海洋重力测量及其在重力场中的应用
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作用 。
关 键词 海洋重力测 量 ；重力场 ；应用 中 图分 类号 Ｐ 文 献标 识 码 Ａ 文 章编 号 ２
海洋 占地球面积的７ ％，要准确研究地球形状与地球 内部构造 ，勘 １ 探海洋丰富的矿产资 源，保障航 天和远程武器发射等 ，就必须了解海洋 重力场精细结构 。高精度的海洋重 力测甓正是解 决这些问题的重要手段 之一 。近年来 ，卫星技术取得 ＿ 大的进展 。未来海洋莺 力场的精细结 『 较 构 ，可以利用卫星测 高、卫星重力梯度测量和海洋重力测量相结合 的方 法来研究。
３ 海 洋重 力测 量在 全球 重 力场研 究中 的应 用
全球重力场研究主要利用海洋重力和陆地重力资料建 地球重力场 位模型 的理论和方法 。地球重力场模型计算是 自 然科学巾的一项基础性 研究任务 ，它对于大地测量学 、 地球物理学 、 地球动力学和海洋科学的 研究 ，以及空间技术 的发展都有着十分重要 的意义 。从广义 【 ，任何 二 讲 种地球重力场元观测量的集合都可视为最基本的地球重力场模型 ，如 伞球重力异 常、垂直偏差、大地水准葡差距等 。用位 系数的集合 表示地 球重力场模型 ，是 目前国际上最常用的在频率域范围描述全球重力场结 构的～种有效方法 随着空间技术的发展 ，利用卫 星观测资料结合地 面重力数据建立全 球重力场位模型的理论 和技术取得迅速进展 。围际上 已建立 了多种不 同 阶次的全球重力场模型，使得大地测 量确定地球形状及外部重力场 的基 本目 标达到 了一个新 的历史阶段 ， 并成为 以空间火地测量为技术核心的 现代大地测鼍发展的重要基础 。
［】 ５翟京 生， 高贵绪 ． 国海洋测 绘数据库 的研究 『 ＿ 洋测绘，９ ６ ４ 我 Ｊ海 Ｉ １９ ， ． ０
２ 海 洋重 力测量 的 设计与 实施
１）海洋重力测量技术设 计。在开展 海洋重 力测量前 ，要收集如 下 有关资料 ：国内外 出版的有关测 区的各种海图和航海资料 ；测 区及其附 近已有的海洋重力测量 资料和莺力异常图；重点基点资料 。开展海洋重 力测量时 ， 要指出海洋重力仪检验的项 目 和要求 ，以及静态试验和动态 试验的时间、地点 ；明确测量船停靠码头 比对重力基点 的时间和要求 ， 测量出重力仪至码头基点的距离和方何 ，并绘制 略图；提出测量工作 图 版的图幅大小 、比例尺和在图板上标定船位的方法 ；在工作图板上进行 海洋重力测线布设，计算测线里程和航途里程 ，以及设计海上重力 比对 点 、水 文 调 查点 的位 置 ；明确 导 航 定 位 和 水深 测 量 的 方 法 和要 求 ；提 出
一
４ 总 结
研究海洋重力场对 于 ＿ 『 解地球形状和内部构造 ，起着重要作用。进 行海洋重力测量能够建立地球重力场位模 型，在全球重力场研究中发挥 了重要作用。随着卫星技术和空间科学的不断进步与发展 ，其必将 发挥 越 来越 晕 要 的作 用 。
参 考文 献 ［ 开龙， １ 刘雁春 ． 海洋重力 测量与磁 力测 量ｆ １ Ｍ． ： 绘出版社 ， ９． 北京 测 １ ６ ９ 【翟 国君， 涛， ２ 】 黄谟 欧阳永 忠， 管铮． 海洋测 绘的现状 与发展 ｌ． Ｊ测绘通 报，０１ ６ Ｊ ２０ ， ． ０ ［】 ３ 黄谟涛， 国君， 阳永忠， － 翟 欧 等 海洋测量误 差处 理技术研究『ｌ 洋测绘 ， ０ ， ． Ｊ海 １ ２ ３３ ０ ０ ［金翔龙 海 洋地球物理技术 的发展 ＿ｌ ４ 】 Ｊ东华理 工学院学报 （ １ 自然科学版）０４Ｏ． ， ０，１ ２
