地震觀測儀器進網(wǎng)技術(shù)要求重力儀2007-03-14發(fā)布2007-03-14發(fā)布中國地震局發(fā)布I前言 1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14技術(shù)要求 25技術(shù)指標的檢測 5附錄A(資料性附錄)重力儀格值的基線校準 附錄B(規(guī)范性附錄)重力儀動態(tài)檢測記錄、計算表格及檢測曲線繪制圖例 附錄C(資料性附錄)重力儀動態(tài)檢測記錄、計算表格及檢測曲線繪制圖例 附錄D(資料性附錄)環(huán)境磁場對重力儀觀測值影響的檢測 附錄E(資料性附錄)大氣壓力變化對重力儀觀測值影響的檢測 附錄F(資料性附錄)重力儀靜電反饋比例因子的校準及線性度誤差的檢測 參考文獻 21地震儀(DB/T22—2007)地電觀測儀第1部分：直流地電阻率儀地電觀測儀第2部分：地電場儀地磁觀測儀第1部分：磁通門磁力儀地磁觀測儀第2部分：質(zhì)子矢量磁力儀地震觀測儀器進網(wǎng)技術(shù)要求地殼形變觀測儀第1部分：傾斜儀地震觀測儀器進網(wǎng)技術(shù)要求地殼形變觀測儀第2部分：應變儀地震觀測儀器進網(wǎng)技術(shù)要求重力儀(DB/地震觀測儀器進網(wǎng)技術(shù)要求地下流體觀測儀第1部分：壓力式水位儀地震觀測儀器進網(wǎng)技術(shù)要求地下流體觀測儀第2部分：測溫儀地震觀測儀器進網(wǎng)技術(shù)要求地下流體觀測儀第3部分：閃爍測氡儀本標準的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D、附錄E和附錄F均為資料性附錄。本標準的主要起草人：劉冬至、鄭金涵、李樹德、李輝、劉端法、姚植桂、邢燦飛、項愛民、蔣1重力儀下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研GB/T15464—1995儀器儀表包裝通用技術(shù)條件DB/T7—2003地震臺站建設規(guī)范重力臺站JJF1001—1998通用計量術(shù)語及定義測量儀器的操縱器件調(diào)到特定位置時可得到為給出被測量的重力值或用于計算被測量的重力值，注：重力儀的儀器常數(shù)通常稱為格值。光學(位移)靈敏度opticalsensitivity重力儀的光學指示位移量與相應被觀測重力差之比值。重力儀的電輸出變化量與相應被觀測重力差之比值。2重力儀在某一固定測點(如：重力臺站)連續(xù)觀測時(不移動儀器)的漂移。一段時間內(nèi)(不少于8h),重力儀在不同測點間連續(xù)移動觀測狀態(tài)下的漂移。根據(jù)重力儀測量機構(gòu)偏離零位的反饋信號，用靜電力使其自動歸零的方法在重力儀器上簡稱靜電地震重力測量按觀測對象分為絕對重力測量和相對重力測量，按觀測方式分為固定(臺站)連續(xù)觀測和流動(定期重復)觀測。不同的觀測對象和觀測方式應使用不同類型的儀器，見表1。重力儀類型固定固定地震重力測量的各類型儀器應滿足表2所列工作環(huán)境要求。3彈簧型超導型落體型固定觀測流動觀測0℃~40℃大氣壓力地震重力測量的各類型儀器應滿足表3中的電源參數(shù)要求。電源類別彈簧型超導型固定觀測流動觀測直流(DC)交流(AC)4.2.3.1功耗、重量和外形尺寸用于流動地震重力測量的各類型儀器宜滿足表4中的參數(shù)要求。