国家重力基本网是重力测量工作的基础设施，也是国家测绘基准体系的重要组成部分，为大地水准面的精化和重力场模型建立等方面的研究提供精确的地面重力场参数，并长期服务于我国测绘、资源勘探、地震预报、空间技术和国防建设等领域(陈俊勇等，2007；张宏伟等，2011；刘冬至等，2002；周传公等，2017).2000国家重力基本网(2000网)是在1985国家重力基本网(85网)的基础上重建而成，公布至今已超过15年；随着国民经济的高速发展，以及公路扩建、自然灾害等，原有重力基点网及格值标定场已遭不同程度的损坏，其覆盖率与精度已不能满足目前的工作需求.因此，开展各省市自治区重力基点网和相对重力仪格值标定场的重建与测定工作迫在眉睫且十分必要.

绝对重力测量是我国新一代重力基点网建设的主要技术力量(邢乐林等，2016；韩宇飞等，2017)，通过FG5高精度绝对重力仪观测的不断积累，我国目前重力基点网的精度相比之前提高了一个数量级，并极大改善了目前重力基点观测的空间分布.目前所执行开展的例如国家重力基准台与中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)绝对重力观测项目中，主要以FG5在环境相对稳定的场地(室内、稳定观测台及温度控制配套措施等)进行，其目的是保证高精度观测的稳定性与准确性，但也存在台站建设成本较高以及全国范围内覆盖不足等问题.近年来，绝对重力测量仪器正向小型轻便、可移动、高效率和高精度的方向发展.因此，Micro-g LaCoste公司开发了一种可在户外环境下使用的、快速采集数据以及可携带式的自由落体式A10绝对重力仪.该重力仪具有便捷式和现场易测等优点(Schmerge and Francis, 2006；王林松等，2012a)，并在国内外已有诸多应用(王林松等，2012b；Sękowski et al., 2012；何志堂等，2017；Ayhan et al., 2015).截止目前，国内引进A10绝对重力仪近十余台，涉及例如教育部高校、中国地震局、联合参谋部战场环境保障局、中国科学院、国家测绘地理信息局等多个部门，表明该类型仪器在观测精度与可操作性上已获得国内外同行的认可.同时，国际上对国家重力网的建立基本呈现出由FG5联合A10进行测定的趋势，例如重力基准网(室内)采用FG5，而基本点及二级引点(室外)使用A10，两者联合观测将具有高精度、高覆盖与高效率等优势.2008年开始，欧洲已着手利用A10对其国家现代重力网进行测定，目前已覆盖例如芬兰、瑞典、挪威、丹麦和波兰等国家的室外观测点超过300个(Dykowski et al., 2018).利用A10能够解决早期局限于室内较为稳定观测环境的限制，尤其是快速且稳定地完成室外条件下的重力测量，有助于后期重力基本网在全国范围内的补充与扩展.在国内外各类绝对重力比对工作中，在相同室内观测环境下A10与FG5显示出较高的一致性(Jiang et al., 2012；Francis et al., 2013；何志堂等，2014；李建国等，2014)，而室外条件下的重力短基线观测结果也表明(王林松等，2012a)A10观测精度优于10 μGal(1 μGal=1×10^-8 m·s^-2).因此，不同机构通过长期室内、室外试验与实际应用，展现出A10的性能完全能够适应新一代重力基点网建设的技术要求.

广西壮族自治区作为重力基本网的一部分，2000网覆盖广西地区的基本点与引点相对较少，随着国家和自治区“十三五”规划的部署，广西将在重要成矿带开展1:5万~1:1万中大比例尺高精度重力测量.自2016年起，广西壮族自治区地球物理勘察院承担了广西国土资源厅下达的广西重力基点网及格值标定场重建的任务，并委托中国地质大学(武汉)A10-22绝对重力仪于2017年12月完成了全部设计点位的绝对重力与同点垂直重力梯度测定工作.全区覆盖点位共52个，其中含两个相对重力仪格值标定场(共10个点位)，所有观测点均为室外环境.基于此，本文结合广西重力基点网和重力仪格值标定场的测定结果与实际环境情况，详细阐述利用A10绝对重力仪在室外环境下的观测结果、精度以及环境因素分析等；整个观测实施期间涵盖了计量参数标定、国际对比、同点检查与新旧基点验证等措施，确保了广西重力基点网及格值标定场绝对重力测量的精确性，测定结果能够为广西今后的重力测量、大地水准测量以及地球动力学的研究提供一份高精度的重力基础资料；同时，基于室外条件下的A10观测必然存在因仪器本身与环境等因素的综合影响，本文总结的观测参数设计、基点环境影响以及仪器性能分析等，能够为利用该类型仪器完成室外条件下的绝对重力测量工作提供重要的技术参考，有助于填补今后我国地质调查、地震、测绘等各部门的需求与类似相关工作的深入展开.

