陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)靈山重力基線(xiàn)場(chǎng)初值測(cè)定與數(shù)據(jù)分析

何志堂，韓宇飛，康勝軍，王曉棟，趙 丕，任敏拴

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 第一大地測(cè)量隊(duì)，陜西 西安 710054；2.地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)工程研究中心，北京 100003）

陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)靈山重力基線(xiàn)場(chǎng)初值測(cè)定與數(shù)據(jù)分析

何志堂1，韓宇飛2，康勝軍1，王曉棟1，趙 丕1，任敏拴1

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 第一大地測(cè)量隊(duì)，陜西 西安 710054；2.地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)工程研究中心，北京 100003）

介紹了靈山重力基線(xiàn)重力觀(guān)測(cè)情況，并對(duì)觀(guān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，相對(duì)重力聯(lián)測(cè)成果互差優(yōu)于40.0×10-8ms-2，絕對(duì)重力觀(guān)測(cè)成果中誤差優(yōu)于 5.0×10-8ms-2，重力垂直梯度觀(guān)測(cè)成果中誤差優(yōu)于3.0×10-8ms-2，最終各點(diǎn)成果精度優(yōu)于 5.0×10-8ms-2，滿(mǎn)足中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求，可供相關(guān)項(xiàng)目重力儀標(biāo)定使用。

靈山重力基線(xiàn)場(chǎng)；重力觀(guān)測(cè)；中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱(chēng)陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)）是我國(guó)一項(xiàng)重大科學(xué)工程基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目[1-4]。靈山重力基線(xiàn)場(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)靈山基線(xiàn)）初值測(cè)定項(xiàng)目是陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)子項(xiàng)目之一,主要目的是建立一個(gè)為相對(duì)重力儀一次項(xiàng)比例因子標(biāo)定、校準(zhǔn)的重力基準(zhǔn)。2014年6月，國(guó)家測(cè)繪地理信息局第一大地測(cè)量隊(duì)對(duì)靈山基線(xiàn)初始值進(jìn)行了測(cè)定。

1 靈山基線(xiàn)初始值測(cè)定概況

1.1 點(diǎn)位布設(shè)及施測(cè)內(nèi)容

靈山基線(xiàn)共設(shè)計(jì)重力基本點(diǎn)26個(gè)，重力基準(zhǔn)點(diǎn)4 個(gè)；整個(gè)基線(xiàn)位于北京市門(mén)頭溝區(qū)靈山自然風(fēng)景區(qū)內(nèi)，各點(diǎn)位沿風(fēng)景區(qū)主干道兩側(cè)分布。其中，最大重力段差約為250 000×10-8ms-2，最小重力段差約為2×10-8ms-2。施測(cè)主要內(nèi)容為對(duì)重力基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)施絕對(duì)重力測(cè)量，同時(shí)進(jìn)行重力垂直梯度測(cè)量，并在所有點(diǎn)位之間進(jìn)行相對(duì)重力聯(lián)測(cè)。各點(diǎn)位情況如表1所示。

1.2 施測(cè)要求

基本點(diǎn)之間聯(lián)測(cè)采用6 臺(tái)高精度相對(duì)重力儀實(shí)施。往返對(duì)稱(chēng)觀(guān)測(cè)，每臺(tái)儀器合格成果數(shù)不少于6 個(gè)。每臺(tái)儀器在一段的段差結(jié)果互差小于40.0×10-8ms-2。

絕對(duì)重力測(cè)量采用FG5型儀器實(shí)施。每次下落時(shí)間間隔為10 s；每組下落次數(shù)為100次（合格下落次數(shù)不少于75 次），每組時(shí)間間隔為1 h；合格組數(shù)不少于24 組。結(jié)果精度優(yōu)于5.0×10-8ms-2。

重力垂直梯度采用2臺(tái)高精度相對(duì)重力儀實(shí)施。采取往返對(duì)稱(chēng)的聯(lián)測(cè)方式，在地面與約1.30 m高處之間施測(cè)。每臺(tái)儀器合格成果數(shù)不少于5 個(gè)，總合格成果數(shù)不少于10 個(gè)。結(jié)果精度優(yōu)于3.0×10-8ms-2。

