DBT 23-2007 地震观测仪器进网技术要求 重力仪

地震观测仪器进网技术要求重力仪2007-03-14发布2007-03-14发布中国地震局发布I前言 1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14技术要求 25技术指标的检测 5附录A(资料性附录)重力仪格值的基线校准 附录B(规范性附录)重力仪动态检测记录、计算表格及检测曲线绘制图例 附录C(资料性附录)重力仪动态检测记录、计算表格及检测曲线绘制图例 附录D(资料性附录)环境磁场对重力仪观测值影响的检测 附录E(资料性附录)大气压力变化对重力仪观测值影响的检测 附录F(资料性附录)重力仪静电反馈比例因子的校准及线性度误差的检测 参考文献 21地震仪(DB/T22—2007)地电观测仪第1部分：直流地电阻率仪地电观测仪第2部分：地电场仪地磁观测仪第1部分：磁通门磁力仪地磁观测仪第2部分：质子矢量磁力仪地震观测仪器进网技术要求地壳形变观测仪第1部分：倾斜仪地震观测仪器进网技术要求地壳形变观测仪第2部分：应变仪地震观测仪器进网技术要求重力仪(DB/地震观测仪器进网技术要求地下流体观测仪第1部分：压力式水位仪地震观测仪器进网技术要求地下流体观测仪第2部分：测温仪地震观测仪器进网技术要求地下流体观测仪第3部分：闪烁测氡仪本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E和附录F均为资料性附录。本标准的主要起草人：刘冬至、郑金涵、李树德、李辉、刘端法、姚植桂、邢灿飞、项爱民、蒋1重力仪下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研GB/T15464—1995仪器仪表包装通用技术条件DB/T7—2003地震台站建设规范重力台站JJF1001—1998通用计量术语及定义测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到为给出被测量的重力值或用于计算被测量的重力值，注：重力仪的仪器常数通常称为格值。光学(位移)灵敏度opticalsensitivity重力仪的光学指示位移量与相应被观测重力差之比值。重力仪的电输出变化量与相应被观测重力差之比值。2重力仪在某一固定测点(如：重力台站)连续观测时(不移动仪器)的漂移。一段时间内(不少于8h),重力仪在不同测点间连续移动观测状态下的漂移。根据重力仪测量机构偏离零位的反馈信号，用静电力使其自动归零的方法在重力仪器上简称静电地震重力测量按观测对象分为绝对重力测量和相对重力测量，按观测方式分为固定(台站)连续观测和流动(定期重复)观测。不同的观测对象和观测方式应使用不同类型的仪器，见表1。重力仪类型固定固定地震重力测量的各类型仪器应满足表2所列工作环境要求。3弹簧型超导型落体型固定观测流动观测0℃~40℃大气压力地震重力测量的各类型仪器应满足表3中的电源参数要求。电源类别弹簧型超导型固定观测流动观测直流(DC)交流(AC)4.2.3.1功耗、重量和外形尺寸用于流动地震重力测量的各类型仪器宜满足表4中的参数要求。参数类型外形尺寸≤400mm(长)×300mm(宽)×400mm(高)用于流动地震重力测量的各类型重力仪，其包装除应符合GB/T15464—1995的规定外，仪器在包装运输条件下，整体结构应能承受环境温度的变化和运输振动的冲击。其中高温应为+50℃,低温应为-20℃,运输途中瞬间颠簸幅度应在±200mm范围内。重力仪的测程应满足表5的要求。