內(nèi)容摘要： 地震流動(dòng)重力測(cè)量通常使用車載運(yùn)輸重力儀器，通過(guò)固定測(cè)點(diǎn)/線的往返實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取。通常測(cè)量以相對(duì)重力儀為主，測(cè)點(diǎn)之間距離在十幾km到幾十km之間，為保障測(cè)量結(jié)果的可靠性，通常至少兩臺(tái)儀器同步外業(yè)工作。通過(guò)每臺(tái)儀器之間的自差和互差校驗(yàn)還保證測(cè)量質(zhì)量。今天我們主要談?wù)劻鲃?dòng)重力平差數(shù)據(jù)資料的分析思路，因?yàn)檫@是用好平差程序的關(guān)鍵。
1、冗余測(cè)量
相對(duì)于勘探重力測(cè)量，地震重力測(cè)量對(duì)數(shù)據(jù)精度和質(zhì)量的控制要求更高。圖1是從9個(gè)方面的對(duì)比，從信噪比上面看，地震重力是典型的弱信號(hào)提取和控制問(wèn)題。
地震重力外業(yè)工作，通常是雙儀器同步測(cè)量、單點(diǎn)全閉合、每個(gè)點(diǎn)儀器讀數(shù)至少為三個(gè)。因此，如果單從地震重力測(cè)量的數(shù)據(jù)采集量來(lái)看，地震重力測(cè)量的冗余數(shù)據(jù)很多。這無(wú)疑為后續(xù)的處理和建模分析提供了基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)保證。
那應(yīng)該從那些方面來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)分析模型呢？
2、殘差序列
通過(guò)不同的平差算法，對(duì)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算之后，可以得到每個(gè)測(cè)點(diǎn)的殘差重力值，讓我們先看看下面的圖2。該圖為實(shí)際數(shù)據(jù)，用不同平差方法得到的計(jì)算結(jié)果。
首先，我們看圖2b為采用線性漂移模型平差計(jì)算得到的殘差序列，圖中紅線左右分別為兩臺(tái)儀器的殘差結(jié)果。橫坐標(biāo)按照每個(gè)測(cè)量段差的時(shí)間順序排列。在圖2b中，可以看到如果假定在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)，儀器漂移為線性，那么明顯殘差序列中包含著非隨機(jī)的信號(hào)。
那這與高斯平差模型中，對(duì)于干擾為白噪聲的假設(shè)就存在區(qū)別。而如果采用非線性漂移的貝葉斯模型，殘差序列如圖2a所示。兩臺(tái)儀器的殘差序列更符合隨機(jī)特征。
圖4c是兩種不同方法的殘差直方圖結(jié)果，通過(guò)對(duì)比可以看出兩者直方圖特征沒(méi)有明顯區(qū)別。圖4d是貝葉斯方法估計(jì)的儀器在測(cè)量周期內(nèi)的非線性漂移特征，在16天的測(cè)量周期內(nèi)，這兩臺(tái)儀器每日的漂移率變化明顯有一定的變化，通過(guò)在華北地區(qū)的研究表明，而這種變化對(duì)測(cè)量結(jié)果可能產(chǎn)生幾微伽到十幾微伽的影響。
當(dāng)然，這種影響對(duì)于勘探重力測(cè)量來(lái)講可以忽略不計(jì)，而對(duì)于研究時(shí)變重力信號(hào)的重力測(cè)量來(lái)講，則至關(guān)重要。
因此，段差序列的殘差分析和對(duì)比，可以作為評(píng)價(jià)平差方法和數(shù)據(jù)質(zhì)量的第一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。
3、互差與段差
除了相對(duì)重力儀的非線性漂移問(wèn)題，還有每臺(tái)儀器的格值或一次項(xiàng)系數(shù)也至關(guān)重要。因?yàn)?，每臺(tái)相對(duì)重力儀都需要進(jìn)行定期標(biāo)定，高精度的重力測(cè)量，需要通過(guò)格值系數(shù)換算后才能轉(zhuǎn)換為重力值。
假設(shè)一臺(tái)儀器的格值精度為，那么對(duì)于一個(gè)
段差而言，就是
的不確定性。兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的段差能達(dá)到
，這在山區(qū)和地形起伏較大的地區(qū)非常常見(jiàn)。而從一些已有研究來(lái)看，有些相對(duì)重力儀的變化可能達(dá)到
水平。
在實(shí)際的重力外野工作中，我們經(jīng)常會(huì)遇到自差符合很好，但是互差超限的情況，這就可能與儀器的格值系數(shù)不準(zhǔn)確有關(guān)。
我們?cè)倏匆幌聢D3，圖中為實(shí)際數(shù)據(jù)繪制得到。圖中橫坐標(biāo)為每個(gè)測(cè)段之間的段差，縱坐標(biāo)為兩臺(tái)儀器測(cè)量同一個(gè)測(cè)段得到的結(jié)果之間的差異。藍(lán)色圖標(biāo)為用先驗(yàn)格值系數(shù)進(jìn)行平差后得到的結(jié)果，線性擬合的結(jié)果可以看出，其互差與段差出現(xiàn)了明顯的線性相關(guān)特征（藍(lán)色虛線）。而如果通過(guò)格值系數(shù)的貝葉斯優(yōu)化，這這種相關(guān)性可以顯著降低。
這種優(yōu)化如何實(shí)現(xiàn)的呢？因?yàn)楝F(xiàn)代的流動(dòng)重力測(cè)網(wǎng)中，包含多個(gè)絕對(duì)重力點(diǎn)或起算基點(diǎn)，通過(guò)這些引入這些基點(diǎn)可以在測(cè)量中對(duì)標(biāo)定不準(zhǔn)確的格值系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。別看這一點(diǎn)點(diǎn)的優(yōu)化，通常在大段差地區(qū)（比如200-500mGal大小段差測(cè)網(wǎng)）可以減小幾十微伽量級(jí)的測(cè)量誤差。
因此，儀器之間互差與段差之間的線性分析，可以作為評(píng)價(jià)平差方法和數(shù)據(jù)質(zhì)量的第二個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。
一句話總結(jié)：今天討論的兩個(gè)殘差分析方法，是評(píng)價(jià)地震流動(dòng)重力數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。當(dāng)然，也可以用來(lái)選擇平差方法和判斷數(shù)據(jù)測(cè)量是否可靠。而用專門的一節(jié)課討論這個(gè)問(wèn)題就是要為后續(xù)程序的設(shè)計(jì)和使用提供基礎(chǔ)知識(shí)，其實(shí)任何數(shù)據(jù)處理方法都是越簡(jiǎn)單越好，能用簡(jiǎn)單模型解決的問(wèn)題一定不要用復(fù)雜模型，如果您的數(shù)據(jù)在用簡(jiǎn)單模型或平差方法處理后，其殘差特征沒(méi)有以上分析的兩個(gè)特征，那就說(shuō)明您選擇的平差方法是合適的，沒(méi)必要再做過(guò)多的分析和處理。
