1、重力仪器观测数据的初步整理的内容是通过改正（消除）重力场以外的一些因素引起的重力仪重力仪器观测数据的初步整理的内容是通过改正（消除）重力场以外的一些因素引起的重力仪观测数据的变换，观测数据的变换，这种变化是由仪器本身的特性和工作方法引起的。这种变化是由仪器本身的特性和工作方法引起的。例如例如 零点变化及海洋、航空重力测量工作中航速，航向的影响和垂直加速度干扰等异常。零点变化及海洋、航空重力测量工作中航速，航向的影响和垂直加速度干扰等异常。一一.观测资料的整理和质量评价观测资料的整理和质量评价一一.观测资料的整理和质量评价观测资料的整理和质量评价F普通点观测资料的整理和质量评价普通点观测资料的整
2、理和质量评价F 消除仪器的零点漂移消除仪器的零点漂移,求取各测点相对与基点的相对重力值求取各测点相对与基点的相对重力值;F 仪器的零点漂移仪器的零点漂移:F(a)(a)纯零点漂移纯零点漂移(弹性元器件疲劳等造成的读数变化弹性元器件疲劳等造成的读数变化)F(b)(b)重力日变重力日变(重力固体潮的变化重力固体潮的变化)和温度影响未消除部分等叠加在一起的混合和温度影响未消除部分等叠加在一起的混合零点漂移零点漂移;F对中小比例尺测量对中小比例尺测量,这一整理称为混合零点校正这一整理称为混合零点校正;F对大比例尺测量对大比例尺测量,要先进行固体潮校正要先进行固体潮校正,对余下的纯零点校正和温度影响做零
3、对余下的纯零点校正和温度影响做零点校正点校正;一一.观测资料的整理和质量评价观测资料的整理和质量评价2)2)基点网观测资料的整理和质量评价基点网观测资料的整理和质量评价在消除仪器零点变化后在消除仪器零点变化后,求得各相邻两基点的重力差值求得各相邻两基点的重力差值(一个边段的段差一个边段的段差).).常用三重小常用三重小循环法循环法,由于测量时间差小由于测量时间差小,可以较好地监测重力仪的零点漂移可以较好地监测重力仪的零点漂移,且视为线性变且视为线性变化化.二二.重力基点网平差重力基点网平差0ig 二二.重力基点网平差重力基点网平差12:1.520 1.2611.361 1.5400.060:1
4、.370 1.6811.751 1.5200.080iiggmGalggmGal第一环第二环0iigg为平差后各相邻点的重力差；二二.重力基点网平差重力基点网平差重力闭合差的来源：a)重力仪的观测精度；b)偶然或随机误差；通常它们与仪器的零点位移关系密切；因此，闭合差的分配应与各点的闭合时间成正比，即将闭合差按时间分配到各点。二二.重力基点网平差重力基点网平差 a)对单独个闭环计 0 iiiiiitgttKtt若若闭闭合合环环路路测测量量总总时时间间为为：t t=平平差差系系数数为为 K K=若若某某一一边边的的闭闭合合时时间间为为，则则改改边边的的平平差差值值：g g各各边边平平差差数数之之
5、和和必必须须满满足足：g gK K（一一合合路路的的平平差差算算：二二.重力基点网平差重力基点网平差11222111121212,(,)mmiFCiFCiiFCFCKtK tKtK ttFCKKK Kt(b)对上例的两公共边FC必须公用条件：gggg 分别是两个环路的闭合差；是边的闭合时间；，是待求的系数；公共边的平差个闭合环路的平为差计算：二二.重力基点网平差重力基点网平差(1)边对应的重力差标记在圆括号内，闭合时间标记在方括号内；(2)按顺时针方向计算各环路的闭合差；(3)计算各环路的总c)对多闭合环路的波波夫逐闭合时间；(4)从闭合差最大次逼近法平差计的环路开算：始平差；二二.重力基点网
6、平差重力基点网平差121453251 3316142365142171tt下边还是以上边讲的两个环路为例讲解方法的实现：环的总时间：分2环的总时间：分二二.重力基点网平差重力基点网平差222220.080/171420.020360.016510.024420.020BACBFCAFKKKK 2环的平差系数为：K各边的平差值分别为：B-A:C-B:F-C:A-F:将各边的平差值写在各边的对应位置上二二.重力基点网平差重力基点网平差11120.0600.0240.036FCg考虑 环的平差：在 环的公共边上，将 环的平差值变号加到该边上，这样1环的闭合差为：二二.重力基点网平差重力基点网平差11
