高精度重力观测技术和仪器是获取重力场及其时空变化，进而服务重力基准建设、研究地震及火山等构造活动的重要手段^[1-6]。为满足我国基准重力测量和地震重力测量的需要，中国地震局地震研究所近期引进了4台加拿大Scintrex公司生产的CG-6型重力仪，编号分别为18050090(以下简称090)、18050091(以下简称091)、18050092(以下简称092)、18050093(以下简称093)。该型重力仪是在前一代CG-5型重力仪基础上改进研发的新一代重力仪，不仅延续了CG-5重力仪自动读数和自动改正等良好的操作特性，并且在传感器性能、仪器外观、操作界面等方面进行改进^[5]，主要包括：1)对传感器进行重新设计，改进传感器性能，减少仪器长周期漂移，提高读数分辨率；2)仪器的体积和重量明显减小，高度相比CG-5减少32%(仅为21.5 cm)，提高了仪器抗风能力；仪器重量减少35%(仅为5.2 kg)，提高了仪器携带和运输的便捷性；3)进一步优化操作界面，操作按键减少至5个，使得仪器操作更为方便。

为研究、验证该型仪器的主要性能参数，中国地震局地震研究所对前述4台重力仪进行测试。本文主要基于4台重力仪的静态和动态测试数据，研究其零漂特性，从而为未来与该型仪器相关的野外测量方法、数据处理策略以及应用研究等提供参考。

1 重力观测数据与处理

为测试4台CG-6重力仪在不同状态下的零漂特性，分别进行静态和动态观测。其中静态观测于2018-06-15~07-09在噪声环境较小的中国地震局地震研究所重力实验室进行，观测时间长达24 d。各台重力仪读数时间间隔均设置为1 min，施加的改正包括固体潮汐改正、倾斜改正、温度改正。在静态观测完成后，采用整体线性拟合和按天分段拟合方法，分别计算各台仪器的整体零漂率及残差和分段零漂率及残差。

2 结果分析与讨论 2.1 静态零漂特征

图 1为4台重力仪的静态测试数据时序图。可以看出，在长达24 d的时间内，各台仪器的观测数据与时间基本呈线性相关。整体零漂率线性拟合结果分别为-7.084±0.002 μGal/h、6.854±0.009 μGal/h、-1.687±0.001 μGal/h和-1.796±0.001 μGal/h，数值量级均小于8 μGal/h，满足厂家给出的200 μGal/d的技术指标。各台仪器的零漂率数值大小和方向均不完全一样，表明每台仪器均具有独特的零漂特性。在去除线性趋势项之后，090号重力仪的残差幅度约为-60~100 μGal，变化趋势呈先增大、再减小、再增大的特征；091号重力仪的残差幅度在各台重力仪中最大，约为-600~300 μGal，变化趋势呈先增大再减小的特征；092号和093号重力仪的残差幅度较小，约在±30 μGal之间，其中092号重力仪变化趋势呈先增大、再减小、再增大的特征，093号重力仪呈先减小、再增大的特征。这表明在较长的时间内，各台仪器的零漂仍存在不同程度的非线性特征，零漂率并不稳定。

由于在野外重力测量出测前的静态测试时间一般为24 h^[7]，我们将观测数据按天进行分段，采用分段计算并去除零漂的方法，获得各台重力仪静态测试期间每天的零漂率和去除零漂后的残差结果(图 2)。首先，相比图 1，各台仪器的残差已不存在明显的长周期趋势变化，基本呈噪声特征，说明按天进行分段的方法能较好地去除仪器的零漂；在残差量级上，除个别时段外基本在±5 μGal以内，表明各台仪器在稳定状态下观测精度优于5 μGal；092号仪器在第2~9天观测时段，以及090号仪器在个别时段的残差噪声水平明显偏大，但由于重力仪在初次使用时通常需要在通电状态下静置几天才能达到稳定状态，因此推测与仪器未达到稳定状态有关。

从按天分段计算的零漂率来看，各台仪器的零漂率均存在不同程度的变化。090号和092号仪器零漂率均呈先减小再增大的特征，且都是在第6天开始转折上升；两台仪器零漂率的数值范围分别为-8~-6 μGal/h和-1.8~0.8 μGal/h。091号仪器零漂率呈持续减小特征，数值范围为-8~-6 μGal/h；093号仪器呈波动性上升特征，数值范围为-2.25~-1.5 μGal/h。各台仪器零漂率的变化趋势虽不相同，但在仅考虑零漂率数值量级(绝对值)情况下，除090和092号仪器前5 d时段外，各台仪器均呈现随时间推移零漂率绝对值逐渐减小并趋向于零值的态势，因此可推测，由于仪器处于使用初期，零漂率正逐渐趋于稳定，并最终会稳定在零值附近。结合厂家给出的200 μGal/d的技术指标，除091号仪器在前2 d观测时段外，各台仪器、各时段的零漂率均优于8 μGal/d，满足技术指标的要求。