பைடு நூலகம்
科技 与生 唾
２ １ 年第 １期 ００ ７
应 周 科 学
１ ３ ５
海洋重力测量及其在 重 力场中 的应用
顾 斌 ，董 杰
（中国矿业大学环境 测绘 学院 ，江苏徐州 ２ １ １ ２ １６）
摘 要 海洋重 力测量是在海 』或海底进行 连续或定点 观测的一种 重力测量方法 近 几年来 ，随着 ｒ 二 』 星技术的 发展 ，精密的海洋 萤力仪不 断 出观 ，海洋熏力 得到迅速的 发展。简要介 绍海洋重力测量 的特点及其发 展 ，阐述其 技术设 计 与实施 ，分 析其 在全球 重力场研究 中的重要
１ 海洋重 力测 量 １ ）重力测量的重 要性。 自然界的 切现象几 乎都与晕力 有着密切 的联 系，因此重力测量的臆＿范 围很广。例 如，在地球物理勘探巾 ，由 ｝ ＿ ｆ ｛ 于岩石和矿石的密度不同所 引起的重力场 的变化 ，可用来 寻找矿藏和了 解地质构造 ；在地球物理学 中，可以利，ｊ 『 重力测鼋的数据去测定地球 的 弹性 、密度及地壳的构造；在大地测量学 中，要用重 力数据去归算 观测 成果和研究地球形状 ；在导弹 与航天技术 中，重力测量资料可为空间飞 行器的轨道计算 和惯性导航服务 ，提高导弹的命中率 。 ２）海洋重力测量与陆上测量的不 同。海洋重力测量与陆上测量不 同，它是在海洋环境下进行的连续 动态测量。因此 ，在克服外界干扰 ， 提高测量精度方面 ， 有着 自已特殊 的考虑 ；在仪器设备和测量实施等方 面也与陆上测量有着很大的差别 。 海洋重力测量开展较晚的原 因是在于它不同于陆地重力测量 ，海洋 重力测量必须在运动状态下 ，即所谓的动基座 上 进行 。因此 ， 它会受到 外部条件的干扰。这种干扰可以概括为 以下六个方面 ： ①径 向加速度影 响。这是 南于测量船 的航迹为曲线昕产生的径 向加速度对重力观测的影 响； ②航行加 速度影响。这是 因为测量船的航速不均匀产生加速度对重 力观测的影响；③周期性水平加速度影响。这是由于波浪起伏及机器震 动等 因素引起 的船在水平方 向上的周期性振动对重力观测 的影响 ； ④周 期性垂直加速度影响。这是上面所述外界 因素使船在垂南方 向上的周期 性振动对重力观测的影 响；⑤旋转影 响。即由于波浪 、风力和驾驶 因素 而引起的船绕二个正交轴转动而对重 力观测的影响。这种影响有常量和 周期两种；⑥厄特弗斯 （ ｏ ｖｓ Ｅ ｔ ｏ ）效应 。由于海洋重力测量仪器随测量 ｏ 船相对地球在运行，这样改变了作用在仪器上的离心力而对重力观测值 产生影响。 ３ 海洋重力测量的发展。近几 ｆ ） 年来 ，随着海洋开发 事业的蓬 勃 发展，世界各 主要海洋国家普遍加强了海洋重力测量工作 ，在发展仪器 的同时，完成了大量海区的测量 ＿作。我国在海洋上开展了海洋重力测 丁 量Ｔ作仅３ 年 的历史 ，多数情况是在研究近海海区的地质构造和含油 蜍 情况 。７ 年代末 由于配合李间技术的研究 ，才对海洋重力测量提出了新 Ｏ 的要求。 目前 ，在我国主要开展 中、小 比例尺的航海重 力测量。小 比例 尺测量多用于大范围重力场调查任务 ，以剖面测量为主；巾比例尺测量 多用于浅海大陆架地 区，主要用于以石油为主的矿产资源环境的调查 ，
以面积 测 量 为主 。
