0 引言

绝对重力测量是陆态网络的重要组成部分，也是建立新一代国家重力基准的基础和关键(张为民等，2008)。陆态网络的绝对重力测量工作主要由中国地震局地震研究所、总参测绘局第一测绘大队、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(中国科学院测量与地球物理研究所)和自然资源部第一大地测量队(原国家测绘地理信息局第一大地测量队)共同参与完成。经过陆态网络工程和综合地球物理场观测项目的持续实施、完善，我国基本建立了101个绝对重力控制下的固定点位定期复测、3000余段相对重力联测和80多个连续重力观测的基本体系，获取了大量的重力场动态时空变化数据。

绝对重力测量的作用及应用主要表现在以下几方面：①绝对重力测量为地震重力测网提供了可靠的控制基准。绝对重力观测与相对重力联测实施准同步观测，以便为各期重力观测数据提供参考基准，获取准确可靠的重力场动态变化信息，服务于地震监测预报和地球科学研究(祝意青等，2009、2013、2016、2017)。②绝对重力测量可为相对重力仪器提供高精度标校参考。相对重力仪格值和零漂需要在由绝对重力测定的重力基线场中进行定期标定，而区域绝对重力点可用于相对重力联测的校准(刘冬至，1998；玄松柏等，2018)。我国运行的连续重力台站约80个，需要定时利用绝对重力测量对其进行格值和零漂标定(孙和平等，2001；邢乐林等，2010)。③长期绝对重力测量数据可为地震过程研究提供精确依据。世界上首次利用绝对重力仪检测出同震重力变化的地震为1998年日本岩手县M6.1地震，绝对重力仪清晰记录了同震重力变化的时间序列，分析结果显示同震重力变化约-6μGal，相对重力测量结果和GPS观测位移亦印证其可靠性，采用平面位错理论可较好对其解释(Tanaka et al，2001)。分析1996年丽江7.0级地震前后(1990~1996年)FG5-112型和JILAG型绝对重力仪的多期观测数据发现，1995~1996年的丽江和洱源绝对重力观测结果分别出现-14.8μGal和-10.9μGal的重力变化(王勇等，2004)。2008年汶川M_W8.0地震前，成都郫县基准站多年绝对重力时变具有上升、加速再转折发震的过程(邢乐林等，2008)。2015年尼泊尔M_W7.8地震前(2010~2013年)西藏地区的仲巴、那曲、日喀则等绝对测点均呈现不同程度的重力增加趋势(Chen et al，2016)。④长期绝对重力测量数据可为地壳变动过程研究提供重要参考(Sun et al，2009)。

稳定而可靠的绝对重力仪是实现上述研究和应用的基础，由于绝对重力仪只有原子钟、激光器等部件可标定，但绝对重力仪器不能进行有效标定，因此为了检验仪器自身的稳定性和仪器之间可能存在的系统偏差、统一各观测仪器的结果、统一全网绝对重力基准以满足陆态网络重力网控制测量的要求，定期组织参与陆态网络绝对重力测量的仪器进行比对观测具有重要意义。

1 比测方案

为了保证我国绝对重力仪的观测与研究的协调运行，实现技术与信息的共享，经中国地震局地震研究所、总参测绘局第一测绘大队、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院和自然资源部第一大地测量队4家单位协商，于2010年7月在武汉组成了中国绝对重力仪观测与研究协调组。协调组专家成员依据测点稳定、干扰小、温度变化小等原则，研究确定2000国家重力基本网3053#点(简称IOS)、九峰引力与固体潮观测站绝对重力基准点(简称JF-AG)及备用点JF-AG1、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院国家野外科学观测研究站JF-009、JF-018和JF-020作为绝对重力仪比对的观测点位。每台仪器在每期比测选择的观测墩上分别进行独立观测。FG5型绝对重力数据采集设定为：每小时1组，每组下落100次，每次下落时间为10s，连续进行25组观测；垂直梯度的测量在每期比测选择的观测墩上分别进行，FG5型绝对重力仪落体的传感器高约130cm，数据采集设定为：利用2台相对重力仪在130cm高度到墩面往返观测至少5个测回，得到不少于10个独立段差。A10型绝对重力数据采集设定为：每小时2组，蓝、红激光各1组，每组下落100次，每次下落时间为6s，连续进行50组观测；A10型绝对重力仪落体的传感器位置高约80cm，因此对应的垂直梯度测量为80cm，其他技术要求与130cm垂直梯度测量相同。

2 绝对重力测量与数据处理

2010年7月11~25日，参与陆态网络绝对重力测量的仪器进行了第一期绝对重力仪比测，参加的仪器见表 1，此次选用的观测墩为JF-AG、JF-AG1、JF-018和JF-020，测量方式为4台仪器两两交叉互比。随后在陆态网络绝对重力测量第二期任务实施期间，于2013年6月16~28日开展了绝对重力仪的第二期集中比对，并且第一次吸收了新型绝对重力仪FG5X和A10参与比对(表 1)，此次选用的观测墩为IOS、JF-AG、JF-018和JF-020，测量方式为6台仪器均测4个观测墩，实际测量中FG5-112和FG5X-246因仪器故障未测JF-AG点。2015年6月1~10日和2018年3月14~31日，分别组织实施了陆态网络第三、第四期绝对重力比测(表 1)，这2期选用的观测墩同为ISO、JF-AG、JF-009和JF-018，测量方式为所有仪器均测4个观测墩，其中第四期绝对比测中FG5-112因仪器故障未测ISO和JF-AG点。

