自20世纪80年代，我国陆续引进了一批LCR-G型重力仪，用于大地测量和地球物理场观测。该仪器是美国LaCoste & Romberg公司生产的零长弹簧重力仪，具有精度高、抗干扰能力强、零漂小等特点，实际观测精度达25.0 μGal，复现性达10.0 μGal。进入21世纪后，该公司被加拿大的Scintrex公司兼并，我国开始大量引入CG-5石英弹簧重力仪和少量BURRIS金属弹簧重力仪。但LCR-G型重力仪仍在地球物理场观测中广泛应用，仅中国地震局正在使用的就有15台，占全局流动重力观测相对仪器数量的近40%。该类仪器由于超负荷运转，陆续进入维修阶段，本文可对该类仪器维修后的验收工作提供较为完整的参考。

LCR-G-1150重力仪是2000年引进的，于2012年返厂维护并将供电系统升级改造为锂电，增加了电子水泡，使用更加方便。2016-04，LCR-G-1150仪器发生故障返厂维修，2017-03-06在北京通关后运回，维修后厂家工程师虽然在实验室进行了各种检验，但仪器经过开箱维修、长途运输，返回后的性能和状态均会发生改变，因此需用户在国内按新仪器的标准进行检验和标定。

2017-03-08~05-01、06-13~22对重力仪进行了一般性检验调整和零漂检验，05-08~12在北京灵山国家重力基线场进行了格值系数标定，05-15~17在首都圈测网进行了实际观测实验。基于上述测试数据和实验结果进行技术分析，以期对返修后的重力仪性能给出客观评价。

1 仪器维修前后的检验

LCR-G-1150重力仪返修前后仪器测量系统基本状态的检测结果见表 1，可以看出：

1) 厂家对重力仪机械装置进行了清洗，更换了密封圈、齿轮箱、交叉壁和上下辅助装置。经过调整后，仪器弹性系统悬挂的相对几何位置发生一定变化，这反映在重力仪工作时平衡位置的指标线(reading line)及摆杆运动时上下止动点的位置发生了变化。该仪器维修前后面板读数线变化1格，说明厂家对仪器的弹性系统和光学系统进行了一定幅度的调整。

2) 仪器测量计数器的读数返修后比返修前增大0.64 mGal，根据最近7 a仪器动态漂移特征分析，读数的增大应是仪器的零漂造成的，仪器调整造成的影响不大。

3) 仪器恒温控制点显示为56.1 ℃，间或显示56.2 ℃，与维修前基本一致，表明该仪器温度传感器和双层恒温系统没有变化。

4) 仪器的光学灵敏度、电子灵敏度经过调整完全正常，电子水泡位置经过调整和水泡位置一致。

以上情况表明，仪器基本状况正常，能够进行观测并开展进一步检验工作。

2 仪器静态和动态零漂特征 2.1 观测方式

仪器零漂的实验分为静态和动态2种观测方式进行。静态零漂的连续观测共进行了3次，2017-03-08~14在北京门头沟灵山，03-14~05-01和06-13~22在中国地震应急搜救中心办公楼地下室，持续时间分别为7 d、49 d和10 d，相邻两次读数时间间隔为1 h、12 h和数天。

动态零漂观测以2种方式进行:2017-05-10~11在北京灵山国家重力基线场作格值标定时进行；2017-05-16~17在首都圈测网作动态观测实验时进行。

2.2 数据预处理

先利用格值表将重力仪读数r换算成mGal值g_r，然后加入如下改正。

1) 潮汐改正dg_t。采用国际统一公式，潮汐因子采用本地区实测平均值进行计算。

2) 气压改正dg_a。计算公式如下：

$ {\rm{d}}{g_a} = 0.3 \times ({p_n} - {p_0}) $

(1)

式中，p_n为实测大气压值，p₀为标准大气压值，计算公式采用DIN5450标准大气公式：

$ {P_0} = 1\;013.25 \times {\left( {1 - 0.006\;5H/288.15} \right)^{5.255\;9}} $

(2)

式中，H为测点高程。

3) 重力垂直梯度改正dg_h。计算公式如下：

$ {\rm{d}}{g_h} = vh $

(3)

式中，v为测站的重力垂直梯度，h为重力仪传感中心至测站墩面的高度^[1]。

2.3 零漂结果及其分析 2.3.1 静态结果

将LCR-G-1150重力仪的静态观测结果以时间为因数作图，见图 1~10。可以看出，数天内静态漂移呈线性变化(图 1~4)，同时静态漂移率开始几天很大，随着时间的推移，静态漂移率逐渐减小(图 7~10)。单位漂移率时序图看得更加清楚，前2天达到13 μGal/h，第6天达到8 μGal/h，第56天达到1.6 μGal /h；06-13开始再次进行静态零漂实验，10 d后达到0.8 μGal/h，优于《地震重力测量规范》要求的3 μGal/h水平。静态观测分别在灵山基线场和中国地震应急搜救中心办公楼地下室进行，两处观测环境良好。灵山基线场所在宾馆建在基岩上，观测位置在一层，内设空调，温度保持在25 ℃左右；中国地震应急搜救中心办公楼地下室建在专门的仪器观测平台上，同样建在基岩上，观测期间(3~6月)温差不超过5 ℃，温度影响较小。由静态观测数据可以看出，仪器的静态漂移随着时间的推移逐步减小并趋于稳定，反映出仪器弹簧系统的稳定过程。