7、11110.036/161:510.011:320.007:450.010:330.008CFDCEDFEKCFgKDCgKEDgKFEgK 环的平差系数：各边的平差值为：再将公共边平差值变化分配转入2环，按上述方法持续下去，直到所有环路完全闭合。二二.重力基点网平差重力基点网平差222220.011/171,420.003360.007510.010420.008BACBFCAFKKKK 此时，2环又有0.011的闭合差，平差系数为：K各边的平差值分别为：B-A:C-B:F-C:A-F:将各边的平差值写在各边的对应位置上将公共边上的平差值变号转入1环，1环又有了0.003的闭合差，继续对1环
8、平差。二二.重力基点网平差重力基点网平差二二.重力基点网平差重力基点网平差3）求各基点相对于总基点的重力差求各基点相对于总基点的重力差F设总基点为设总基点为A则各基点相对于总基点的重力差为则各基点相对于总基点的重力差为0 1.6641.6641.664 1.7650.1011.664 1.765 1.2891.1881.664 1.765 1.289 1.3500.1621.664 1.765 1.289 1.350 1.5491.387BCDEF B点:gC点:gD点:gE点:gF点:g二二.重力基点网平差重力基点网平差三三.重力异常计算和图示重力异常计算和图示 1.1.重力观测结果的内部校
9、正重力观测结果的内部校正 由重力测量经过零点改正后所得到的结果是测点相对于某点的重力差值，通过基点的重力由重力测量经过零点改正后所得到的结果是测点相对于某点的重力差值，通过基点的重力值可以推算出所有的测点绝对重力值，也称为重力观测值。基点的重力值可以通过将基点网中值可以推算出所有的测点绝对重力值，也称为重力观测值。基点的重力值可以通过将基点网中任一基点与国家基点联测得到。各测点的重力观测值中包含着地质因素以外额外部条件变化的任一基点与国家基点联测得到。各测点的重力观测值中包含着地质因素以外额外部条件变化的影响。因此，因此，由重力观测值得到反映地质因素的重力异常，需要经过一系列的校正。影响。因此
10、，因此，由重力观测值得到反映地质因素的重力异常，需要经过一系列的校正。下边介绍各项校正的方法和由此得到的各种异常的地球物理意义。下边介绍各项校正的方法和由此得到的各种异常的地球物理意义。1)内部校正概述内部校正概述 野外测量通常采用多台仪器野外测量通常采用多台仪器,其测量值包含实际的重力值其测量值包含实际的重力值,及前边提到的各种影响因素及前边提到的各种影响因素.其中由仪器其中由仪器的结构不完善造成的干扰称为仪器的内部影响的结构不完善造成的干扰称为仪器的内部影响,对内部影响的校正称为内部校正对内部影响的校正称为内部校正.内部校正包括内部校正包括:温度校正温度校正,零点校正零点校正,气压校正气压
11、校正,地磁校正地磁校正,目前主要作前两项校正目前主要作前两项校正校正后值校正后值=观测值观测值+校正值校正值校正值校正值=-影响值影响值1.重力观测结果的内部校正重力观测结果的内部校正(1)温度校正温度校正0020000()()TiTiiTTTTTT 线性校正：非线性校正:仪器读数时的内部温度；仪器标定的工作温度；仪器标定温度下的校正系数；1.重力观测结果的内部校正重力观测结果的内部校正(2)零点校正零点校正用于勘探的重力仪都有零点变化的现象，在一定精度要求下，一定时间间隔内重力仪的零点变化可用于勘探的重力仪都有零点变化的现象，在一定精度要求下，一定时间间隔内重力仪的零点变化可以看成是与时间成
12、线性关系，可以相应的通过改正来消除零点变化的影响。以看成是与时间成线性关系，可以相应的通过改正来消除零点变化的影响。进行零点改正的方法是：重力测量工作前，在全测区均匀布置一些基点，这些基点间的重力差值采进行零点改正的方法是：重力测量工作前，在全测区均匀布置一些基点，这些基点间的重力差值采用高一级精度重力仪器或者较为复杂的工作方法首先测出。用高一级精度重力仪器或者较为复杂的工作方法首先测出。在进行测点重力测量时，首先在基点上观测，然后对测点进行观测，在规定的重力仪器线性零位变在进行测点重力测量时，首先在基点上观测，然后对测点进行观测，在规定的重力仪器线性零位变化的时间间隔内再到基点上观测，当然也
