高精度重力在城市地下空間探測(cè)研究中的應(yīng)用

徐燕君，陳 明，伍卓鶴，張軒國(guó)

(1.廣州市政府投資項(xiàng)目研究評(píng)審中心，廣東 廣州 510000；2.廣東省地質(zhì)物探工程勘察院，廣東 廣州 510000)

0 引 言

城市環(huán)境特殊，各種人為干擾如交通震動(dòng)、電磁波干擾及地面建筑物覆蓋、城市地面硬化等對(duì)傳統(tǒng)的地球物理探測(cè)帶來(lái)了困難。高精度重力測(cè)量以密度差異為探測(cè)基礎(chǔ)，無(wú)需在地面布設(shè)電纜、打孔布設(shè)電極或檢波器，無(wú)損高效，綠色環(huán)保，適合在城市進(jìn)行高密度、高精度數(shù)據(jù)采集，為城市地下空間探測(cè)和工程地質(zhì)勘察提供了重要支撐。

1∶1 000或更大比例尺的高密度、高精度重力探測(cè)是一種高新探測(cè)方法技術(shù)，由于其涉及的高精度重力儀及其測(cè)量技術(shù)、高精度三維坐標(biāo)獲取及地形改正技術(shù)、后期數(shù)據(jù)整理及異常提取技術(shù)等難度大，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不明確，且均源于中大比例尺重力測(cè)量規(guī)程(張燕等，2015),不適合城市高密度、高精度重力測(cè)量，可執(zhí)行性較差，技術(shù)盲點(diǎn)較多，實(shí)際工程應(yīng)用很少。

通過(guò)城市地下空間探測(cè)技術(shù)研究，形成一套可操作的高密度高精度重力探測(cè)技術(shù)方法流程、數(shù)據(jù)處理、成果顯示和儀器應(yīng)用技術(shù)，以期對(duì)今后深化研究有所幫助。

1 城市高密度高精度重力探測(cè)方法

1.1 儀器應(yīng)用

近年來(lái)引進(jìn)的新一代高精度重力儀(精度大于±0.001×10-5m/s2)(肖凡等，2011)不僅適用于傳統(tǒng)領(lǐng)域，還適用于城市地下空間探測(cè)，可識(shí)別微伽級(jí)異常(±0.050×10-5m/s2以內(nèi))，用于尋找地面淺表特殊地質(zhì)體如巖溶洞、地裂縫、地下地道、地下空洞、基巖面起伏等。新型井中重力儀可劃分地層，確定地層密度，圈定井旁溶洞或低密度地質(zhì)體等(曾華霖，1999)。

1.2 高精度重力測(cè)地技術(shù)

1.2.1 測(cè)地技術(shù) 作為高密度、高精度重力探測(cè)組成部分，測(cè)地精度要求非常高，傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀雖能獲得高精度數(shù)據(jù)，但實(shí)施難度大，普及率差。隨著衛(wèi)星定位及省級(jí)COSR系統(tǒng)的應(yīng)用，可利用RTK快捷獲取高精度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，為高精度重力探測(cè)提供了基礎(chǔ)。由于城市空間探測(cè)需研究0～200 m以淺的地層結(jié)構(gòu)，特殊目標(biāo)體不大，其引起的重力異常在±50微伽級(jí)以內(nèi)，中大比例尺重力測(cè)量規(guī)范中的測(cè)量技術(shù)適應(yīng)性差，要想獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，需對(duì)測(cè)地工作方法技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

測(cè)地工作采用RTK測(cè)量即可確保精度而滿足要求，但城市施工時(shí)，城市街道兩側(cè)的高樓會(huì)產(chǎn)生干擾。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)RTK測(cè)量位置距高樓30 m以內(nèi)時(shí)，高程相對(duì)誤差在±0.04 m范圍內(nèi)，超過(guò)高精度重力測(cè)量的要求。因此，距高樓30 m以內(nèi)時(shí)采用光學(xué)水準(zhǔn)測(cè)量可滿足要求，可使用RTK快捷獲得高精度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，或布置的重力測(cè)點(diǎn)距高樓30 m以外(于紅娟等，2017)。

