2018, Vol. 38
2. 中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室), 武汉市洪山侧路40号, 430071;
3. 新疆维吾尔自治区地震局, 乌鲁木齐市科学二街338号, 830011;
4. 北京劳雷物理探测仪器有限公司(北京), 北京市青年路7号, 100025
陆地相对重力测量可为国家重力基本网建设、物探和地震等地壳运动监测以及相关科学提供基础资料。LCR-G、CG-5、Burris等不同类型仪器的零点漂移[1-5]和格值系数变化[6-7]等研究，可为高精度重力测量数据的获取提供科学依据。
我国近期引进了新一代相对重力仪CG-6。其由加拿大Scintrex公司生产，延续并改进了CG-5的无静电整体熔凝石英弹簧传感器。操作键由CG-5的27个减至5个，操作更为方便。表 1给出了CG-6与其他几种常用的相对重力仪参数。通过对比看出，CG-6延续了CG-5自动读数和改正项等良好的操作性，在零漂率方面虽仍与金属弹簧重力仪存在一定差距，但较CG-5有较大改善。高达8 000 mGal的测程和-45~50 ℃的工作温度，使其能够完成全球陆地范围内几乎所有环境的测量工作。体积与重量明显减小，提高了运输和携带的便捷性，使其能够更高效地完成野外测量。本文基于静态和动态观测数据的处理结果，分析2台CG-6相对重力仪的零漂等性能特征。
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表 1 CG-6及其他几种常用的相对重力仪参数 Tab. 1 Parameters of the CG-6 and some common relative gravimeters |
用于流动测量的相对重力仪的零漂率、零漂线性度和动态观测精度是衡量仪器性能的重要指标[4-5]。为检验新引进的2台CG-6相对重力仪的性能，对其进行静态和动态测试。
1.1 静态测试静态测试于2017-06-15~06-19在噪声环境较小的室内观测场地进行。将仪器置平观测72 h以上，用以测试2台CG-6相对重力仪的静态零点漂移参数。为了解新型仪器的漂移特性，静态观测时未加入漂移补偿，即原始观测数据为仅进行固体潮汐、倾斜、温度和气压等改正后转化的重力值。图 1为静态测试结果，其中图 1(a)为CG-6/018和CG-6/023在观测和改正基础上分别减去4 113 mGal和4 059 mGal的结果。可以看出，2台CG-6相对重力仪在未进行漂移补偿的情况下，绝对静态零点漂移率分别为(-7.73±0.03) μGal ·h-1和(-7.09±0.03)μGal ·h-1，扣除线性漂移项的残差标准差分别为1.55 μGal和1.75 μGal，除CG-6/023少部分结果外，其余结果均在±10 μGal范围内，说明2台仪器的静态零点漂移均表现为良好的线性。
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图 1 静态测试结果 Fig. 1 Results of the static test |
2017-06-21~06-22在庐山重力基线场对2台仪器进行动态测试。首先在庐山重力基线场3#点每隔5 min进行1次重复观测，共6次，以检验2台CG-6相对重力仪提供相近示值的能力[1]。观测时，每台仪器均设置固体潮汐、倾斜、温度和气压等改正，读数见表 2。然后，扣除其线性漂移项，计算CG-6/018和CG-6/023的重复性标准差，结果分别为1.86 μGal和1.38 μGal。
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表 2 重复性测试结果 Tab. 2 Results of the repeated test |
选择庐山重力基线场3#、9#、14#和24#点，按照文献[1]的测量方式进行2 d共4个测回的往返测量。观测时，仪器设置仅进行倾斜、温度和气压等改正，采用LGADJ软件对数据进行整体平差，获得2台重力仪的动态观测精度、格值系数、动态零漂率和混合零漂率(表 3)。由表 3可以看出，2台仪器的动态观测精度均优于10.0 μGal；格值标定相对精度均小于0.04‰；动态零漂率的绝对值小于8 μGal ·h-1，即小于厂家标称的200 μGal ·d-1，与静态零漂率差异不明显；每台仪器在各测点的混合零漂率不存在明显差异。从混合零漂率精度(表 3)和图 2(已从结果中减去单位为mGal的整数部分)可以看出，2台仪器均呈现较好的线性特征。
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表 3 动态测试统计结果 Tab. 3 Statistical results of the dynamic test |
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图 2 混合零漂结果 Fig. 2 Results of the mixed zero drift |
重力仪的零漂特性是影响观测数据质量和仪器使用寿命的重要因素[4]。以往的研究结果表明，零漂率随时空变化而随之改变[4-5, 8]，如庐山基线场测试时，CG-5(SN：509和524)零漂率大于100 μGal ·h-1[1]，而4 a后在新疆地区使用时则为(30~70) μGal ·h-1[5]。从表 4可以看出，CG-6相对重力仪的零漂率明显小于同为石英弹簧传感器的CG-5，约为金属弹簧重力仪的2~5倍，较低的零漂率可以延长仪器的使用寿命[4]。重力数据处理时，重力仪零漂改正大多采用线性模型[9]，零漂线性度较好的重力仪可以通过线性模型消除零漂对观测精度的影响；若重力仪短期零漂的拟合存在明显多次项[10]，则不能使用线性模型，而需改用多项式零漂模型。另外，静态、动态和混合零漂之间基本不存在差异。建议在使用CG-6重力仪进行测量时，可将内部自动零漂改正设置为测前静态测试结果，而无需顾及零漂影响以提高数据处理效率并分析研究。
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表 4 不同类型重力仪的零漂率对比 Tab. 4 Comparison on the zero-drift rate among different-type relative gravimeters |
静态和动态测试结果表明，新引进的2台CG-6相对重力仪观测精度较高、零漂率较低、零漂线性度较好。CG-6与同属石英弹簧传感器的CG-5是否同样具有格值系数[6-7]和长期漂移率[4-5]的时空变化，以及仪器运输时倾角较大，需在测点静置几分钟后再读数以保证较高观测精度[11]等特征，将是今后使用过程中侧重分析的问题。CG-6相对重力仪将以较强的抗干扰能力、更便捷的操作、携带更轻便等优点，在地球物理和大地测量等领域的数据采集中发挥重要作用。
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2. Key Laboratory of Earthquake Geodesy, Institute of Seismology, CEA, 40 Hongshance Road, Wuhan 430071, China;
3. Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region, 338 Second-Kexue Street, Urumqi 830011, China;
4. Laurel Geophysical Instruments Co Ltd (Beijing), 7 Qingnian Road, Beijing 100025, China