广西重力基点网及标定场均匀分布于全区，点位位于县城或乡镇，交通位置方便、利于长期保存且空间分布合理，在重要的成矿区带及经济开发区适当加密.具体埋设实施中考虑了地基稳定和附近无震动源的地方(如周边没有高大树木、远离河流和排水区域等)，尽可能地避免了人类活动而引起的噪音(例如：汽车或火车等交通工具的干扰)，同时避开崖壁、陡坎等特殊地貌.两个重力格值标定场包括新增猫儿山格值标定场，以及重建以2000网为基础的大明山格值标定场.此外，考虑仪器运输、安装及观测连续与安全，测点还考虑了方便停车等安全措施.根据《国家重力控制测量规范》的要求(郭春喜等，2006)，基墩基石均由水泥建模浇筑而成，并设有永久性的固定标志.根据观测技术要求、测区气候、交通等具体情况，实时修订和完善路线规划设计，全区测点分布及观测实施概况如图 1.整个实施周期利用一个月分别完成了柳州、桂林、百色、南宁等地共计42个重力基点，以及两个格值标定场共10个重力标定基点的绝对重力与垂直重力梯度测量工作.

图 1

Fig. 1

图 1 广西重力基点网点位分布与观测实施概况 Fig. 1 The overview of distribution and observation in Guangxi gravity base network

A10绝对重力仪仪器性能的标定，是开展高精度重力测量工作的必要条件.目前国内外检验绝对重力仪观测精度、稳定性及系统偏差的方法主要有两种，一是定期对其主要核心部件激光和铷钟进行标定，进而更新这些直接影响测量准确性的计量参数，尤其对于A10而言，定期的激光频率标定则显得十分重要；二是不同型号绝对重力仪之间定期进行一致性比对，例如四年一届的国际绝对重力仪比对，以及国内行业内不定期开展的比对工作等.截止目前，A10-022绝对重力仪前后对铷钟与激光进行了五次标定(图 2)，除前几次返厂维修期间厂家给出的标定结果外，后两次均在中国计量科学研究院(国家最高计量机构)进行了标定，结果显示A10-022激光铷钟性能稳定，铷钟的变化在五次标定中相对较小，对重力观测结果影响微弱.激光变化波动较大且无明显的规律，前两次校准中红蓝模式激光频率存在振幅相同、方向相反的漂移，导致最终的测量结果(即绝对重力值)没有发生变化，这与A10-008绝对重力仪历史变化相同(Schmerge and Francis, 2006)，后两次标定中，红蓝激光的中心频率有向上漂移的趋势，由此可导致重力结果最大存在高达10.54 μGal的差异，由此说明对于A10类型仪器开展每年定期的激光标定的重要性.

图 2

Fig. 2

图 2 A10-022激光(a)与铷钟(b)的历年标定结果 Fig. 2 The calibration results of ML-1 laser (a) and atomic clock (b) of A10-022

2017年10月29日—11月3日期间，A10-022绝对重力仪在北京参加了第十届全球绝对重力仪国际比对(2017 International Comparison of Absolute Gravimeters, ICAG-2017)，共测量了绝对重力比对场内的2号、5号、7号与8号四个点位，并于比对期间进行了激光与铷原子钟的校准工作.通过A10-022在ICAG-2017中四个基点与更高精度(1~2 μGal)的FG5比对，能够对A10-022的精准度、稳定性及可靠性进行评估.需说明的是，由于ICAG-2017的最终比对结果尚未公布，本文仅根据主办方给出的多台仪器观测平均值作为参考，图 3结果表明A10-022与FG5绝对重力仪的测量均值最大相差未超过8 μGal，其中最大偏差的5号点位主要由于目前收集到的比对结果较少且仪器之间互差相对较大，而其他3个点位A10-022与FG5系列绝对重力仪的互差均不超过5 μGal，本文国际对比的初步结果一定程度上保证了A10-022仪器的测量稳定性与准确性.

