航空重力测量技术的现状

航空重力测量技术及其运用探析

摘要：随着我国国民经济的快速发展,矿产资源需求与保障能力之间的矛盾日益突出,金属矿勘查已成为当前地质工作的重要任务。找矿深度的不断增加,使得找矿难度也随之加大,这就为地球物理勘查技术提供了发展空间。本文对高精度航空重力测量技术进行了总结,较为全面地阐述了这些方法技术的研究及应用现状。这些方法技术是当前矿产勘查有效的地球物理方法技术,或是近年来研发的新方法、新技术,在新一轮的矿产勘查中具有广阔的应用前景。航空重力测量技术是一种新型的高科技技术，虽然还没有完全的成熟，但是已经被广大的国家所重视和应用，它的主要贡献是针对地球的地貌特征等对地球的各地域及各领域进行重力的测量，在许多发达国家和发展中国家的应用越来越广泛和活跃，继而成为地球的重力研究最热门的技术，对地球的重力领域做出了重大的贡献。回顾航空重力测量技术的发展历程能够让我们看到航空重力测量技术在这个世界上呈现的与众不同的发展趋势。

关键词：航空重力；测量技术；运用；地球物理；勘探应用

引言：航空重力测量技术以其自身的优势在短时期内一跃成为地球重力领域所重视的佼佼者，我们看到了航空重力测量技术在地球的应用，也看到了这个领域的光明的前景，那么航空重力测量技术是怎么来的呢？下文就讲述了航空重力测量技术的概念、航空重力测量技术的不同的方法及原理、航空重力测量技术的广泛应用以及列举了航空重力测量技术在北极和南极地区的应用分析。

一、航空重力测量技术的概念

航空重力测量技术是一种用来测量在异常情况下的接近地的天空的重力技术，是一种用飞机做载体，并且将GPS、激光、计算机、重力传感器、无线电、INS等技术集合于一体的重力测量方法。航空重力测量技术是一种新的技术，是1958年在美国开始的一种技术，后来陆续被一些国家所重视，俄罗斯等不少国家的航空机构开始进行航空重力侧量技术的实验，并且由于技术的不断发展，航空重力测量也有了重大的突破，为国家和整个世界的航空事业做出巨大的贡献。

二、航空重力测量技术的原理和方法

航空重力测量是以飞机作为运载平台，利用航空重力仪在空中测量地球重力

场信息的一种重力测量方法。根据观测数据的类型和观测方法的不同，航空重力测量可以分为航空重力标量测量、航空重力矢量测量和航空重力梯度测量。航空重力测量系统主要包括航空重力仪和高精度的导航定位设备#航空重力仪主要由高灵敏度的加速度计组成，用于测量包含重力场信息在内的比力；导航定位设备通常采用高精度的GPS 接收机,用于确定各种扰动加速度!并将其从比力中减去,即可获得所需的地球重力场信息。

所以航空重力测量技术因其测量角度和方法的不同分为航空重力的矢量测量、航空重力的标量测量、航空重力的梯度测量，下面就逐一讲述在高精度的导航仪设备和重力仪设备共同合作下的三种航空重力的测量。

（一）航空重力的矢量测量

航空重力的矢量测量是利用查分GPS 和精度高的有惯性的导航仪设备对重力加速度的方向和大小进行测量的，而且对重力加速度的方向和大小可以做到同时测量，相对重力进行测量是航空重力的矢量测量原理。

（二）航空重力的标量测量

航空重力的标量测量的原理与航空重力的矢量测量相似，航空重力的标量测量测量的重力加速度有局限，只能测量重力加速度的大小值，不能测量重力加速度的方向。航空重力的标量测量可以分为捷联式、平台式、旋转不变式三种测量方法。捷联式的航空重力测量系统（如图1），对当地的水平坐标系和载体的坐标系进行计算，载体坐标系会测出三个加速度的分量，并将三个分量转化到当地的水平坐标系；阻尼平台式的航空重力测量系统（如图2），测量方法是把精密的加速度测量计安装到稳定的平台上，靠稳定的平台的定向维持如图二，旋转不变式的测量方法是用三个加速度的分量输出值来对重力的大小进行计算。