海上重力测量资料初步整瑚要求 ，编制 《 海洋重力测量汁算成果表》。 ２）海 洋重力测 量测线 布 没。海 洋重 力测线 设密度 和测冈 比例 尺 ，要根据任务和条件来确定 ，主要考虑满足“算 平均空间重 力异常的 精度要求 ，同时满 足某些海域计算 垂直偏荠的精度要求测线网的主 、副 测线一般布成正交形 ，近海主测线应尽帚垂直于 区域地质主要十 造线或 勾 海底地形走向线 的方向 ；远洋区主测线如无特殊地质构造情况 ，可按南 北 向布设 或等深线垂商方 向布设。在海底构造 复杂或海 地形起伏较 大 ，其重力异常梯度大于每公里３ 毫伽的海区 ，饕适 加密测线 ，加密 程度以能完善地反映重力异常变化为原 则。对测区中的岛屿四周水域 ， 适当布成放射状网。对于相邻图幅、前后航次 、不同类型仪器 、 同作 业 位之间的结合区要有榆查测线或重复测线。 ３）海洋重 力测量 的实施 。在实施海洋重力测量前 ，要完成仪器的 安装与调试 。测量船开航前必须取得位于码头重力基点的绝对重力值 、 重力仪在基点处稳定后的读数 、比对时的水深 、 力仪弹性系统重心距 重 当时水平面的高差及 时水平面距重 力基点的高差 ，并绘制仪器距码头 上重 力基点 的水平距离和方位的略罔： 测量指挥员要指挥测奄船在预定的测线 方向上保持匀速直线航行。 重力仪恒温温度要 比室温高５ １ ￣ ，存一个航次 ｌ不要更换恒温档。 ℃一 ０（ ２ ｆ Ｊ 莺力仪时间常数 的选择按海况而定 ，启动数据记 录器 ，置入时间常数和 重 力仪格值 。进入测线 时 ，要记 人测线号 ．检查走纸速度 、环境 开关 等 ，按预定规定 的时问间隔在模拟输 出记录上打标 ，并 记下点号 和时 间。每条测线终 了后应维持原航 向、航速 ，约ｌ分钟后再转向。在一个 Ｏ 航次或一个测 区的测量任务完成后 ，最终膻闭合刽海洋重力基点 ，并取 一 得 比对数据 。测量过程中要与海 卜 已知重力点 比对 ，以检验重力仪测量 的资料有无突掉现象和系统性误差。
关 键词 海洋重力测 量 ；重力场 ；应用 中 图分 类号 Ｐ 文 献标 识 码 Ａ 文 章编 号 ２
海洋 占地球面积的７ ％，要准确研究地球形状与地球 内部构造 ，勘 １ 探海洋丰富的矿产资 源，保障航 天和远程武器发射等 ，就必须了解海洋 重力场精细结构 。高精度的海洋重 力测甓正是解 决这些问题的重要手段 之一 。近年来 ，卫星技术取得 ＿ 大的进展 。未来海洋莺 力场的精细结 『 较 构 ，可以利用卫星测 高、卫星重力梯度测量和海洋重力测量相结合 的方 法来研究。
３ 海 洋重 力测 量在 全球 重 力场研 究中 的应 用
全球重力场研究主要利用海洋重力和陆地重力资料建 地球重力场 位模型 的理论和方法 。地球重力场模型计算是 自 然科学巾的一项基础性 研究任务 ，它对于大地测量学 、 地球物理学 、 地球动力学和海洋科学的 研究 ，以及空间技术 的发展都有着十分重要 的意义 。从广义 【 ，任何 二 讲 种地球重力场元观测量的集合都可视为最基本的地球重力场模型 ，如 伞球重力异 常、垂直偏差、大地水准葡差距等 。用位 系数的集合 表示地 球重力场模型 ，是 目前国际上最常用的在频率域范围描述全球重力场结 构的～种有效方法 随着空间技术的发展 ，利用卫 星观测资料结合地 面重力数据建立全 球重力场位模型的理论 和技术取得迅速进展 。围际上 已建立 了多种不 同 阶次的全球重力场模型，使得大地测 量确定地球形状及外部重力场 的基 本目 标达到 了一个新 的历史阶段 ， 并成为 以空间火地测量为技术核心的 现代大地测鼍发展的重要基础 。
［】 ５翟京 生， 高贵绪 ． 国海洋测 绘数据库 的研究 『 ＿ 洋测绘，９ ６ ４ 我 Ｊ海 Ｉ １９ ， ． ０
