Characterization, analysis and interpretation of gravity gradiometry data
Caractérisation, analyse et interprétation des données de gradiométrie en gravimétrie
Résumé
Gravity gradiometry was born at the beginning of the twentieth century, with Eötvös' torsion balance, first instrument allowing the measurement of some spatial derivatives of gravity. After quite a success, gravity gradiometry was however left behind in favour of gravimetry, easier and cheaper for geophysical prospecting. Meanwhile, gradiometers were still being developed. Unlike former ones, the latest instruments allow the measurement of the whole set of gravity spatial derivatives. This has led to the recent rebirth of gravity gradiometry. In particular, the data collected by the first space gradiometer, onboard the satellite GOCE (European Space Agency, 2008), will be used to compute a global gravity field model with unprecedented spatial resolution. This study is dedicated to gravity gradiometry data, from their measurement to their interpretation. In particular, the acceleration of gravity and its derivatives are related to the same potential function ; hence we can consider them as being measurements of one same quantity. We established formulae to relate them to each other and we built a method that uses this redundancy to diminish the noise in gravity gradiometry data, and, more efficiently, in simultaneous measurements of gravity. We also focused on a specific property of the gravity gradient tensor. Relating its scalar invariants to a structural index reflecting the geometrical properties of the sources originating gravity anomalies, we developed a method than can be used complementarily to the Euler deconvolution method, in order to better localize the anomalous bodies.
La mesure des dérivées spatiales du champ de pesanteur, ou gradiométrie en gravimétrie, est née au début du XXe siècle avec la balance de torsion d'Eötvös, premier gradiomètre. Utilisée avec succès pour la prospection géophysique, cette technique fut cependant délaissée pour un temps au profit de la gravimétrie, plus facile et moins coûteuse. Cependant, les développements instrumentaux en gradiométrie ont continué, et les gradiomètres actuels permettent la mesure simultanée des gradients de pesanteur dans trois directions indépendantes de l'espace. La gradiométrie en gravimétrie connaît ainsi une renaissance, et l'Agence Spatiale Européenne lancera en 2008 le satellite GOCE, avec à son bord le premier gradiomètre spatial, permettant la cartographie globale de la pesanteur avec une résolution spatiale sans précédent. Cette étude est consacrée au signal de gradiométrie en gravimétrie, de l'acquisition des données à leur interprétation. Plus spécifiquement, dérivant d'un même potentiel, l'accélération de la pesanteur et ses dérivées peuvent être considérées comme des mesures interdépendantes d'une même quantité. Nous avons élaboré une méthode permettant, en exploitant cette redondance, de réduire le bruit dans les données de gradiométrie et, plus efficacement, dans celles de gravimétrie. Nous utilisons également une propriété spécififique des gradients de pesanteur, l'existence d'invariants scalaires combinant les différents gradients, que nous relions à la géométrie des sources à l'origine des anomalies de pesanteur. Nous avons ainsi développé une méthode, complémentaire à la déconvolution d'Euler des données de gravimétrie, qui améliore la localisation de ces sources.
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