分别作为陆地和海底地形数据,通过基于DEM的严密地形-均衡改正方法计算得到华北断块区5'×5'网格分辨率的Airy均衡重力异常。根据计算结果讨论了华北断块区均衡重力异常分布特征,并探讨了区内均衡重力异常与构造特征、地震活动的关系。结果表明,华北断块区均衡重力异常空间分布极不均匀,表现出明显的断块差异性;区内均衡重力异常大小主要受新构造运动控制,是地壳表层物质密度横向变化和深部构造差异共同作用的结果,构造运动对均衡重力异常的显著影响说明华北断块区地壳均衡调整尚未完成;华北断块区地震活动和均衡重力异常之间有一定的联系,地震活动在显著的均衡重力异常高值区或低值区周围及正负均衡重力异常区过渡部位分布较为集中。     

复杂地形条件下航空伽玛能谱地形改正方法探讨

应用矩形辐射体航空伽玛辐射场理论,研究应用于复杂地形条件下的航空伽玛能谱资料的地形改正方法,并针对该方法进行验证. 本文利用航空物探测量过程中获得的DTM数据（达到了地形改正所需的地形起伏数据精度）,应用矩形辐射体航空伽玛辐射场理论,根据地面辐射体与航空伽玛场分布之间的正演关系,对航空伽玛能谱解释方法的原理进行了正演分析和反演推导. 探索出一种按影响角进行地形改正的方法. 该方法特点是适合于任意飞行方式(缓地形和水平飞行均可)和任意地形条件航空伽玛能谱的逐点地形改正. 结果表明该地形改正方法能够基本消除航空伽玛能谱测量中的地形起伏产生的影响,经地形修正后的航空伽玛能谱异常能较正确地反映地面辐射体的真实情况.     

南海重力异常的沉积层密度改正及其对区域构造特征分析的意义

南海位于太平洋板块、印澳板块和欧亚板块交汇处,自晚中生代以来历经张裂作用、海底扩张以及印藏碰撞、菲律宾海板块西向运动等构造事件的叠加改造,不仅形成了复杂多样的构造格局,而且堆积了厚薄不均的沉积层.为了考察沉积层密度改正对利用重力资料分析南海不同尺度构造特征的影响,本文利用南海各区域不同深度沉积层的地震波速度及钻孔密度等数据,建立了沉积层与沉积基底密度差随深度变化的二次函数关系式,并基于该关系式,计算了南海沉积层相对基底密度低而产生的重力异常值.结果显示,南海沉积层的重力异常值在海盆区介于-40~-60 mGal,而在堆积巨厚沉积物的莺歌海盆地可达到-135 mGal;相对于空间重力异常、布格重力异常,经沉积层重力异常改正后的地壳布格重力异常更能突出深部不同尺度的密度结构和莫霍面的起伏特征,其总水平导数模更突显了南海西北部红河断裂带的海上延伸;利用谱分析技术估算岩石圈强度时,经沉积层重力异常改正的地壳布格重力异常数据获得的岩石圈有效弹性厚度值更为符合地质实际,特别是在长条形的巨厚沉积区如莺歌海盆地和马来盆地.分析表明,重力异常的沉积层密度改正对揭示南海构造特征具有重要的意义.     

自然电位梯度测量中的地形改正

地形改正是重力和电法勘探中用于消除测点周围地形起伏对观测结果影响的技术.由于地形形成自然电位异常的微观机理较为复杂,解析公式难以得到,可以采用最为直观的方法,寻找两者之间的拟合公式.根据研究,在自然电位梯度测量中,地形引起的自然电位异常分为两种:一是异常与地形起伏是镜像关系,这种情况占多数;另一种情况是异常与地形起伏为反镜像关系.多数地形起伏与异常存在线性关系、二次关系和指数关系,以线性关系为主.具体采用哪种拟合关系,可选取典型的地形和自然电位曲线,通过其变化规律进行判断;也可以采取试算的办法,通过改正效果的比较选择合适的拟合公式.本文选择鄂尔多斯盆地作为研究地点,提出了适用于自然电位梯度测量的地形改正方法.通过三种拟合公式改正效果的比较,得出线性拟合公式能更好地描述该测区内相对高差与自然电位改正量之间的关系.地形改正有效地消除了相对高差与自然电位之间的相关性,改正后的自然电位曲线能够较好地反映地下地质信息,自然电位等值线图异常更加突出.自然电位梯度测量中,地形起伏可影响异常形态,特别是起伏地形的面积与目标地质体的面积大小相当时,两者异常有可能难以区分,因此地形改正的研究具有重要的实用性.     