２ 海 洋重 力测量 的 设计与 实施
１）海洋重力测量技术设 计。在开展 海洋重 力测量前 ，要收集如 下 有关资料 ：国内外 出版的有关测 区的各种海图和航海资料 ；测 区及其附 近已有的海洋重力测量 资料和莺力异常图；重点基点资料 。开展海洋重 力测量时 ， 要指出海洋重力仪检验的项 目 和要求 ，以及静态试验和动态 试验的时间、地点 ；明确测量船停靠码头 比对重力基点 的时间和要求 ， 测量出重力仪至码头基点的距离和方何 ，并绘制 略图；提出测量工作 图 版的图幅大小 、比例尺和在图板上标定船位的方法 ；在工作图板上进行 海洋重力测线布设，计算测线里程和航途里程 ，以及设计海上重力 比对 点 、水 文 调 查点 的位 置 ；明确 导 航 定 位 和 水深 测 量 的 方 法 和要 求 ；提 出
一
４ 总 结
研究海洋重力场对 于 ＿ 『 解地球形状和内部构造 ，起着重要作用。进 行海洋重力测量能够建立地球重力场位模 型，在全球重力场研究中发挥 了重要作用。随着卫星技术和空间科学的不断进步与发展 ，其必将 发挥 越 来越 晕 要 的作 用 。
参 考文 献 ［ 开龙， １ 刘雁春 ． 海洋重力 测量与磁 力测 量ｆ １ Ｍ． ： 绘出版社 ， ９． 北京 测 １ ６ ９ 【翟 国君， 涛， ２ 】 黄谟 欧阳永 忠， 管铮． 海洋测 绘的现状 与发展 ｌ． Ｊ测绘通 报，０１ ６ Ｊ ２０ ， ． ０ ［】 ３ 黄谟涛， 国君， 阳永忠， － 翟 欧 等 海洋测量误 差处 理技术研究『ｌ 洋测绘 ， ０ ， ． Ｊ海 １ ２ ３３ ０ ０ ［金翔龙 海 洋地球物理技术 的发展 ＿ｌ ４ 】 Ｊ东华理 工学院学报 （ １ 自然科学版）０４Ｏ． ， ０，１ ２
பைடு நூலகம்
科技 与生 唾
２ １ 年第 １期 ００ ７
应 周 科 学
１ ３ ５
海洋重力测量及其在 重 力场中 的应用
顾 斌 ，董 杰
（中国矿业大学环境 测绘 学院 ，江苏徐州 ２ １ １ ２ １６）
摘 要 海洋重 力测量是在海 』或海底进行 连续或定点 观测的一种 重力测量方法 近 几年来 ，随着 ｒ 二 』 星技术的 发展 ，精密的海洋 萤力仪不 断 出观 ，海洋熏力 得到迅速的 发展。简要介 绍海洋重力测量 的特点及其发 展 ，阐述其 技术设 计 与实施 ，分 析其 在全球 重力场研究 中的重要
１ 海洋重 力测 量 １ ）重力测量的重 要性。 自然界的 切现象几 乎都与晕力 有着密切 的联 系，因此重力测量的臆＿范 围很广。例 如，在地球物理勘探巾 ，由 ｝ ＿ ｆ ｛ 于岩石和矿石的密度不同所 引起的重力场 的变化 ，可用来 寻找矿藏和了 解地质构造 ；在地球物理学 中，可以利，ｊ 『 重力测鼋的数据去测定地球 的 弹性 、密度及地壳的构造；在大地测量学 中，要用重 力数据去归算 观测 成果和研究地球形状 ；在导弹 与航天技术 中，重力测量资料可为空间飞 行器的轨道计算 和惯性导航服务 ，提高导弹的命中率 。 ２）海洋重力测量与陆上测量的不 同。海洋重力测量与陆上测量不 同，它是在海洋环境下进行的连续 动态测量。因此 ，在克服外界干扰 ， 提高测量精度方面 ， 有着 自已特殊 的考虑 ；在仪器设备和测量实施等方 面也与陆上测量有着很大的差别 。 海洋重力测量开展较晚的原 因是在于它不同于陆地重力测量 ，海洋 重力测量必须在运动状态下 ，即所谓的动基座 上 进行 。因此 ， 它会受到 外部条件的干扰。