1.2.2 重力儀底面與地面距離 重力儀讀數(shù)時(shí)用三腳架固定儀器并保持水平，儀器底面至地面在不同測(cè)量點(diǎn)高差不同，對(duì)高密度、高精度重力測(cè)量的誤差影響較大，忽視該誤差可能導(dǎo)致假異常。中大比例尺重力測(cè)量規(guī)范中沒(méi)有涉及重力儀及其固定三腳架測(cè)量時(shí)與地面高差的問(wèn)題，如常規(guī)重力測(cè)量的精度均>0.015×10-5m/s2，重力測(cè)地一般以地面或樁頭作為重力測(cè)量的起算點(diǎn)，對(duì)重力觀測(cè)精度的影響是可以接受的。但高密度、高精度重力測(cè)量時(shí)若存在65 mm的高程差，引起的重力場(chǎng)值誤差最大可達(dá)±20.1×10-8m/s2(表1)，會(huì)影響后續(xù)成果解釋。

表1 不同高程差引起的重力場(chǎng)值統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistics of gravity field values caused by different height differences

為消除不同測(cè)點(diǎn)重力儀底面與地面的高程差，通過(guò)試驗(yàn)在重力儀測(cè)量前丈量地面至儀器底面的高差并取準(zhǔn)到0.1 cm，在重力異常計(jì)算中消除這部分距離引起的場(chǎng)值，可確保每個(gè)測(cè)點(diǎn)以地面同一高程作起點(diǎn)計(jì)算場(chǎng)值，提高重力測(cè)量精度。消除三腳架測(cè)量誤差的影響，對(duì)提高高密度、高精度重力測(cè)量精度具重要意義，以往忽視該誤差導(dǎo)致高精度重力測(cè)量出現(xiàn)較多假異常，影響了高精度使用效果。

1.3 重力儀讀數(shù)影響因素

1.3.1 操作員與重力儀的距離 操作員屬活動(dòng)質(zhì)量體，讀數(shù)時(shí)與重力儀距離太近會(huì)影響讀數(shù)準(zhǔn)確性，為了解其影響程度，選擇一地基穩(wěn)定的場(chǎng)地進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果表明：操作員與儀器距離1 m時(shí)對(duì)重力儀讀數(shù)的影響較大，誤差可達(dá)0.006×10-5m/s2；距離擴(kuò)至2 m后，操作員對(duì)重力儀的影響不大。因此，在高精度重力測(cè)量時(shí)，操作員應(yīng)距儀器1 m以上，并確保不要走動(dòng)。

1.3.2 場(chǎng)地晃動(dòng)對(duì)重力儀讀數(shù)的影響 重力儀的讀數(shù)精度用儀器讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)衡量：標(biāo)準(zhǔn)差越大，代表重力儀測(cè)量場(chǎng)地晃動(dòng)越大，讀數(shù)越不可靠；標(biāo)準(zhǔn)差越小，代表重力儀測(cè)量場(chǎng)地越穩(wěn)定，讀數(shù)越可靠。

城市地區(qū)施工時(shí)由于人多、車(chē)多，場(chǎng)地晃動(dòng)大，重力測(cè)量時(shí)較難獲得高精度可靠數(shù)據(jù)。根據(jù)城市地區(qū)場(chǎng)地試驗(yàn)結(jié)果，讀數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差<0.2時(shí)，讀數(shù)可靠；標(biāo)準(zhǔn)差>0.2時(shí)，場(chǎng)地存在晃動(dòng)干擾因素，需保持場(chǎng)地穩(wěn)定方可讀取可靠數(shù)據(jù)。

1.3.3 多種干擾條件下的重力儀讀數(shù)時(shí)長(zhǎng) 為研究復(fù)雜環(huán)境中儀器讀數(shù)情況，在某汽車(chē)站附近場(chǎng)地進(jìn)行25、30、35、40、50、60 s不同采樣時(shí)長(zhǎng)的讀數(shù)試驗(yàn)。結(jié)果表明，讀數(shù)時(shí)間越短跳動(dòng)越大，讀數(shù)時(shí)間越長(zhǎng)采樣率越高、讀數(shù)越穩(wěn)、精度越高，綜合考慮，采準(zhǔn)數(shù)據(jù)最佳讀數(shù)時(shí)長(zhǎng)為60 s。

