南海重力数据的空间应用与卫星测高精度的提升

南海重力数据的空间应用与卫星测高精度的提升

1南海重磁测量的研究现状1987年以前，中国的实际海上测量数据仅限于南海北部。此外，收集的国外线路研究结果仅为几万公里。南海的南部处于调查空白,南海北部覆盖程度也是非常低的,多数属于单测线调查,利用这样资料的成图精度是非常低的。1987～2007年,虽然南海采集了大量的地球物理资料,但是这些海洋实测地球物理调查成果,至今均处于单区块成果状态,没有开展南海为整体的大区域海测地球物理数据校正、拼合、整理、加工等工作,南海缺乏基于汇总的全海域海测数据为主的南海地球物理研究基础。长期以来,我国南海磁法测量的日变改正主要依赖于海南三亚的地磁台站,南海南部的绝大部分区域的日变改正使用三亚台站的数据实际上是非常不合适的,极大制约了南海磁力测量的精度,但是没有解决的办法。最近,国内开始引进海底日变站,新采集资料的精度得到了极大的改善。虽然已开展大量的日变改正探索,但是均无法改变老资料精度太低,依然无法更好利用的问题。总体而言,过去已采集的重磁资料存在资料量少覆盖面小,海底地形测量技术及精度不够,重、磁测量的定位精度、改正用的基础资料(如海底地形、日变数据)精度也不够,同时处理方法也不完善等因素,极大限制了南海的海洋测绘水平,制约重磁测量成果的应用。本文就是针对这些制约南海重磁测量精度的关键问题,在参考文献的基础上汇集、增加了近20年的我国海洋实际测量成果,对1987～2007年的南海地球物理调查成果重新处理、校正、整合,最终升华汇集形成南海地球物理图集,成图的海洋实际测量测线长达26km以上,磁力化极技术源自“十一五”国家863计划海洋技术领域正在研究的技术,方法与成果均有不尽完善之处,恭请读者鉴别指正。2法测量和磁体测量2.1实测资料及区域南海空间重力异常图的主体数据来源是我国的海洋重力实际测量,空白及资料量不足的地方用卫星测高成果填充,与前人编制的空间重力异常图主要进步在于:增加了1987～2007年度的南海重力实测资料,基本覆盖南海;实测资料测点正常重力值全部采用1985年国际正常重力公式进行正常场改正;以海洋实测的重力资料为主,全覆盖的卫星测高数据获得的高精度背景数据为辅。凡是有实测资料的区域,全部使用实测资料,空白处以及资料量不够的区域,用卫星测高获得的网格重力异常数据填充。完成的南海空间重力异常图见图1。此图汇集了截至2007年度的全部南海海洋重力调查成果,编图过程充分利用了全覆盖的卫星测高反算的重力异常背景值,剔除由于采集不当形成的错误数据,确保空间重力异常规律清晰,完全与南海的地形底图吻合。2.2南氏法的磁强测量2.2.1异常图的进步与改进主体的数据来源是我国的海洋磁力实际测量,周边空缺的部分填补为20世纪70～80年代CCOP磁异常网格数据,调查船无法到达的区域为少量航磁成果填充。与前人编制的磁力ΔT异常图主要进步在于:增加了1987～2007年度的南海磁力实测资料,基本覆盖南海;采用国际地磁学与大气物理学协会(IAGA)2005年公布的国际地磁参考场,依据测点的观测时间进行正常场改正;首次利用南海周边的国际地磁台历年公布的磁日变资料,对原未进行日变改正的磁力测量成果全部进行日变改正,反复比较,选择精度高的数据体融入整体数据中,大幅提高了整体数据精度;每一个独立数据体,均进行测线误差改正(调差);各独立数据体之间进行零线调整,所有数据处在同一个零线基准上(调平)。南海磁力ΔT异常图见图2。2.2.2全磁纬变倾角化极技术求取磁力t异常转换为磁力z异常据文献[15,16,17,18,19,20,21,22,23]可见,海洋磁力调查得到的成果为磁力ΔT异常,由于受斜磁化的影响,磁力ΔT异常本身与磁性地质体之间的对应关系复杂,采用磁力ΔT异常进行直接解释比较困难,而垂直磁化条件下的磁异常垂直分量与磁性地质体之间的对应关系就简单、密切得多。斜磁化条件下的磁力ΔT异常转换为垂直磁化条件下的磁异常垂直分量,这一过程俗称为“化极”,得到的成果称为“磁力ΔZ⊥异常”或“化极磁异常”。对海洋磁测成果进行处理解释时,一般先做化极处理,将磁性体引起的磁力ΔT异常转换为该磁性体在垂直磁化条件下产生的磁异常垂直分量,然后再进行其他处理解释,使异常解释简便易行,同时提高异常解释的准确程度。