对03-14~05-01共49 d的静态数据进行二次多项式拟合，得到如下方程：y=-0.001 3x²+3.048x+57.788(图 5)。为了进行一致性比较，将03-14~05-01、06-13~06-22两段共计59 d的观测数据重新进行二次多项式拟合，得到如下方程：y= -0.001x²+2.763 7x+94.31(图 6)。从图 5、图 6可以看出，2条曲线的斜率相近，形态基本一致，表明该仪器静态漂移数据是可信的，并且仪器的漂移性能是稳定的。

2.3.2 动态结果

重力仪动态零漂的大小及其线性度是反映仪器观测的重复性和观测结果精度高低的重要指标。本次动态检验是在灵山国家重力基线场结合重力仪格值函数标定一并进行的。

北京灵山国家重力基线场始建于1986年，有26个相对点，最大段差值248 mGal，2012-04新建了JX01~JX04共4个绝对重力点，最大段差值238 mGal。在JX02~JX04两点间多次往返测量，两点高差677 m，段差143 mGal。

图 11~12是该仪器在首都圈测网内进行实际观测实验时丰宁和怀柔2点的动态零漂曲线。

由表 2(单位μGal)可以看出，LCR-G-1150重力仪的动态漂移在实验的第1天都偏大，第2天都减小，与静态漂移反映的状态基本一致。这表明，仪器在实验的初始阶段漂移较大，随后会逐渐变小并趋于稳定。该仪器的测网观测资料整体平差解算后的动态漂移率为-5.090±2.345 μGal，可见上述测试稳定后的结果是可信的。

3 线性格值的标定

返修后的LCR-G-1150重力仪，于2017-05在北京门头沟灵山重力基线场进行了一次项系数K值的标定。标定工作在05-10取得12个段差，05-11取得6个段差，共计18个段差数据。为提高观测精度和可靠性，剔除掉4个改正数绝对值大于0.01×10^-5ms^-2的数据，共计取得有效段差数据14个(表 3)。

经计算得出，返修后LCR-G-1150重力仪一次项系数K= 0.999 451±0.000 012, 该仪器2008~2016年在灵山基线场各年的K值见表 4所示，可见该仪器在2008~2016年K值总体变化较平稳，最大值与最小值相差0.000 225；2012年第1次维修后，K值小幅减小了0.000 156。本次维修后变化较大，如图 13所示，比返修前减小了0.001 343，变化幅度增大了一个量级。该结果证实，本次维修对仪器弹性系统进行了改变，导致仪器一次项系数的较大改变^[2-4]。

4 测网观测数据的检验

仪器维修后效果如何，最终还要落实到测网观测数据与维修前是否正常衔接。因此，选取首都圈东部测网丰宁-窟窿山、丰宁-邓栅子、怀柔-椴树岭、怀柔-密云共4个测段进行对比观测。选取以上测段主要基于2点原因：一是前2个测段的段差值在整个测网中最大，分别达到120 mGal和110 mGal，这2个测段往返观测，不仅能检验仪器的性能，还可以检验灵山基线场标定的K值是否合适；二是以上测段全部分布在山区，LCR-G-1150仪器出现故障时恰在该区工作，在该区域上的观测数据正常，能保证仪器的维修效果。

用LCR-G-1149、LCR-G-1150两台重力仪并行观测，2017-05-16~17观测中误差全部合格，平均值为3.7 μGal，优于故障发生前2015-09观测中误差的平均值4.5 μGal。返修前后4个测段段差数据对比(表 5)表明，G-1149、G-1150两台仪器变化量均为负值，G-1150变化量最大为-0.032 μGal，最小变化量为-0.016 μGal，平均值为-0.021 μGal；G-1149变化量平均值为-0.025 μGal，两台对比仪器变化量相当，表明G-1150重力仪测网观测数据完全正常^[4]。

5 结语

通过对LCR-G-1150重力仪基本性能的检验和格值标定，得出如下结论：

1) 仪器在厂家进行整体维修并更换部分零部件后，基本性能良好，能够正常工作。

2) 重力仪经过开箱维修和长途运输后，对其基本性能、静态和动态漂移以及格值参数都要进行严格的检验和标定。有条件的还要在实际测网内选取典型测段进行测量，确认仪器的实际工作能力，客观评价仪器的基本性能和维修效果。