CG-5重力仪零漂特性与温度变化的关系分析

基于4台CG-5重力仪多年的静态测试和安徽测网流动重力观测资料,分析CG-5型重力仪的长期零漂特性和其与温度变化的关系。研究认为:CG-5型重力仪零漂率变化较大,随着投入使用时间的增长,变化幅值逐渐减小;单期静态测试结果显示,仪器观测值经改正后呈较好的线性上升趋势;该型重力仪的零漂率与环境温度有较好的相关性。随着温度的增高,仪器的零漂率会增大,但温度对重力仪的零漂特性的影响有一定的滞后性,零漂率随着仪器所处的长期背景温度的改变而改变,短时间的温差变化对其影响不大。     

CG-5重力仪零漂特性研究

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).     

激光干涉绝对重力仪干涉信号处理算法的动态适应性及其船载应用评估

激光干涉绝对重力仪干涉信号处理算法的动态适应性研究是进行动态绝对重力测量的基本前提。本文基于希尔伯特变换、直接正交法、过零点法三种瞬时相位处理算法,提出了基于背景振动物理量的合理动态约束条件,即反向的振动速度不能超过落体的下落速度。构建的单频振动信号仿真实验表明:在满足约束条件时,采样频率为60 MHz,希尔伯特变换算法的精度优于10^-13 m/s²,过零点算法的精度优于10^-9 m/s²,直接正交算法的精度为(-7.9±2.0)×10^-8 m/s²。基于海浪模拟平台的实测试验表明:满足约束条件时,这三类瞬时相位处理算法均适用于动态环境,并获得了标准差为4.6×10^-5 m/s²的绝对重力测量值。更进一步,基于本文动态适应性结论对系泊和海面船载动态环境进行评估,结果表明:测量船在3级以下海况可以进行10^-5 m/s²量级绝对重力的测量;在3—4级海况下,需根据振动信号对...     

多网重力数据联合平差和系统误差改正

华北地区现行的地震重力监测网由于独立联测, 自成体系, 绝对控制点较少, 获得的重力场动态变化图像在绝对控制较弱的地区会产生畸变, 也不能有效的消除仪器标定系统所引起的测量误差。 本文以华北大网作为控制网, 结合绝对重力点进行联合平差计算, 使各省区地震重力监测网平差精度提高了(0~4)×10^-8 m/s², 平差起算基准相统一, 绝对控制较弱的地区畸变减小。 采用相关系数检验法, 对华北地区各省区地震重力监测网2010年二期重力平差计算结果进行检验, 部分重力点位系统误差高达60×10^-8 m/s², 经过系统误差改正后, 重力场动态变化趋于一致。 经过各项改正后, 华北地区2010年重力场动态差分图像对地震前兆具有更好的反映。     

NIM-Ⅱ型可移激光绝对重力仪

中国第二代可移激光绝对重力仪（NIM-Ⅱ型）的实验装置于1985年研制成功。本文详细论述了仪器的多位置法原理及仪器结构;具体分析说明了仪器的光学系统,电子精密测时系统,数据处理系统;研究了一种处理地面微震干扰的新方法。参加1985年在法国巴黎举行的第二次国际绝对重力仪比对结果表明,该装置的测量结果不确定度为1.4x10^-7m/s²。国际比对后,仪器又做了进一步改进。经国内大面积测量应用的结果表明,该装置的不确定度可达1×10^-7m/s²。     