13、可以回到工作开始的那个基点观测。化的时间间隔内再到基点上观测，当然也可以回到工作开始的那个基点观测。1.重力观测结果的内部校正重力观测结果的内部校正2)零点校正零点校正单次观测的零点校正方法单次观测的零点校正方法(1)同一个基点上的两次观测的时间为同一个基点上的两次观测的时间为(2)校对两个不同基点校对两个不同基点A和和B,而且两个基点的重力差已知为而且两个基点的重力差已知为由校对基点读数算出的结果是由校对基点读数算出的结果是,ABABt点读数的时间为t点读数的时间为则仪器的零点变化率为：ABgABg00000,()iittggKgK tttt 和，测量结果分别为 g和 g,则单位时间内零点的
14、变化率为：1.重力观测结果的内部校正重力观测结果的内部校正,()ABABABBAABiiAttggKtttttK tt 因此，从 至 的时间内 仪器的零漂变化率为:从 至 的任一时间内零漂的校正量为:2)零点校正零点校正1.重力观测结果的内部校正重力观测结果的内部校正当重力仪的零点变化只是近似线性变化,而不是线性变化,而且,在一天的工作中校对的三个基点进行了重复观测，这时零点校正应按如下方法进行：1)在方格纸上,以读数或 g为纵坐标,时间t为横坐标将重复观测点按比例点在图上;2)将相同点用直线连接,形成大致平行的直线;3)以最长的一条线的中点为标准,过中点作所有连线的平行线,形成一组线束;2)
15、零点校正零点校正1.重力观测结果的内部校正重力观测结果的内部校正21()0,0miiiyKxaQyKxaQQKa1.重力观测结果的内部校正重力观测结果的内部校正4)用这些线束的端点数据进行最小二乘拟合得到一条拟合直线,拟合直线的斜率即为该时间段内的零点变化率.重力的组成和影响因素重力的组成和影响因素1)中间层校正中间层校正2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正图中图中B为总基点为总基点,A为为A的投影的投影,与与B处于同一大地水准面上处于同一大地水准面上,A与与B的高差为的高差为h(A的海拔高程的海拔高程).A与与B相比相比,多了一个密度为多了一个密度为 的的,厚度为厚度为h的物质层的物
16、质层,称为中间层的引力作用称为中间层的引力作用.由于各测点的高度不同由于各测点的高度不同,中间层引力的垂直分量的影响也不同中间层引力的垂直分量的影响也不同,因此因此,必须进行中间层校正必须进行中间层校正.2222222222 3/2000(,)(cos,sin,)000,()()VVVVzRhVzdvdvFGGf x y z dxdydzf RRz Rd d dzRzgFdvzRd dRdzRz 222在我们的问题中：=(x-)(y-)(z-)且，重力为引力的垂直分量：1)中间层校正中间层校正2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正222 3/2000222222()2-1(1)221-/
17、(2)0.419()RhzRgGd dRdzRzgGRhRhRhhRhRRgGhRhhR 对于原盘片的引力垂直分量：当 远大于 时：1)中间层校正中间层校正2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正1)中间层校正中间层校正11120.4190.4190,0;0,0ghghhghg 当地形起伏不大，下图中（）部分的影响可以忽略不计，中间层的影响与一个水平层的影响相似：水平板的重力异常：则中间层的校正为：2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正2)地形较正地形较正2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正测点测点A周围的地形起伏对周围的地形起伏对A点观测值的影响可用点观测值的影响可用右图说
18、明右图说明.与地面平坦相比与地面平坦相比,高于高于A点的点的 质量对质量对A点点的引力使的引力使A点的重力值减小点的重力值减小;低于低于A点的地形点的地形,由于由于缺少物质缺少物质,也使也使A点重力减小点重力减小.所以所以,地形影响的校地形影响的校正总是正值正总是正值.但在大范围测量和海洋测量中但在大范围测量和海洋测量中,地形地形校正有正有负校正有正有负.A2)地形较正（地形较正（Terrain Corrections）2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正a)扇形分区地形校正计算方法扇形分区地形校正计算方法2)地形较正（地形较正（Terrain Corrections）2.2.重力观测
