1、第4 3卷 第9期2 0 2 3年9月大 地 测 量 与 地 球 动 力 学J o u r n a l o fG e o d e s ya n dG e o d y n a m i c sV o l.4 3N o.9S e p t.,2 0 2 3收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 6项目来源:国 家 自 然 科 学 基 金(4 2 1 0 4 0 9 2);中 国 地 质 调 查 局 项 目(D D 2 0 2 2 1 6 3 8);中 央 级 公 益 性 科 研 院 所 基 本 科 研 业 务 费 专 项(J Y 2 0 2 1 0 1);国家重点研发计划(2 0 1 8 Y F E 0
2、 2 0 8 3 0 0)。第一作者简介:邓友茂,高级工程师,主要从事重磁数据处理研究,E-m a i l:d y o u m a o m a i l.c g s.g o v.c n。D O I:1 0.1 4 0 7 5/j.j g g.2 0 2 3.0 9.0 1 6文章编号:1 6 7 1-5 9 4 2(2 0 2 3)0 9-0 9 7 0-0 4C G型重力仪格值系数时空变化特征分析邓友茂1,2 王振亮1,2 孙诚业1,2 徐梦龙1,21 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北省廊坊市金光道8 4号,0 6 5 0 0 02 国家现代地质勘查工程技术研究中心,河北省廊坊市
3、金光道8 4号,0 6 5 0 0 0摘 要:对1 2台C G型重力仪格值系数的时空变化特征进行分析,结果表明,在同一读数范围内不同时间段所标定的格值系数会发生变化,在同一时间段内不同读数范围所标定的格值系数也存在差异。应用实例表明,利用测区内重力基准点间的数据来标定C G型重力仪的格值系数,其精度优于在国家基线场标定格值系数的精度。关键词:C G型重力仪;格值系数;重力基准点;基线场中图分类号:P 3 1 2 文献标识码:A 由加拿大S c i n t r e x公司生产的C G型重力仪属于相对重力测量系统,核心部件采用无静电整体熔凝石英弹簧传感器,产品型号主要包括C G-5和C G-6。C
4、 G型重力仪的格值系数(也称一次项系数或比例因子)是相对重力测量系统的重要性能指标之一,其数值的准确性直接影响仪器的观测精度。根据 区域重力调查规范1要求,相对重力仪的格值系数每年应在国家长基线(国家重力基本点或基准点间)或国家重力短基线场上进行格值系数标定。实践表明,C G型相对重力仪的格值系数会随时间和空间发生变化。赵丕等2研究发现,采用测区重力基准点间标定比例因子计算的成果精度,优于在重力长基线场标定的比例因子。冯建林等3和梁伟锋等4研究表明,C G-5型石英弹簧重力仪的一次项格值系数随时间逐年减小。黄江培等5研究发现,C G-5重力仪一次项系数在3a内均发生变化,且变化规律不一致。但C
5、 G型重力仪格值系数随时间的长周期变化,以及格值系数的分段性特征却很少被关注。为此,我们对1 2台C G型重力仪格值系数的时空变化特征进行分析。1 格值系数随时间变化C G型重力仪格值系数随时间变化是指在同一读数范围内,不同时间段格值系数的变化情况。本文统计7台C G-5型重力仪和5台C G-6型重力仪近1 3a间在北京灵山国家重力短基线场标定的格值系数变化情况(表1、表2、图1、图2)。北京灵山国家重力短基线场由2 6个相对重力点和4个绝对重力点组成,其最大段差约为2 4 6mG a l6,其归一化读数范围约在38 5 041 0 0mG a l之间。2 0 2 1年C G型重力仪格值系数值
6、是在5号点和1 3号点间求得,归一化读数范围约在39 7 040 5 0mG a l之间。其余年份的格值系数均在9号点和2 1号点间标定,归一化读数范围约在39 0 040 0 0mG a l之间。由于2 0 2 0年疫情原因,部分重力仪是在成都龙泉国家重力短基线场进行系数标定,该短基线场归一化读数范围约在30 0 032 0 0mG a l之间。从C G型重力仪格值系数历年变化情况统计数据可以看出:1)C G型重力仪在同一读数范围内,其格值系数会随使用年限的增大而发生变化。2)新出厂的C G型重力仪格值系数值一般会有微小的调整过程,但使用一段时间后其值会逐渐稳定。3)同一台C G型重力仪在不
7、同格值场标定的格值系数存在差异。如编号为A、F和G的重力仪,2 0 2 0年在成都龙泉国家重力短基线场标定的格值系数值明显区别于其他年份在北京灵山国家重力短基线场标定的格值系数值。仪器A在龙泉基线场标定的格值系数明显大于在灵山基线场标定的格值系数,而仪器F和G情况却相反。4)同一台C G型重力仪在同一格值场不同格值点间标 第4 3卷第9期邓友茂等:C G型重力仪格值系数时空变化特征分析表1 C G-5重力仪格值系数统计T a b.1 S t a t i s t i c so fC G-5g r a v i m e t e r s c a l e f a c t o rc o e f f i c
8、 i e n t年份仪器编号(购置年份)A(2 0 0 6年)B(2 0 0 7年)C(2 0 0 9年)D(2 0 1 1年)E(2 0 1 4年)F(2 0 1 4年)G(2 0 1 5年)2 0 0 9年1.0 0 05 8 68 30.9 9 99 2 63 4-2 0 1 0年1.0 0 03 9 11 90.9 9 98 6 35 60.9 9 98 6 59 1-2 0 1 1年1.0 0 04 2 48 70.9 9 97 9 18 10.9 9 96 9 15 31.0 0 03 7 33 2-2 0 1 2年1.0 0 14 0 20 30.9 9 98 2 34 90.9