KSS31M型海洋重力仪在动、静态条件下观测到的读数变化及分析

2002年中国科学院海洋研究所从德国引进了KSS31M型海洋重力仪．为对该重力仪的工作性能有详细的了解,分别在德国重力仪生产厂实验室、中国科学院海洋研究所重力仪实验室进行了静态的定点观测,将重力仪安装在考察船上在黄埔江渔政码头等地进行了动态条件下的定点观测．动、静态的定点观测发现了多种规律性的重力仪读数变化,分析认为这些规律性的读数变化分别是重力仪的随机振荡、月潮的重力效应、海潮的重力效应和重力仪的线性漂移．它们各自有着不同的变化规律,并在海洋重力观测时总是同时存在．重力仪的随机振荡是重力仪自身固有的,其振荡幅度随外界条件的变化而变化,一般为0．04mGal～0．5mGal,周期为2～5min不等,在德国的重力仪厂家实验室和中国科学院海洋研究所重力实验室中观测到了月潮引起的重力变化,其变化幅度为0．2mGal．月潮引起的重力变化和海潮引起的重力变化同步,但相位相反．本文指出,仪器的月漂往往很难精确判定,本文用多种方法计算得到的仪器月漂在1．2mGal到2．3mGal之间．     

郑州地震监测中心站连续重力仪背景噪声水平分析

选取2009—2019年郑州地震监测中心站连续重力观测数据,结合地震频段观测数据精度,分析中心站背景噪声水平,结果发现：①潮汐和气压等因素对重力观测数据的亚地震频段和潮汐频段的平均功率谱密度值(PSD)影响较大,在地震频段影响较小;②通过对月地震噪声等级值(SNM)的分析,发现较小值多集中在每年2月(农历春节前后);③在研究时段内,地震频段噪声等级SNM值范围在(3.107—3.268)×10^-16 (m·s^-2)²/Hz,重力固体潮汐观测精度P_L范围在(0.130—0.278)×10^-8(m·s^-2)·(Hz·s)^-1/3,与gPhone-1相对重力仪相比,PET重力仪观测数据存在一定漂移,其P_L数值略大,表明观测环境和仪器性能共同制约着重力观测精度。     

武汉九峰地震台超导重力仪观测分析研究

连续重力观测和GPS的技术结合能够监测到物质迁移和地壳垂直形变之间的量化关系.和相对重力测量以及绝对重力测量技术相比,其避免了时间分辨率和观测精度低,无法精细描述观测周期内的物质迁移过程问题.本文利用武汉九峰地震台超导重力仪SGC053超过13000 h连续重力观测数据;同址观测的绝对重力仪观测结果;气压数据;周边GPS观测结果;GRACE卫星的时变重力场;全球水储量模型等资料,采用同址观测技术、调和分析法、相关分析方法在扣除九峰地震台潮汐、气压、极移和仪器漂移的基础上,利用重力残差时间序列和GPS垂直位移研究物质迁移和地壳垂直形变之间的量化关系.结果表明:在改正连续重力观测数据的潮汐、气压、极移的影响后,不仅准确观测到2009年的夏秋两季由于水负荷引起的约(6~8)×10^-8m·s^-2短期的重力变化.而且在扣除2.18×10^-8(m·s^-2)/a仪器漂移和水负荷的影响后,验证了本地区长短趋势垂直形变和重力变化之间具有一致的负相关性规律.同时长趋势表明该地区地壳处于下沉,重力处于增大过程,增加速率约为1.79×10^-8(m·s^-2)/a.武汉地区重力梯度关系约为-354×10^-8(m·s^-2)/m.     

CG-5重力仪零漂特性现况分析

为研究CG-5相对重力仪目前的零点漂移特性,为数据处理提供依据,拟基于河北省流动重力测区2019年2期资料及测试数据资料,对2台重力仪进行零点漂移的相关计算及分析.结果表明:①两台CG-5重力仪静态观测数据均呈现良好的线性零点漂移特性;②重力仪在静态、动态以及混合零漂分析中得到的零漂率数据平均值接近,仪器依然具有较好的...     

