起伏地形条件下流动重力数据处理方法研究

陈 石 卢红艳 徐伟民 李艳娥

(中国地震局地球物理研究所 北京 100081)

当前在我国大陆基于固定测点的流动重力重复测量是获取区域性重力场变化信号的主要观测手段。通过定期的重复测量，可以了解重力异常变化的空间特征，这些变化信息与区域构造变形和多种动力学过程密切相关。当前主要的流动重力测网地形起伏与测点间距之比很小，由于地形因素引起的异常特征变化，特别是在平原和丘陵地区通常可以忽略不计，但是在地形变化剧烈和重力危险区加密测网较小点距的情况下，起伏地形对重力变化场的影响特点就需要进行考虑。

通常，野外的固定重力测点分布在起伏地形上，如在青藏高原东缘地区，可获取的重力年变信号异常在十几到几十微伽量级。通过相对重力联测和平差处理后，可以得到一个测量周期的每个测点重力变化值，然后对这些点值信息直接通过空间插值方法计算得到整个测网覆盖区域在地形起伏曲面上的重力变化信息，而起伏地形环境对异常空间形态特征的影响通常不做考虑。

针对这个问题本研究首先设计了一种与实际情况相似的异常模型，正演计算起伏地表和水平地表两种情况下的重力异常信号，定量分析了起伏地形对空间异常特征的量化影响；并在考虑地形起伏条件的情况下，对青藏高原东缘测网的实际观测数据进行了处理和对比分析，将曲面测点转换到水平面插值获取区域重力变化图像，选取了北西西向的3 条剖面进行研究，定量计算了地形起伏条件下的点值改正，对不同地形特点下的异常形态特征进行了统计分析。

通过分析观察发现，地形起伏对重力变化点值的影响与重力变化幅度有一定相关性，但是不具备简单的线性关系。根据位场理论，通过对位场曲化平处理，可以将曲面异常信息解析延拓到任意一个参考平面，本文选择青藏高原东缘地形起伏较大地区，挑选了1998－2008 年间，异常变化幅度较大的一期资料进行实验。根据曲化平的结果统计表明，在本区域的82 个测点之中，高差起伏最大约4 000 m，平均高程1 742 m，测点平均间距59.3 km。曲面延拓到大地水准面，在曲面地形上异常变化最小值-56.4 μgal，最大值115.8 μgal；延拓后最小值-56.48 μgal，最大值121.89 μgal。延拓前后的点值最大相差11.82 μgal，平均相差1.36 μgal。

研究结果表明，时变高精度重力测量的曲面校正技术，可以有效校正由于观测地形起伏对空间异常形态特征的影响。地形起伏的影响与测点间距和地形高程变化量相关，当测点高程远远小于测点间距时，可以忽略观测数据的曲面效应。这要根据研究对象和目标特点决定，曲面效应对于深部异常源的反映较小，改变浅源异常特征更明显。依据本文的统计结果，位场的曲面校正技术可以有效地提高观测重力数据质量，更准确地圈定和认识异常的空间形态特征。提高对观测得到的重力场变化信号的认识水平。