高精度重力测量外部校正新方法及其应用研究

论文摘要

现有重力校正方法包括纬度校正、高程校正、中间层校正及地形校正四个过程，为了降低计算量，提高运算效率，这种重力外部校正方法中存在了大量的简化假设，但是在降低运算量的同时也给这种方法带来了若干误差，如正常重力场计算误差、高程起算面误差、地形和和中间层校正密度误差等。另一方面，在高原山区地层往往直接出露地表，利用中间层和地形校正将其分布于大地水准面之上的部分拦腰截断，必然造成重力异常与构造形态相左。随着我国重力勘探力度逐步向西部山区转移和重力勘探精度的提高，这种以大量的简化假设为前提的重力校正方法，便成为制约重力勘探的首要因素。针对目前重力勘探中外部校正方法的存在的问题，本文提出了一种取消地形和中间层校正的重力外部校正方法，该方法首先以斯托克斯定理为基础，将WGS84参考椭球作为边界条件，推导了基于WGS84大地坐标系的地球自然表面正常重力公式，该公式可以利用由GPS定位得到的测点大地坐标和大地高，直接计算地球自然表面任意测点位置的正常重力场，将该正常重力场作为校正值，从测点绝对重力值中减去，从而将重力异常直接计算到测点位置。这种方法可以取消现有方法中的四个校正过程，从而避免现有方法中存在的若干问题，提高重力校正精度，并保留构造格架。本文研发了一套基于WGS84参考椭球的二维绝对重力建模系统，并利用该建模系统设计了纬度误差试算模型、高程误差试算模型及构造模型，从三个角度验证了本文方法的正确性和有效性。利用四川镇巴地区和新疆青格里底山区两个工区的实际资料验证了本文提出的这种重力校正方法可以提高重力勘探的勘探精度和勘探效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 论文创新点摘要
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高程起算面误差研究现状
• 1.2.2 地形和中间层校正研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 创新点
• 第二章 基于 WGS84 大地坐标系的地球自然表面正常重力公式
• 2.1 问题的提出
• 2.2 位理论边值问题
• 2.2.1 边值问题的概念
• 2.2.2 高斯公式和格林公式
• 2.2.3 边值问题解的唯一性
• 2.2.4 斯托克斯定理
• 2.3 球函数的理论基础
• 2.3.1 球坐标中的拉普拉斯方程
• 2.3.2 球谐函数
• 2.3.3 勒让德函数
• 2.4 地球的正常重力场
• 2.4.1 重力位展开式
• 2.4.2 用拉普拉斯方法表示正常重力位
• 2.4.3 斯托克斯方法
• 2.5 基于 WGS84 大地坐标系的地球自然表面正常重力公式
• 2.5.1 椭球谐坐标系
• 2.5.2 参考旋转椭球外部重力位的求解
• 2.5.3 参考旋转椭球外空间正常重力封闭公式
• 2.5.4 WGS84 大地坐标系外空间正常重力公式
• 2.6 模型试算
• 2.6.1 参考椭球面正常重力场
• 2.6.2 地球自然表面正常重力场
• 2.7 小结
• 第三章 基于地球自然表面正常重力公式的重力校正方法
• 3.1 现有重力校正方法及其存在的问题
• 3.1.1 现有重力校正方法
• 3.1.2 高程起算面误差
• 3.1.3 地形与中间层校正对构造形态的破坏
• 3.1.4 地形与中间层校正密度选择问题
• 3.2 基于地球自然表面正常重力场的重力校正方法
• 3.4 自然表面重力异常的计算
• 3.5 校正方法可行性评价
• 3.6 小结
• 第四章 模型试算
• 4.1 重力正演基本方法
• 4.1.1 横截面形状不规则二度体重力正演方法原理
• 4.1.2 不规则三度体重力正演方法原理
• 4.2 基于参考椭球的绝对重力建模系统
• 4.2.1 参考椭球建模基准面的生成
• 4.2.2 基于三次样条插值的起伏地表计算点的生成
• 4.4 理论模型试算结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 实际资料应用
• 5.1 四川镇巴工区
• 5.1.1 区域地质、地球物理特征
• 5.1.2 两种重力异常的对比
• 5.2 青格里底山区
• 5.2.1 区域地质、地球物理特征
• 5.2.2 两种重力异常的对比
• 5.3 小结
• 第六章 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介