绝对重力测量

绝对重力测量不仅可获得地面观测点上的绝对重力值,而且可用它作为基准,并进行重复观测以监测重力场的变化,从而进一步获得与地球内部物质迁移、地壳运动等有关的变化特征,为大地测量、地球物理、地球内部动力学机制、环境与灾害监测提供测定绝对重力加速度。

简介

绝对重力测量是测定绝对重力加速度的技术和方法。用仪器直接测定地面上某点的绝对重力值。地球表面上的绝对重力值约在978～983Gal。原理是观测物体的运动状态以测定重力，即自由落体测绝对重力（自由落体三位置法）。

测量仪器

现代绝对重力测量仪器大多是利用自由落体的原理来测量重力的。用激光干涉技术精密地测量距离，用极为准确的时钟和电子设备测定时间。因此，最新的现代绝对重力仪，如FG5类型已经达到微伽级别精度。我国计量科学研究所研制的NIM型绝对重力仪和NIM-2绝对重力仪的精度约为15微伽。摆仪法仪器操作复杂，精确测定摆长比较困难，精度较低，因此很少使用。

在地壳垂直运动研究中的作用

监测和研究地球动力学过程和工程建设以及环境因素等引起的地壳垂直运动,传统的方法是采用几何水准测量,这是常规大地测量方法中高精度的一种方法。但是,做为一种准差分的方法,它在研究地壳垂直运动中存在着明显的不足:

(1)水准测量取决于重力场;

(2)由于受仪器观测方法和环境条件的影响,随着距离的增加,误差积累非常严重;

(3)作业效率低,费用高,在高山区难以作业;

(4)做为一种相对测量技术,它只能提供地表的相对变化或倾斜,而不能测量绝对运动。

随着近代空间技术的发展,空间大地测量技术如甚长基线(VLBI),人卫激光测距(SLR)和全球定位系统(GPS)等日益广泛地应用在地壳运动的监测和研究之中。然而,利用空间技术在监测和研究地壳垂直运动及其动力学机制方面存在着一些障碍:

(1)VLBI和SLR技术能给出高分辨率的地壳垂直运动信息,但它非常昂贵,全球仅有几十个VLBI和SLR观测站。 (2)当前应用最广泛的是GPS测量技术,GPS测量得到的高程变化是几何空间变化信息。由于受到空间坐标系与地固坐标系转换和地球质心的随时间变化,以及受到大气层高度变化等影响,它测定地壳垂直运动的精度只能达到几个厘米,尚不能达到几何水准的测量精度。

(3)由VIBI和GPS得到的是纯几何高程变化,不能得到地壳内部物质运动信息。

世界上许多国家纷纷利用绝对重力观测技术建立高精度绝对重力网,监测重力场的非潮汐变化,并在海平面变化、地震、火山、构造运动及有关的环境变化、地质灾害的研究中得到应用。

优势

FG5型绝对重力仪可以监测出5～ 10 mm的地壳垂直运动。因此,可以认为它是一种快速、经济的监测地壳垂直运动的手段。另外,在研究地壳垂直运动的动力学机制方面,与纯几何空间形变测量技术和相对测量技术(相对重力测量和几何水准)等相比,它具有以下两个方面的优势:

(1)高精度绝对重力测量不仅能够提供地壳垂直运动信息,而且能反映地壳内部质量运动的信息。如果将几何形变测量与高精度重力测量相结合,便可对地壳运动机制的研究由静力学、运动学研究发展为运动学—动力学研究,将三维空间研究扩展到四维空间。

(2)与一些常规相对大地测量技术相对比,绝对重力测量是一种“点技术”,它测量的是地表直接到物理质心的变化。它可以做为一种附加的和独立的与地心有关的垂直参考基准。而相对测量技术是建立在一个时间上稳定的外部参考基准上,由于稳定参考基准难以确定,这给测量结果的处理、分析和评价等带来困难。另外在某种意义上讲,绝对重力测量仅取决于标准长度和时间的测量,不存在像相对重力测量那样各测点之间有误差传播和积累。

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