中国地壳运动观测网络相对重力联测工作由LCR-G型重力仪施测。由于LCR-G型重力仪具有零漂率小(<5 μGal/h)且基本呈线性的优点,因此,传统的重力网平差模型主要采用线性零漂的处理方法,即认为重力仪零漂率在观测过程中保持不变,将其作为未知参数与测点重力值一并进行平差。然而实际外业测量中,其零漂的长期变化可能存在非线性。由于中国地壳运动观测网络观测时间跨度大,在数据处理中将零漂率作为固定常数可能不合适。本文利用中国地壳运动观测网络2000年流动重力观测数据,探讨相对重力仪零漂的不同处理方法对重力网平差结果的影响。
重力仪漂移是由弹簧张力的衰减及未被补偿或未被屏蔽的外界作用引起的。为减弱或消除零点漂移对观测数据的影响,一般采取往返闭合观测的方式,即A-B-C…C-B-A的观测顺序,并要求闭合时间应尽量缩短。如果能适当控制漂移,便可以识别出较大的跳动,从而消除其影响。
(1)传统平差模型
传统平差模型将仪器的零漂改正放在平差过程中,其原始观测数据经过仪器格值系数改正、周期误差改正、潮汐改正、气压改正、仪器高改正等预处理以后得到测点间的观测段差,将段差作为平差元素,采用间接平差模型,即可得到观测方程为:
vij=gj-gi d(tj-ti)-(gj-gi)
式中,vij为任意测点i、j之间的段差改正数;gi和gj为测点i、j的预处理重力值(不包括漂移改正);ti和tj为i、j两点的观测时间;d为相对重力仪零漂率平差值;gi和gj为测点i、j的平差重力值。
(2)改进平差模型
改进的平差模型顾及到重力仪零漂长期变化的非线性,在数据预处理阶段,按闭合观测时间分段求取仪器零漂率并改正,将零漂改正后的预处理段差值作为平差元素,列出其观测方程:
vij=gj-gi-(gj-gi)
式中,vij为任意测点i、j之间的段差改正数;gi和gj为测点i、j经漂移改正后的预处理重力值;gi和gj为测点i、j的平差重力值。
利用相同的基准点及观测数据,并赋以同样的先验中误差及仪器观测精度,分别利用两种平差模型对观测数据进行平差计算,结果见表1。
传统模型的后验中误差和重力值平均中误差均是改进模型的2倍,平差结果也相差较大。其原因可能是,由于存在个别仪器零漂率较大的段差,利用固定的平均零漂率直接计算会引入较大误差,使得相应段差误差较大,甚至成为粗差。为进一步验证改进模型的优劣,本文将传统模型认为是粗差的观测值删除,并用传统模型进行第二次平差,结果见表2。
由表2可以看出,利用传统模型的平差结果消除数据中的粗差,并进行二次平差以后,平差精度较原始数据有了很大改进,但仍然低于改进模型,测点的平差重力值与改进模型结果的差异也大大减小。造成传统模型误差较大的原因,是部分测段仪器零漂率与其平均零漂率相差较大,按平均零漂率计算会导致该测段往返观测自差及互差超限,这时通常会认为是由于仪器突跳导致;而由改进模型结果看来,这种零漂率的变化是仪器零漂特性的正常反映,只要适当地进行零漂改正即可有效地消除其影响。