陆态网络灵山重力基线场初值测定与数据分析

何志堂，韩宇飞，康胜军，王晓栋，赵 丕，任敏拴

（1.国家测绘地理信息局 第一大地测量队，陕西 西安 710054；2.地壳运动监测工程研究中心，北京 100003）

陆态网络灵山重力基线场初值测定与数据分析

何志堂1，韩宇飞2，康胜军1，王晓栋1，赵 丕1，任敏拴1

（1.国家测绘地理信息局 第一大地测量队，陕西 西安 710054；2.地壳运动监测工程研究中心，北京 100003）

介绍了灵山重力基线重力观测情况，并对观测结果进行了分析。分析结果表明，相对重力联测成果互差优于40.0×10-8ms-2，绝对重力观测成果中误差优于 5.0×10-8ms-2，重力垂直梯度观测成果中误差优于3.0×10-8ms-2，最终各点成果精度优于 5.0×10-8ms-2，满足中国大陆构造环境监测网络的技术要求，可供相关项目重力仪标定使用。

灵山重力基线场；重力观测；中国大陆构造环境监测网络

中国大陆构造环境监测网络项目（简称陆态网络）是我国一项重大科学工程基础设施建设项目[1-4]。灵山重力基线场（简称灵山基线）初值测定项目是陆态网络子项目之一,主要目的是建立一个为相对重力仪一次项比例因子标定、校准的重力基准。2014年6月，国家测绘地理信息局第一大地测量队对灵山基线初始值进行了测定。

1 灵山基线初始值测定概况

1.1 点位布设及施测内容

灵山基线共设计重力基本点26个，重力基准点4 个；整个基线位于北京市门头沟区灵山自然风景区内，各点位沿风景区主干道两侧分布。其中，最大重力段差约为250 000×10-8ms-2，最小重力段差约为2×10-8ms-2。施测主要内容为对重力基准点实施绝对重力测量，同时进行重力垂直梯度测量，并在所有点位之间进行相对重力联测。各点位情况如表1所示。

1.2 施测要求

基本点之间联测采用6 台高精度相对重力仪实施。往返对称观测，每台仪器合格成果数不少于6 个。每台仪器在一段的段差结果互差小于40.0×10-8ms-2。

绝对重力测量采用FG5型仪器实施。每次下落时间间隔为10 s；每组下落次数为100次（合格下落次数不少于75 次），每组时间间隔为1 h；合格组数不少于24 组。结果精度优于5.0×10-8ms-2。

重力垂直梯度采用2台高精度相对重力仪实施。采取往返对称的联测方式，在地面与约1.30 m高处之间施测。每台仪器合格成果数不少于5 个，总合格成果数不少于10 个。结果精度优于3.0×10-8ms-2。

表1 灵山基线重力点信息

2 测量实施步骤

为了尽量减少环境因素对结果的影响，野外数据采集时，将相对重力联测与绝对重力测量同期实施。

绝对重力观测时，使用遮阳布、防水布等办法，以减少野外昼夜温度变化较大、天气变化等因素对数据采集的影响。在JX1、JX2、JX3（点位无电源）3个基准点采用大功率发电机提供电源，同时对发电机电源采取了稳压措施，以减少电源不稳对FG5仪器的影响。图1为绝对重力测量及垂直梯度测量时的照片。

相对重力联测基本上分3个阶段进行：①从LS21开始到LS26结束，按照点位相邻位置关系逐一联测；②从LS21开始到JX1结束，按照点位相邻位置关系逐一联测，其中因LS11点位被破坏，故直接联测LS12和LS10；③直接联测JX1与LS26两点，并把基准点与相邻的基本点进行了联测。联测路线如图2所示。

图1 JX2点绝对重力、垂直梯度施测照片

3 野外概算

通过野外概算得到4个基准点结果和29段重力段差（LS11点位破坏，故没有联测）。野外概算采用FG5绝对重力仪随机软件g9。对4个基准点绝对重力观测数据进行了固体潮改正、气压改正、仪器高改正、极移改正和垂直梯度改正。相对重力联测、重力垂直梯度测量数据处理时均进行了重力仪读数转换、格值改正、固体潮改正、气压改正、仪器高改正和零漂改正。采用Gravitation Measure软件进行野外数据概算[5-8]。