1.3.4 工作區(qū)基點(diǎn)閉合時(shí)間 由于重力存在零點(diǎn)位移現(xiàn)象，工作時(shí)間越長(zhǎng)零點(diǎn)位移改正越多，會(huì)對(duì)測(cè)點(diǎn)讀數(shù)產(chǎn)生影響。對(duì)分段閉合與總閉合進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在1個(gè)工作日內(nèi)簡(jiǎn)單縮短閉合時(shí)間并不能保證提高讀數(shù)精度，而應(yīng)增加工作日內(nèi)閉合次數(shù)。綜合分析零點(diǎn)位移特征，選擇符合儀器性能特征的短時(shí)間段進(jìn)行零點(diǎn)位移改正，減少儀器零點(diǎn)位移帶來(lái)的誤差，方可提高重力觀測(cè)精度。單段閉合時(shí)間應(yīng)不長(zhǎng)于3倍設(shè)計(jì)精度在儀器動(dòng)態(tài)曲線上的零點(diǎn)位移用時(shí)。

1.4 近區(qū)地改與中間層改正

1.4.1 近區(qū)地改 地改模型有人工目估地改、儀器測(cè)量地改和網(wǎng)格高程節(jié)點(diǎn)地改(孫文珂等，2017)，如在某場(chǎng)地利用目估與測(cè)距儀相結(jié)合進(jìn)行了人工地改，通過(guò)實(shí)際GPS測(cè)地高程數(shù)據(jù)DEM(工作區(qū)外擴(kuò)20 m)生成節(jié)點(diǎn)1 m×1 m網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)地改，結(jié)果二者差別明顯，人工結(jié)合儀器地改有9.7%的測(cè)點(diǎn)超設(shè)計(jì)誤差，1 m×1 m、2 m×2 m網(wǎng)格高程節(jié)點(diǎn)地改未出現(xiàn)超差。

因此，當(dāng)探測(cè)淺層地質(zhì)目標(biāo)且工作場(chǎng)地不大時(shí)，應(yīng)測(cè)定大比例尺地形圖，以工作區(qū)外擴(kuò)20 m作為地改區(qū)，采用1 m×1 m或2 m×2 m的網(wǎng)格高程點(diǎn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行近區(qū)地改；當(dāng)探測(cè)更深地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，外擴(kuò)200 m測(cè)定大比例尺地形圖，按2 m×2 m或5 m×5 m網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)作為20～200 m地改區(qū)。

一般情況下，測(cè)量區(qū)不大的中遠(yuǎn)區(qū)地改值對(duì)各測(cè)點(diǎn)的影響值基本一樣，可作為背景場(chǎng)值，對(duì)結(jié)果影響較小。地改半徑具體要求按設(shè)計(jì)精度參考大比例尺重力勘查規(guī)范進(jìn)行。

1.4.2 中間層改正密度取值方法 重力異常值計(jì)算需進(jìn)行中間層改正，采用不同中間層密度的計(jì)算結(jié)果不同。一般采用研究區(qū)中間層密度平均值，即研究層的平均密度。實(shí)際工作中，一般在現(xiàn)場(chǎng)采集密度標(biāo)本求取平均值：若存在水泥路面則按水泥混凝土的密度參與計(jì)算平均密度；若各物性層層厚差別大，宜用密度與層厚計(jì)算物性層加權(quán)平均密度。

另一種方法是通過(guò)實(shí)測(cè)重力剖面，利用不同密度值計(jì)算重力場(chǎng)分析求取。某剖面的地表為素填土及第四系殘積層(圖1)，素填土密度為1.75 t/m3，第四系殘積層密度為1.84 t/m3，平均密度為1.80 t/m3，有2 m高差的陡坎，通過(guò)系列中間層取值計(jì)算對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)密度為1.80 t/m3時(shí)所得重力異常值與高程無(wú)關(guān)，為最佳改正結(jié)果(劉代芹等，2012)。

圖1 某重力剖面不同密度中間層改正計(jì)算重力異常值與高程對(duì)比圖(1.60～2.67 t/m3為計(jì)算各剖面重力異常值中間層密度)Fig. 1 Comparison of gravity anomaly values and elevations calculated by correction of middle layer with different density values in a gravity profile(1.60～2.67 t/m3 is the middle layer density range in calculating gravity anomaly values)

1.5 重力異常值與起算高程

為考察不同起算高程對(duì)重力異常值的影響，對(duì)某剖面進(jìn)行0、5、10、15、20、25、30、35.16 m 8個(gè)起算高程的重力異常值計(jì)算，發(fā)現(xiàn)重力異常值與重力起算高程無(wú)關(guān)(圖2)，所以相同測(cè)點(diǎn)重力場(chǎng)值不同，其相對(duì)變化異常的大小不受起算面的影響。

圖2 不同起算高程重力異常剖面圖Fig.2 Profile of gravity anomalies at different starting elevations