參數(shù)類型外形尺寸≤400mm(長)×300mm(寬)×400mm(高)用于流動地震重力測量的各類型重力儀，其包裝除應符合GB/T15464—1995的規(guī)定外，儀器在包裝運輸條件下，整體結(jié)構(gòu)應能承受環(huán)境溫度的變化和運輸振動的沖擊。其中高溫應為+50℃,低溫應為-20℃,運輸途中瞬間顛簸幅度應在±200mm范圍內(nèi)。重力儀的測程應滿足表5的要求。4測程類別彈簧型落體型固定觀測流動觀測間接測程注1:直接測程是指重力儀不需測程調(diào)節(jié)裝置可達到的測量范圍。注2:間接測程是指重力儀利用測程調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)后可達到的測量范圍。分辨力和重復性標準差應符合表6的要求。參數(shù)類別彈簧型超導型固定觀測流動觀測分辨力重力儀的準確度和精度應滿足表7所列的技術(shù)指標。彈簧型超導型落體型固定觀測流動觀測4.3.5彈簧類重力儀的漂移4.3.5.1靜態(tài)漂移絕對值不應大于0.003×10??m·s-2/h。絕對值不應大于0.010×10-?m·s?2/h。絕對值不應大于1×10-?m·s?2月。絕對值不應大于0.125×10??m·s-2/(A·m-1)。5氣壓階躍變化對重力儀觀測結(jié)果影響的絕對值不應大于1×10-?m·s?2/kPa;氣壓突變影響的絕對值不應大于0.5×10??m·s?2/kPa。線性度誤差不應大于0.5%。H具有光學測量系統(tǒng)的重力儀，其光學瞄準裝置應具有調(diào)焦功能，目鏡光學放大系數(shù)不應小于10;光學(位移)靈敏度應可調(diào)。4.4.2重力儀置平裝置的角值顯示器應符合表8的規(guī)定。角值顯示器類型固定型直交型管狀水泡水泡位移雙偏電流表電表指針偏離電表數(shù)字的變化帶有控溫裝置的重力儀，其控溫分辨力應優(yōu)于0.01℃;控溫區(qū)域溫度變化的絕對值不應大于用于地震重力臺站固定觀測的重力儀，電子輸出應具備通訊接口。通訊接口可以是RS232C、重力基線是檢定和校準重力儀格值、傳遞國家標準的基準。重力儀的格值校準宜優(yōu)先采用重力基線校準的方法進行。對不適宜采用重力基線方法校準的重力儀可采用比測校準的方法進行。重力儀格值長基線校準結(jié)果的相對精度不應低于1.5×10-?;短基線校準結(jié)果的相對精度不應低于5.0×10-?。校準方法及檢測資料的處理參見附錄A。被校準的重力儀可以移動時，比測校準可選擇有長期連續(xù)觀測并已知高精度潮汐因子的臺站進行；6當被校準的重力儀移動有困難時，可用具有校準格值、且精度等級高于被校準儀器的重力儀用于傳遞國家標準與其進行比測校準，對比觀測時間為1~3個月。通過二臺重力儀的對比觀測或臺站已知的標準潮汐因子，獲得被校準儀器在該臺站測得的潮汐因子。根據(jù)已知的標準潮汐因子和測得的潮汐因子，反算被校準儀器的視面板格值(整個系統(tǒng)的格值)。校準觀測計算的M?波潮汐因子的均方誤差應小于±0.001。5.2重力儀測程的檢測通過儀器測程調(diào)節(jié)裝置的調(diào)整，在任何(陸地)測點上重力儀的輸出能正常示值即為合格。5.2.2.1固定觀測型(臺站)儀器的檢測固定觀測型儀器的檢測場地宜符合DB/T7—2003的要求。