19、的外部校正重力观测的外部校正0202cosPzzdmgGrdvGrr左图所示的地形，高出测点的部分以P表示，低于测点的部分以Q表示，下边分析这两部分的影响：2220022220002,cos,coscosPzzzzQzrdmdvrdmdvgGGrrrQdmdvdmdvgGGrrrdvGrr 类似地，对 部分，2)地形较正（地形较正（Terrain Corrections）2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正02zdvPQgGrr可见，对于 和 两部分都可以表示为：实际工作中采用近似方法计算，下边介绍近似方法的实现过程.2)地形较正（地形较正（Terrain Corrections）2.
20、2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正1103/222,iiiiHnoHd d dgG 以测点为圆心，作许多同心圆，并从圆心作一系列等夹角的射线，将同心圆分成许多小扇形域，以该扇形域为底，地形高程差为高的区域构成梯形柱ABCD:若射线数为扇形域相对于 点的平均高度内外半径分别为 和，两侧射线与x轴的交角分别为和，则每个小扇形柱在o点产生的引力的垂直分量（重力）2)地形较正（地形较正（Terrain Corrections）2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正11103/22203/222013/222()iiiiiiHHiiHd d dgGod dgGdd dG 设扇形柱的密度为常数
21、，则每个扇形柱在o点产生的引力的垂直分量为：若扇形柱的密度 为常数，则每个扇形柱对 点产生引力的垂直分量（重力）2)地形较正（地形较正（Terrain Corrections）2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正1103/222222211222()2/22iiiiHiiiinnGdgdnGHHngggg 若射线将测点上的同心圆作 等分，对每个小柱形域的重力校正值为：对所有扇形柱的影响的校正为:实际工作中用细剖分计算和制表来实现。2)地形较正（地形较正（Terrain Corrections）2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正3)自由空间校正自由空间校正(高程校正高程校正,法
22、衣校正法衣校正)2222222227234,:,()11()111 2/3/1(1/)233.087.2 10(,)AAhAAAAhAAMMgGgGRhRgggGMRhRGMGMh Rh RRh RRGMhGMhhhRRG M R 经过中间层校正和地形校正后，点与 相比 只剩下高度 的影响因为 比 距地心更远 正常重力值随之减小 其减小值为2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正3)自由空间校正自由空间校正(高程校正高程校正,法衣校正法衣校正)6233,(6.37 10,980000)223.08(/)3.08()3.08()CgRm gmGalRdgCgmGal mdRRRdghghh
23、mGaldRgh mGal 为消除高程变化造成的影响需要进行自由空间校正：当高程变化 时，则：因此，自由高程校正为：2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正4)纬度校正纬度校正22020978.049(1 0.0052884sin0.0000059sin 2)978.049(1 0.0053singg在进行大区域的重力测量时，需考虑由于测点纬度不同而引起的重力的规律性变化。这种变化与地质构造无关，只是由地球三维椭圆形和自转引起的：由正常重力公式：可以近似采用）2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正30345.17 10sin2()5.17 10sin2()0.812sin20.812