4测程类别弹簧型落体型固定观测流动观测间接测程注1:直接测程是指重力仪不需测程调节装置可达到的测量范围。注2:间接测程是指重力仪利用测程调节装置调节后可达到的测量范围。分辨力和重复性标准差应符合表6的要求。参数类别弹簧型超导型固定观测流动观测分辨力重力仪的准确度和精度应满足表7所列的技术指标。弹簧型超导型落体型固定观测流动观测4.3.5弹簧类重力仪的漂移4.3.5.1静态漂移绝对值不应大于0.003×10⁻⁵m·s-²/h。绝对值不应大于0.010×10-⁵m·s⁻²/h。绝对值不应大于1×10-⁵m·s⁻²月。绝对值不应大于0.125×10⁻⁸m·s-²/(A·m-¹)。5气压阶跃变化对重力仪观测结果影响的绝对值不应大于1×10-⁸m·s⁻²/kPa;气压突变影响的绝对值不应大于0.5×10⁻⁸m·s⁻²/kPa。线性度误差不应大于0.5%。H具有光学测量系统的重力仪，其光学瞄准装置应具有调焦功能，目镜光学放大系数不应小于10;光学(位移)灵敏度应可调。4.4.2重力仪置平装置的角值显示器应符合表8的规定。角值显示器类型固定型直交型管状水泡水泡位移双偏电流表电表指针偏离电表数字的变化带有控温装置的重力仪，其控温分辨力应优于0.01℃;控温区域温度变化的绝对值不应大于用于地震重力台站固定观测的重力仪，电子输出应具备通讯接口。通讯接口可以是RS232C、重力基线是检定和校准重力仪格值、传递国家标准的基准。重力仪的格值校准宜优先采用重力基线校准的方法进行。对不适宜采用重力基线方法校准的重力仪可采用比测校准的方法进行。重力仪格值长基线校准结果的相对精度不应低于1.5×10-⁵;短基线校准结果的相对精度不应低于5.0×10-⁵。校准方法及检测资料的处理参见附录A。被校准的重力仪可以移动时，比测校准可选择有长期连续观测并已知高精度潮汐因子的台站进行；6当被校准的重力仪移动有困难时，可用具有校准格值、且精度等级高于被校准仪器的重力仪用于传递国家标准与其进行比测校准，对比观测时间为1~3个月。通过二台重力仪的对比观测或台站已知的标准潮汐因子，获得被校准仪器在该台站测得的潮汐因子。根据已知的标准潮汐因子和测得的潮汐因子，反算被校准仪器的视面板格值(整个系统的格值)。校准观测计算的M₂波潮汐因子的均方误差应小于±0.001。5.2重力仪测程的检测通过仪器测程调节装置的调整，在任何(陆地)测点上重力仪的输出能正常示值即为合格。5.2.2.1固定观测型(台站)仪器的检测固定观测型仪器的检测场地宜符合DB/T7—2003的要求。安置好重力仪，调整测程调节装置使仪器的输出接近零(不小于零),记录仪器的输出值R;再调整测程调节装置，使仪器的输出增加，记录仪器的输出R;按式(1)计算△G。△G不小于直接测程为检测场地宜符合下列要求：两测站间距离不大于30km,重力差不小于200×10-⁵m·s-²,周围无振动干扰(宜在重力仪格值校准场选择两基线点进行)。在重力值高的一点上，调整测程调节装置使被检测仪器的输出接近零(不小于零),记录仪器的输出R;再将被检测仪器移至重力值低的一点上，记录仪器的输出R;按式(1)计算△G。△G不小于直5.3分辨力和重复性标准差的检测调整固定观测型(台站)仪器的采样频率，使其每分钟输出一检测记录值，每组检测记录不少于105.3.1.3检测结果评定观测值应随固体潮理论值同步递增或者递减，按式(2)计算比例系数K。当0.5≤K≤1.5(i=1,C—重力仪的格值；7检测宜在重力固体潮变化缓慢的时段进行(农历每月初八或二十二日、固体潮曲线平重复性的检测应按照JJF1001—1998的要求，在相同条件下，短时间内(不长于1h)多次对同一每次测量前应重新安置仪器并获取一个观测值R;(仪器的示值)。