在绝对重力测量中，重力垂直梯度值作为输入参数参与观测值解算，因此在各期选中的绝对重力比测观测墩上均进行了同期重力垂直梯度测量。由于A10-028和A10-035分别承担了陆态网络第二期(2013~2014年)、第三期(2015~2016年)任务中的部分重力基准站的绝对重力观测，为了检测仪器状态，A10-028和A10-035分别参加了第二、第三期的绝对重力仪比对观测。由于FG5、FG5X和A10型绝对重力仪的落体的传感器位置高度不同，FG5、FG5X型对应传感器位置高度约130cm，A10型对应传感器位置高度约80cm，为了获取精确的重力垂直梯度，因此分别测量了130cm和80cm高度处对应的重力垂直梯度。

为了获取高精度的重力观测值，测量的绝对重力值需进行大气压、极移、固体潮、海潮、仪器高度等改正。比测统一采用仪器自带的数据处理软件默认的ETGTAB潮汐模型对固体潮、海潮进行改正，垂直梯度测量采用陆态网络提供的流动重力记簿软件进行记录处理，绝对重力观测结果均归算至观测墩上重力标处。

3 观测结果

相关学者对第一、第二期的绝对重力仪比测分析结果进行了研究(肖凡等，2011；李建国等，2014)。第三、第四期的观测数据见表 2，FG5型和A10型绝对重力仪观测结果标准差均优于3.0μGal，在0.5(FG5X-246)~2.8μGal(FG5-214)之间。

为了更清晰地认识仪器之间的系统误差，对每期的观测数据分别计算该期各测量墩的所有仪器测量值的平均值，进而用各台仪器观测值和所得平均值作差，获得在同一测墩上各仪器测量结果的偏差。每台仪器在不同墩面均有1个偏差值，最后取各仪器在不同墩面的偏差值的均值为该期比测各仪器的系统偏差值，并取各仪器在各观测墩上观测精度的平均值为系统偏差值的精度。2010~2018年4期的绝对重力仪系统偏差分析数据见表 3，观测系统偏差图如图 1所示。结果显示，第一期4台绝对重力仪的观测结果与平均值之差在1.5~3.5μGal之间；第二期在0.4~1.7μGal之间，且均小于2μGal；第三期在0.6~4.3μGal之间；第四期在0~5.7μGal之间。FG5-112、FG5-214和FG5-240型重力仪参加了全部4期比测，FG5-112系统偏差均为正值，另外2台仪器则正、负值均有；FG5X-246型重力仪参加了后3期的比测，系统偏差均为负值。在第一期的观测结果中，FG5-112、FG-214和FG5-240型重力仪测量结果之间相差小于1μGal，而FG5-214与FG5-232之间相差5.5μGal，略大于2台仪器分别在2006年和2008年比对观测实验时的互差2.7μGal和0.4μGal(玄松柏等，2008)。在第三期的观测结果中，各仪器在各观测墩上的观测精度最大值为FG5-214在测点JF-009上的±2.8μGal，最小值为FG5X-246在测点JF-009上的±0.5μGal；第四期观测精度最大值为FG5X-255在测点IOS上的±2.0μGal，最小值为FG5X-255在测点JF-018上的± 0.5μGal。

需要注意的是，FG5-112型重力仪参加了第四期比测，但该仪器未参与陆态网络2017~2018年的绝对测量任务。若不考虑FG5-112，那么FG5-214、FG5-240、FG5X-246和FG5X- 255的系统偏差分别为3.8±1.0μGal、-3.2±1.1μGal、1.1±1.4μGal和-2.1±1.2μGal，该期的仪器系统偏差优于4.0μGal。4期系统偏差最大值分别为3.5μGal、1.7μGal、4.3μGal和3.8μGal；4期仪器间的互差依次为0~5.5μGal、0.3~3.2μGal、0~3.4μGal和1.1~7.0μGal；参与比测的绝对重力仪观测中误差均优于5.0μGal。

4 结论与讨论

(1) 第三、第四期全部观测结果精度均符合陆态网络工程±5.0μGal的设计指标；IOS测点位于中国地震局地震研究所的一楼实验室，各仪器在该测点上的观测精度略低于其他3个测点(表 2)，可能与点位位于市区、观测噪声较大有关。

(2) A10-035型重力仪在第三期的比测中，4个测点的观测精度均优于±1.6μGal(表 2)，且该期的仪器系统偏差统计分析为-4.3±1.6μGal(表 3)，优于陆态网络工程仪器系统偏差不超过5μGal的设计指标，同时也证实了A10型重力仪满足陆态网络工程绝对重力测量的要求(何志堂等，2014、2015)。

(3) 由于每期比测参加仪器不同、测点也不同，导致了仪器的稳定性分析困难，且4期的比测结果显示，各仪器每期的相对偏差并不稳定，因此建议用于陆态网络测量的绝对重力仪应固定，且在固定点位上定期进行比测。

(4) 每期比测时间均约2周，时间跨度稍大，且无超导重力观测提供的比测期间测点的重力时间变化序列用于不同重力仪、不同时间在同一测点的测量值的比较改正，在今后的绝对重力仪比测中，超导重力观测数据值得引入并作参考。

通过2010~2018年4期的绝对重力仪比对观测实验，表明参与陆态网络绝对重力测量的绝对重力仪性能稳定，仪器之间无明显系统偏差，可以满足陆态网络重力监测的要求。

致谢: 感谢中国地震局地震研究所、总参测绘局第一测绘大队、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院和自然资源部第一大地测量提供的绝对重力仪比测数据，感谢中国绝对重力仪观测与研究协调组的指导与帮助，感谢匿名审稿专家的宝贵意见。