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1、第三讲 重力资料、重力异常的获得及均衡重力异常,1. 观测资料的整理和质量评价 2. 重力基点网平差 3. 重力异常计算和图示 4. 均衡及均衡重力异常,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， 这种变化是由仪器本身的特性和工作方法引起的。 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。,一. 观测资料的整理和质量评价,一. 观测资料的整理和质量评价,普通点观测资料的整理和质量评价 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; 仪器的零点漂移: (a)纯零点漂移(弹性元器件疲劳等造成的读数变化
2、) (b)重力日变(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零点漂移; 对中小比例尺测量,这一整理称为混合零点校正; 对大比例尺测量,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点校正;,一. 观测资料的整理和质量评价,2) 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,求得各相邻两基点的重力差值(一个边段的段差).常用三重小循环法,由于测量时间差小,可以较好地监测重力仪的零点漂移,且视为线性变化.,二. 重力基点网平差,基点网观测 对基点：在基点上观测读数，可以在同一基点， 也可以在不同基点。基点数约为普通观测点数 的1/50或1/300 2. 基点网观测的数
3、据整理 1）基点网的闭合差 实际测量中，因观测误差和校正中的各种误差，上述关系往往不满足，经常存在某一大于0或小于0的数，这个数称为基点网的闭合差。,2）基点网的闭合差的计算 第一，环路统计 第二，环路各边重力增量计算 第三，各环路闭合差的计算,二. 重力基点网平差,2） 基点网的平差 基点网的平差即将基点网的闭合差按一定的方法分配到各个边上，使基点网环路闭合，即,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基点网平差,二. 重力基
4、点网平差,3） 求各基点相对于总基点的重力差,设总基点为A 则各基点相对于总基点的重力差为,二. 重力基点网平差,三. 重力异常计算和图示,1. 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。 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,野外测量通常采用多台仪器,
5、其测量值包含实际的重力值,及前边提到的各种影响因素. 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,对内部影响的校正称为内部校正. 内部校正包括:温度校正,零点校正,气压校正,地磁校正,目前主要作前两项校正 校正后值=观测值+校正值 校正值=-影响值,1. 重力观测结果的内部校正,(1) 温度校正,1. 重力观测结果的内部校正,(2) 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用高一
6、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,2) 零点校正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(2)校对两个不同基点A和B,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,1. 重力观测结果的内部校正,2) 零点校正,1. 重力观测结果的内部校正,2) 零点校正,1. 重力观测结果的内部校正,1. 重力观测结果的内部校正,重力的组成和影响因素,1) 中间层校正,2. 重力观测的外
7、部校正,图中B为总基点,A为A的投影,与B处于同一大地水准面上,A与B的高差为h(A的海拔高程). A与B相比,多了一个密度为 的,厚度为h的物质层,称为中间层的引力作用. 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,因此,必须进行中间层校正.,1) 中间层校正,2. 重力观测的外部校正,1) 中间层校正,2. 重力观测的外部校正,1) 中间层校正,2. 重力观测的外部校正,2) 地形较正,2. 重力观测的外部校正,测点A周围的地形起伏对A点观测值的影响可用右图说明.与地面平坦相比,高于A点的 质量对A点的引力使A点的重力值减小;低于A点的地形,由于缺少物质,也使A点重力减小.所以
8、,地形影响的校正总是正值.但在大范围测量和海洋测量中,地形校正有正有负.,A,2) 地形较正（Terrain Corrections）,2. 重力观测的外部校正,a) 扇形分区地形校正计算方法,2) 地形较正（Terrain Corrections）,2. 重力观测的外部校正,2) 地形较正（Terrain Corrections）,2. 重力观测的外部校正,2) 地形较正（Terrain Corrections）,2. 重力观测的外部校正,2) 地形较正（Terrain Corrections）,2. 重力观测的外部校正,2) 地形较正（Terrain Corrections）,2. 重力观
9、测的外部校正,2) 地形较正（Terrain Corrections）,2. 重力观测的外部校正,3) 自由空间校正(高程校正,法衣校正),2. 重力观测的外部校正,3) 自由空间校正(高程校正,法衣校正),2. 重力观测的外部校正,4) 纬度校正,2. 重力观测的外部校正,4) 纬度校正,2. 重力观测的外部校正,5) 区域校正,2. 重力观测的外部校正,2. 重力观测的外部校正,中间层校正和自由空间校正合起来,称为布格校正 由地形校正,纬度校正,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,自由空间校正的值最大,中间层校正的值次之,约为自由空间校正值的1/3.
10、,6)几种重力异常的物理意义,2. 重力观测的外部校正,6)几种重力异常的物理意义,2. 重力观测的外部校正,6)几种重力异常的物理意义,2. 重力观测的外部校正,2. 重力观测的外部校正,6). 几种重力异常的物理意义,1、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 2、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 两者的区别：两者相差一个常数。,2. 重力观测的外部校正,3、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 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 负异常：质量亏 正异
11、常：质量盈,4、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,均衡异常存在的地区，反映当今地壳未达均衡德地区,2. 重力观测的外部校正,3. 重力异常图的表示,布格重力异常等值图 重力异常剖面图 重力异常剖面平面图 1) 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,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，这种图仲称为 重力异常图。传统的异常图件有三种：,4) 重力异常平面图,3. 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,3. 重力异常图的表示,6) 用三维可视化技术表示重力异常
12、平面特征,3. 重力异常图的表示,四. 均衡及均衡重力异常,P点的铅直线方向为G1 安第斯山的引力为g1 G1和g1的合力为G2 实际观测到的重力为g3 这样就发现在山下存在质量亏损,即存在均衡现象. Airy设想莫霍面在山下加深,形成一个质量亏损. 1854年,英国学者Pratt也在喜马拉雅山脉附近发现了类似现象. 1889年,Dutton用”均衡”来解释这一现象.,四. 均衡及均衡重力异常,均衡异常发现示意图,四. 均衡及均衡重力异常,1) 均衡异常的发现,四. 均衡及均衡重力异常,1) 均衡异常的发现,四. 均衡及均衡重力异常,2) 均衡原理,均衡原理在地下某个深度的下面,地球内部的压力
13、是流体静压力或静水压力,在补偿深度处单位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,例如,山脉,洋脊或冰帽,那么在这个表面之下,补偿深度之上,一定存在一个等效的补偿质量亏损;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.,重力均衡补偿模式,四. 均衡及均衡重力异常,四. 均衡及均衡重力异常,3) 重力均衡假设 a) Pratt假设:假设在补偿深度之上,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程.均衡条件为:,四. 均衡及均衡重力异常,Airy假设: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,这个壳和底层具有均匀密度,由低密度壳的厚度实现上覆层的均衡补偿.,山根和反山根.,四. 均衡及均衡重力异常,4) 重力均衡与地壳的分布 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.,