《海洋测绘第九章海洋重力测量》由会员分享，可在线阅读，更多相关《海洋测绘第九章海洋重力测量（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第九章 海洋重力测量,吉林大学地球探测与科学技术学院 张旭晴,自然界中的一切现象都与重力有密切的关系，因此，重力测量的应用范围很广。 导弹的惯性导航和轨道计算 大地测量中归算观测成果 利用不同岩石的密度不同引起重力变化用于地质找矿,海洋重力测量是在海上测定重力加速度的工作。 按施测的区域可分为海底重力测量、海面重力测量、海洋航空重力测量和卫星海洋重力测量。 测量仪器：用于测定地球海洋重力场场强要素的仪器称为海洋重力仪。 主要误差源：海洋重力仪工作时，动态外部环境的变化对观测结果的影响。,9.1 扰动位、大地水准面及垂线偏差,若全球陆地和海洋都测量了重力异常 ，可按照大地测量中的第三边值问题求扰
2、动位T，边值条件为： r为地心向径；R为地球平均半径,大地水准面的形状可以用大地水准面高或垂线偏差表示。 由扰动位T可以计算大地水准差距N及垂线偏差的两个分量 和 ： 式中： 为经纬度； 为正常重力值。 需强调，海洋占全球面积的71%，海洋重力数据对于计算全球大地水面差距和垂线偏差起着十分重要的作用。,由于卫星测高方法的出现，边值问题的解算发生了相应的变化，在海洋上出现了与陆地不同的边值条件：,9.2 海洋重力测量的干扰影响及消除,1、水平加速度的影响 重力测量船在实施重力测量时，与海水面平行的任意方向如果存在加速度，则会对重力测量成果产生一定的影响，这种影响称为水平加速度的影响。 原因：主要
3、是测量船航向和航速的变化。 消除办法：实施海洋重力测量作业时，测量船应尽量保持匀速直线运动；同事，海洋重力仪应在结构上采用相应措施，限制传感器在水平方向上运动。,2、垂直加速度的影响 受波浪的作用，测量船在航行过程时不可避免地会产生垂直方向的涌动，该运动作用在海洋重力仪的传感器上就反映出垂直方向的附加加速度。 影响：由于该附加加速度与需要测量的重力加速度方向一致，其量级要比重力变换的量级大的多，因此，将垂直加速度的影响从重力加速度中分离处理或加以消除，在海洋重力测量中至关重要。 消除办法：海洋重力仪的传感器都采用强阻尼的办法来消除这种周期性垂直加速度的幅度，一般是将重礼仪弹性系统的摆杆放在粘滞
4、性很大的液体中，或是置于强磁场中。,消除原理：海洋重力仪经过强阻尼处理后，它的摆杆对于高频的垂直加速度的反映非常迟钝，而对于变化比较缓慢、频率很低的实际总理变化却非常敏感，这就是海洋重力仪消除垂直附加加速度的基本原理。 其他方法：海洋重力仪的数据处理系统一般都设计有滤波功能，可以将高频垂直振动直接动滤除，进一步消除垂直加速度的影响。实际生产和应用中，两种方法可同时使用。,3、船姿倾斜的影响 测量船的横摇和纵摇都破坏了海洋重力仪的垂直状态，这对海洋重力测量有很大的影响。 消除办法：通过增设附属设备，使得重力仪在测量船摆动的状态下仍然保持垂直。,4、交叉耦合效应的影响（C效应） 海洋重力仪在测量时
5、受到的扰动加速度虽然分为垂直加速度和水平加速度两种。但这两种方向上的加速度一般并不独立存在。当他们互相作用在摆杆型重力仪上时，一旦满足特定的条件就会产生附加的重力扰动。这种现象称为交叉耦合效应，简称为C效应。 消除办法：海洋重力仪系统通常包括对交叉耦合加速度作直接校正用的装置，由专用的C校正模拟计算机实时计算出改正值加在观测重力值上，重力仪输出的重力值已是真正的重力值，无需在数据处理中再作处理。,5.厄缶效应的影响 当测量船沿东西方向测量重力时，由东向西测得的重力大于由西向东测得的重力值，这是由于科式力作用于重力仪造成的。船向东航行时，航行速度加在地球自传速度上，使离心力增大，所测重力比实际重
6、力小；反之，向西航行时，所测重力比实际重力大。这种现象即为厄缶效应。,9.3 海洋重力仪,海洋重力测量对勘测海底矿产资源，研究地壳构造和运动，精确测定地球形状，提供中长期地震预报，以及修正惯性测量导航和远程武器轨道等都有重要的意义。 海洋重力按照其用途和工作特点，大致可以分为绝对重力测量仪器，野外观测重力仪，动态重力仪。,用于海洋重力测量的重力仪，目前世界各国采用的种类较多，按照原理、结构和使用方法可分为： （1）、杠杆型海洋重力仪； （2）、重荷置于弹簧上的海洋重力仪； （3）、振弦型海洋重力仪； （4）、石英纽丝型海洋重力仪； （5）、强迫平衡海洋重力仪。,为进一步加强对海洋重力仪的原理、
