航空重力測量技術(shù)的現(xiàn)狀

1、 2017.1.5航空重力測量技術(shù)及其運(yùn)用探析摘要：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,礦產(chǎn)資源需求與保障能力之間的矛盾日益突出,金屬礦勘查已成為當(dāng)前地質(zhì)工作的重要任務(wù)。找礦深度的不斷增加,使得找礦難度也隨之加大,這就為地球物理勘查技術(shù)提供了發(fā)展空間。本文對高精度航空重力測量技術(shù)進(jìn)行了總結(jié),較為全面地闡述了這些方法技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀。這些方法技術(shù)是當(dāng)前礦產(chǎn)勘查有效的地球物理方法技術(shù),或是近年來研發(fā)的新方法、新技術(shù),在新一輪的礦產(chǎn)勘查中具有廣闊的應(yīng)用前景。航空重力測量技術(shù)是一種新型的高科技技術(shù)，雖然還沒有完全的成熟，但是已經(jīng)被廣大的國家所重視和應(yīng)用，它的主要貢獻(xiàn)是針對地球的地貌特征等對地球的各地域及各

2、領(lǐng)域進(jìn)行重力的測量，在許多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家的應(yīng)用越來越廣泛和活躍，繼而成為地球的重力研究最熱門的技術(shù)，對地球的重力領(lǐng)域做出了重大的貢獻(xiàn)。回顧航空重力測量技術(shù)的發(fā)展歷程能夠讓我們看到航空重力測量技術(shù)在這個世界上呈現(xiàn)的與眾不同的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：航空重力；測量技術(shù)；運(yùn)用；地球物理；勘探應(yīng)用引言：航空重力測量技術(shù)以其自身的優(yōu)勢在短時期內(nèi)一躍成為地球重力領(lǐng)域所重視的佼佼者，我們看到了航空重力測量技術(shù)在地球的應(yīng)用，也看到了這個領(lǐng)域的光明的前景，那么航空重力測量技術(shù)是怎么來的呢？下文就講述了航空重力測量技術(shù)的概念、航空重力測量技術(shù)的不同的方法及原理、航空重力測量技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及列舉了航空重力測量技術(shù)

3、在北極和南極地區(qū)的應(yīng)用分析。一、航空重力測量技術(shù)的概念航空重力測量技術(shù)是一種用來測量在異常情況下的接近地的天空的重力技術(shù)，是一種用飛機(jī)做載體，并且將GPS、激光、計(jì)算機(jī)、重力傳感器、無線電、INS等技術(shù)集合于一體的重力測量方法。航空重力測量技術(shù)是一種新的技術(shù)，是1958年在美國開始的一種技術(shù)，后來陸續(xù)被一些國家所重視，俄羅斯等不少國家的航空機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行航空重力側(cè)量技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，并且由于技術(shù)的不斷發(fā)展，航空重力測量也有了重大的突破，為國家和整個世界的航空事業(yè)做出巨大的貢獻(xiàn)。二、航空重力測量技術(shù)的原理和方法航空重力測量是以飛機(jī)作為運(yùn)載平臺，利用航空重力儀在空中測量地球重力場信息的一種重力測量方法。根

4、據(jù)觀測數(shù)據(jù)的類型和觀測方法的不同，航空重力測量可以分為航空重力標(biāo)量測量、航空重力矢量測量和航空重力梯度測量。航空重力測量系統(tǒng)主要包括航空重力儀和高精度的導(dǎo)航定位設(shè)備#航空重力儀主要由高靈敏度的加速度計(jì)組成，用于測量包含重力場信息在內(nèi)的比力；導(dǎo)航定位設(shè)備通常采用高精度的GPS接收機(jī),用于確定各種擾動加速度!并將其從比力中減去,即可獲得所需的地球重力場信息。所以航空重力測量技術(shù)因其測量角度和方法的不同分為航空重力的矢量測量、航空重力的標(biāo)量測量、航空重力的梯度測量，下面就逐一講述在高精度的導(dǎo)航儀設(shè)備和重力儀設(shè)備共同合作下的三種航空重力的測量。（一）航空重力的矢量測量航空重力的矢量測量是利用查分GPS

5、和精度高的有慣性的導(dǎo)航儀設(shè)備對重力加速度的方向和大小進(jìn)行測量的，而且對重力加速度的方向和大小可以做到同時測量，相對重力進(jìn)行測量是航空重力的矢量測量原理。（二）航空重力的標(biāo)量測量航空重力的標(biāo)量測量的原理與航空重力的矢量測量相似，航空重力的標(biāo)量測量測量的重力加速度有局限，只能測量重力加速度的大小值，不能測量重力加速度的方向。航空重力的標(biāo)量測量可以分為捷聯(lián)式、平臺式、旋轉(zhuǎn)不變式三種測量方法。捷聯(lián)式的航空重力測量系統(tǒng)（如圖1），對當(dāng)?shù)氐乃阶鴺?biāo)系和載體的坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算，載體坐標(biāo)系會測出三個加速度的分量，并將三個分量轉(zhuǎn)化到當(dāng)?shù)氐乃阶鴺?biāo)系；阻尼平臺式的航空重力測量系統(tǒng)（如圖2），測量方法是把精密的加速度