所有观测应由同一观测员执行，相邻观测的时间间隔宜为5min～10min。观测值的数量不应少于六个。将观测值R;转换成重力值、经固体潮改正后得到g:,重复性标准差σ按式(3)计算。当结果符合4.3.3条规定的要求时为合格。n——观测值的个数。重力仪的准确度和精度的检测可在重力仪格值校准时进行，格值短基线校准的观测中误差m即为重力仪的观测精度；由于基线值是约定真值，此处的中误差m也就是重力仪的准确度，参见附录A。5.5静态零点漂移检测将仪器安置好后固定不动。整个检测期间保持重力仪的纵、横水准器处于正确位置；测量机构应处于自由运动状态(开摆状态)。重力仪须经24h~48h稳定观测，待漂移率趋于稳定后再持续观测48h以上。采样间隔不应大于60min。将观测值经固体潮改正后绘出仪器的静态零漂曲线，在曲线上选择线性度较好、连续时间不少于36h的试验数据段计算出重力仪的平均静态零漂率。仪器零漂曲线应接近线性，静态漂移检测的记录、计算表格及漂移曲线图的绘制参见附录B。检测场地宜符合下列要求：测站间距离不大于30km,重力差不小于50×10-⁵m·s⁻²,周围无振动干扰，测站间环境温差小(宜在重力仪格值校准场选择)。使用正式作业时的运输工具，按A→B→A→B…测点的顺序重复进行观测(也可以在数个测点上按A→B→C→…→C→B→A→B→C→…→C→B→A→…顺序重复观测),持续观测时间不得少于对各测站的各次观测值进行固体潮改正后绘出仪器的动态零点漂移曲线，计算平均动态零漂率。8其结果满足4.3.5.2条的规定时为合格。动态漂移检测的记录、计算表格及漂移曲线图的绘制参见附录C。仪器出测前在检测基点进行观测；野外测量工作完成后(野外测量的天数宜多于30d)仍在同一检测基点进行观测，对两次观测值进行固体潮改正后得到仪器的混合零点漂移和观测的时间差；计算混合零点漂移率，其结果应满足4.3.5.3条的规定。5.8环境磁场的变化对重力仪观测值影响的检测5.8.1不同方向的环境磁场对重力仪观测结果影响的检测检测出对重力仪观测值影响最显著的外加磁场的方向。检测方法、记录、计算表格及曲线绘制参见附录D。5.8.2环境磁场强度变化对重力仪观测结果影响的检测5.9大气压变化对重力仪观测值影响的检测5.9.1气压阶跃变化对重力仪观测结果影响的检测检测方法及资料的处理参见附录E。5.9.2气压突变对重力仪观测结果影响的检测检测方法及资料的处理参见附录E。重力仪静电反馈装置比例因子的校准应用测量重力基线的方法进行。在不具备重力基线的地方，允许采用相对校准的方法进行。5.10.1.2基线观测校准在重力基线上选择适合于静电反馈装置线性测程的测段进行基线观测校准，校准方法及资料的处利用重力仪本身弹性系统的测量功能对静电反馈装置进行比例因子的校准，校准结果可取多组校准的平均值，各组校准的比例因子间的最大互差不应大于0.002×10-⁵m·s⁻²/LSD。校准记录、计算参见附录F。线性测程的检测可与静电反馈装置比例因子的校准同时进行。比例因子校准曲线的线性段两端对应的重力差即是静电反馈装置的线性测程，参见图F.1。在静电反馈装置的检测中，按式(4)和式(5)计算线性度误差和残差。 (4) (5)9y;、(a+bx;)参见附录F,i=1,2,3,…,n-1。(资料性附录)A.1重力仪格值校准的原则重力基线是校准重力仪格值、传递国家标准的基准。重力仪的格值校准应优先采用测量重力基线重力基线分：长基线、短基线和垂直基线(特殊的短基线)。长基线选用2000国家重力基本网中的：哈尔滨—北京一西安一昆明测线上与仪器工作区域相关的测段。