临近空间重力测量关键技术研究 ——临近空间重力场特征模拟以及梯度校正模型

论文摘要

地震是自然界最严重的灾害之一,是地球内部复杂地球物理过程的表现形式。地震的孕育和发生过程中通常伴随着地球内部质量物质的迁移与再分配,这一过程也会导致重力场的时空变化,因此重力场变化监测是现代地震前兆监测的主要手段之一。目前的地震重力监测以流动重力测量为主,辅以台站重力进行定点连续重力场变化跟踪、卫星重力进行大区域重力场变化背景监测。流动重力测量受到地理环境等条件制约,作业效率较低;台站重力测量受仪器技术和台站布局限制,一般只能获得单点数据,监测能力有限。卫星重力测量获取的是地球重力场中长波分量,可用于地震重力变化背景分析,直接应用于地震危险性分析的现实能力有限。此外,航空重力测量因其观测精度原因,虽可用于地壳密度结构研究,但在地震相关重力场变化监测的能力上有一定局限性。临近空间(near space)指距地面20~100km的空域。在这一空间高度上,观测到的重力数据可以用于岩石圈结构研究,这一观测数据对于研究地震孕育的环境和过程有着重要意义。随着我国临近空间飞行器技术的发展,特别是彩虹系列无人机的成功问世,为临近空间重力测量提供了新的载荷平台。该系列无人机以太阳能为主要能源,可以进行长时间观测,这对于地震背景分析有着重要意义;同时该系列飞机效费比远高于常规动力飞行器与卫星,对于扩大监测范围有积极作用。因此以临近空间飞行器为载荷平台构建的重力测量系统,可望依靠其各方面的综合优势,填补重力测量高度空白,完善立体重力测量体系,为军事测绘、资源测绘等提供平台,成为未来重力场及其变化监测的重要技术手段之一。本文从实际需求出发,针对岩石圈的结构及其变化,通过对强地震孕震环境和孕震过程可能引起的临近空间重力变化进行模拟,对重力测量系统提出需求。选用九寨沟地震震前重力变化数据(约2000个测点数据),采取克里金插值法对实测数据进行插值并网格化;对网格化后的数据使用离散化方法延拓至临近空间高度。计算表明,为了监测到7级地震引起的重力变化,传感器精度应优于0.1 mGal。计算结果同时显示,受限于DGPS(differential global positioning system)技术,从载体加速度重分离出的重力加速度精度难以达到0.1 mGal级别,因此为了达到地震监测的目的,重力航空重力梯度测量有更大发展空间。本文采用线性校正法,初步模拟计算了飞行器载体自身因飞行姿态变化产生的梯度值对于测量传感器的影响。目前临近空间重力测量属于一个崭新的研究方向,其问题是多方面的。本文仅从传感器精度角度做出要求,并模拟了飞行器自身产生的梯度对重力测量带来的影响。后续还需要讨论向下延拓方法的改进、新型滤波算法、大气模型校正等。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郑翀

导师: 李辉,胡敏章

关键词: 临近空间重力测量,九寨沟地震,向上延拓,梯度校正

来源: 中国地震局地震研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 中国地震局地震研究所

分类号: P631.1

DOI: 10.27055/d.cnki.ggdzy.2019.000001

总页数: 48

文件大小: 7417K

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