安置好重力儀，調(diào)整測程調(diào)節(jié)裝置使儀器的輸出接近零(不小于零),記錄儀器的輸出值R;再調(diào)整測程調(diào)節(jié)裝置，使儀器的輸出增加，記錄儀器的輸出R;按式(1)計算△G?！鱃不小于直接測程為檢測場地宜符合下列要求：兩測站間距離不大于30km,重力差不小于200×10-?m·s-2,周圍無振動干擾(宜在重力儀格值校準場選擇兩基線點進行)。在重力值高的一點上，調(diào)整測程調(diào)節(jié)裝置使被檢測儀器的輸出接近零(不小于零),記錄儀器的輸出R;再將被檢測儀器移至重力值低的一點上，記錄儀器的輸出R;按式(1)計算△G。△G不小于直5.3分辨力和重復性標準差的檢測調(diào)整固定觀測型(臺站)儀器的采樣頻率，使其每分鐘輸出一檢測記錄值，每組檢測記錄不少于105.3.1.3檢測結(jié)果評定觀測值應隨固體潮理論值同步遞增或者遞減，按式(2)計算比例系數(shù)K。當0.5≤K≤1.5(i=1,C—重力儀的格值；7檢測宜在重力固體潮變化緩慢的時段進行(農(nóng)歷每月初八或二十二日、固體潮曲線平重復性的檢測應按照JJF1001—1998的要求，在相同條件下，短時間內(nèi)(不長于1h)多次對同一每次測量前應重新安置儀器并獲取一個觀測值R;(儀器的示值)。所有觀測應由同一觀測員執(zhí)行，相鄰觀測的時間間隔宜為5min～10min。觀測值的數(shù)量不應少于六個。將觀測值R;轉(zhuǎn)換成重力值、經(jīng)固體潮改正后得到g:,重復性標準差σ按式(3)計算。當結(jié)果符合4.3.3條規(guī)定的要求時為合格。n——觀測值的個數(shù)。重力儀的準確度和精度的檢測可在重力儀格值校準時進行，格值短基線校準的觀測中誤差m即為重力儀的觀測精度；由于基線值是約定真值，此處的中誤差m也就是重力儀的準確度，參見附錄A。5.5靜態(tài)零點漂移檢測將儀器安置好后固定不動。整個檢測期間保持重力儀的縱、橫水準器處于正確位置；測量機構(gòu)應處于自由運動狀態(tài)(開擺狀態(tài))。重力儀須經(jīng)24h~48h穩(wěn)定觀測，待漂移率趨于穩(wěn)定后再持續(xù)觀測48h以上。采樣間隔不應大于60min。將觀測值經(jīng)固體潮改正后繪出儀器的靜態(tài)零漂曲線，在曲線上選擇線性度較好、連續(xù)時間不少于36h的試驗數(shù)據(jù)段計算出重力儀的平均靜態(tài)零漂率。儀器零漂曲線應接近線性，靜態(tài)漂移檢測的記錄、計算表格及漂移曲線圖的繪制參見附錄B。檢測場地宜符合下列要求：測站間距離不大于30km,重力差不小于50×10-?m·s?2,周圍無振動干擾，測站間環(huán)境溫差小(宜在重力儀格值校準場選擇)。使用正式作業(yè)時的運輸工具，按A→B→A→B…測點的順序重復進行觀測(也可以在數(shù)個測點上按A→B→C→…→C→B→A→B→C→…→C→B→A→…順序重復觀測),持續(xù)觀測時間不得少于對各測站的各次觀測值進行固體潮改正后繪出儀器的動態(tài)零點漂移曲線，計算平均動態(tài)零漂率。8其結(jié)果滿足4.3.5.2條的規(guī)定時為合格。動態(tài)漂移檢測的記錄、計算表格及漂移曲線圖的繪制參見附錄C。儀器出測前在檢測基點進行觀測；野外測量工作完成后(野外測量的天數(shù)宜多于30d)仍在同一檢測基點進行觀測，對兩次觀測值進行固體潮改正后得到儀器的混合零點漂移和觀測的時間差；計算混合零點漂移率，其結(jié)果應滿足4.3.5.3條的規(guī)定。