9、 9 96 8 27 01.0 0 01 8 55 4-2 0 1 3年1.0 0 12 3 39 80.9 9 96 9 83 50.9 9 96 3 88 90.9 9 99 2 54 1-2 0 1 4年1.0 0 37 5 67 01.0 3 09 7 52 00.9 9 98 2 01 00.9 9 98 3 68 00.9 9 98 3 05 00.9 9 98 3 91 0-2 0 1 5年1.0 0 42 1 76 51.0 3 09 2 31 00.9 9 99 1 28 90.9 9 99 0 64 01.0 0 00 7 71 00.9 9 98 0 05 6-2 0 1
10、 6年1.0 0 63 9 40 01.0 3 09 7 30 00.9 9 96 3 90 01.0 0 00 6 30 01.0 0 03 0 90 00.9 9 98 2 80 00.9 9 94 2 00 02 0 1 7年1.0 0 71 2 61 41.0 3 09 8 00 60.9 9 96 2 60 90.9 9 98 4 14 41.0 0 01 8 01 50.9 9 98 1 70 60.9 9 95 5 06 72 0 1 8年1.0 0 19 1 34 9#-0.9 9 94 8 80 00.9 9 99 2 30 01.0 0 01 8 80 00.9 9 97
11、9 00 00.9 9 93 1 50 02 0 1 9年1.0 0 15 7 72 11.0 3 12 8 69 00.9 9 96 1 68 30.9 9 98 7 82 9-0.9 9 96 7 80 00.9 9 94 4 30 02 0 2 0年1.0 0 43 0 66 0*-0.9 9 94 8 80 0-0.9 9 93 1 67 0*0.9 9 88 8 85 0*2 0 2 1年1.0 0 04 7 11 01.0 0 00 7 35 8#0.9 9 96 1 68 3-0.9 9 99 7 05 71.0 0 00 4 41 50.9 9 97 2 04 9 注:“#”代
12、表仪器维修后的格值系数,“*”代表仪器在成都龙泉格值,“-”代表数据缺失或无数据,下同。表2 C G-6重力仪格值系数统计T a b.2 S t a t i s t i c so fC G-6g r a v i m e t e r s c a l e f a c t o rc o e f f i c i e n t年份仪器编号(购置年份)H(2 0 1 7年)I(2 0 1 7年)J(2 0 1 7年)K(2 0 1 7年)L(2 0 1 9年)2 0 1 8年0.9 9 96 3 50 01.0 0 00 3 78 70.9 9 99 3 24 91.0 0 06 4 24 1-2 0 1
13、9年0.9 9 97 1 00 11.0 0 02 2 49 81.0 0 01 0 98 10.9 9 97 0 07 2-2 0 2 0年0.9 9 95 0 80 01.0 0 02 2 30 00.9 9 98 1 00 00.9 9 87 2 10 00.9 9 99 4 40 92 0 2 1年1.0 0 01 3 24 51.0 0 07 9 52 41.0 0 04 2 69 20.9 9 94 2 64 51.0 0 11 0 48 4图1 C G-5重力仪格值系数变化F i g.1 V a r i a t i o no fC G-5g r a v i m e t e rs
14、c a l ef a c t o rc o e f f i c i e n t定的格值系数值也有一定差异,如2 0 2 1年在北京灵山国家重力短基线场51 3号点和其他年份在92 1号点间标定的格值系数值。5)仪器A是统计表中使用年限最长的C G型重力仪,经过5a使用后其格值系数由2 0 1 1年的1.0 0 04 2 48 7逐渐增大到2 0 1 7年的1.0 0 71 2 61 4,并伴随读数稳定需要较长时间的现象,经2 0 1 8年返厂维修后其格值系数减小到1.0 0 19 1 34 9,并在此后几年格值图2 C G-6重力仪格值系数变化F i g.2 V a r i a t i o n
15、o fC G-6g r a v i m e t e rs c a l ef a c t o rc o e f f i c i e n t系数逐渐稳定。6)仪器B是统计数据中格值系数变化最大的仪器,2 0 1 4年之前格值系数变化较稳定,2 0 1 4年后格值系数突然变大,而在此后几年时间内格值系数维持在较大数值,并出现与仪器A相同的读数稳定需要较长时间的现象,经返厂维修后其格值系数减小到1.0 0 00 7 35 8。同一台C G型重力仪在相同读数范围内,其格值系数也会随时间变化而改变。C G型重力仪达到一定使用年限后,其格值系数值会出现较大的变化,并常伴随读数稳定需要较长时间的现象,直接影响
16、到仪器观测精度(如仪器A、仪器B)。经过返厂维修后,基本能恢复到正常使用。2 格值系数随空间变化C G型重力仪格值系数随空间变化是指在同179大 地 测 量 与 地 球 动 力 学2 0 2 3年9月一时间段不同读数范围内格值系数的变化情况。本文数据为2 0 2 0-1 2三台C G-5重力仪(编号为B、E和G)和1台C G-6重力仪(编号为L)在哈尔滨、北京、成都和拉萨国家长基线上东西近25 0 0mG a l读数范围内标定的格值系数变化情况(表3、图3)。表3 C G型重力仪长基线格值系数统计T a b.3 S t a t i s t i c so f t h e l o n gb a s e l i n e f i e l ds c a l e f a c t o rc o e f f i c i e n t o fC Gg r a v i m e t e r基线仪器编号(购置年份)C G 5-B(2 0 0 7年)C G 5-E(2 0 1 4年)C G 5-G(2 0 1 5年)C G 6-L(2 0 1 9年)拉萨-成都1.0 0 00 0 98 00.9 9 96 4 2