6、測量計(jì)安裝到穩(wěn)定的平臺上，靠穩(wěn)定的平臺的定向維持如圖二，旋轉(zhuǎn)不變式的測量方法是用三個加速度的分量輸出值來對重力的大小進(jìn)行計(jì)算。:一加逮屋計(jì)援障坐標(biāo)系.171融度汁X-EI邃肚計(jì):一繪熬皿殲陀擺亟力曲憋眸1刖尊裝豊弋鷲NrM尸鮎比力戲馬迖化攜,XsF捷聯(lián)式航空重力測量系統(tǒng)圖1阻尼平臺式的航空重力測量系統(tǒng)圖2圖3為俄羅斯慣性技術(shù)中心研制的GT-1A航空重力儀（舒勒調(diào)諧3軸慣性平臺航空重力儀）在澳大利亞卡爾古利地區(qū)測量結(jié)果與地面測量數(shù)據(jù)向上延拓得到的自由空間重力異常的比較，2套網(wǎng)格數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.41x10-5m/s2。目前國內(nèi)已將航空重力標(biāo)量測量應(yīng)用于大地測量領(lǐng)域，用來確定大地水準(zhǔn)面。地面測貳

7、觥據(jù)ct-ia測址數(shù)據(jù)地面數(shù)據(jù)向上延拓328m（a）與飛行高度328m（b）自由空間重力異常對比圖3（三）航空重力的梯度測量20世紀(jì)90年代末，Bell公司將軍用的運(yùn)動狀態(tài)下的重力梯度測量技術(shù)應(yīng)用到能源勘探技術(shù)領(lǐng)域，研制出航空重力梯度測量系統(tǒng)，簡稱FTG（FullTensorGradiometer）。FTG系統(tǒng)由安裝在3個旋轉(zhuǎn)盤（重力梯度儀GGIS）上的12個加速度計(jì)組成，每一個旋轉(zhuǎn)盤由2對正交的加速度計(jì)組成（圖4）。為了防止在測量時發(fā)生偏移，每個旋轉(zhuǎn)盤按照預(yù)先設(shè)定的固定頻率旋轉(zhuǎn)。通過分析每一對加速度計(jì)所感應(yīng)的重力場的差，F(xiàn)TG系統(tǒng)能夠抵償大部分由飛機(jī)飛行產(chǎn)生的擾動，并且保留高頻的短波長信號。

8、與傳統(tǒng)的航空重力測量相比，航空重力梯度測量具有較高的空間分辨率，其精度可達(dá)0.22xl0_5m/s2（半波長分辨率0.35km）重力梯度測量示意圖4重力場矢量及其梯度示意圖5重力場由矢量G、G、G組成（圖5）。每個矢量可求出3個梯度，梯度描述的是該矢量在xyz三維正交坐標(biāo)系中沿某一坐標(biāo)方向的變化率。梯度傳感器包含9個梯度分量，其中5個是相互獨(dú)立的，即t、T、T、T、T，且T、T、T滿足拉普拉斯方程（Laplace方程），xxxyxzyyzzxxyyzz即T+T+T=0，每一個獨(dú)立的張量分量都是密度異常體的大小、形狀和厚度的響應(yīng)。xxyyzz三、航空重力測量技術(shù)的應(yīng)用（一）航空重力測量技術(shù)在能源

9、勘探中的應(yīng)用（1）航空重力測量技術(shù)在能源勘探中主要用來尋找能源的發(fā)生發(fā)展源頭，根據(jù)重力測量技術(shù)，可以勘測能源發(fā)生地的地質(zhì)，如海洋還有陸地中的天然氣和石油的斷層及構(gòu)造等，對自然的景觀如丘陵盆地的類型、形狀及深度，斷層的構(gòu)造，形態(tài)等等都是航空重力測量的范圍，并且根據(jù)這些不同對能源的勘探做出貢獻(xiàn)；對石油的位置、地質(zhì)、深度及密度等進(jìn)行研究和測量，確定石油的鉆探方案等，世界上的各個國家利用航空重力測量技術(shù)對石油和天然氣等能源進(jìn)行勘探都取得了不小的成果。（2）航空重力測量技術(shù)在建設(shè)工程，水文及一些固體的礦產(chǎn)能源的勘測和開發(fā)也做出了很大的貢獻(xiàn)，一些發(fā)達(dá)國家為了提高測量的精確度，將航空磁的測量與航空重力的測量