24、sin2)ggmGalDgmGalDRDgDmGal当地面两点的纬度差为时，重力差为：为测点与总基点的纬间距离(km)纬度校正值为：（4)纬度校正纬度校正2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正5)区域校正区域校正根据研究目标，需要将重力异常中大范围的区域地质构造引起的异常与局部构造引起的局部异常分离开，在寻找局部构造和矿体时，需要进行区域异常校正。2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正中间层校正和自由空间校正合起来中间层校正和自由空间校正合起来,称为布格校正称为布格校正由地形校正由地形校正,纬度校正纬度校正,中间层校正和自由空间校正得到的
25、重力异常称为布格重力异常中间层校正和自由空间校正得到的重力异常称为布格重力异常.前边的四项校正中前边的四项校正中,自由空间校正的值最大自由空间校正的值最大,中间层校正的值次之中间层校正的值次之,约为自由空间校正值的约为自由空间校正值的1/3.6)几种重力异常的物理意义几种重力异常的物理意义3布测量布布校纬校地校剩剩布区校法测量法纬校自校（1）布格异常 gg g g g g主要反映地壳内各种密度不均匀体引起的重力异常，是重力勘探的主要内容；（2）剩余异常 gg g g（）法依异常 gg g g g2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正6)几种重力异常的物理意义几种重力异常的物理意义2.2.
26、重力观测的外部校正重力观测的外部校正6)几种重力异常的物理意义几种重力异常的物理意义2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正均均测量0中地校均校自均校（4）均衡异常 gg gg g g g gg是均衡校正，后边将详细介绍，主要用于补偿海平面以上物质对测量重力的影响。2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正6).几种重力异常的物理意义几种重力异常的物理意义1、绝对布格重力异常：、绝对布格重力异常：主要反映地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常主要反映地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常2、相对布格重力异常：、相对布格重力异常：主要反映地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常主要反映
27、地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常两者的区别：两者相差一个常数。两者的区别：两者相差一个常数。2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正3、自由空间异常：、自由空间异常：自由空间异常只是将重力观测结果归算到同一大地水自由空间异常只是将重力观测结果归算到同一大地水 准面上，所以它的校正项只有高度改正和正常场校正准面上，所以它的校正项只有高度改正和正常场校正偏离正常地球密度分布产生的重力异常偏离正常地球密度分布产生的重力异常 负异常：质量亏负异常：质量亏 正异常：质量盈正异常：质量盈4、均衡异常：、均衡异常：仅仅反映地壳内部各种密度不均匀体所引起的重力异常仅仅反映地壳内部各种密度不均匀体所
28、引起的重力异常均衡异常存在的地区，反映当今地壳未达均衡德地区均衡异常存在的地区，反映当今地壳未达均衡德地区2.2.重力观测的外部校正重力观测的外部校正3.重力异常图的表示重力异常图的表示F布格重力异常等值图布格重力异常等值图F重力异常剖面图重力异常剖面图F重力异常剖面平面图重力异常剖面平面图1)等值图等值图 2)重力异常剖面图3)重力异常平面剖面图3.重力异常图的表示重力异常图的表示 为了使重力异常的解择推断更方便，必须用各种图件将为了使重力异常的解择推断更方便，必须用各种图件将 重力异常的分布和变化形象地表示出来，重力异常的分布和变化形象地表示出来，这种图仲称为这种图仲称为 重力异常图。传统