短基线宜选用北京灵山、江西庐山两条。重力长基线、短基线应有精度优于5×10⁻⁸m·s⁻²的基准点作控制。每隔3a～5a应用高精度的绝对重力仪进行一次复测，以保证重力基线的准确性并检验其稳定性。直接测程300×10-⁵m·以上的重力仪在长基线进行校准；直接测程300×10⁻⁵m·s⁻²以下(含300×10⁻⁵m·s-²)以及用于台站A.3校准观测及资料处理A.3.1长基线校准重力仪在长基线上进行校准时，基本点(机场点)间需乘飞机进行往返观测，至少要取得三个合格的单程测量结果；基本点与基准点间乘汽车进行往返观测，至少要取得四个合格的单程测量结果。重力仪格值校准的相对精度不应低于1.5×10-⁵。C=△G/(△R+△R₁+△R₂)△R₁,△R₂——经固体潮、仪器高、气压等各项改正后，重力仪的两基准点分别与相应基本点间观测的平均示值差。校准观测的中误差m和格值校准结果的相对精度分别按式(A.2)、(A.3)计算：V——各测段上重力仪单程段差单个观测值与n——重力仪单程段差观测值的总个数。M=m/△G在短基线校准时，仪器在被选测点间进行往返观测，至少要取得八个合格的单程测量结果。校准结果的相对精度不应低于5.0×10-⁵。校准格值按式(A.4)计算：C=△g/△R△g——基线上被选测点间的重力值之差；(规范性附录)重力仪动态检测记录、计算表格及检测曲线绘制图例B.1重力仪静态零点漂移检测记录、计算宜采用表B.1所示形式进行，检测曲线的绘制参见图B.1。仪器型号：试验时间试验地点大地经度大地纬度o日期时间t(时：分)时间差△t(g=读数×格值)固体潮T改正后(G=g-T)……线性回归：Y=a+bX,(G→Y,t→X,D→b,a=Y-bX,b=1,/1)h0重力仪A图B.1重力仪静态漂移曲线(示例)C.1重力仪动态零点漂移检测记录、计算宜采用表C.1所示形式进行，漂移曲线的绘制参见图C.1。仪器型号：试验时间试验地点大地经度大地纬度时间t(时：分)时间差△t(g=读数×格值)固体潮T改正后(D=△C/△t)……t直接线性回归：Y=a+bX,(G→Y,→X,D→b)图C.1重力仪动态漂移曲线图(示例)(资料性附录)用可旋转的亥姆霍兹线圈产生单向磁场，在一定空间范围内，其强度和方向可调。磁场强度调节范围：0A·m⁻¹~240A·m-¹,方向在0°~360°间任意变化。将仪器按磁北极方向安置在亥姆霍兹线圈中心部位的检测台上。调节流经线圈的电流，使其在水平方向产生磁场强度恒定为80A·m⁻¹的外加磁场。待仪器状态稳定后开始检测。每次以30°的间隔旋转亥姆霍兹线圈改变外加磁场的磁极方向，旋转变化范围为：0°~360°;每改变一次外加磁场方向，读取一组相应的重力仪观测值。检测共进行两测回，第一测回顺时针旋转线对各次观测值进行固体潮改正，绘出改正后的重力仪各观测值与外加磁场对应方向的关系曲线。当发现某一方向的外加磁场对重力仪观测值的影响最显著时，固定该方向再进行磁场强度变化对重力仪观测值影响的检测。D.3环境磁场强度变化对重力仪观测结果影响的检测将仪器在亥姆霍兹线圈中心部位检测台上按5.8.1条检测出的方向安置，调节流经线圈的电流改变外加磁场的场强。场强变化间隔为15A·m⁻¹,整个场强变化范围为0A·m⁻¹~105A·m⁻¹。每改对各次观测值进行固体潮改正，绘出改正后的重力仪各观测值与对应外加磁场场强的关系曲线。记录、计算表格及曲线绘制参见表D.2和图D.2。对观测资料进行拟合处理，回归系数不应大于0.125×10⁻⁸m·s⁻²/(A·m⁻¹)。