图 3

Fig. 3

图 3 A10-022在ICAG-2017中四个观测点位上的比对结果 Fig. 3 Degrees of equivalence for the absolute gravimeters participating at four sites in the ICAG-2017

同点重复观测不仅可以反映仪器工作的稳定性，也可根据积累数据研究因地球内部物质迁移、地壳变形等引起重力场随时间的变化.A10-022绝对重力仪自使用以来，室内进行了同点多次重复观测，结果如图 4.除期间仪器返厂维护以及寒暑假外，近三年主要以月间隔，每次观测8组，每组50次下落的设置进行测试验证工作.A10-022近八年的重复观测结果显示出仪器较为稳定，平均值~704 μGal(结果去掉了前六位相同的参考值)，这与不同时间段的平均值互差在5 μGal以内(2010—2011平均值：704；2012—2014平均值：702；2015—2017平均值：707).需强调的是，在局部单点长期观测结果主要反映了周边陆地(地表和地下)水储量变化，由此导致的武汉地区局部地表重力变化一般在10 μGal左右(周江存等，2009).由于本文主要关注仪器长期稳定性能，对于反局部重力场变化及其成因等问题这里不做过多讨论.在后期工作中，本文建议利用卫星重力、水文模型及周边地下水资料对水文效应导致的重力变化进行模拟，并与仪器测量结果对比分析，从而能够更加准确地描述仪器长期稳定性能.

图 4

Fig. 4

图 4 A10-022室内同点长期重复性 g-gref表示绝对重力值.g去掉了前六位相同的参考值gref，下同. Fig. 4 Indoor long-term repeatability of A10-022 g-gref represents the absolute gravity value. g after removed the reference value gref, the same below.

除计量参数的直接影响，室外测量过程中合理的采集参数设置对于重力基准的快速测定也尤为重要.此外，仪器磨损寿命、观测效率和特殊环境等都是需要综合考虑的因素.因此，有必要通过合理的采集参数试验高效的测定绝对重力值.基于A10-022前期积累的各类环境下的观测资料，本文逐步完善了针对A10绝对重力仪的测量方法技术.针对此次广西室外观测环境特征，在测量初期于柳州都乐公园G01号基点进行了三组不同采集参数的试验观测(Test 1—Test 3)，以及末期同点的重复观测Test 4，如表 1.结果表明不同采集参数最大可引起3.9 μGal的差异，但远低于A10绝对重力仪标称10 μGal的不确定度.与此同时，试验测量精度显示出较多观测组数受到综合因素影响的时间较长，造成出现较大误差的概率增大；而对于单次试验组内的组数而言，采用8组、10组及14组观测结果的互差均未超过1 μGal，说明较短时间内一定组数及下落次数即能满足10 μGal的精度要求.考虑野外观测条件(降雨、温度及环境噪音等因素，观测现场如图 5a)，观测时间应在较短时间内完成，以避免外界因素的持续干扰(王林松等，2012b).因此，本文认为在室外条件下A10采用10组，观测时间1个小时左右即可较好地完成项目测量要求，并选取Test1的采集参数作为整个全区重力网基点的设置标准.

图 5

Fig. 5

图 5 室外条件下绝对重力A10(a)与垂直梯度CG-5(b)观测现场 Fig. 5 A10 absolute gravity (a) and CG-5 vertical gradient (b) observation in outdoor conditions

表 1 Table 1

表 1 桂G01号点采集参数试验结果 Table 1 Test results between different acquisition parameters in G01 试验Test 测量时长(min) 下落时间(s) 单组下落次数 4组测量(μGal) 8组测量(μGal) 10组测量(μGal) 14组测量(μGal) 1 60 2 100 ~735.15 ~734.78 ~734.71 2 24 2 50 ~736.12 ~736.16 3 84 6 50 ~741.53 ~740.94 ~739.24 ~738.61 4 60 2 100 ~737.07 ~736.91 ~736.26 ~：由于绝对重力的高度保密性，省略了绝对重力值的前六位数，下同.

