2010, Vol. 32
2. 61365部队, 300211;
3. 中国科学院测量与地球物理研究所, 武汉, 430077
2. 61365Troops, 300211;
3. Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, 430077
CG-5相对重力仪是加拿大Scintrex公司生产的全自动重力仪，传感器类型为无静电熔凝石英弹簧，其测量精度优于5.0×10-8 m · s-2，读数分辨率为1.0×10-8 m · s-2，残差长期零漂率通过软件实时改正优于2.0×10-7(m · s-2)/d，具有8.0×10-2 m · s-2全量程反馈、 自动观测读数、 可选择的潮汐、 倾斜、 温度、 滤波等修正项进行自动重力改正等功能(曹金国等，2007)． 目前用于研究重力场时变的流行仪器是LCR重力仪，有关其性能研究的文献较多(刘瑞法，1984； 党亚民，1990； 李树德等，1992； 卢红艳等，2004). 但CG-5重力仪正处于厂家大力推销阶段，且用户多为物探部门，使用意见不多. 若将其用于对精度要求更高的地震重力测量，则需要对仪器进行性能特征研究，才能保证获得可靠的观测数据．
2 009年6月，在武汉及江西九江庐山基线场进行了10台CG-5相对重力仪的测试工作，测试的主要依据为《中国地壳运动观测网络技术规程》，2007年发布的《地震观测仪器进网技术要求 重力仪》(中国地震局，2007)，以及中国大陆构造环境监测网络项目招标文件等． 按照测试大纲与方案，首先对测试环境(包括软、 硬件环境)和仪器功能(包括仪器配置、 基本功能检查等)进行测试. 检测结果为齐全并满足地震重力测量对流动重力仪参数的要求．
CG-5重力仪的测试项目包括静态零点漂移参数、 重复性标准差、 动态零点漂移、 混合零点漂移、 动态观测精度测试和格值系数的检定(中国地震局，2007)．
本文基于动、 静态的观测数据，结合数据处理结果研究了CG-5重力仪的零漂等特性．
1 测试方案及数据处理结果 1.1 静态零点漂移静态零点漂移参数的测试在武汉九峰地震台的重力基准点上进行. 其环境温度变化小，周围无振动干扰，且在地基较稳定的室内． 将仪器安置好后固定不动，整个检测期间保持重力仪的纵、 横水准器处于正确位置． 重力仪经24小时的稳定观测，待漂移率趋于稳定后再进行至少72小时的连续静态观测(采样时间为40 s，读数周期为60 s). 将观测值经固体潮改正后绘出仪器的静态零漂曲线，计算重力仪的平均静态零漂率，以检测静态零漂曲线的线性度和残差零漂率是否满足要求． 由于测试仪器较多，在此仅给出1台仪器的测试数据或结果图，以下测试项类同． 图 1a，b分别给出了序号为511仪器的静态零点漂移率和非线性度(数据间隔为1 h). 其静态零点漂移率呈很好的线性，拟合值为106.5×10-8(m · s-2)/h，残差零漂率为0.06×10-8(m · s-2)/h．
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图 1 511重力仪的静态零点漂移率和残差零漂率 Fig. 1 Static drift and residual drift of the SN 511 gravimeter |
2009年6月21日，测试组在江西九江选择了一个较为稳定的观测场地，在1小时内多次对同一测点重复进行测量，检测仪器提供相近示值的能力． 重力仪重复性用检测示值的标准差表示，每次测量前应重新安置仪器并获取一个观测值Ri． 所有观测应由同一观测员执行，相邻观测的时间间隔不少于5 min，观测值的数量不少于6个． 将观测值Ri转换成重力值，经固体潮改正等预处理后得到gi，去除线性零漂后计算重复性标准差． 表 1给出了序号为509，525和534三台重力仪的数据预处理结果及其重复性标准差．
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表 1 重复性测试结果 Table 1 Result of repeat surveying test |
测试工作在江西九江短基线场进行，选择庐山国家重力仪格值标定场3#(A)，9#(B)，14#(C)，18#(D)和23#(E)五个点作为测试点，测量程序按A→B→C→D→E→D→C→B→A顺序进行5个测回、 A→ C→E→C→A顺序进行2个测回的观测，满足至少3天6个测回的重复观测． 对各测点的观测值进行固体潮改正后计算平均动态零漂率.526号重力仪的平差结果为92.2×10-8(m·s-2)/h，精度为0.9×10-8(m·s-2)/h．
1.4 混合零点漂移仪器至九江后，选择稳定观测场地观测，所有动态测试完成后再在同一场地进行重复观测.对两次观测值进行固体潮改正后得到仪器的混合零点漂移和观测的时间差，计算混合零点漂移率； 同时利用动态观测数据，分别计算A、 B、 C、 D、 E测点相邻两次观测间的混合零点漂移率及其精度估计． 图 2a-e分别给出了序号524重力仪在5个测点的混合零漂率图.表 2给出了各台仪器在各测点的混合零漂率值．
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图 2 524重力仪在各测站的混合零漂率 Fig. 2 Mixture drift of SN 524 gravimeter at each station |
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表 2 混合零漂结果 Table 2 Result of mixture drift |
对所有动态测试数据进行整体平差，给出了每台仪器的动态观测精度(表 3)．
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表 3 专业测试结果汇总 Table 3 Summary of professional test results |
对所有动态测试数据进行整体平差，给出了每台仪器的格值系数及其相对精度． 需要指出的是，庐山短基线场主要是为标定LCR重力仪的周期误差而专门设计和建立的，因此，短基线的格值系数检定对于不存在周期误差的CG-5重力仪意义不是很大． 本文将在后续的长基线标定工作中对CG-5重力仪的格值系数进行检定，对其格值的稳定性和线性度进行深入研究．
2 数据处理结果统计与分析对专业测试项目进行分别处理后，对各项数据处理结果进行汇总(表 3)． 可见，CG-5重力仪的重复 性标准差均优于5.0×10-8 m · s-2； 静态零漂率呈很好的线性，且残差零漂项均优于1.0×10-8(m · s-2)/h． 与LCR-G型重力仪相比，其绝对零漂率大，但可以通过数据处理解决，随着时间的推移，绝对零漂率会 下降且稳定至约20.0×10-8(m · s-2)/h； 平均动态零漂率与平均静态零漂率较差，但均在3.0×10-8(m · s-2)/h 以内，二者符合得较好，可以利用静态数据计算的平均零漂率，更改仪器内置软件的零漂项值而方便动态测量； 平均混合零漂率值与动、 静态平均零漂率值相差较小； 格值系数的相对精度均优于0.02‰； 数据整体平差结果显示，各台仪器的动态观测精度均优于15.0×10-8 m · s-2．
3 结论CG-5重力仪操作简单、 快捷，具有数据采集数字化、 精确测量自动化、 测量范围全球化、 数据处理智能化等优特点． 该仪器观测读数重复性较好，标准差优于5.0×10-8 m · s-2，动态观测精度优于15.0×10-8 m · s-2． 尽管其线性零漂率较大，但可以通过数据处理或在仪器内部设置自动零漂改正加以解决． 利用CG-5重力仪在进行地震流动重力测量时，建议设置如下： 采样时间40 s，读数周期60 s，观测组数3—5组． 零漂项每隔1个月静态测试1晚上进行修改，进行连续倾斜、 震动滤波、 温度改正，但不进行潮汐改正．
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