自由空间异常

更新时间:2022-09-27 11:32

自由空间异常:只对观测值做正常场和高度校正,将重力值归算到同一纬度的大地水准面后的重力异常。反映了地球的形状及内部质量分布于参考椭球体的偏差。

简介

又称“自由空气异常(free air anomaly)。指地球自然表面上的实测重力值(g测),经过高度改正归算到大地水准面以后,再减去正常重力值得到的重力差。它是研究地壳均衡现象的重要资料。

将经过混合零点改正所得的重力差,再经正常场改正(纬度改正)和自由空间改正(高度改正)后,所得到的重力异常称为自由空间异常。其反映的是实际地球的形状和质量分布与大地椭球体的差异。大范围内负的自由空间重力异常,表明地壳深部存在着相对的质量亏损;反之,则有质量盈余。

背景

重力勘探已有近百年的历程,在胜利油田也已经有50多年的应用历史,但是在地球物理勘探领域的重力数据校正方法上却基本停滞在上世纪中期模型与参数简化的资料处理阶段,与发展较快的高精度重力测量、三分量测量及重力四维动态监测、精确制导、钻井导向等技术相比明显滞后。

常规重力校正通常是将在起伏地形上测得的重力值经过一系列校正后,将其计算到某一水准面上,在此期间,中间层校正和高度校正所用的密度值不合理必然会造成误差。另外,还存在大地水准面和地球重力正常场参考旋转椭球面之间的高程起算面误差及高程校正未校离心力误差。

异常处理技术

高程校正(自由空间校正)误差。

高程校正公式是用引力对高程求导给出的公式,按地球形状分为圆球和椭球公式圈,分别为

因离心力位不是调和函数,高程校正的未校离心力误差对海拔较低的平原来讲误差较小,但在高原山区则足以使泊松方程和拉普拉斯方程失去其建立的前提条件,导致基于两方程的重力正反演、解析延拓、曲化平等计算结果的可信度降低。

通常认为,经过纬度校正和地形校正后,重力校正再做高度校正即可得到(大地)水准面上的自由空间重力异常的观点是不正确的。实际上,经过以上3项校正得到的是测点所在高度上的自由空间重力异常。

理论自由空间重力异常的处理方法直接计算测点所在高度,将坐标位置的正常场重力作为校正值,将重力异常直接计算到测点上,而不是以往的计算在某一基准面上,从而使重力资料更加准确、可靠。理论推导主要基于以下公式。

式中: M、 ω、a、c分别为地球质量、自转角速度、赤道半径与极半径;Rp与Rq分别为地球旋转椭球面点P、地球重力场作用空间任一点q的矢径模,且有h=Rp-Rq;g、gq、△gq、Fq、Cq分别为点q的5个力矢量(地球绝对重力、正常场重力、理论自由空间重力异常、正常场引力和重力场离心力),gq为正常场重力gq在g上的投影。理论自由空间重力异常等于测点的绝对重力与测点的正常场重力在绝对重力方向上的投影之差Δg测= -gq,与常规重力校正处理相比,方法具有以下特点:

①直接计算测点的正常场重力(即地球万有引力与离心力在该点的合力),将其从测得的重力值中减掉,所得的差值即是该点的理论自由空间重力异常;

②免去了地形校正、中间层校正和高度校正,因此消除了中间层校正所用的密度值不合理带来的误差及地形校正的误差。

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