表 1 桂G01号点采集参数试验结果 Table 1 Test results between different acquisition parameters in G01

绝对重力高度转换所需的重力垂直梯度观测采用CG-5相对重力仪，该仪器使用广泛并且精度满足测量要求.目前最有效的方法是利用相对重力仪在地面和架设高度之间进行往返测量，获得地面和架设高度处的重力段差，从而获得该高度段的重力垂直梯度.此次重力垂直梯度观测平台使用中国计量科学研究院研制的钢制组合台蹲式三脚架，考虑A10落体室参考高度约为71 cm，采用的两段固定高度分别为15 cm、60 cm的三脚架即可达到对应高度段的重力垂直梯度测量，例如：测量方式为下方15 cm的矮三脚架不动，替换60 cm高的三脚架(架设现场如图 5b).此外，在桂G08号点以及桂G05号点进行了不同高度三脚架的试验，对比结果显示两种不同高度段(0~60 cm与15~75 cm)垂直梯度互差小于0.02 μGal/cm.因此，对于全区所有基点，重力垂直梯度采用15~75 cm观测高度多次上下往返观测，获得至少5个独立段差.由于本次采用的是底座固定不动的固定高度三脚架，不存在仪器高度校正误差.因此，段差中误差即反应了为重力垂直梯度的测量精度，其中整个基点网梯度测量段差中误差最大值为2.48 μGal，满足规范给出的中误差不超过3 μGal的要求(郭春喜等，2006).

绝对重力观测数据处理主要包括固体潮校正(包含海潮负荷校正)、气压校正、极移校正、光速有限校正，总体称为内部校正.最后对观测值进行仪器高度转换，获得测点墩面高度处的重力值.在后期处理时，输入参数包括：测点坐标(经、纬度和高程)、观测时的GMT时间、极移参数(可通过Earth Orientation Center官方网站http://hpiers.obspm.fr/eop-pc/查询)以及实测气压值，其中实测气压值采用仪器自身记录的实时气压值.此外，光速有限校正采用厂家标定的数值.

A10绝对重力测量采用红蓝两种模式分组交替进行，先对各组观测数据进行统计，得到各组观测数据的中误差.由于测量过程中难免会出现复杂的微震以及周边人员走动等随机性影响因素，采集软件在对观测数据进行整理时，会自动剔除观测数据与组内平均值之差大于3倍中误差的数据.观测精度计算具体步骤如下：

首先，计算单组观测数据中误差

(1)

其中m_k为第k组观测数中误差，g_kⁱ为该点上第k组第i个观测值，n为该组合格数据数量，g_k为第k组数据平均值.

其次，计算多组间观测值中误差

(2)

式中m_Rset和m_Bset分别为红、蓝单一模式的中误差.根据公式(2)获得的红蓝模式中误差得到测点总中误差或组间离散度：

(3)

并获得测点最终观测精度(N为两种激光观测总对数)：

(4)

对于整个重力基点网，总精度为

(5)

其中m为重力基点网重力基点总个数，m^j_set为第j个重力基点的观测中误差.

经数据处理与校正后，全区42个基点及两个标定场绝对重力与重力垂直梯度的测量结果及误差统计如表 2，整个基点网绝对重力值测量总精度为5.2 μGal(公式(5)计算获得)，绝对重力点观测精度主要分布范围在0.4~0.8 μGal之间(公式(4)计算获得)，其中A10组间离散度较大的基点主要由于受到了观测期间的环境影响，例如天气、人类活动及海洋噪声等外界因素(表 2中的环境备注).与所有测量仪器一样，A10具有相应的系统不确定度.系统不确定度是依据仪器各测量单元及校正项的误差源评估得到.误差源由四部分组成，即：计算模型、系统单元与模式、环境噪声和安装调试.系统不确定度一般没有固定的测试方法，通常是根据长期观测结果以及不同仪器的相互比对和操作经验给出推荐值.仪器制造商给定的FG5绝对重力仪系统不确定度为±2 μGal，A10系统不确定度为±10 μGal.若考虑系统不确定度，A10测量结果的总不确定度都将高于10 μGal.而从国内外观测比对结果来看，A10与FG5观测结果差异均在5 μGal以内(Jiang et al., 2012；何志堂等，2014)；Schmerge等(2006)在美国丹佛的国家观测站通过长期观测比对，认为A10与FG5的平均差异在3.2±3.5 μGal.因此，基于前人研究以及ICAG-2017国际比对结果，本文认为此次观测的广西基点网各点结果的不确定度应优于10 μGal.