青藏高原东北缘ALOS AW3D30高程模型和EIGEN-6C4自由空气重力异常模型精度分析

利用EGM96全球重力场模型对ALOS AW3D30全球数字高程模型的高程系统进行转换,结合实测GNSS数据,分析ALOS AW3D30模型在青藏高原东北缘地区的精度。利用实测重力数据计算青藏高原东北缘地区的自由空气异常,并与EGIEN-6C4自由空气异常模型进行对比,分析其精度。结果表明：青藏高原东北缘地区ALOS AW3D30模型与264个GNSS测点的差异标准差为3.4 m,该地区ALOS AW3D30精度优于4 m;青藏高原东北缘地区自由空气重力异常整体呈负值,局部为正值,变化范围为-177×10^-5～166×10^-5 m·s^-2,实测重力异常与模型结果空间分布基本一致,存在局部差异;EIGEN-6C4自由空气重力异常变化范围为-163×10^-5～142×10^-5 m·s^-2,实测结果与模型结果差异为-119×10^-5～63×10^-5 m·s^-2,平均值为-20×10^-5<...     

2019年甘肃夏河Ms5.7地震前重力场变化

本文对2017年以来中国地震局在南北地震带采集到的5期相对重力测网数据进行了平差计算,简要分析了甘东南研究区内测点平差精度,进而分析了2019年10月28日甘肃夏河Ms5.7地震前的区域重力场变化.结果表明:①研究区内90％测点平差后重力值精度小于10×10-8 m·s-2,与绝对重力观测结果符合性也较好,表明观测质量...     

超导重力仪检测2011年日本东北Mw9.0级地震前的重力扰动信号

对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一. 对大地震前的扰动现象的研究有助于认识地震孕育的动力学过程,震前重力扰动已成为关注的热点之一. 为检验日本M_w9.0级地震是否存在震前扰动现象,本研究利用全球超导重力仪记录到的地震前后7天内20组秒采样数据进行分析. 经潮汐、大气改正等处理去除仪器的漂移及残余潮汐效应,得到非潮汐重力变化曲线.结果表明大部分振幅大于30×10^-8 m·s^-2的曲线反映了全球M_w≥6级地震引起的高频波动信号,其中11组数据在3月9日M_w7.3级前震之前出现了扰动现象.震前扰动可分解为三个频段,其中,低于0.1 Hz和高于0.18 Hz的分量分别反映了地震波动信号及非构造信息,中间频段(0.118~0.18 Hz)信号能够较大程度地压制地震波动信号、并同时保留异常扰动信息.它的振幅在3月7日10时之前基本保持约1×10^-8 m·s^-2,之后开始逐渐增大,到3月9日7.3级前震前后达到最大,此后振荡衰减,振幅保持约(5~10)×10^-8 m·s^-2,直至主震发生.中间频段信号的变化特征与主震前的应力迁移过程以及实验记录到的地震成核过程有许多相似之处;不过,震前重力异常是否与主震前的应力加速积累有关,仍待进一步研究.     

基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法精确反演地球重力场

由于GRACE Follow-On双星系统等效于基线长为星间距离的一维水平重力梯度仪,因此本文基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法开展了精确和快速反演下一代地球重力场的可行性论证研究. 研究结果表明：第一,基于GRACE Follow-On卫星重力梯度法（GFO-SGGM）,利用卫星轨道参数（轨道高度250 km、星间距离50 km、轨道倾角89°、轨道离心率0.001）、关键载荷测量精度（星间距离10^-6 m、星间速度10^-7 m·s^-1、星间加速度10^-10 m·s^-2、轨道位置10^-3 m、轨道速度10^-6 m·s^-1、非保守力10^-11 m·s^-2）、观测时间30天和采样间隔10 s反演了120阶地球重力场,在120阶处累计大地水准面精度为9.331×10^-4 m. 第二,在120阶内,利用将来GRACE Follow-On双星反演地球重力场精度较现有GRACE双星平均提高61倍,因此GRACE Follow-On卫星重力梯度法是进一步提高地球重力场反演精度的优选方法. 第三,下一代GRACE Follow-On计划较当前GRACE计划的优点如下：轨道高度更低（200~300 km）、载荷精度更高（10^-7 ~10^-9 m·s^-1）和星间距离更短（50~100 km）.     