表1 靈山基線(xiàn)重力點(diǎn)信息

2 測(cè)量實(shí)施步驟

為了盡量減少環(huán)境因素對(duì)結(jié)果的影響，野外數(shù)據(jù)采集時(shí)，將相對(duì)重力聯(lián)測(cè)與絕對(duì)重力測(cè)量同期實(shí)施。

絕對(duì)重力觀(guān)測(cè)時(shí)，使用遮陽(yáng)布、防水布等辦法，以減少野外晝夜溫度變化較大、天氣變化等因素對(duì)數(shù)據(jù)采集的影響。在JX1、JX2、JX3（點(diǎn)位無(wú)電源）3個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)采用大功率發(fā)電機(jī)提供電源，同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)電源采取了穩(wěn)壓措施，以減少電源不穩(wěn)對(duì)FG5儀器的影響。圖1為絕對(duì)重力測(cè)量及垂直梯度測(cè)量時(shí)的照片。

相對(duì)重力聯(lián)測(cè)基本上分3個(gè)階段進(jìn)行：①?gòu)腖S21開(kāi)始到LS26結(jié)束，按照點(diǎn)位相鄰位置關(guān)系逐一聯(lián)測(cè)；②從LS21開(kāi)始到JX1結(jié)束，按照點(diǎn)位相鄰位置關(guān)系逐一聯(lián)測(cè)，其中因LS11點(diǎn)位被破壞，故直接聯(lián)測(cè)LS12和LS10；③直接聯(lián)測(cè)JX1與LS26兩點(diǎn)，并把基準(zhǔn)點(diǎn)與相鄰的基本點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測(cè)。聯(lián)測(cè)路線(xiàn)如圖2所示。

圖1 JX2點(diǎn)絕對(duì)重力、垂直梯度施測(cè)照片

3 野外概算

通過(guò)野外概算得到4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)結(jié)果和29段重力段差（LS11點(diǎn)位破壞，故沒(méi)有聯(lián)測(cè)）。野外概算采用FG5絕對(duì)重力儀隨機(jī)軟件g9。對(duì)4個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)絕對(duì)重力觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了固體潮改正、氣壓改正、儀器高改正、極移改正和垂直梯度改正。相對(duì)重力聯(lián)測(cè)、重力垂直梯度測(cè)量數(shù)據(jù)處理時(shí)均進(jìn)行了重力儀讀數(shù)轉(zhuǎn)換、格值改正、固體潮改正、氣壓改正、儀器高改正和零漂改正。采用Gravitation Measure軟件進(jìn)行野外數(shù)據(jù)概算[5-8]。

圖2 聯(lián)測(cè)路線(xiàn)圖

3.1 野外概算結(jié)果

野外概算結(jié)果分別如表2、表3所示。

各點(diǎn)間野外相對(duì)重力聯(lián)測(cè)各儀器結(jié)果之間互差分布如圖3所示。相鄰兩點(diǎn)間重力段差分布如圖4所示。

表2 重力基準(zhǔn)點(diǎn)野外概算結(jié)果

表3 相對(duì)重力聯(lián)測(cè)野外概算結(jié)果

圖3 各儀器結(jié)果之間最大互差分布

圖4 相鄰兩點(diǎn)間重力段差分布

3.2 結(jié)果平差

野外概算結(jié)束后，按照《高精度重力測(cè)量資料處理系統(tǒng)》，采用擬穩(wěn)平差的方法進(jìn)行整體平差處理,平差后各點(diǎn)結(jié)果如表4所示。

各點(diǎn)精度分布如圖5所示。

表4 各點(diǎn)最終結(jié)果

圖5 各點(diǎn)精度分布

4 野外概算結(jié)果分析

1）由表2可知，基準(zhǔn)點(diǎn)絕對(duì)重力測(cè)量成果野外概算成果精度都優(yōu)于5.0×10-8ms-2；其中JX1成果精度誤差最大，JX3成果精度誤差最小。平差后，精度基本一致，主要因?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)在平差時(shí)權(quán)重大于基本點(diǎn)，且基準(zhǔn)點(diǎn)相對(duì)穩(wěn)定性較好，野外干擾不大。