5.8環(huán)境磁場的變化對重力儀觀測值影響的檢測5.8.1不同方向的環(huán)境磁場對重力儀觀測結(jié)果影響的檢測檢測出對重力儀觀測值影響最顯著的外加磁場的方向。檢測方法、記錄、計算表格及曲線繪制參見附錄D。5.8.2環(huán)境磁場強度變化對重力儀觀測結(jié)果影響的檢測5.9大氣壓變化對重力儀觀測值影響的檢測5.9.1氣壓階躍變化對重力儀觀測結(jié)果影響的檢測檢測方法及資料的處理參見附錄E。5.9.2氣壓突變對重力儀觀測結(jié)果影響的檢測檢測方法及資料的處理參見附錄E。重力儀靜電反饋裝置比例因子的校準應用測量重力基線的方法進行。在不具備重力基線的地方，允許采用相對校準的方法進行。5.10.1.2基線觀測校準在重力基線上選擇適合于靜電反饋裝置線性測程的測段進行基線觀測校準，校準方法及資料的處利用重力儀本身彈性系統(tǒng)的測量功能對靜電反饋裝置進行比例因子的校準，校準結(jié)果可取多組校準的平均值，各組校準的比例因子間的最大互差不應大于0.002×10-?m·s?2/LSD。校準記錄、計算參見附錄F。線性測程的檢測可與靜電反饋裝置比例因子的校準同時進行。比例因子校準曲線的線性段兩端對應的重力差即是靜電反饋裝置的線性測程，參見圖F.1。在靜電反饋裝置的檢測中，按式(4)和式(5)計算線性度誤差和殘差。 (4) (5)9y;、(a+bx;)參見附錄F,i=1,2,3,…,n-1。(資料性附錄)A.1重力儀格值校準的原則重力基線是校準重力儀格值、傳遞國家標準的基準。重力儀的格值校準應優(yōu)先采用測量重力基線重力基線分：長基線、短基線和垂直基線(特殊的短基線)。長基線選用2000國家重力基本網(wǎng)中的：哈爾濱—北京一西安一昆明測線上與儀器工作區(qū)域相關(guān)的測段。短基線宜選用北京靈山、江西廬山兩條。重力長基線、短基線應有精度優(yōu)于5×10??m·s?2的基準點作控制。每隔3a～5a應用高精度的絕對重力儀進行一次復測，以保證重力基線的準確性并檢驗其穩(wěn)定性。直接測程300×10-?m·以上的重力儀在長基線進行校準；直接測程300×10??m·s?2以下(含300×10??m·s-2)以及用于臺站A.3校準觀測及資料處理A.3.1長基線校準重力儀在長基線上進行校準時，基本點(機場點)間需乘飛機進行往返觀測，至少要取得三個合格的單程測量結(jié)果；基本點與基準點間乘汽車進行往返觀測，至少要取得四個合格的單程測量結(jié)果。重力儀格值校準的相對精度不應低于1.5×10-?。C=△G/(△R+△R?+△R?)△R?,△R?——經(jīng)固體潮、儀器高、氣壓等各項改正后，重力儀的兩基準點分別與相應基本點間觀測的平均示值差。校準觀測的中誤差m和格值校準結(jié)果的相對精度分別按式(A.2)、(A.3)計算：V——各測段上重力儀單程段差單個觀測值與n——重力儀單程段差觀測值的總個數(shù)。M=m/△G在短基線校準時，儀器在被選測點間進行往返觀測，至少要取得八個合格的單程測量結(jié)果。校準結(jié)果的相對精度不應低于5.0×10-?。校準格值按式(A.4)計算：C=△g/△R△g——基線上被選測點間的重力值之差；(規(guī)范性附錄)重力儀動態(tài)檢測記錄、計算表格及檢測曲線繪制圖例B.1重力儀靜態(tài)零點漂移檢測記錄、計算宜采用表B.1所示形式進行，檢測曲線的繪制參見圖B.1。