7、结构和工作性能的了解，下面对LR和KSS-5海洋重力仪进行系统介绍。 1、LR重力仪 LR重力仪是位于美国得克萨斯州沃斯汀的拉科斯特隆贝格公司的系列产品，有在陆地、井下、海底、海面、空中使用的各种型号。本节主要介绍LR摆杆型海洋重力仪，并简要介绍LR轴对称型海洋重力仪和新型的LR海洋重力仪。,2、KSS-5重力仪 1957年，西德的阿斯卡尼亚公司实验用增加仪器阻尼的办法改进了该公司生产的陆地重力仪GS-11型和GS-15型，并安装在稳定平台上，研制城能在普通船上工作的第一代走航式海洋重力仪。1976年，海洋重力仪转户由波登斯威克地学系统公司生产，并在传感器部分又做了改进，命名为GSS-20，它
8、与陀螺平台设备、传感器的控制装置GE20、数据记录系统DL20等部件共同组成新的海洋重力仪系统，即KSS-5型。,9.4 海洋重力测量的设计与实施,1、海洋重力测量技术设计 接受海洋重力测量任务后，首先应做好收集有关资料的工作，这些资料主要包括国内、外出版的有关测区的各种海图和航海资料；测区及其附近己有的海洋重力测量资料和重力异常图；重力基点资料。,了解上述资料后，需撰写相应的海洋重力测量技术书。技术书包括如下内容： （1）、要指出海洋重力仪检验的项目和要求，以及静态试验和动态试验的时间、地点。 （2）、明确测量船停靠码头比对重力基点的时间和要求。 （3）、提出测量工作图板的图幅大小、比例尺和
9、在图板上标定船位的方法。,（4）、在工作图板上（或海图上）进行海洋重力测线布设、计算测线和航行里程以及设计海上重力比对点、水文调查点的位置。 （5）、导航定位和水深测量的方法要求。 （6）、提出海上重力测量资料初步整理要求。 （7）、明确作业规定和特殊的技术要求。 （8）、规定应上交的资料内容。,（9）、制定船只、人员、物力的安排计划。 完成技术设计书以后，应报请主管部门审批备案，然后付诸实施。,2、海洋重力测量测线布设 海洋重力测量测线的布设密度和测图比例尺，要根据任务和条件来确定，主要考虑满足计算平均空间重力异常的精度要求，同时满足某些海域计算垂线偏差的精度要求。 3、海洋重力测量的实施
10、海洋重力测量可以分为机载、船载、固定点投放等几种方式。,9.5 海洋重力测量的数据处理,海洋重力测量是在特定的区域范围和作业条件下进行的，因此这种测量的数据处理方法具有完全不同于陆地重力测量的自身特点。归纳起来，海洋重力测量的数据处理过程主要包括测量数据处理、海洋重力异常计算和海洋重力测量网平差三大部分。,1、海洋重力测量的数据预处理 海洋重力测量数据预处理主要包括重力基点比对。海洋重力仪迟后效应修正以及重力仪零点漂移改正三方面的内容。 2、测线拟合及航向、航速计算 海洋重力测量属线状连续型测量，其野外提供的成果主要包括测点坐标和观测重力值，他们联合组成资料后处理的起始数据。要想让所有测点都参
11、加平差计算，必须首先建立起测点与测点之间的函数相关模型，这项工作即航迹线拟合。,3、厄缶改正 厄缶改正的精度取决于纬度误差、航向误差和航速误差。在海洋重力测量中，纬度误差的影响很小，通常可以不计。另外两项误差，随着船的航向不同而有差异。当船在东西方向航行时，航速误差的影响很大，而航向误差影响很小；若船沿着南北方向航行时，情况刚好相反。,4、海洋重力异常计算及重力异常图的绘制 （1）、海洋重力测点绝对重力值计算； （2）、海洋空间重力异常计算； （3）、海洋布格重力异常计算； （4）、海洋重力等值线图。,9.6 海洋重力异常的解释及应用,重力异常资料是地球引力场最原始的基础性资料。大地测量、空间
12、科学及地球物理等学科进行理论研究和应用研究所需要的各类引力参数，都要求以一定密度的重力异常数据为基础进行计算。因而，海洋重力测量成果在这些领域具有十分重要的作用。,观测重力值经过中间层校正后给出的布格重力异常，在勘探中获得广泛的应用。 它消除了观测平面与海平面之间各种物质所产生的引力影响，反映出地下干涉质量的作用，从而为研究地壳内部不同密度的岩层分布提供依据。 布格重力异常值可以使用平滑的曲线将相同的布格重力异常值连接起来，得到等值线布格重力异常图 是研究海洋重力勘探的基本图件。,引起布格重力异常的地质因素很多，其中主要的有如下几个方面： 1、地壳的深部结构 划分地壳与上地幔的莫霍面是有很大密度差异的分界面。 2、结晶基底的起伏 （1）、基底内部结构对重力异常的反映 （2）、基底断裂对重力异常的反映,（3）结晶基底表面起伏的重力异常反映 3、沉积岩层的结构 在沉积岩层的剖面中一般都存在着几个密度分界面，其中只有具有相当厚度的岩层之间的密度分界面才会对布格重力异常起作用。 （1）、重力异常与沉积盖层内部结构的间接联系； （2）、重力异常对沉积盖层内部的直接反映。,
