[发明专利]一种阵列式陆地时变重力和梯度场的观测方法和系统

说明书

本发明涉及一种阵列式陆地时变重力和梯度场的观测方法和系统，该方法设置特定的观测墩阵列和基准点，结合绝对重力测量步骤、定位步骤、相对重力测量步骤以及数据处理步骤，获取各测量点的重力点值、重力水平梯度和重力垂直梯度，本发明通过更高效的场地综合测量方式，得出高精度的重力场信号，并且更为精确地识别特定时空尺度的场源重力信号。

技术领域

本发明涉及流动重力观测技术领域，尤其涉及一种阵列式陆地时变重力和梯度场的观测方法和系统。

背景技术

重力场作为基本地球物理场，其静态异常特征与动态时间变化可为研究深地壳结构与性质提供重要的物理场信息。现代科学研究认为，地震、地下水、火山活动及各种构造运动和地壳垂直形变等地球动力学过程，均会引起一定程度的地球重力场变化。重力场对质量运动或变化信号的敏感性，使其适合于定量研究各种地球系统过程的时空特性，是一项重要数据指标。

为了确定重力值并持续对其变化进行监控，现行的主要方法是进行流动重力观测。目前，地震系统的流动重力联测已经进行了40多年，大规模的绝对重力测定也已经进行了近15年，已经在全国建立了由4000多个相对重力点和100多个绝对重力点组成的流动重力观测网。现阶段陆地时变重力观测主要采取地面定点重复观测方式来实现时变重力场的监测。

但在长期的实践过程当中，现有的地震流动重力观测网及其观测方法存在的诸多缺陷逐渐凸显：

1、绝对重力点少。绝对重力测量可靠性强，精度高，但因测量设备昂贵及所需观测条件苛刻，目前只能在重力测网内少数基点进行控制测量(绝对重力点比例小于1:40)；

2、重力垂直梯度测量仅作为将绝对重力测量值归算到地面值的辅助测项，重力垂直梯度没有发挥其在场源反演中应有的作用；

3、流动重力测网以相对重力观测为主，测点间距不均匀。一般采用节约整网观测用时的“一次往返观测法”，即A→B→C→D……D→C→B→A，而不是“三程观测法”，即A→B→A→B→C→B→C……，但整网施测完工也要达数月。如若采用“三程观测法”施工时间更要多出1倍。但“一次往返观测法”的缺点是测线闭合时间较长，一条测线的闭合时间在1-3天，数据受不确定性漂移影响大；

4、测量及数据平差采用“绝对控制+相对联测”的形式，大范围的相对重力测量只有引入绝对重力值才能尽量降低传递误差。受限于绝对重力设备数量和测点覆盖，仪器漂移、格值系数影响、测量误差、环境干扰等影响不能完全扣除，影响数据精度和可靠性，进而限制了数据结果的应用；

5、绝对观测与相对观测时间不同步，极大地影响到后续的数据平差；绝对测量与相对测量的施测单位不同，也很难协调同步，使得重力平差中绝对控制和相对联测存在时间不同步影响，使得测量数据准确性降低，严重影响测量数据的有效性；

6、相对重力测点受自然条件和测线闭合时限限制，测量点多分布在交通便利的公路周边，环境因素复杂。单个测点观测时间有限、测项单一，仅作重力联测使用。

发明内容

为解决现有技术当中存在的问题，在现有“绝对控制+相对联测”重力测网基础上，本发明设计了一种阵列式陆地时变重力和梯度场的观测方法，设置特定的观测墩阵列和基准点，结合绝对重力测量步骤、定位步骤和相对重力测量步骤，获取各测量点的重力点值、重力水平梯度和重力垂直梯度，以及测点高程结果，即本发明可以通过更高效的场地综合测量方式，得出高精度的重力场信号，并且更为精确地识别特定时空尺度的场源重力信号。本发明还涉及一种阵列式陆地时变重力和梯度场的观测系统。

本发明采用下述技术方案：

一种阵列式陆地时变重力和梯度场的观测方法，其特征在于，在陆地测量场地室外设置观测墩阵列以及陆地测量场地室内设置基准点，所述观测墩阵列包括若干根据场源敏感性阵列式排布的观测墩，各观测墩下端均固定于地下，观测墩上端露于地面上，露于地面上的观测墩的墩底和墩面均设置测量点，所述方法还包括下述步骤：