2.2 混合零漂与动态零漂

图 3~6为各台仪器在各测点的混合零漂结果。可以看出，各台仪器去除零漂前的观测数据均与时间表现为明显的线性相关性，说明混合零漂线性程度较好。对零漂率进行拟合并在观测数据中去除零漂后，090号仪器的残差在±5 μGal以内，091号仪器在±20 μGal以内，092号和093号仪器在±10 μGal以内。

表 1(单位μGal/h)列出了各台仪器的混合零漂率计算结果。可以看出，每台仪器在不同测点的混合零漂率基本一致，最大差异均在1 μGal/h以内，这表明各台重力仪的混合零漂均比较稳定。对比表 1中混合零漂和动态零漂，两者数值也不存在明显的差异，因此结合去除混合零漂后的观测数据残差可认为，该型仪器即使在包含运动和静置的综合状态下，由单台仪器确定的重力点值精度也应在20 μGal以内。

2.3 讨论

相对重力仪零漂特性不仅对于仪器性能至关重要，而且影响重力仪的使用寿命^[8]。我国目前广泛使用的CG-5型重力仪，其零漂率一般达数十μGal/h甚至100 μGal/h以上^[9-11]。不仅影响野外观测时对数据稳定性的判别，而且导致在一些高纬度测区，随着时间的推移仪器读数存在超出量程的风险。如2009年引进的CG5-509重力仪，其每年的零漂达300 mGal/a，目前在东北地区的读数已接近9 000 mGal，因此在大约3 a后就需要将其返厂重新设定读数范围。从本文测试的4台CG-6重力仪来看，其静态零漂率、混合零漂率和动态零漂率均小于8 μGal/h，相比CG-5重力仪约小1个数量级，因此不仅有助于在野外观测中判断观测数据的稳定性，而且可显著提高仪器返厂重设读数范围的时间间隔。

从较长时间内的静态测试结果来看，各台仪器的零漂率均存在不同程度的变化，因此在对该型仪器观测数据进行内业处理时，应考虑零漂率的变化因素，采用分段计算、去除零漂的方法^[9]对观测数据进行零漂改正。此外，在野外观测中如单条测线的闭合观测时间较长，也可能会受到零漂率变化的影响导致观测数据检核超限，因此野外观测单条测线的闭合时间应尽量缩短。从测试研究的4台CG-6重力仪来看，在动态测试的3 d时间内，动态零漂、混合零漂基本一致，在进行混合零漂改正后，观测数据残差均在20 μGal以内，满足《地震重力测量规范》要求的25 μGal自差限差要求，因此，仍建议该型仪器在野外观测中的闭合时间按照《地震重力测量规范》中规定的3 d时间进行设定。当然，由于该型仪器目前仍处于使用初期，其零漂特性以及对野外观测、数据处理策略的影响仍需要通过观测数据的进一步积累进行进一步研究。

3 结语

CG-6重力仪作为取代CG-5型号的新一代重力仪，目前已逐渐开始应用于我国高精度重力测量工作。本文对最新引进的4台CG-6重力仪的零漂特性进行测试研究，主要获得以下认识和结论，可为未来与该型仪器相关的野外测量方法、数据处理策略以及应用研究等提供参考。

1) CG-6重力仪的零漂率相比前一代CG-5型号约小了1个数量级，4台重力仪的静态零漂率、混合零漂率和动态零漂率均小于8 μGal/h，满足厂家给出的技术指标。

2) 在较长时间内，CG-6重力仪零漂具有不同程度的非线性特征，因此在进行较长时间的野外观测时应尽量缩短闭合观测时间；在处理较长时间的数据时，也应采用分段计算并改正零漂的方法，而不宜将零漂率作为常数进行解算和零漂改正。

3) 在较短的时间内，4台重力仪的静态零漂和混合零漂均表现出较好的线性相关特征。对静态观测数据按天进行分段解算零漂率并进行零漂改正后，观测数据残差基本在±5 μGal以内；在考虑运动和静置的综合状态下，对观测数据进行混合零漂改正后，残差均在20 μGal以内，能够满足重力测量规范的要求。