1 研究背景

地震产生机理及其孕育机制复杂，地震预报是一个世界性难题。根据前期重力测量数据以及地震历史资料可知，地震孕育过程中会出现具有前兆意义的重力异常，同时其所引起的地壳变动会导致区域性重力场发生短期变化。为此，需要构建高精度陆基重力网得到地球重力场及其变化规律，为地震监测和预报研究提供数据来源。

由于重力场随时间、空间均会发生变化，构建陆地重力网需要定点流动重力测量（绝对测量与相对联测）以及固定台站连续测量（相对测量）2种测量方式。对于定点流动以及定点台站重力观测，相对重力仪存在漂移和掉格问题，需要进行定期校准。实际测量中不仅需要依赖大量高等级绝对重力控制点维持其精度，还需要通过闭环测量验证其精度，并检验是否掉格，若发生掉格需重新复测，因此发展高精度绝对重力测量技术代替流动相对测量技术具有现实意义。我国目前重力测量在很大程度上依赖于CG-5型相对重力仪、FG-5X绝对重力仪、iGrav超导重力仪等国外高精度重力仪，FG-5X型绝对重力仪不仅价格昂贵，而且现在对国内禁运，故有必要研发国产绝对重力仪开展地震监测。

2 量子绝对重力仪研制

绝对重力仪目前主要分2种类型：光学干涉型和量子干涉型。中国重力基准网、中国大陆构造环境监测网络重大工程等建设目前主要使用的是光学干涉式绝对重力仪（FG-5X），在实验室环境下的测量精度约为2 μGal，但尚未应用于移动测量环境。量子绝对重力仪测量精度也已达μGal量级，并已应用于移动测量。2019年，美国加利福尼亚大学研究小组基于量子绝对重力仪集成一套车载移动测量系统，并在伯克利山开展了路程长度为7.6 km的车载定点绝对重力测量，仪器内符合精度约40 μGal（WU et al，2019）。同年，浙江工业大学理学院量子精密测量研究团队利用自研小型化ZAG-E型量子绝对重力仪集成一套车载重力测量系统，发现仪器在野外40 ℃高温、8°大倾角普通路面环境下仍能正常工作（图 1），内符合精度达30 μGal（吴彬等，2020）。可见，借助量子绝对重力仪实现流动绝对重力观测具有可行性。

3 量子绝对重力仪测量结果

对于固定台站连续重力测量，目前主要采用超导重力仪实现连续重力场随潮汐变化的观测。该相对重力仪漂移小（0.5 μGal/mon），精度高（0.01 μGal），比例因子几乎恒定，但是价格昂贵。弹簧式机械重力仪每天存在大于几个μGal的无规律和非线性漂移，且对环境变化较为敏感。光学干涉式绝对重力仪由于机械结构限制，无法长时间连续工作。量子绝对重力仪测量精度目前尚无法达到0.01 μGal，但可长时间稳定工作。

利用ZAG-E型量子绝对重力仪，在四川省甘孜藏族自治州泸定县燕子沟地震台开展为期13天的连续重力测量。该测点周边多为山脉，振动噪声较小，测量期间，温湿度波动范围较小，最高温度16.21℃，最低温度13.50 ℃，相对湿度最大为92.91%，最小为84.67%。所测单点数据以30 min为1组进行平均处理，结果见图 2，图中红色曲线为理论固体潮汐模型，圆点为实测数据（朱栋等，2021），重力测量的总不确定度为9.2 μGal。根据中国重力基准网对绝对重力点重力值的要求，观测精度需优于10 μGal，以便为相对重力联测和仪器标定提供起算基准，同时服务于基础测绘、资源勘探等应用场景。综上，量子绝对重力仪可为固定台站连续绝对重力测量提供一种可能方案，具有示范意义。

4 结束语

量子绝对重力仪研制起步晚，但发展迅速，目前已报道的最佳测量精度为5 μGal，与光学干涉式绝对重力仪2 μGal的测量精度尚有一定差距。但量子绝对重力仪具有明显优势：重复率高、无机械磨损、可长期连续测量等，且提升空间较大。随着量子绝对重力仪的不断完善，必将为地震预报研究提供一种新型、可靠的观测技术手段。