基于下一代三向车轮双星编队改善地球重力场空间分辨率研究

由于当前GRACE(Gravity Recovery and Climate Experiment)串行式编队存在"南北向条带误差"等缺陷,因此本文基于星间速度插值法开展了利用下一代三向车轮双星编队ACR(Along-Cross-Radial)-Cartwheel提高地球重力场空间分辨率的可行性研究论证.第一,采用GRACE卫星轨道参数和关键载荷精度,利用三向车轮双星编队ACR-Cartwheel-A/B反演了120阶地球重力场.结果表明:基于ACR-Cartwheel-A/B双星编队反演地球重力场的模拟精度较德国波茨坦地学研究中心(GFZ)公布的EIGEN-GRACE02S地球重力场模型的实测精度平均提高2.6倍,从而检验了基于下一代三向车轮双星编队ACR-Cartwheel-A/B反演地球重力场精度优于当前GRACE串行式双星编队的可行性.第二,通过星间速度插值法,采用卫星轨道参数(初始轨道高度350km、平均星间距离100km、初始轨道倾角89°、初始轨道离心率0.0046)、卫星关键载荷精度指标(星间速度10-7 m·s-1、轨道位置10-3 m、轨道速度10-6 m·s-1、非保守力10-11 m·s-2)、观测时间30天和采样间隔10s,基于经向车轮双星编队Lo-AR(Longitudinal-Along-Radial)-Cartwheel-A/B、纬向车轮双星编队La-AR(Latitudinal-Along-Radial)-Cartwheel-A/B和三向车轮双星编队ACR-Cartwheel-A/B,分别反演了120阶地球重力场;在120阶处,累计大地水准面精度分别为5.115×10-4 m、4.923×10-4 m和3.488×10-4 m.结果表明:(1)由于La-AR-Cartwheel-A/B编队的轨道稳定性优于Lo-AR-Cartwheel-A/B编队,因此基于La-AR-Cartwheel-A/B编队反演重力场精度高于Lo-AR-CartwheelA/B编队;(2)由于ACR-Cartwheel-A/B编队可以同时获得轨向、垂向和径向的重力场信息,卫星观测数据具有各向同性优点,因此ACR-Cartwheel-A/B编队是建立下一代高精度和高空间分辨地球重力场模型的优化选择.     

用重力测量技术观测城市地表下沉的实验研究

本文用重力测量技术对城市地表下沉进行了实验研究,从2016年3月到2017年5月在武汉市内地表下沉较大的部分城区进行了7期流动重力观测实验,并用D-InSAR观测的垂向位移进行了验证.数值结果表明重力观测每期整网平差后点值平均精度都小于10×10~(-8)m·s~(-2),说明采用重力观测能在城市内获得高精度的区域重力变化.第7期相对于第1期的结果与D-InSAR在大致相同时间段内地表垂直位移结果比较表明,重力增加的大部分区域与D-InSAR观测到的地表下沉区域相一致,说明这些区域的重力增加主要是由地表下沉引起的.从第2到7期相对于第1期的重力变化说明在近12个月的时间内测区最大重力变化约40×10~(-8)m·s~(-2),且局部区域的重力值是逐渐增加的,说明地表下沉是持续进行的.本实验结果说明重力观测技术能为城市地表下沉提供重力观测约束和机制解释.     

KSS31M型海洋重力仪在海边静态观测的结果——兼与栾锡武先生商榷

本文介绍了在海边进行的为期32 d的KSS31M海洋重力仪静态观测结果,试验数据表明：KSS31M海洋重力仪可以清晰地记录重力固体潮理论值的变化,精度优于0.1×10-5 m·s-2（即常用的0.1 mGal）;潮汐海浪对重力仪观测数据产生了很大的影响,重力观测值表现出曲线变化特征,周期与海潮周期一致,变化幅度高达1.7×10-5 m·s-2;重力仪的月漂移小于1.7×10-5 m·s-2.     