本文采用全磁纬变倾角化极技术,将磁力ΔT异常转换为磁力ΔZ⊥异常;通过对化极成果的比较与验证,认为本次南海磁力化极处理基本上是成功的。图3为南海磁力ΔZ⊥异常图。3海洋重力异常与海盆海盆山和海岛的匹配关系单一的地球物理方法,反映的是单一的物理特性,在分析认识地球的特性时存在多解性,必须采取综合地球物理方法,共同研究,这样不但可以获得客观的地质地球物理认识成果,而且可以相互验证资料的可靠性,这是非常重要的地质地球物理的工作方法。本文为了方便展示多波束测深、重力、磁力这三种地球物理方法,采用叠合方法。多波束测深仅显示主要的的水深界限,以最少的线条勾画出南海主要地形地貌,以黑色表示;南海空间重力异常取大于20×10-5m/s2部分,以绿色表示;南海磁力异常,选择南海磁力ΔZ⊥异常高取大于0nT部分,以橘红线表示。叠合构成,南海海底地形、空间重力高、磁力ΔZ⊥异常高匹配关系图见图4。从图4中可以看出,海洋的空间重力异常值与海底地形有非常好的对应关系,这是海水与海底地层之间有非常明显的密度差所致,因此,空间重力异常也可以用来研究海底地形的变化。本文选取空间重力异常大于20×10-5m/s2高异常,以及南海多波束测深的主要成果,来建立与海底正向高地的匹配关系。还可看出,所有的海岛海山这些海洋的正向高地都与南海空间重力异常高有着非常准确的匹配关系,因此,本期南海多波束测深的成果与南海重力测量成果可以互相印证。据文献研究的中央海盆海山拖网岩样资料,玳瑁海山(116°59′E、17°37′N)岩样分析为石英或橄榄拉班玄武岩,剩磁为2200×10-3A/m,平均年龄13.95×106a;珍贝海山(116°30′E、14°58′N)岩样分析为石英或橄榄拉班玄武岩,剩磁为2800×10-3A/m,平均年龄9.7×106a;中南海山为碱性玄武岩,剩磁为100×10-3A/m,平均年龄3.5×106a;海山岩石磁性参数测定其Q值达27,以剩磁、强磁性为主,盾状火山锥产出。由此认为:南海海山、海岛以拉班玄武岩为主,具有强磁性高密度的特性。据文献,南海的西南海盆在3个测站拖网获得花岗岩和沉积—变质岩样品。经显微构造分析与鉴定,这3个测站的样品分别为细粒黑云母花岗岩、石英变沉积岩和花岗闪长岩。全岩Ar-Ar和K-Ar同位素年龄测定1yDG测站细粒黑云母花岗岩年龄为109.7Ma和114.2Ma,离子探针测出其锆石年龄为120Ma,证实该花岗岩形成于早白垩世晚期,而花岗岩和变质岩的磁性相对较低。因此,南海的大多数海山、海岛具有高磁性高密度的特征,也有少数海岛海山不具备高磁性的特性。磁力测量时,由于只有垂直磁化条件下的磁异常垂直分量ΔZ⊥与磁性地质体之间具有相对简单、密切的对应关系,因此,只能选择磁力ΔZ⊥异常图开展解释与验证的研究。本文选择大于0nT的磁力ΔZ⊥异常高与多波束测深、空间重力异常高来建立相关匹配关系图,见图4。图中可见,磁力ΔZ⊥异常高与高密度的重力高匹配的海山、海岛有着非常好的匹配关系。南海磁力ΔZ⊥异常高的特点与实际拖网采样海山岩石地球物理性质测量资料表征,多数海岛海山高磁性的特点相吻合,也与南海空间重力测量资料高密度特征相吻合。说明所采用的化极技术是可行的,化极成果可以经得起相关成果的验证。磁力ΔZ⊥异常高、空间重力异常高的双高特点与多波束测深发现的南海大多数海岛海山重合,也与拖网实测的海山岩石地球物理性质吻合。因此,本期多波束测深获得的南海地形图与南海重力测量、南海磁力测量的成果相互匹配,互为印证,进一步增加了资料的可信度。这样的研究成果,为进一步南海资源、基础科学、海防等研究奠定基础。4南海多种物理的海洋测量成果南海海洋测绘需要有全局的观念,绘制南海全海域的海洋测绘图件是经略南海的必需,只有拥有了这些图件,才有能力对南海的资源、海洋地质灾害预测、海防等领域提出整体部署。南海空间重力异常图、南海磁力ΔT异常图是在前人工作基础上,校正、处理、整合、升华了自1987～2007年的南海海洋调查成果,拼合而成,是几代海洋人心血的结晶。采用“十一五”863计划海洋技术领域的重大项目的研究成果,探索了南海磁力ΔZ⊥异常的处理方法,并且获得了可信的南海磁力ΔZ⊥异常图。编制的南海重力测量图件、磁力测量图件与南海多波束测深测量的结果匹配,这三种地球物理的成果可以互为