这种干扰可以概括为 以下六个方面 ： ①径 向加速度影 响。这是 南于测量船 的航迹为曲线昕产生的径 向加速度对重力观测的影 响； ②航行加 速度影响。这是 因为测量船的航速不均匀产生加速度对重 力观测的影响；③周期性水平加速度影响。这是由于波浪起伏及机器震 动等 因素引起 的船在水平方 向上的周期性振动对重力观测 的影响 ； ④周 期性垂直加速度影响。这是上面所述外界 因素使船在垂南方 向上的周期 性振动对重力观测的影 响；⑤旋转影 响。即由于波浪 、风力和驾驶 因素 而引起的船绕二个正交轴转动而对重 力观测的影响。这种影响有常量和 周期两种；⑥厄特弗斯 （ ｏ ｖｓ Ｅ ｔ ｏ ）效应 。由于海洋重力测量仪器随测量 ｏ 船相对地球在运行，这样改变了作用在仪器上的离心力而对重力观测值 产生影响。 ３ 海洋重力测量的发展。近几 ｆ ） 年来 ，随着海洋开发 事业的蓬 勃 发展，世界各 主要海洋国家普遍加强了海洋重力测量工作 ，在发展仪器 的同时，完成了大量海区的测量 ＿作。我国在海洋上开展了海洋重力测 丁 量Ｔ作仅３ 年 的历史 ，多数情况是在研究近海海区的地质构造和含油 蜍 情况 。７ 年代末 由于配合李间技术的研究 ，才对海洋重力测量提出了新 Ｏ 的要求。 目前 ，在我国主要开展 中、小 比例尺的航海重 力测量。小 比例 尺测量多用于大范围重力场调查任务 ，以剖面测量为主；巾比例尺测量 多用于浅海大陆架地 区，主要用于以石油为主的矿产资源环境的调查 ，
以面积 测 量 为主 。
海上重力测量资料初步整瑚要求 ，编制 《 海洋重力测量汁算成果表》。 ２）海 洋重力测 量测线 布 没。海 洋重 力测线 设密度 和测冈 比例 尺 ，要根据任务和条件来确定 ，主要考虑满足“算 平均空间重 力异常的 精度要求 ，同时满 足某些海域计算 垂直偏荠的精度要求测线网的主 、副 测线一般布成正交形 ，近海主测线应尽帚垂直于 区域地质主要十 造线或 勾 海底地形走向线 的方向 ；远洋区主测线如无特殊地质构造情况 ，可按南 北 向布设 或等深线垂商方 向布设。在海底构造 复杂或海 地形起伏较 大 ，其重力异常梯度大于每公里３ 毫伽的海区 ，饕适 加密测线 ，加密 程度以能完善地反映重力异常变化为原 则。对测区中的岛屿四周水域 ， 适当布成放射状网。对于相邻图幅、前后航次 、不同类型仪器 、 同作 业 位之间的结合区要有榆查测线或重复测线。 ３）海洋重 力测量 的实施 。在实施海洋重力测量前 ，要完成仪器的 安装与调试 。测量船开航前必须取得位于码头重力基点的绝对重力值 、 重力仪在基点处稳定后的读数 、比对时的水深 、 力仪弹性系统重心距 重 当时水平面的高差及 时水平面距重 力基点的高差 ，并绘制仪器距码头 上重 力基点 的水平距离和方位的略罔： 测量指挥员要指挥测奄船在预定的测线 方向上保持匀速直线航行。 重力仪恒温温度要 比室温高５ １ ￣ ，存一个航次 ｌ不要更换恒温档。 ℃一 ０（ ２ ｆ Ｊ 莺力仪时间常数 的选择按海况而定 ，启动数据记 录器 ，置入时间常数和 重 力仪格值 。进入测线 时 ，要记 人测线号 ．检查走纸速度 、环境 开关 等 ，按预定规定 的时问间隔在模拟输 出记录上打标 ，并 记下点号 和时 间。每条测线终 了后应维持原航 向、航速 ，约ｌ分钟后再转向。在一个 Ｏ 航次或一个测 区的测量任务完成后 ，最终膻闭合刽海洋重力基点 ，并取 一 得 比对数据 。测量过程中要与海 卜 已知重力点 比对 ，以检验重力仪测量 的资料有无突掉现象和系统性误差。