1.6 數(shù)據(jù)處理

1.6.1 重力異常分離 城市空間探測(cè)需查找淺而小的特殊地質(zhì)體以解決工程地質(zhì)問(wèn)題。例如，基巖面以下的巖溶溶洞引起的重力異常幅值通常在幾十微伽級(jí)，為分離巖溶溶洞的局部異常與背景異常，最好參照通過(guò)已有鉆孔控制剖面進(jìn)行正演獲得的模型，或采用先驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)了解場(chǎng)地巖溶溶洞規(guī)模再進(jìn)行場(chǎng)分離。某剖面的重力異常呈左高右低、變化較大的特征(圖3)，主要反映該處基巖面為斜坡面，采用多項(xiàng)式進(jìn)行場(chǎng)分離效果明顯。剩余重力異常提取需結(jié)合實(shí)際情況，采用多項(xiàng)式、趨勢(shì)面或不同頻譜等非線性方法進(jìn)行剩余重力異常分離。

圖3 某場(chǎng)地10線剖面多項(xiàng)式提取剩余重力異常圖Fig.3 Map showing polynomial extraction of residual gravity anomaly from Line 10 in a site

面積性工作區(qū)剩余重力異常的提取不只考慮數(shù)據(jù)本身的特征，還要考慮背景場(chǎng)、異常體規(guī)模及深度等多因素。例如，在某灰?guī)r地區(qū)(圖4)探測(cè)隧道，通過(guò)趨勢(shì)分析在隧道處提取的剩余重力負(fù)異常與隧洞十分吻合。圖4b、c分別為三階趨勢(shì)分析的剩余重力異常圖及區(qū)域重力異常圖。

圖4 趨勢(shì)面法提取剩余重力異常示意圖(a)某汽車(chē)客運(yùn)站地下人行隧道重力異常圖；(b)剩余重力異常圖；(c)區(qū)域重力異常圖Fig. 4 Schematic diagram of residual gravity anomaly extracted by trend surface method(a)Map showing the gravity anomaly of an underground pedestrian tunnel,near a bus terminal;(b)Map showing the residual gravity anomaly;(c)Map showing the regional gravity anomaly

1.6.2 層狀密度界面反演 (1)線性回歸法確定單密度界面。這是密度分界面近似計(jì)算的一種方法，屬于定量解釋的統(tǒng)計(jì)方法。

h=a+b·Δg

(1)

式(1)中：h為界面深度，Δg為界面起伏引起的重力異常，a、b為2個(gè)待求系數(shù)。基于該二元公式，工作區(qū)最少應(yīng)有2個(gè)已知深度值，待求系數(shù)方有解，若已知深度較多，可用最小二乘法原理計(jì)算a、b值。

擬反演的界面為工作區(qū)主要密度界面，上下密度差較大，橫向密度均勻性一般，上下兩層有可能從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中用數(shù)據(jù)處理的方法分離出所需重力異常。常用于高精度探測(cè)第四系與基巖分界面的計(jì)算。

對(duì)于尋找基巖起伏還可以采用單界面深度計(jì)算的Parker法。

(2)多界面多參數(shù)迭代擬合法。RGIS重磁電數(shù)據(jù)處理軟件提供了三維多參數(shù)擬合的計(jì)算模塊，在分離出目標(biāo)重力異常后，根據(jù)合適的界面密度差、界面平均深度、迭代次數(shù)、濾波因子幾個(gè)參數(shù)，求取最佳界面深度。基巖面重力異?？赏ㄟ^(guò)異常分離求取，當(dāng)?shù)乇淼谒南祷蛩蠡鶐r面有鉆孔控制，可采用正演計(jì)算基巖面以上地層的重力異常，然后用實(shí)測(cè)重力異常與其相減，所得目標(biāo)重力異常會(huì)更可靠。

(3)人工交互反演界面?？赏ㄟ^(guò)對(duì)目標(biāo)地質(zhì)體進(jìn)行重力異常提取后再進(jìn)行二維、三維人工交互反演獲得，特別是二維人工交互反演。國(guó)產(chǎn)RGIS及MAGS等軟件均比較成熟，RGIS軟件的三維人工交互反演可操作性也相當(dāng)強(qiáng)。

不同的工作條件使用的界面反演方法不同，在現(xiàn)實(shí)條件許可時(shí)，具有詳細(xì)物性條件及鉆孔控制條件的人工交互反演界面為最優(yōu)反演界面方法。

