局部地质水文特征对地表重力观测影响研究

Temporal gravity data contains abundant information of mass migration inner of the Earth, after reducing all the knowing corrections, the main single in the residual of gravity observations is caused by local Geological and hydrological models characteristics. Supplementing with absolute and relative gravity measurements, superconducting gravimeter observation is an important method to investigate the local hydrogeological characteristics. First, we will collect local geological and topographic data, then combining microtremor array survey method with drilling core to build 3D geological configuration model. At the same time, we will conduct hydrological experiment to obtain hydrological parameters. Next, we can get a local Geological and hydrological model through the geological configuration model and hydrological parameters. Combining this geological configuration model with rainfall, evaporation, and underground water level data, we can calculate the gravity change on the ground, and using the results of gravity observation to verify and improve our model, so that we can get a more accurate local hydrological gravity model. Finally, we will develop a calculation software of local hydrological gravity correction model. This study will research the effect of local Geological and hydrological model on gravity measurement, and build a Hydrological gravity correction model, which provides the reference model for the earthquake event, the crustal movement and other geophysical phenomenon. Meanwhile, it has important significance for further analysis and application of surface gravity observations.

时变重力观测中包含丰富的地球质量迁移信息，扣除潮汐、气压、极移、海潮、全球水负荷影响后，地表重力观测很大程度上受到局部地质水文特征的影响，利用超导重力，辅以绝对和相对重力观测，是研究局部地质水文特征的重要手段。我们首先收集地质和地形资料，并利用微动台阵法，结合钻井岩芯资料，推导、反演并建立九峰地区三维地质结构模型，同时通过水文实验获取该地区的水文参数。接下来，利用地质结构模型和水文参数建立局部地质水文模型，结合降雨、蒸发和地下水位数据计算地表重力变化，并利用地表实际重力观测数据对地质水文模型进行验证与优化，建立局部水文重力模型。最终研制一套局部水文重力改正软件。本项目通过研究局部地质特征对地表重力观测的影响，建立水文重力改正模型，能够为地震、地壳运动等其它地球物理现象的研究提供参考，同时对于地表重力观测资料的更深层次分析和应用也具有重要意义。

时变重力观测中包含丰富的地球质量迁移信息，地表重力观测很大程度上受到局部地质水文特征影响。利用超导重力，结合绝对和相对重力观测，是研究局部地质水文特征的重力效应的重要手段。本项目主要研究内容包括三个方面：1、通过微动台阵法，结合地质资料，反演三维地质结构模型，通过水文实验获取水文参数，建立局部地质水文模型。2、基于局部地质水文模型，结合水文、气象观测，通过达西定律和连续性方程，建立局部地质水文特征对地表重力观测影响的计算流程与方法。3、通过绝对重力测量约束，定量分析实测重力数据与仿真计算结果的差异，进行模型的验证和优化，建立精确的局部水文重力模型。.本研究提出了利用超导重力仪和地下水位观测定量分离渗流带地下水储量变化的新方法，并通过武汉国家大地观测站的实测观测数据验证了其有效性。在2008年5月到2010年4月，武汉站的渗流带地下水储量的峰-峰的变化为1580mm，其季节性变化、总储水量的变化和饱和区地下水存储量变化说明渗流带在减缓地下水储量变化方面有着明显的作用。本项目通过绝对重力观测和超导重力观测，定量计算了武汉地区地下水系统的重力效应。基于2013年-2015年超导重力数据，得到OSG-053的残差为-4μGal，iGrav-007为10μGal，其差异的原因是两地不同的蓄水环境。经计算，OSG-053处土壤水重力效应为-9μGal，而承压水效应较小；iGrav-007处土壤水重力效应较小，潜水每增加1.1m会导致4.2μGal的重力变化。结果表明，非承压水和土壤水对现场重力测量有显著影响。.本项目取得的主要成果有：1、建立九峰局部地质水文模型以及水文重力模型；2、研制一套通用局部水文重力模型仿真软件；3、在国内外高水平学术期刊上发表学术论文 8篇，其中SCI 3篇。培养了博士研究生2人，硕士研究生8人。本项目的研究成果对于水文地质调查、地下水监测与管理、水文重力的精密改正和地表重力观测的深层次分析等方面具有重要推广应用价值，能够为地震、地壳运动等其它地球物理现象的研究提供参考。