2）由表3可知，各點(diǎn)間相對(duì)重力聯(lián)測(cè)結(jié)果野外各儀器結(jié)果之間最大互差都小于40×10-8ms-2；由圖3可以看出，野外相對(duì)重力聯(lián)測(cè)各段結(jié)果各儀器之間互差在10×10-8ms-2～30×10-8ms-2之間個(gè)數(shù)逐漸增加；在30×10-8ms-2～40×10-8ms-2之間個(gè)數(shù)逐漸減少；在0～10×10-8ms-2和大于40×10-8ms-2沒(méi)有分布，說(shuō)明野外聯(lián)測(cè)結(jié)果分布符合設(shè)計(jì)要求，儀器穩(wěn)定、狀態(tài)良好、成果穩(wěn)定。由表3、圖4可知，相鄰兩點(diǎn)間段差主要在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。這種段差分布對(duì)于高精度相對(duì)重力儀不同讀數(shù)區(qū)間都能較好覆蓋，減少了一次項(xiàng)比例因子外推產(chǎn)生的誤差；段差在1 000×10-8ms-2～100 000×10-8ms-2之間比較集中，也符合實(shí)際工程中段差的分布，能最大程度地消除工程實(shí)施中儀器一次項(xiàng)比例因子的影響。故該基線(xiàn)及成果滿(mǎn)足高精度相對(duì)重力儀的檢驗(yàn)、一次項(xiàng)比例因子標(biāo)定需要。

3）由表4、圖4可知，各點(diǎn)最終結(jié)果精度都優(yōu)于5×10-8ms-2；集中分布在3×10-8ms-2～5×10-8ms-2之間，精度較高，主要因?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)數(shù)量較多、施測(cè)成果精度較高、空間幾何分布（聯(lián)測(cè)路線(xiàn)）比較合理，同時(shí)相對(duì)重力聯(lián)測(cè)成果精度較好也有一定的作用。

[1] 祝意青,聞學(xué)澤,孫和平,等.2013年四川蘆山Ms7.0地震前的重力變化[J].地球物理學(xué)報(bào),2013,56(6)∶1 887-1 894

[2] 祝意青,聞學(xué)澤,張晶,等.華北中部重力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化及其強(qiáng)震危險(xiǎn)含義[J].地球物理學(xué)報(bào),2013,56(2)∶531-541

[3] 張銳,鄒銳,韓宇飛,等. 陸態(tài)網(wǎng)絡(luò)首次境外重力測(cè)量[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2013,33(3)∶158-159

[4] 祝意青,趙云峰,李鐵明,等.2013年甘肅岷縣漳縣6.6級(jí)地震前后重力場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化[J].地震地質(zhì),2014,36(3)∶667-676

[5] 李建國(guó),李輝,張松堂,等.中國(guó)絕對(duì)重力儀第二次比對(duì)測(cè)量[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué),2014,34(4)∶64-66

[6] 何志堂,韓宇飛,康勝軍,等. A10/028與FG5絕對(duì)重力儀比對(duì)測(cè)量試驗(yàn)[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué), 2014,34(3)∶142-145

[7] 何志堂,張銳,賀小明,等.中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)FG5/214結(jié)果分析[J].地理空間信息,2013,11(4)∶125-127

[8] 邢樂(lè)林,李建成,李輝,等.國(guó)內(nèi)絕對(duì)重力觀(guān)測(cè)比對(duì)[J].測(cè)繪通報(bào),2008(1)∶1-3

P223

B

1672-4623（2016）05-0100-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.05.031

何志堂，碩士，高級(jí)工程師，主要從事重力應(yīng)用研究。

2015-03-03。

項(xiàng)目來(lái)源：現(xiàn)代工程測(cè)量國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助項(xiàng)目（TJES1003）；中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)重力測(cè)量專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目。