捷联式航空重力测量系统图1 阻尼平台式的航空重力测量系统图2

图3为俄罗斯惯性技术中心研制的GT-1A 航空重力仪(舒勒调谐3轴惯性平台航空重力仪)在澳大利亚卡尔古利地区测量结果与地面测量数据向上延拓得到的自由空间重力异常的比较，2套网格数据的标准偏差为25/1041.0s m -⨯。目前国内已将航空重力标量测量应用于大地测量领域，用来确定大地水准面。

地面数据向上延拓328m(a)与飞行高度328m(b)自由空间重力异常对比 图3

（三）航空重力的梯度测量

20世纪90年代末，Bell 公司将军用的运动状态下的重力梯度测量技术应用到能源勘探技术领域，研制出航空重力梯度测量系统，简称FTG (Full Tensor Gradiometer)。FTG 系统由安装在3个旋转盘（重力梯度仪GGIS ）上的12个加速度计组成，每一个旋转盘由2对正交的加速度计组成（图4）。为了防止在测量时发生偏移，每个旋转盘按照预先设定的固定频率旋转。通过分析每一对加速度计所感应的重力场的差，FTG 系统能够抵偿大部分由飞机飞行产生的扰动，并且保留高频的短波长信号。与传统的航空重力测量相比，航空重力梯度测量具有较高的空间分辨率，其精度可达25/1022.0s m -⨯（半波长分辨率0.35km ）

重力梯度测量示意 图4 重力场矢量及其梯度示意 图5

重力场由矢量z y x G G G 、、组成（图5）。每个矢量可求出3个梯度，梯度描述的是该矢量在

三维正交坐标系中沿某一坐标方向的变化率。梯度传感器包含9个梯度分量，其中5个是相互独立的，即zz yy xz xy xx T T T T T 、、、、，且zz yy xx T T T 、、满足拉普拉斯方程（Laplace 方程），

即0=++zz yy xx T T T ，每一个独立的张量分量都是密度异常体的大小、形状和厚度的响应。

三、航空重力测量技术的应用

（一）航空重力测量技术在能源勘探中的应用

（1）航空重力测量技术在能源勘探中主要用来寻找能源的发生发展源头，根据重力测量技术，可以勘测能源发生地的地质，如海洋还有陆地中的天然气和石油的断层及构造等，对自然的景观如丘陵盆地的类型、形状及深度，断层的构造，形态等等都是航空重力测量的范围，并且根据这些不同对能源的勘探做出贡献；对石油的位置、地质、深度及密度等进行研究和测量，确定石油的钻探方案等，世界上的各个国家利用航空重力测量技术对石油和天然气等能源进行勘探都取得了不小的成果。

（2）航空重力测量技术在建设工程，水文及一些固体的矿产能源的勘测和开发也做出了很大的贡献，一些发达国家为了提高测量的精确度，将航空磁的测量与航空重力的测量相结合对测量的结果进行推断计算，在许多国家都采用了这种精密的测量方法，为测量的精确度和减少能源开发的危险性做出了巨大的贡献。

（3）航空重力测量技术还可以用来为区域的地质进行填图，对区域构造的类型、形态及分布特点进行精密测量，对断层的构造进行不同程度的划分，对地下的地质的密度和火成岩进行划分，现在很多地方都采用了这种航空磁测量与航空重力测量相结合的方法进行地质的勘测。据有效数据分析，我国的国土面积有绝大部分完成了航空重力测量，但是像青藏高原这样的险势地理位置还是存在缺憾，有大量的区域还是没有进行航空重力的测量。

（二）航空重力测量技术对地球的科学研究方面的应用

航空重力测量技术在世界上的最有效的应用还是对地球进行科学的研究，航空重力测量技术对大地进行有目的的测量，对地球的表面和地球的形状及地球的