应用多种来源重力异常编制中国海陆及邻区空间重力异常图及重力场解读

本文通过分析陆地实测空间重力异常数据、海洋船载测量空间重力异常数据、卫星测高重力异常,布格重力异常数据、EGM2008地球重力模型数据等多种来源数据的性质和精度,并对相关数据进行对比,研究了编制1:500万中国海陆空间重力异常图的数据使用方案和技术方法.在地形较为平坦、实测数据分布均匀的陆区,使用实测数据,在地形复杂,实测数据稀少以及没有实测数据的陆区或岛屿,利用布格重力异常反推空间异常的方法合成平均空间重力数据,西藏地区的数据对比实验证明合成平均空间重力异常数据是一种有效的数据补充.利用三观测列方差分解法在南海地区对船载测量空间重力数据和美国SS系列及丹麦DNSC08GRA卫星重力数据进行了方差分解计算,结果表明不同来源的卫星测高重力数据具有很大的一致性,数据精度较以往有了很大的提高.海区空间重力数据使用原则是在船载重力测量数据校准下,全面使用卫星测高重力数据进行编图.海陆过渡区的异常处理应以EGM2008地球重力模型重力场为基准参考场,实现海陆异常平缓过渡,无缝连接.对中国海陆空间重力异常场进行了小波变换处理,对空间重力异常场进行了解读,勾画出三横四竖的一级重力梯级带及其所围限的8个一级重力异常区,并划分了二级重力异常区和梯级带,为块体构造学体系中大地构造格架的建立提供了地球物理证据.     

重力球面外部校正技术

山区重力勘探中，重力外部校正是重力勘探料处理和解释的前提，其内容包括地形校正、中间层校正等。本文在分析常规外部校正方法的基础上，提出了一套适合于山区重力勘探的球面地形校正及有限球壳中间层校正方法，并严格推出了球面地形校正公式。对中国南方ZJJ地区重力资料处理结果表明，该方法提高了地形校正的精度，使山区重力资料品质达到或接近平原区的水平。     

厦门重力固体潮海潮负荷改正研究

厦门台重力固体潮观测长期受海潮负荷影响.应用重力固体潮观测资料进行地震预报和地球物理研究时,需要对其海潮负荷的影响和改正进行研究.本文应用TSOFT软件对厦门台弹簧重力仪五年的连续观测数据进行预处理,并采用Venedikov调和分析方法获得重力固体潮潮汐参数.基于DTU10、EOT11a、HAMTIDE11a、GOT4.7、FES2004、NAO99b、TPXO7.2和TPXO7.2atlas八个较新的全球海潮模型,结合osu.chinasea.2010和NAO.99Jb两个区域海潮模型,研究了厦门台的重力海潮负荷特征并对其进行海潮负荷改正.数值结果表明,经过区域海潮模型修正后的厦门台海潮负荷为7.3μgal.八个全球海潮模型对主要潮波的负荷改正有效性的差异不大.应用NAO.99Jb区域海潮模型修正的M2波剩余残差值比osu.chinasea.2010小.观测残差负荷改正有效性大致在40%~70%.统计对比O1、K1、M2波的残差平方和结果表明,对厦门台进行海潮负荷改正时,应用经NAO.99Jb区域海潮模型改正的NAO.99b全球海潮模型残差结果最小,经NAO.99Jb区域海潮模型改正的DTU10全球海潮模型次之.这可能与NAO.99Jb模型考虑日本沿岸验潮站资料有关.考虑高精度近海海潮模型的构建和验潮站资料的弥补以及数据预处理方法的改进,可以进一步提高厦门台的海潮负荷的改正效果.