ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2014, № 2, с. 63-65
УДК 550.831
МОРСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ БЕЗ ПРИВЯЗКИ К БЕРЕГОВЫМ ОПОРНЫМ ПУНКТАМ
© 2014 г. Л. К. Железняк, П. С. Михайлов, В. Н. Соловьев
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва Поступила в редакцию 12.02.2013 г.
В статье представлен опыт выполнения площадной съемки в открытом океане с коррекцией измерений по модели гравитационного поля Б0М2008. Сделан вывод о допустимости и целесообразности коррекции измерений гравиметром по данным модели.
БО1: 10.7868/80002333714020148
В практике морских гравиметрических измерений всегда стоит проблема оценки точности измерений. Даже при наличии на борту нескольких приборов она не снимается. В случае расхождений в показаниях приборов возникает проблема приоритета, если есть сомнение в их равноточно-сти. С целью объективной оценки погрешностей измерений, как правило, выполняются измерения на повторных пунктах в точках пересечений профилей (галсов). При наличии некоторого числа пересечений на галсе определяются статистические характеристики невязок. При этом выделяется постоянная составляющая невязки, которую можно трактовать как систематическую погрешность измерений на галсе и учесть в процессе дальнейшей обработки. При наличии системы пересекающихся профилей все измерения уравниваются [Железняк, 1987; Железняк, Боярский, 1987]. В поправки на галсах включаются погрешности от неточного учета смещения нульпункта, остаточные динамические погрешности приборов, другие погрешности, которые можно предполагать мало изменяющимися в процессе измерений на профиле. Таким способом площадная съемка уравнивается с точностью до постоянной составляющей всей снятой площади. Во многих случаях (например, при геологической интерпретации) постоянная составляющая на всей площади не имеет никакого значения. Однако предпочтительным является отсутствие систематических погрешностей при выполнении даже площадных съемок, что необходимо для совмещения соседних площадей при составлении общих карт.
Модели гравитационного поля Земли несут информацию о длинноволновых его составляющих [Mara, 2008; Дробышев, 2005]. Волны длиной свыше 80—100 км в моделях представлены практически без искажений, а короткопериодные волны фактического поля (15 км и менее) и шумы
модели мало отличаются друг от друга и частотно не разделяются.
В проведенных ранее исследованиях [Коне-шов, 2012] выполнен анализ современных моделей геопотенциала, из которого следует, что наиболее подробной и адекватной является модель Б0М2008.
Таким образом, в открытом океане модельное поле может быть использовано в качестве опорного при длине волны от 80—100 км и более. При этом нет необходимости выполнять привязку морских измерений к береговым опорным пунктам, а сравнивать измерения с моделью и по невязке вводить поправку за смещение нульпункта. Последнее может быть обусловлено как времен-нышм фактором, так и другими причинами, вплоть до нештатной работы прибора. При этом должно выполняться два условия: смещение не должно иметь скачков, а сам интервал должен быть порядка 80 км и более. При этом съемка не должна выполняться вблизи от береговой линии (менее 100 км) в районах островных дуг, где реальное поле не соответствует модели.
Технология работ предполагается следующей. Выполняется обработка показаний гравиметра до получения каталога гравиметрических пунктов. По координатам пунктов выбираются значения поля из модели. Вычисляется невязка между измерениями и моделью, производится статистическая обработка невязок. Среднее значение невязки вводится в качестве поправки во все значения измеренного поля на галсе. При этом должны соблюдаться указанные выше условия. При маршрутных измерениях целесообразно вести непрерывное сравнение измерений с моделью, невязку сглаживать низкочастотным фильтром и вводить ее в качестве поправки.
При площадной съемке на большой площади с протяженными профилями поправка может вво-
64
ЖЕЛЕЗНЯК и др.
мГал
120
318.5 318.6 318.7
318.8
318.9 319.0 Время, сут
диться в измерения на каждом профиле, после чего выполняется уравниванием всей съемки. Предпочтительным является обратный порядок обработки: сначала выполняется уравнивание, а затем вычисление средней невязки по всему полигону в целом. В этом случае невязка вычисляется точнее, поскольку она вычисляется на большем промежутке времени, а их различие по профилям учитывается при уравнивании.
Методика учета смещения нульпункта без привязки к береговым опорным пунктам была опробована при площадных съемках в акватории Индийского океана. Съемка выполнена на полигоне площадью 20 тыс. кв. км, имеющим как широтные, так и меридиональные галсы длиной более 120 км. Измерения силы тяжести с борта судна выполнялись мобильным гравиметром "Чекан-АМ".