1.6.3 重力剖面反演法 為準(zhǔn)確提取局部目標(biāo)體異常信息，可利用重力異常的傾斜角、θ圖邊界識(shí)別、歸一化標(biāo)準(zhǔn)差邊界、物性反演法、歸一化水平總梯度法、匹配濾波法、人機(jī)交互反演法等綜合處理方法，確定局部目標(biāo)體埋深及規(guī)模(伍卓鶴等，2015)。

根據(jù)剖面試驗(yàn)成果，物性反演法、歸一化水平總梯度法能圈定目標(biāo)體。

(1)自動(dòng)物性剖面反演成像模型。利用3個(gè)不同埋深的低密度體模型正演出重力異常曲線，對(duì)應(yīng)的3處低密度體重力異常呈明顯重力低值(圖5)。根據(jù)重力異常剖面曲線進(jìn)行自動(dòng)物性反演，斷面(圖5b)顯示低密度區(qū)及重力低處與低密度體位置對(duì)應(yīng)，說(shuō)明可利用物性反演功能求取目標(biāo)體，如灰?guī)r中溶蝕溶洞、地裂縫、地下地道、地下空洞等。

圖5 重力剖面自動(dòng)物性反演剖面模型(a)重力異常曲線;(b)重力異常物性反演斷面圖Fig. 5 Profile model of automatic physical property inversion of the gravity profile(a)Map showing the gravity anomaly curve;(b)Inversion section of physical properties of gravity anomalies

(2)重力歸一化水平總梯度法處理剖面成像模型。利用3個(gè)不同埋深的低密度體模型正演出重力異常曲線，對(duì)應(yīng)的3處低密度體重力異常呈明顯重力低值(圖6)。利用該方法進(jìn)行反演，其歸一化水平總梯度顯示局部高值對(duì)應(yīng)于目標(biāo)體頂界埋深及其投影范圍(孫文珂等，2001)，可有效確定低密度體投影范圍及其頂界埋深。若以3個(gè)不同模型體頂界面作為地層界面，也可用于不同密度界面的劃分。

圖6 歸一化水平總梯度法圈定低密度體模型圖(a)重力異常曲線;(b)重力異常水平總梯度模型斷面圖Fig. 6 Low density volume model delineation by normalized horizontal total gradient method(a)Map showing the gravity anomaly curve;(b)Sectional view of horizontal total gradient model of gravity anomalies

2 城市探測(cè)應(yīng)用實(shí)例

2.1 某建筑場(chǎng)地高精度重力探測(cè)

在某建筑場(chǎng)地開(kāi)展高精度重力測(cè)量工作，測(cè)網(wǎng)線距為10 m，點(diǎn)距為3 m，布格重力總精度達(dá)±0.014×10-5m/s2。

如圖7所示，一階趨勢(shì)向右降低(圖7a)不反映基巖面的起伏情況，只說(shuō)明右側(cè)基巖密度低于左側(cè)，即右側(cè)巖溶較為發(fā)育。通過(guò)一階趨勢(shì)分析分離出的剩余重力異常在-145、-110 m處呈現(xiàn)較大的低值異常，根據(jù)2.5D反演的巖溶溶洞空間位置(圖7b)，并與20—20′線工程地質(zhì)剖面(圖7c)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)鉆孔ZK80與重力剖面在-145 m推斷的溶洞十分吻合，只是形態(tài)略有差別；鉆孔ZK89與推斷的溶洞也有很好的對(duì)應(yīng)性。重力測(cè)量發(fā)現(xiàn)在-115 m處存在較大重力低異常，根據(jù)2.5D反演結(jié)果認(rèn)為，該異常為右側(cè)深部基巖存在未被揭露的巖溶溶洞的反映。

圖7 某工地20—20′線工程地質(zhì)剖面綜合解釋圖(a)重力異常曲線圖；(b)重力2.5D反演斷面圖；(c)工程地質(zhì)剖面圖1-第四紀(jì)填土，密度為1.70 t/m3；2-第四紀(jì)殘積層黏土，密度為1.90 t/m3；3-石炭紀(jì)灰?guī)r及密度值，密度分別為2.70、2.67 t/m3；4-工程驗(yàn)證溶洞(充土)，密度為1.80 t/m3；5-重力推測(cè)溶洞(充土)，密度為1.80 t/m3；6-實(shí)測(cè)布格重力異常曲線/擬合重力異常曲線；7-區(qū)域重力異常曲線/剩余重力異常曲線；8-地形線；9-地層界線；10-鉆孔位置、編號(hào)及標(biāo)高Fig. 7 Comprehensive interpretation of Ling 20-20′engineering geological section of a construction site(a)Map showing the gravity anomaly curves;(b)Gravity 2.5D inversion section;(c)Engineering geological section

