起伏地形條件下流動(dòng)重力數(shù)據(jù)處理方法研究

陳 石 盧紅艷 徐偉民 李艷娥

(中國地震局地球物理研究所 北京 100081)

當(dāng)前在我國大陸基于固定測點(diǎn)的流動(dòng)重力重復(fù)測量是獲取區(qū)域性重力場變化信號(hào)的主要觀測手段。通過定期的重復(fù)測量，可以了解重力異常變化的空間特征，這些變化信息與區(qū)域構(gòu)造變形和多種動(dòng)力學(xué)過程密切相關(guān)。當(dāng)前主要的流動(dòng)重力測網(wǎng)地形起伏與測點(diǎn)間距之比很小，由于地形因素引起的異常特征變化，特別是在平原和丘陵地區(qū)通常可以忽略不計(jì)，但是在地形變化劇烈和重力危險(xiǎn)區(qū)加密測網(wǎng)較小點(diǎn)距的情況下，起伏地形對重力變化場的影響特點(diǎn)就需要進(jìn)行考慮。

通常，野外的固定重力測點(diǎn)分布在起伏地形上，如在青藏高原東緣地區(qū)，可獲取的重力年變信號(hào)異常在十幾到幾十微伽量級(jí)。通過相對重力聯(lián)測和平差處理后，可以得到一個(gè)測量周期的每個(gè)測點(diǎn)重力變化值，然后對這些點(diǎn)值信息直接通過空間插值方法計(jì)算得到整個(gè)測網(wǎng)覆蓋區(qū)域在地形起伏曲面上的重力變化信息，而起伏地形環(huán)境對異常空間形態(tài)特征的影響通常不做考慮。

針對這個(gè)問題本研究首先設(shè)計(jì)了一種與實(shí)際情況相似的異常模型，正演計(jì)算起伏地表和水平地表兩種情況下的重力異常信號(hào)，定量分析了起伏地形對空間異常特征的量化影響；并在考慮地形起伏條件的情況下，對青藏高原東緣測網(wǎng)的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理和對比分析，將曲面測點(diǎn)轉(zhuǎn)換到水平面插值獲取區(qū)域重力變化圖像，選取了北西西向的3 條剖面進(jìn)行研究，定量計(jì)算了地形起伏條件下的點(diǎn)值改正，對不同地形特點(diǎn)下的異常形態(tài)特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。

通過分析觀察發(fā)現(xiàn)，地形起伏對重力變化點(diǎn)值的影響與重力變化幅度有一定相關(guān)性，但是不具備簡單的線性關(guān)系。根據(jù)位場理論，通過對位場曲化平處理，可以將曲面異常信息解析延拓到任意一個(gè)參考平面，本文選擇青藏高原東緣地形起伏較大地區(qū)，挑選了1998－2008 年間，異常變化幅度較大的一期資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。根據(jù)曲化平的結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，在本區(qū)域的82 個(gè)測點(diǎn)之中，高差起伏最大約4 000 m，平均高程1 742 m，測點(diǎn)平均間距59.3 km。曲面延拓到大地水準(zhǔn)面，在曲面地形上異常變化最小值-56.4 μgal，最大值115.8 μgal；延拓后最小值-56.48 μgal，最大值121.89 μgal。延拓前后的點(diǎn)值最大相差11.82 μgal，平均相差1.36 μgal。

研究結(jié)果表明，時(shí)變高精度重力測量的曲面校正技術(shù)，可以有效校正由于觀測地形起伏對空間異常形態(tài)特征的影響。地形起伏的影響與測點(diǎn)間距和地形高程變化量相關(guān)，當(dāng)測點(diǎn)高程遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測點(diǎn)間距時(shí)，可以忽略觀測數(shù)據(jù)的曲面效應(yīng)。這要根據(jù)研究對象和目標(biāo)特點(diǎn)決定，曲面效應(yīng)對于深部異常源的反映較小，改變淺源異常特征更明顯。依據(jù)本文的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，位場的曲面校正技術(shù)可以有效地提高觀測重力數(shù)據(jù)質(zhì)量，更準(zhǔn)確地圈定和認(rèn)識(shí)異常的空間形態(tài)特征。提高對觀測得到的重力場變化信號(hào)的認(rèn)識(shí)水平。