[发明专利]重力梯度测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及重力梯度测量领域，更具体地，涉及一种基于动基座载体上能够有效获得重力梯度张量中的竖直和水平分量的重力梯度测量系统及其测量方法。

背景技术

地球重力场反映了地球内部物质组成和分布信息，通过精确测量地球重力场可以反演估计出物质的分布和变化。因此，高精度重力测量在基础地质研究、区域重力调查、大地测量、油气田及固体矿产资源勘探、以及重力辅助导航等领域具有重要的应用前景。

地球重力场测量可分为重力测量和重力梯度测量，实现重力测量的仪器称为重力仪，是测量地球重力加速度，实现重力梯度测量称为重力梯度仪，是测量地球重力加速度随空间的变化，即重力梯度。由于重力梯度是地球重力场的空间微分，反映重力沿空间不同方向的变化率，因此与重力仪测量相比，一方面，重力梯度测量能够反映场源体的细节，具有更高的分辨率；另一方面，重力梯度仪通常采用差分测量模式，不受不利于重力仪的在运动环境下载体加速度影响。相比地基的重力测量系统而言，基于动基座载体(如飞机、汽艇、舰船等)的重力梯度测量具有经济、高效、勘探深度大等优点，因此也是目前西方国家重点发展和突破的重力测量技术。

国际上目前已经投入使用的重力梯度测量系统是基于旋转加速度计的重力梯度仪测量系统，分别是FALCON部分张量重力梯度测量系统和Air-FTG全张量重力梯度测量系统。所谓全张量重力梯度测量即是对重力梯度张量中的五个独立分量的全部测量，而部分张量重力梯度测量是对重力梯度张量中的部分分量进行测量。FALCON和Air-FTG在非洲博茨瓦纳南部进行的对比试验表明，两个系统都可反映该探测区域的金伯利岩体，经过适当的数据处理，FALCON和Air-FTG的竖直重力梯度张量噪声(δΓzz)的标准偏差分别为8.1E(1E＝10-9s-2)和7.1E，空间分辨率达到400m和700m(参考文献：D.Hinks，S.McIntosh and R.J.L.Lane，A comparison of the Falcon and Air-FTG airborne gravity gradiometer systems at the Kokong Test Block，Botswana，in R.J.L.Lane，editor，Airborne Gravity 2004-Abstracts from the ASEG-PESA Airborne Gravity 2004Workshop：Geoscience Australia Record 2004/18，125-134.)。

另一种具有发展潜力的重力梯度测量系统是目前正处于试飞阶段的超导重力梯度测量系统。目前主要有英国的ARKeX公司的EGG系统、加拿大的GEDEX公司HD-AGG系统、以及澳大利亚西澳大学的VK1重力梯度测量系统。基于迈斯纳效应、超导回路内磁通守恒和超导量子干涉器件(SQUID)的低温超导重力梯度仪，其设计分辨率可达到10-3E/√Hz，其实验室指标已达到10-2E/√Hz。在各类地表重力梯度仪中，唯有超导重力梯度仪的实验室噪声水平突破了1E/√Hz，因而成为高精度重力梯度仪研制的突破口，越来越受到西方国家的重视(参考文献：Daniel J.DiFrancesco，2010，The Gravity Quest，In R.J.L.Lane editor，Airborne Gravity 2010-Abstracts from the ASEG-PESA Airborne Gravity 2010Workshop：Geoscience Australia Record 2010/23 and GSNSW FileGS2010/0457，44-48.)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种研制难度相对简单、测量精度高的重力梯度测量系统，其不仅能够提供更多的重力梯度张量信息，而且在实际测量中能够减小重力场反演过程中的模型和经验依赖，从而提高重力测量数据的反演和解释结果的置信水平。

为解决上述技术问题，按照本发明的一个方面，提供了一种重力梯度测量系统，该重力梯度测量系统包括：

惯性稳定平台；

重力梯度测量单元，该重力梯度测量单元设置在惯性稳定平台上，由竖直布置的超导重力梯度仪和水平放置的旋转加速度计重力梯度仪共同组成；以及

数据采集与处理单元，该数据采集单元通过信号线分别与所述超导重力梯度仪和旋转加速度计重力梯度仪两者的输出端相连，用于采集其测量数据并进行数据处理；其中