航空重力测量的系统误差补偿

基于航空重力测量的基本数学模型,详细分析了航空重力测量的系统误差来源.大致可将系统误差分为三类,即停机坪重力基准值、比力初值的观测误差,格值、交叉耦合系数、摆杆尺度因子的标定误差和水平加速度改正的模型化误差等.然后,对每类系统误差的量级及其补偿方法进行了研究,指出水平加速度改正是引起系统误差的主要因素之一.大同、哈尔滨和渤海湾航空重力测量的实测数据分析均表明,在各项系统误差尤其是水平加速度改正得到有效补偿后,航空重力与地面(或船测)参考值的系统误差将小于1×10^-5m·s^-2.     

基于镭同位素分布的黄海和东海垂直混合速率计算

在黄海和东海采样测定了水体中的镭同位素分布,用平流扩散模型描述镭同位素分布,最小二乘方法计算了垂直涡动扩散系数和上升流或下降流流速.结果给出北黄海中部、南黄海中部、浙江沿岸和台湾北部海域存在上升流,流速分别为0.46×10^-3cm·s^-1、0.17×10^-3~1.39×10^-3cm·s^-1、2.02×10^-3~3.04×10^-3 cm·s^-1和1.06×10^-3~2.51×10^-3 cm·s^-1.北黄海中部和东海东北部存在下降流.流速分别为-2.30×10^-3 cm·s^-1和-0.61×10^-3~-2.10×10^-3 cm·s^-1.计算同时给出的垂直涡动扩散系数为5.84~48.2 cm²·s^-1,平均值为22.3 cm²·s^-1.北黄海和浙江沿岸上升流流速与文献的结果一致;北黄海中部存在下降流与文献的结论一致.本研究结果与文献结果一致是对所建立的方法的肯定,也是对文献研究结果的支持.     

膨胀地球基本参数的初值及其平均变化率

本文讨论了地球膨胀过程的初始半径R₀、膨胀起始时间t₀以及半径R、转动惯量I、地表重力加速度g和反映地球内部物质分布状态参数y等膨胀基本参数的平均变化率。研究结果表明,在地球的地质年龄之内,地球膨胀的初始半径R₀>4619km,膨胀的起始时间t₀>43.8×10²Ma,膨胀过程中的地球半径R、物质分布状态参数y、转动惯量I、地表重力加速度g和表面积S随时间的平均变化率分别为:dR/dt=4×10^-4m/a,dy/dt=-6.7×10¹²/a,dI/dt=8.49×10²⁷kg·m~2/a,dg/dt=-1.23×10^-10kg·s^-2/a和ds/dt=6.41×10⁴m²/a。地球膨胀过程中的半径平均增长率,是首次用天文学方法研究得出,且该值介于其他作者用古地磁、古地理等方法所求得的地球半径增长率若干数值之间。     

汤东活动断裂带土壤H2、Rn地球化学特征

为研究汤东断裂带土壤气体地球化学特征及其所反映的构造地球化学背景, 采用野外监测的方法分析了张河村与邢李庄村两条测线的土壤H₂、 Rn分布特征。 结果表明, 张河村H₂浓度、 Rn活度浓度的分布范围分别为0.24×10^-6～174.7×10^-6、 13.3～69.8 kBq·m^-3, 背景值分别为14.26×10^-6, 24.8 kBq·m^-3。 邢李庄测线H₂浓度、 Rn活度浓度的分布范围11.8×10^-6～67.06×10^-6、 43.6～72.6 kBq·m^-3, 背景值分别为37.13×10^-6、 72.6 kBq·m^-3。 张河村测线在90～105 m处, H₂、 Rn出现强烈高值异常, 而120～150 m处出现高值异常。 异常值位于断裂带附近, H₂、 Rn气体测值对断裂位置具有良好的指示作用。 气体异常主要受汤东活动断裂构造控制, 汤东断裂下方的深大断裂和汤阴地堑中下地壳的低速体对深部气体释放有重要作用。