表 2 Table 2

表 2 广西重力基点网观测结果、误差统计及检查点互差 Table 2 The observation results, error statistics and checkpoints bias in Guangxi base network 观测点 重力垂直梯度 (μGal/cm) 梯度测量中误差 (μGal/cm) 墩面绝对重力测量值(μGal) 组间离散度 (μGal) 检查互差 (*/#) 环境备注 (仅给出离散度＞3的基点) 桂G01*# 2.706 0.67 ~734.71 1.15 1.54/0.04 桂G02 2.941 0.81 ~639.75 1.53 桂G03 3.234 1.04 ~611.84 3.21 附近新建大楼施工 桂G04 3.055 0.67 ~163.08 1.80 桂G05# 3.105 0.67 ~741.44 2.04 ***/0.01 桂G06 3.056 2.48 ~984.56 2.60 桂G07 2.986 1.01 ~184.94 2.40 桂G08# 3.132 2.37 ~603.47 0.85 ***/0.00 桂G09* 3.127 1.12 ~659.92 1.62 2.08/### 桂G10 2.676 1.19 ~478.70 1.89 桂G11 3.386 0.41 ~163.17 3.55 行人走动 桂G12 2.910 0.59 ~560.03 2.74 桂G13 3.126 0.36 ~022.59 2.07 桂G14 3.721 0.61 ~303.01 1.31 桂G15 2.954 0.58 ~100.22 2.16 桂G16 3.439 1.42 ~614.35 1.65 桂G17 3.228 1.01 ~024.69 3.46 近国道，车辆多 桂G18 2.430 1.06 ~594.17 1.26 桂G19* 3.297 1.00 ~549.85 2.38 0.10/### 桂G20 2.813 0.80 ~654.39 1.86 桂G21 2.730 1.23 ~767.69 2.31 桂G22 3.144 0.43 ~216.67 2.39 桂G23*# 3.342 1.17 ~092.40 5.22 0.81/0.04 斜坡，风速较大 桂G24*# 2.927 1.55 ~288.72 1.78 2.25/0.00 桂G25 2.611 1.14 ~391.46 3.12 湿度与内外温差大 桂G26 3.022 0.59 ~660.39 1.62 桂G27 4.094 1.36 ~689.30 1.59 桂G28*# 3.561 1.17 ~336.29 1.15 2.33/0.01 桂G29 3.791 0.66 ~121.30 0.91 桂G30 2.780 1.56 ~426.78 1.38 桂G31 2.838 0.37 ~043.43 2.89 桂G32 3.092 1.03 ~488.30 4.54 近海边，风速较大 桂G33* 3.198 0.60 ~073.60 5.32 3.65/### 近海边，风速较大 桂G34 2.604 1.67 ~721.93 2.64 桂G35 3.138 1.13 ~582.08 2.16 桂G36*# 2.863 0.45 ~538.69 6.37 3.23/0.00 风速较大 桂G37 2.938 1.14 ~085.86 2.16 桂G38 3.046 0.72 ~174.49 0.44 桂G39 3.226 0.98 ~173.49 2.03 桂G40 3.116 0.88 ~466.92 1.35 桂G41 2.921 0.72 ~081.41 1.51 桂G42 3.023 0.87 ~416.94 3.01 温度较高 大明山标定01 3.828 0.47 ~499.49 2.89 大明山标定02* 3.000 0.49 ~521.83 3.02 1.61/### 修路施工 大明山标定03# 3.405 0.78 ~906.23 1.63 ***/0.04 大明山标定04 3.838 0.63 ~663.17 0.85 大明山标定05 3.263 0.79 ~665.09 0.56 猫儿山标定01 3.632 0.70 ~824.77 3.21 下雨，内外温差大 猫儿山标定02 3.618 0.66 ~895.92 2.55 猫儿山标定03*# 2.983 0.61 ~522.22 2.25 2.02/0.02 猫儿山标定04 3.384 0.47 ~188.71 1.38 猫儿山标定05 4.579 0.85 ~522.63 3.48 下雨，内外温差大 注：*：绝对重力检查点，单位：μGal(检查率占比约19%)；#：重力垂直梯度检查点，单位：μGal/cm(检查率占比约17%).