儀器型號：試驗時間試驗地點大地經(jīng)度大地緯度o日期時間t(時：分)時間差△t(g=讀數(shù)×格值)固體潮T改正后(G=g-T)……線性回歸：Y=a+bX,(G→Y,t→X,D→b,a=Y-bX,b=1,/1)h0重力儀A圖B.1重力儀靜態(tài)漂移曲線(示例)C.1重力儀動態(tài)零點漂移檢測記錄、計算宜采用表C.1所示形式進行，漂移曲線的繪制參見圖C.1。儀器型號：試驗時間試驗地點大地經(jīng)度大地緯度時間t(時：分)時間差△t(g=讀數(shù)×格值)固體潮T改正后(D=△C/△t)……t直接線性回歸：Y=a+bX,(G→Y,→X,D→b)圖C.1重力儀動態(tài)漂移曲線圖(示例)(資料性附錄)用可旋轉(zhuǎn)的亥姆霍茲線圈產(chǎn)生單向磁場，在一定空間范圍內(nèi)，其強度和方向可調(diào)。磁場強度調(diào)節(jié)范圍：0A·m?1~240A·m-1,方向在0°~360°間任意變化。將儀器按磁北極方向安置在亥姆霍茲線圈中心部位的檢測臺上。調(diào)節(jié)流經(jīng)線圈的電流，使其在水平方向產(chǎn)生磁場強度恒定為80A·m?1的外加磁場。待儀器狀態(tài)穩(wěn)定后開始檢測。每次以30°的間隔旋轉(zhuǎn)亥姆霍茲線圈改變外加磁場的磁極方向，旋轉(zhuǎn)變化范圍為：0°~360°;每改變一次外加磁場方向，讀取一組相應的重力儀觀測值。檢測共進行兩測回，第一測回順時針旋轉(zhuǎn)線對各次觀測值進行固體潮改正，繪出改正后的重力儀各觀測值與外加磁場對應方向的關(guān)系曲線。當發(fā)現(xiàn)某一方向的外加磁場對重力儀觀測值的影響最顯著時，固定該方向再進行磁場強度變化對重力儀觀測值影響的檢測。D.3環(huán)境磁場強度變化對重力儀觀測結(jié)果影響的檢測將儀器在亥姆霍茲線圈中心部位檢測臺上按5.8.1條檢測出的方向安置，調(diào)節(jié)流經(jīng)線圈的電流改變外加磁場的場強。場強變化間隔為15A·m?1,整個場強變化范圍為0A·m?1~105A·m?1。每改對各次觀測值進行固體潮改正，繪出改正后的重力儀各觀測值與對應外加磁場場強的關(guān)系曲線。記錄、計算表格及曲線繪制參見表D.2和圖D.2。對觀測資料進行擬合處理，回歸系數(shù)不應大于0.125×10??m·s?2/(A·m?1)。表D.1不同方向的環(huán)境磁場對重力儀觀測值影響檢測記錄計算表儀器型號：試驗時間試驗地點大地經(jīng)度大地緯度外加磁場強度時間t(時：分)場方向o(g=讀數(shù)×格值)固體潮T改正后觀測值G0…G試驗結(jié)果的地震標05圖D.1不同方向的環(huán)境磁場對重力儀觀測值影響檢驗曲線(示例)試驗時間試驗地點大地經(jīng)度大地緯度時間t(時：分)外加磁場強度(g=讀數(shù)×格值)固體潮T………………A/m圖D.2環(huán)境磁場強度變化對重力(資料性附錄)在基礎穩(wěn)定、周圍無振動干擾的低壓艙中對重力儀進行檢測。艙內(nèi)氣壓可調(diào)范圍：101325Pa~在氣壓艙內(nèi)安置好重力儀。檢測時從常壓開始，讓艙內(nèi)氣壓每次以-6500Pa的間隔階躍變化，氣壓累計變化量到達-32500Pa(約相當于3000m高差引起的大氣壓力變化);然后再每次以6500Pa的間隔反向階躍變化至常壓。