29、的异常图件有三种：重力异常图。传统的异常图件有三种：4)重力异常平面图重力异常平面图3.重力异常图的表示重力异常图的表示5)用颜色和等值线表示重力异常平面特征用颜色和等值线表示重力异常平面特征3.重力异常图的表示重力异常图的表示 6)用三维可视化技术表示重力异常平面特征用三维可视化技术表示重力异常平面特征3.重力异常图的表示重力异常图的表示1)1735 1745,(),Bouguer均衡及均衡异常均衡的发现年间 法国地球物理学家布格 领导法国大地测量队 在秘鲁测量子午线的弧长时发现了均衡现象.他们发现Ades(安地斯山)对铅直线有一个水平引力,该水平引力使铅直线方向发生局部变化.四四.均衡及均
30、衡重力异常均衡及均衡重力异常FP点的铅直线方向为点的铅直线方向为G1F安第斯山的引力为安第斯山的引力为g1FG1和和g1的合力为的合力为G2F实际观测到的重力为实际观测到的重力为g3这样就发现在山下存在质量亏损这样就发现在山下存在质量亏损,即存在均衡现象即存在均衡现象.Airy设想莫霍面在山下加深设想莫霍面在山下加深,形成一个质量亏损形成一个质量亏损.1854年年,英国学者英国学者Pratt也在喜马拉雅山脉附近发现了类似现象也在喜马拉雅山脉附近发现了类似现象.1889年年,Dutton用用”均衡均衡”来解释这一现象来解释这一现象.四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常均衡异常发现示意图均衡
31、异常发现示意图四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常1)均衡异常的发现均衡异常的发现().,covBouguerBositch 他们根据Ades(安地斯山)的地形计算了引力引起的与垂直方向的偏移量,布格 首先发现了实际测量值比计算量小许多几年后用山下物质的亏损的假设解释了这一现象.四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常1)均衡异常的发现均衡异常的发现四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常2)均衡原理均衡原理均衡原理均衡原理在地下某个深度的下面在地下某个深度的下面,地球内部的压力是流体静压力或静水压力地球内部的压力是流体静压力或静水压力,在补偿深度处单位在补偿深度处单位截面的上覆柱体
32、的重量必须完全相等截面的上覆柱体的重量必须完全相等.若地球表面存在过剩负载若地球表面存在过剩负载,例如例如,山脉山脉,洋脊或冰帽洋脊或冰帽,那么在这个表面之下那么在这个表面之下,补偿深度之上补偿深度之上,一定存在一定存在一个等效的补偿质量亏损一个等效的补偿质量亏损;对于海洋会存在相反的情况对于海洋会存在相反的情况;均衡是阿基米德原理在地球最上部地层的应用均衡是阿基米德原理在地球最上部地层的应用.重力均衡补偿模式重力均衡补偿模式四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常3)重力均衡假设重力均衡假设a)Pratta)Pratt假设假设:假设在补偿深度之上假
33、设在补偿深度之上,地壳的密度是横向变化的地壳的密度是横向变化的,这个变化依赖于上覆地形起伏的高这个变化依赖于上覆地形起伏的高程程.均衡条件为均衡条件为:Pr.att假设(1855)(h+D)=const,是变化的)(1855).b Airy假设(h+D)=const,是不变的 D是变化的四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常Airy假设假设:地球最上部存在一个低密度的壳地球最上部存在一个低密度的壳,且该壳上覆于高密度的底层之上且该壳上覆于高密度的底层之上,这个壳和底层具有均这个壳和底层具有均匀密度匀密度,由低密度壳的厚度实现上覆层的均衡补偿由低密度壳的厚度实现上覆层的均衡补偿.山根和反山根山根和反山根.四四.均衡及均衡重力异常均衡及均衡重力异常4)重力均衡与地壳的分布重力均衡与地壳的分布陆壳和洋壳的差异陆壳和洋壳的差异用均衡原理解释地壳的密度变化和上地幔的密度变化用均衡原理解释地壳的密度变化和上地幔的密度变化.Thank You世界触手可及世界触手可及携手共进，齐创精品工程携手共进，齐创精品工程