10、相結(jié)合對測量的結(jié)果進(jìn)行推斷計(jì)算，在許多國家都采用了這種精密的測量方法，為測量的精確度和減少能源開發(fā)的危險性做出了巨大的貢獻(xiàn)。（3）航空重力測量技術(shù)還可以用來為區(qū)域的地質(zhì)進(jìn)行填圖，對區(qū)域構(gòu)造的類型、形態(tài)及分布特點(diǎn)進(jìn)行精密測量，對斷層的構(gòu)造進(jìn)行不同程度的劃分，對地下的地質(zhì)的密度和火成巖進(jìn)行劃分，現(xiàn)在很多地方都采用了這種航空磁測量與航空重力測量相結(jié)合的方法進(jìn)行地質(zhì)的勘測。據(jù)有效數(shù)據(jù)分析，我國的國土面積有絕大部分完成了航空重力測量，但是像青藏高原這樣的險勢地理位置還是存在缺憾，有大量的區(qū)域還是沒有進(jìn)行航空重力的測量。（二）航空重力測量技術(shù)對地球的科學(xué)研究方面的應(yīng)用航空重力測量技術(shù)在世界上的最有效的應(yīng)用

11、還是對地球進(jìn)行科學(xué)的研究，航空重力測量技術(shù)對大地進(jìn)行有目的的測量，對地球的表面和地球的形狀及地球的內(nèi)核都做了科學(xué)的研究，對地球的重力及地球的磁場等也有很深的造詣，航空重力測量技術(shù)對軍事也起到了一定的推動作用，我國也開始著手于軍事方面和地球的科學(xué)研究上。以上事實(shí)都說明航空重力測量技術(shù)對我國的地質(zhì)勘測、國防建設(shè)和對地球進(jìn)行科學(xué)的探討都具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義和作用。四、航空重力測量技術(shù)的應(yīng)用舉例分析（一）南極地區(qū)進(jìn)行航空重力測量美國地質(zhì)調(diào)查局、德克薩斯大學(xué)、NRL等單位在1991和1992年對南極的西部地區(qū)采用航空重力測量技術(shù)對南極進(jìn)行了重力測量，航空重力測量的系統(tǒng)是由AshtechPXIIGPS接收

12、機(jī)和BGM3航空重力儀組成，用雙水獺小型的固定翼的飛機(jī)作運(yùn)載的平臺，對南極的西部地區(qū)的重力進(jìn)行了精度的測量。（二）北極地區(qū)進(jìn)行航空重力測量航空重力測量在北極地區(qū)的主要貢獻(xiàn)是對北極地區(qū)的物理學(xué)、北極海洋學(xué)、北極的地質(zhì)構(gòu)造、北極的測量學(xué)等等，這些測量都是針對北極地區(qū)的重力異常進(jìn)行的測量，對北極不同地域的地質(zhì)及不同高度的重力進(jìn)行測量，對北極地區(qū)的地質(zhì)還做了參考的模型便于對北極進(jìn)行重力的測量及推斷探究，對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的比對和驗(yàn)證。表1北極地區(qū)主要航空測量狀況年份組織機(jī)構(gòu)測區(qū)和測量概況速度(km/h)高度(m)重力儀精度(mgal)分辨率(km)1991-92NRL、KMS格陵蘭島及毗鄰海域，20

13、萬km,25萬km2370-4604100L&R,BCM35.015-201992NRL北極地區(qū)，7.5萬km370-460L&R2.815-201994-95NRL加拿大海盆中北部，65萬kn?370-4602套L&R2.51996NRL加拿大海盆南部，40萬kn?370-4607002套L&R1.41996NRL.KMS波弗特海491783L&R2.0341997NRL.KMS楚科奇半島479535L&R1.8221998KMS格陵蘭北岸，斯瓦爾巴群島240150L&R2.6121999KMS格陵蘭東北岸，斯瓦爾巴群島240150L&R2.8122000KMS格陵蘭東南岸和西岸240150

14、L&R2.8122001KMS格陵蘭北岸240150L&R2.412注：NRL-美國海軍科學(xué)研究所，KMS-丹麥國家測量和地籍局結(jié)束語：航空重力測量技術(shù)與其他重力測量技術(shù)的不同之處就在于，航空重力測量技術(shù)測量的是普通重力測量技術(shù)難以實(shí)施到的領(lǐng)域，對比較偏遠(yuǎn)比較極端的地區(qū)進(jìn)行航空重力的測量可以有效的防止危險性和增加這些區(qū)域的重力測量精確度，雖然現(xiàn)在航空重力測量的技術(shù)還不是很成熟，一些地區(qū)還是難以深入的開展測量，但是現(xiàn)在高科技的發(fā)展迅速之快足以解除我們的困惑，在不久的將來，航空重力測量技術(shù)會深入到地球的更多領(lǐng)域，為地球的重力測量領(lǐng)域做更多更大的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)：1周堅(jiān)鑫,劉浩軍,王守坦等國外航空重力測量在地學(xué)中的應(yīng)用J.物探與化探,2007.06.04,28(2):1191222夏哲仁,石磐,孫中苗航空重力測量系統(tǒng)CHAGSJ.測繪學(xué)報,33(3):2