表 2 广西重力基点网观测结果、误差统计及检查点互差 Table 2 The observation results, error statistics and checkpoints bias in Guangxi base network

本次重建的大明山格值标定场以及新建的猫儿山格值标定场，各设有5个标定基点，最大标定段差分别为193834 μGal、290302 μGal，可以为各类相对重力仪提供不同段差的标定需要.A10-022在两个标定场共计10个点位的绝对重力测量中，测量中误差最大仅为1.1 μGal，均优于绝对重力基本点测量规范要求，其中猫儿山格值标定场各标定基点重力垂直梯度变化较大，最大梯度值可达4.58 μGal/cm，各基点梯度差值最大可大1.6 μGal/cm(猫儿山03与05).需特别强调的是，在相对重力仪进行格值标定时，应避免段差两基点之间参考高度的非统一性，例如：利用绝对重力仪得到的段差为两基点A10参考高度(71 cm)或转换到地面(0 cm)后的重力差值，而CG-5相对重力仪观测段差为两基点在仪器弹簧高度处(到地面约25 cm)的重力差值，若忽略相对重力仪弹簧位置与绝对重力仪参考高度之间的差异，继而会造成两者段差值存在几十微伽的误差，最终影响格值标定的准确度.

绝对重力检查点均匀分布于广西全区(图 1)，采用独立安装测量(例如摆放方位不同、重新调平与激光垂直校准以及重设超级弹簧等)，因属于验证观测，检查观测时长等于或小于第一次测量.检查点主要目的是检验仪器性能并保证观测结果的可靠性.同时，重力垂直梯度直接影响最终绝对重力值的高度转换结果，对其应进行一定比例的检查验证工作.与A10检查做法类似，CG-5段差观测也采用独立安装方式(例如观测平台方位旋转等)，获得的独立段差数与第一次相同.经与首次观测相同处理与校正后，绝对重力与梯度检查点观测精度均达到了设计要求(例如：A10设计精度为10 μGal，CG-5段差精度为3 μGal).其中，广西重力基点网及格值标定场绝对重力观测检查点比例为19.2%，检查点互差均不超过4 μGal(表 2)；重力梯度观测检查点比例为17.3%，检查点互差均不超过0.04 μGal/cm(表 2).

利用A10绝对重力仪在原有标定场各基点结果可获得各点之间的段差值，与早期多台相对重力仪建立的格值标定场段差的对比，能够间接验证绝对重力仪的准确度.广西大明山格值标定场原建于1983年，尚存的重力基点有3个，最初基点段差值由7台LCR-G型相对重力仪经多次往返观测获得.根据此次同点绝对重力及垂直梯度测量结果，本文将绝对重力测量结果转换到LCR-G型重力仪弹簧高度(底盘及弹簧至仪器底部总高度约13 cm)并获得相邻点段差，结果显示基于绝对重力值的段差与7台LCR-G相对重力仪测量的平均段差值互差分别为1.77 μGal与4.52 μGal，分别优于两种不同类型仪器的标称精度(10 μGal)，进一步证实了A10-022绝对重力仪此次室外测量数据的可信性，也从侧面说明了大明山格值标定场区域地质构造的稳定性.

绝对重力观测任务前后的同点观测能够初步评估仪器性能，因有一定时间间隔，前后同点的一致性也能较好验证仪器任务周期内的准确程度.因此，本研究于广西基点网观测实施前后进行了同点观测，结合前期更早结果(涵盖国际对比观测期间的同点验证观测)与历史实时均值，结果显示广西野外测量以及国际对比前后的同点重复性较为一致，与历史测量均值差异均小于5 μGal(图 6)，说明仪器具有较高的稳定性和可靠性.