图2 联测路线图

3.1 野外概算结果

野外概算结果分别如表2、表3所示。

各点间野外相对重力联测各仪器结果之间互差分布如图3所示。相邻两点间重力段差分布如图4所示。

表2 重力基准点野外概算结果

表3 相对重力联测野外概算结果

图3 各仪器结果之间最大互差分布

图4 相邻两点间重力段差分布

3.2 结果平差

野外概算结束后，按照《高精度重力测量资料处理系统》，采用拟稳平差的方法进行整体平差处理,平差后各点结果如表4所示。

各点精度分布如图5所示。

表4 各点最终结果

图5 各点精度分布

4 野外概算结果分析

1）由表2可知，基准点绝对重力测量成果野外概算成果精度都优于5.0×10-8ms-2；其中JX1成果精度误差最大，JX3成果精度误差最小。平差后，精度基本一致，主要因为基准点在平差时权重大于基本点，且基准点相对稳定性较好，野外干扰不大。

2）由表3可知，各点间相对重力联测结果野外各仪器结果之间最大互差都小于40×10-8ms-2；由图3可以看出，野外相对重力联测各段结果各仪器之间互差在10×10-8ms-2～30×10-8ms-2之间个数逐渐增加；在30×10-8ms-2～40×10-8ms-2之间个数逐渐减少；在0～10×10-8ms-2和大于40×10-8ms-2没有分布，说明野外联测结果分布符合设计要求，仪器稳定、状态良好、成果稳定。由表3、图4可知，相邻两点间段差主要在1 000×10-8ms-2～10 000×10-8ms-2，其次分布在10 000×10-8ms-2～100 000×10-8ms-2；小段差（小于100×10-8ms-2）、大段差（247 243×10-8ms-2左右）都有分布。这种段差分布对于高精度相对重力仪不同读数区间都能较好覆盖，减少了一次项比例因子外推产生的误差；段差在1 000×10-8ms-2～100 000×10-8ms-2之间比较集中，也符合实际工程中段差的分布，能最大程度地消除工程实施中仪器一次项比例因子的影响。故该基线及成果满足高精度相对重力仪的检验、一次项比例因子标定需要。

3）由表4、图4可知，各点最终结果精度都优于5×10-8ms-2；集中分布在3×10-8ms-2～5×10-8ms-2之间，精度较高，主要因为基准点数量较多、施测成果精度较高、空间几何分布（联测路线）比较合理，同时相对重力联测成果精度较好也有一定的作用。

[1] 祝意青,闻学泽,孙和平,等.2013年四川芦山Ms7.0地震前的重力变化[J].地球物理学报,2013,56(6)∶1 887-1 894

[2] 祝意青,闻学泽,张晶,等.华北中部重力场的动态变化及其强震危险含义[J].地球物理学报,2013,56(2)∶531-541

[3] 张锐,邹锐,韩宇飞,等. 陆态网络首次境外重力测量[J].大地测量与地球动力学,2013,33(3)∶158-159

[4] 祝意青,赵云峰,李铁明,等.2013年甘肃岷县漳县6.6级地震前后重力场动态变化[J].地震地质,2014,36(3)∶667-676

[5] 李建国,李辉,张松堂,等.中国绝对重力仪第二次比对测量[J].大地测量与地球动力学,2014,34(4)∶64-66

[6] 何志堂,韩宇飞,康胜军,等. A10/028与FG5绝对重力仪比对测量试验[J].大地测量与地球动力学, 2014,34(3)∶142-145

[7] 何志堂,张锐,贺小明,等.中国大陆构造环境监测网络FG5/214结果分析[J].地理空间信息,2013,11(4)∶125-127

[8] 邢乐林,李建成,李辉,等.国内绝对重力观测比对[J].测绘通报,2008(1)∶1-3

P223

B

1672-4623（2016）05-0100-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.031

何志堂，硕士，高级工程师，主要从事重力应用研究。

2015-03-03。

项目来源：现代工程测量国家测绘地理信息局重点实验室开放课题资助项目（TJES1003）；中国大陆构造环境监测网络重力测量专项资助项目。