Опорные измерения выполнены на малом промежутке времени для приближенной оценки скорости смещения нульпункта. При данной методике они могут быть выполнены в любом порту выхода без точной привязки к береговым опорным пунктам. Возвращение в один и тот же порт в этом случае важно только для получения большего представления о характере смещения нуль-пункта и поведении гравиметра. Значение силы тяжести на начальном опорном пункте выхода было выбрано близким к среднему значению модельного поля в данном регионе.
На предварительном этапе, в процессе обработки исходных файлов, в данные гравиметрической съемки были введены поправки за горизонтальные возмущающие ускорения и эффект Этве-ша, учтено смещение нульпункта, определенное на коротком промежутке времени во время стоянки в порту. Его значение получено приближенным. Показания гравиметра были отфильтрованы апериодическим фильтром пятого порядка.
Так как длина галсов на съемочных полигонах не менее 120 км, было опробовано два способа приведения съемки к модельному уровню. В первом случае для каждого галса отдельно в каждом гравиметрическом пункте с шагом 2 мин времени была вычислена разность между полученной аномалией в свободном воздухе и модельной. Затем средние значения по профилям этих разностей в качестве невязок с обратным знаком внесены как поправки в измерения гравиметром на галсах. После приведения отдельных галсов к уровню модели и их обработки по 42 пересечениям получены следующие статистические характеристики: систематическая составляющая разности 0.76 мГал, случайная составляющая 0.95 мГал. Среднее отклонение всей системы галсов от модели Б0М2008 составило 0.04 мГал. После уравнивания уже приведенных измерений: систематическая составляющая — 0 мГал, случайная — 0.22 мГал, среднее
отклонение от модели--0.24 мГал. Используя
последнее значение можно повторно привести эту уравненную систему к уровню модельного поля.
Обработка выполнялась также в другой последовательности: сначала уравнивались измерения на полигоне, затем вычислялись средние отклонения измеренного поля от модельного по всему полигону и в качестве единой поправки вводились в измеренные значения после уравнивания. Предварительное уравнивание на том же полигоне дало следующие результаты: систематическая составляющая — 0 мГал, случайная — 0.25 мГал. После ввода единой поправки среднее отклонение от модели составило 0.001 мГал.
Разница между значениями аномалий полученных двумя способами в среднем составляет не более 0.05 мГал. Следовательно, используя оба представленных способа, можно получить практически одинаковый результат, достаточно надежный даже в условиях измерений, превышающих допустимые значения вертикальных ускорений. Второй способ обработки является более точным и менее трудоемким и поэтому предпочтителен.
В процессе морских измерений вычисляются вертикальные возмущающие ускорения по данным гравиметрии. Максимальное значение вертикальных возмущающих ускорений на данном полигоне — 244 Гал. Такие условия превосходят допустимые для морской гравиметрической съемки, хотя прямой зависимости расхождений и возмущающих ускорений не наблюдается после введения динамических поправок.
Таким образом, низкочастотные составляющие поля (уровень) определяются моделью, а высокочастотные (его расчлененность) — измерениями гравиметром даже при недопустимо больших
МОРСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ
65
возмущающих ускорениях. На рисунке графически демонстрируется этот тезис.
Также такая методика может быть применена при работе на полигонах с малым количеством секущих профилей, когда уравнивание классическими способами может принести некоторую систематическую величину в общую оценку всей системы галсов на полигоне. Здесь эта систематическая ошибка исключается, наряду с взаимным уравниванием, приведением системы галсов к некоторой модельной величине.
Проведенное исследование показывает, что использование Earth Gravitational Model дает возможность выполнять гравиметрические съемки отдаленных акваторий Мирового океана без берегового опорного пункта и в различных условиях работы получать вполне надежные данные для определения гравитационного поля Земли и его интерпретации. Такая методика является нетрадиционной, но эффективной.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Дробышев Н.В., Железняк Л.К., Клевцов В.В., Конешов В.Н., Соловьев В.Н. Погрешность спутниковых определений силы тяжести на море // Физика Земли. № 5. 2005. М.: Наука. С. 92-96.
Железняк Л.К. Борьба с низкочастотными помехами в морской гравиметрии. Приборы и методы комплексных гравиинерциальных исследований. М.: ИФЗ АН СССР. 1987.
Железняк Л.К., Боярский Э.А. Методические приемы повышения точности съемки морскими гравиметрами гравиметрии. Приборы и методы комплексных гравии-нерциальных исследований. М.: ИФЗ АН СССР. 1987.
Конешов В.Н., Непоклонов В.Б., Столяров И.А. К вопросу исследования аномального гравитационного поля в Арктике по данным современных моделей геопотенциала // Физика Земли. № 7. 2012. М.: Наука. С. 35.
Yale Mara M., Sandwell David T. Stacked Global Satellite Gravity Profiles. Submitted to Geophisics. 1998.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.