图 6

Fig. 6

图 6 A10-022绝对重力仪观测实施前后验证观测结果，红线表示实验室历史测量平均值 Fig. 6 A10-022 verification observation before and after ICAG-2017 and Guangxi implementation, the red line represents the average value of historical laboratory measurements

当外界观测环境较为理想与稳定时，A10的性能主要取决于铷钟与偏正氦氖激光器的稳定性.作为时间标尺的铷原子钟，会以每年1×10^-10的速率衰老，如果忽略这种老化的影响，会导致视重力以每年0.2 μGal的变化.作为距离标尺的偏正稳定的氦氖激光器(ML-1型)，两个正交偏振的激光频率会随着时间漂移，所导致的重力值的改变不能被忽视.Niebauer等(1988)经过长期对该类型激光的标定，认为激光中心频率会以至少1 MHz/年的速率漂移，进而导致重力值平均每年2 μGal的变化.对于两个红蓝模式(正交偏振)的激光频率而言，不同的环境温度及气压都会造成其产生波动.在此次连续运输下的室外观测条件下，本文经统计发现红蓝模式重力差主要呈现随时间漂移的明显特征(图 7a)，与点位观测时段的气温与气压相关性较低(图 7b与图 7c)，说明A10在室外不同地点不同观测时间的激光频率受到影响因素较为综合；但即便如此，统计结果也表明了偏正氦氖激光频率在室外复杂条件下的漂移性，主要表现为红蓝模式频率出现相反变化(近喇叭状)，从而导致两种模式重力差随时间增加而减小(图 7a)，但前人研究也表明了中心频率在短期内不会出现较大漂移(Makien and Ståhlberg, 1998)，这也保证了最终观测结果的稳定性(两个模式的平均).事实上，本次广西重力网观测期间的同点前后验证(例如表 1中G01点相隔一个月的重复性检查)以及室内一致性(例如图 6)也有力证实了这一点.

图 7

Fig. 7

图 7 A10-022激光频率与影响因素(观测时间顺序、气温与大气压)的相关性 (a)、(b)与(c)分别为红蓝激光模式重力差与观测时间顺序(短期漂移性)、测点环境温度及大气压力之间的关系. Fig. 7 Correlation between laser frequency and influencing factors (the observation time sequence, air temperature and atmospheric pressure) of A10-022 (a), (b) and (c) are the relationship between the gravity difference of the red/blue laser mode and the observation time sequence (short-term drift), ambient temperature, and atmospheric pressure, respectively.

前人实践研究表明(Schmerge and Francis, 2006；王林松等，2012b)，观测点位环境扰动的剧烈程度在很大程度上影响观测质量.环境扰动可分为测站条件(台站质量与背景噪声等)、人文干扰(人为走动与车辆)和突发事件(地震)等.尤其对于室外流动观测，这些影响因素又是不可回避的，需要采用相应的措施来减小噪声的影响.通过对广西重力基点网重力基点实际测量数据的统计，本文发现环境扰动是影响测量误差最大的贡献之一.其中，测站条件的影响对观测是持久性的，在难以避免此情况下，可适当增加观测组数和每组下落次数，以减小噪声的影响；当观测台站位于高陡壁或深悬崖边时，这种情况测点附近重力垂向梯度变化大，应增加段差测量工作量以确保重力垂向梯度的测量精度；人文干扰与突发事件具有随机性，依据长期室外观测统计的经验，野外观测时间在早晚时段能够获得较高的测量精度，而突发事件给观测带来影响可适当在观测组数上增加1~2组，以消除这类事件对整个观测数据的影响.

A10的工作温度范围为-20~+40 ℃，但这并不表明仪器在规定的温度范围内都能取得较好的观测结果，应避免仪器暴露于阳光直照以及温度的激烈变化.A10的上下两单元都有温度控制装置，可以预设温度值以维持仪器内部恒温.当外部温度低于设置温度时，仪器内部会启动加热器直至达到设置温度并保持温度稳定.通常温度设置值要大于室外温度以免外界气温变化影响到仪器内部.当外部温度较高时，由于仪器内部没有降温功能，过高温度不仅造成电子器件过度耗损，而且较高的外界温度会使离子泵无法正常工作，造成真空度波动甚至降低落体室内部真空状态，严重影响测量结果；当外部温度过低时，加热系统不能有效维持仪器内部恒温，而此温差的波动直接影响落体室真空与激光稳定，继而增大测量误差.图 8显示仪器内外温差(环境温度与内部温度的差异)与最终组间离散度存在明显正相关(温差大则组间离散度大).因此，使用A10进行野外作业时，应尽量避免在高温(>+30 ℃)与低温(< 0 ℃)条件下进行.通常春秋两季是测量的最好时节，若周围条件允许架设加热或降温等外部设备，A10工作温度范围可依外部条件适度放宽.