為確定某建筑場(chǎng)地基巖起伏狀況，將每條測(cè)線的重力2.5D正反演基巖面結(jié)果與重力異常值進(jìn)行最小二乘法擬合。重力反演基巖面與后期鉆孔揭露的基巖面相近(表2)，重力反演與85個(gè)驗(yàn)證孔揭露的基巖面之差<1 m的占42.4%，在1～2 m之間的占21.2%，在2～3 m之間的占16.5%，在3～4 m之間的占10.6%，驗(yàn)證差>4 m的占9.4%，與鉆孔揭露情況大體一致(表2)。因此，可以通過(guò)少數(shù)控制鉆孔，利用重力資料進(jìn)行分層或確定基巖面起伏情況，為后續(xù)工程提供依據(jù)。

表2 某建筑場(chǎng)地重力反演與驗(yàn)證孔基巖面對(duì)比Table 2 Comparison of gravity inversion and bedrock face of verified holes of a building site

2.2 自動(dòng)物性及歸一化總梯度模型反演綜合應(yīng)用

在某灰?guī)r場(chǎng)地中尋找溶洞，該場(chǎng)地位于市中心，受交通和工業(yè)電磁場(chǎng)干擾較大，因此必需開(kāi)展高精度重力測(cè)量工作。共施工L1—L6測(cè)線6條，每條長(zhǎng)180 m，點(diǎn)距3 m。圖8為L(zhǎng)1測(cè)線成果，根據(jù)剩余重力異常曲線呈現(xiàn)的低值異常(圖8a)，結(jié)合物性反演出的低密度區(qū)(圖8b)和歸一化總梯度法反映的偏正異常區(qū)(圖8c)圈定溶洞特征的原則，推斷出4處巖溶，同理在工作區(qū)推斷巖溶溶洞29處。根據(jù)場(chǎng)地重力測(cè)量成果設(shè)計(jì)鉆孔5個(gè)，經(jīng)驗(yàn)證，4個(gè)鉆孔與推斷吻合，準(zhǔn)確率達(dá)80%。

圖8 廣州某灰?guī)r場(chǎng)地L1測(cè)線綜合剖面圖(a)重力異常曲線圖；(b)重力剖面密度差斷面圖；(c)重力異常歸一化總梯度模型斷面圖Fig. 8 Comprehensive profile of survey line No. L1 of a limestone site in Guangzhou(a)Map showing the gravity anomaly curve;(b)Density difference section of a gravity profile;(c)Sectional view of normalized total gradient model of gravity anomalies

3 結(jié) 論

為城市地區(qū)復(fù)雜環(huán)境中探測(cè)地質(zhì)特征及淺層小目標(biāo)體提供了一套高密度、高精度重力探測(cè)方法技術(shù)，取得下列成果。

(1)利用CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)可快速獲取高精度三維坐標(biāo)，首次提出消除重力儀底盤(pán)以下三腳架高度變化的影響，為城市地區(qū)高精度重力測(cè)地提供了一套技術(shù)方法。

(2)可從儀器讀數(shù)時(shí)長(zhǎng)、與操作員距離、基點(diǎn)閉合時(shí)間等角度提高了重力儀讀數(shù)精度。

(3)在城市地區(qū)小面積工作區(qū)利用RTK實(shí)測(cè)高程數(shù)據(jù)DEM(工區(qū)外擴(kuò)20 m)生成1 m×1 m網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)地改，提高了近區(qū)地改精度。

(4)中間層改正密度采用工作場(chǎng)地內(nèi)中間層密度平均值或通過(guò)實(shí)測(cè)重力剖面計(jì)算中間層改正值，起算高程對(duì)重力異常計(jì)算無(wú)影響。

(5)為突顯城市地區(qū)淺層小目標(biāo)體，可利用已有鉆孔控制剖面進(jìn)行正演獲得模型進(jìn)行場(chǎng)分離，或采用多項(xiàng)式、趨勢(shì)面、不同頻譜等非線性方法進(jìn)行場(chǎng)值分離。

(6)單密度界面反演可利用線性回歸法確定，多密度界面采用多參數(shù)迭代擬合法或人工交互反演法，人工交互反演法、自動(dòng)物性反演及重力歸一化水平總梯度法反演成像能有效提取淺而小的目標(biāo)體。