艙內(nèi)每次氣壓調(diào)節(jié)時間不應大于2min。各次階躍變化的時間間隔為15min~20min,氣壓每躍變一次后重力儀相應地進行一次觀測。記錄計算參見表E.1。對各次觀測值進行固體潮改正，繪出重力儀各次觀測值改正后的結(jié)果與對應艙內(nèi)氣壓值的關(guān)系曲線。檢測曲線圖繪制參見圖E.1。對檢測資料進行擬合處理。圖E.1氣壓階躍變過程對重力儀觀測值的影響檢測曲線(示例)該檢測是觀測氣壓突變時重力儀觀測值是否受其影響，影響時間是否有滯后現(xiàn)象。用以確定各臺重力儀搭乘飛機作長距離聯(lián)測時，在飛機降落后是否能立在氣壓艙內(nèi)安置好重力儀。先進行1h靜態(tài)觀測，其間每隔15min~20min觀測一次；然后讓氣壓艙內(nèi)氣壓從常壓(約101325Pa)在短時間內(nèi)(不大于15min)“突降”32500Pa;在低氣壓狀態(tài)下對儀器進行二小時靜態(tài)檢測，其間每隔15min~20min觀測一次。然后讓氣壓艙內(nèi)氣壓反向“突變”增至常壓(變化時間不大于15min),此時再連續(xù)進行1h的觀測，觀測間隔同上。記錄計算表格參見表E.1。對各次觀測值進行固體潮改正，繪出改正后的重力儀各次觀測值與艙內(nèi)氣壓值對應的關(guān)系曲線，儀器型號：試驗時間試驗地點大地經(jīng)度大地緯度o時間t(時：分)(G=讀數(shù)×格值)固體潮T…t地震標準圖E.2氣壓突變過程對重力儀觀測值的影響檢測曲線(示例)(資料性附錄)重力儀靜電反饋比例因子的校準及線性度誤差的檢測F.1校準方法的選擇應使用測量基線的方法對重力儀靜電反饋裝置的比例因子進行校準。在不具備重力基線的地方，允許采用相對校準的方法進行。F.2基線法校準F.2.1校準場地與條件重力儀靜電反饋裝置比例因子的校準可利用垂直基線測量完成。垂直基線是傳遞國家標準的基準?；€各測站間的重力差一般是垂直高差形成，基線最大段差不應小于20×10??m·s?2,相鄰測站間重力差一般為1×10-?m·s-2,基線還應具備五至六段重力差為(0.15~0.2)×10-?m·s-2的連續(xù)小段差測段。各測站基準值的精度應優(yōu)于±5×10??m·s?2。F.2.2校準步驟重力儀靜電反饋裝置在垂直基線上進行校準測量時，在小段差測段上按地震重力測量規(guī)范的技術(shù)要求逐段進行往返測量，每個測段至少要取得六個合格的單程測量結(jié)果。F.2.3校準資料的計算與結(jié)果評定按式(F.1)、(F.2)計算比例因子F的校準結(jié)果：△g:——基線上被測各段的重力段差；△V——經(jīng)固體潮改正后，重力儀靜電反饋裝置測定的各基線點間平均示值(電壓)差。在各小段差測段上校準的比例因子F間的最大互差不應大于0.002×10-?m·s?2/ISD。對校準比例因子進行線性回歸。在線性測程范圍內(nèi)，線性度誤差應小于等于0.5%。F.3相對校準靜電反饋裝置比例因子利用其掛載重力儀自身進行校準稱為相對校準。其掛載重力儀的格值應有合格的校準結(jié)果。選擇環(huán)境溫度變化小，周圍無振動干擾，地基較穩(wěn)定的室內(nèi)地點作為校準場地。將重力儀安置好后不再移動，整個校準期間保持重力儀的縱、橫水準器處于正確位置。利用重