图 8

Fig. 8

图 8 A10-022组间离散度与仪器内外温差的相关性 Fig. 8 Correlation between set scatter and temperature difference of A10-022

本文利用A10绝对重力仪快速测定了广西重力网42个市县级基点与2个标定场基准值，整网达到了较高精度，实现了国内首次通过绝对重力全值测量的方式，建立省级室外条件下的重力基点网.广西重力基点网的重建不仅有效改善了该地区此前“57网”、“85网”以及“2000网”基点少且精度低等存在的现实问题，更为重要的是建立覆盖全区的重力基点网能够为今后大比例高精度资源勘探提供基础保障，也可作为基准研究局部区域的构造及水文变化，未来在基础地质、地震活动监测等多个领域中也将进一步发挥重力测量的作用.结合实施观测期间对参数及环境条件的统计与分析，本文获得了一整套利用该类型仪器进行室外工作的技术措施，经总结主要得到以下几点认识：

(1) 观测效率与精度.通过对比实验认为，每个观测点的测量时间控制在30 min以内即可满足精度要求；应针对观测条件及测点精度要求，合理地选择下落时间、数组及组间间隔时间.广西重力基点网采用下落时间2 s，各组下落次数100个，共计10组，各点观测时间为1 h，最终获得绝对重力值测量总精度为5.2 μGal，其中多数各点观测组间离散度小于4 μGal，个别离散度较大的基点主要由于观测期间的环境，例如天气、人类活动及海洋噪声等外界因素的影响.建议后期针对室外条件的基点，应充分考虑观测效率与精度的最大公约数，达到以较高精度实现高密度点分布、高频率定期观测的科学目标.

(2) 稳定性与准确度.本次A10-022绝对重力测定结果是在前期计量参数校准、ICAG-2017比对以及室内同点重复验证的基础上获得的.定期的激光与铷钟的校准结果表明，偏正稳定的氦氖激光器频率存在明显的漂移特征，且红蓝两种模式激光频率一般出现相反变化趋势，短期中心频率的变化对观测结果无较大影响，但随时间的增加造成中心频率的变化不可被忽视，建议应定期对A10绝对重力仪激光进行校准工作，使得计量参数能够溯源到国际或国内计量标准，保证观测结果的准确性；应尽可能参与国内外开展的比对以及室内长期重复观测等工作，以检查仪器的长期稳定并保证具有较好的性能.

(3) 室外影响因素.考虑外部环境多变与复杂性，维护操作人员与仪器安全以及观测正常稳定是获得可靠结果的基本保障与前提.通过对广西重力基点网测量环境的分析表明，台站条件的稳定性、周边车辆震动干扰及城市人文噪音是影响本次绝对重力测量精度的主要因素，在实际测量中应采取必要措施以避免降雨、高温及大风等天气因素对测量结果的扰动；同时，室外环境下的测量精度与仪器内外温差直接相关，较大温差直接导致真空度与激光频率的波动，建议野外观测时间尽量选择春秋季节或采取对应的隔温及降温措施，以降低由于高低温对仪器本身元器件与测量精度的影响.

总体而言，利用A10便捷式绝对重力仪建立的广西重力基点网，进一步证实了该类型仪器能够以机动灵活与观测高效的观测方式实现室外应用的科学目标，测量准确度与精度均可满足以往已建立国家重力基本点与引点的要求，并且利用A10获得的各基点重力值相互独立，没有积累误差.目前，全国各省、市、自治区重力基点、基点网与格值标定场都不同程度地被损坏，急需重建；随着国家“一带一路”战略部署以及推动西部大开发、地震重力监测预报以及测绘基准覆盖等国家重大课题对重力测量的需求日益增大，本文对A10绝对重力仪快速测定重力基准技术手段的详细分析与讨论，有利于今后同类型仪器的观测实施，有助于室外绝对重力观测的全国推广.