表D.1不同方向的环境磁场对重力仪观测值影响检测记录计算表仪器型号：试验时间试验地点大地经度大地纬度外加磁场强度时间t(时：分)场方向o(g=读数×格值)固体潮T改正后观测值G0…G试验结果的地震标05图D.1不同方向的环境磁场对重力仪观测值影响检验曲线(示例)试验时间试验地点大地经度大地纬度时间t(时：分)外加磁场强度(g=读数×格值)固体潮T………………A/m图D.2环境磁场强度变化对重力(资料性附录)在基础稳定、周围无振动干扰的低压舱中对重力仪进行检测。舱内气压可调范围：101325Pa~在气压舱内安置好重力仪。检测时从常压开始，让舱内气压每次以-6500Pa的间隔阶跃变化，气压累计变化量到达-32500Pa(约相当于3000m高差引起的大气压力变化);然后再每次以6500Pa的间隔反向阶跃变化至常压。舱内每次气压调节时间不应大于2min。各次阶跃变化的时间间隔为15min~20min,气压每跃变一次后重力仪相应地进行一次观测。记录计算参见表E.1。对各次观测值进行固体潮改正，绘出重力仪各次观测值改正后的结果与对应舱内气压值的关系曲线。检测曲线图绘制参见图E.1。对检测资料进行拟合处理。图E.1气压阶跃变过程对重力仪观测值的影响检测曲线(示例)该检测是观测气压突变时重力仪观测值是否受其影响，影响时间是否有滞后现象。用以确定各台重力仪搭乘飞机作长距离联测时，在飞机降落后是否能立在气压舱内安置好重力仪。先进行1h静态观测，其间每隔15min~20min观测一次；然后让气压舱内气压从常压(约101325Pa)在短时间内(不大于15min)“突降”32500Pa;在低气压状态下对仪器进行二小时静态检测，其间每隔15min~20min观测一次。然后让气压舱内气压反向“突变”增至常压(变化时间不大于15min),此时再连续进行1h的观测，观测间隔同上。记录计算表格参见表E.1。对各次观测值进行固体潮改正，绘出改正后的重力仪各次观测值与舱内气压值对应的关系曲线，仪器型号：试验时间试验地点大地经度大地纬度o时间t(时：分)(G=读数×格值)固体潮T…t地震标准图E.2气压突变过程对重力仪观测值的影响检测曲线(示例)(资料性附录)重力仪静电反馈比例因子的校准及线性度误差的检测F.1校准方法的选择应使用测量基线的方法对重力仪静电反馈装置的比例因子进行校准。在不具备重力基线的地方，允许采用相对校准的方法进行。F.2基线法校准F.2.1校准场地与条件重力仪静电反馈装置比例因子的校准可利用垂直基线测量完成。垂直基线是传递国家标准的基准。基线各测站间的重力差一般是垂直高差形成，基线最大段差不应小于20×10⁻⁵m·s⁻²,相邻测站间重力差一般为1×10-⁵m·s-²,基线还应具备五至六段重力差为(0.15~0.2)×10-⁵m·s-²的连续小段差测段。各测站基准值的精度应优于±5×10⁻⁸m·s⁻²。F.2.2校准步骤重力仪静电反馈装置在垂直基线上进行校准测量时，在小段差测段上按地震重力测量规范的技术要求逐段进行往返测量，每个测段至少要取得六个合格的单程测量结果。F.2.3校准资料的计算与结果评定按式(F.1)、(F.2)计算比例因子F的校准结果：△g:——基线上被测各段的重力段差；△V——经固体潮改正后，重力仪静电反馈装置测定的各基线点间平均示值(电压)差。在各小段差测段上校准的比例因子F间的最大互差不应大于0.002×10-⁵m·s⁻²/ISD。对校准比例因子进行线性回归。在线性测程范围内，线性度误差应小于等于0.5%。F.3相对校准静电反馈装置比例因子利用其挂载重力仪自身进行校准称为相对校准。其挂载重力仪的格值应有合格的校准结果。选择环境温度变化小，周围无振动干扰，地基较稳定的室内地点作为校准场地。将重力仪安置好后不再移动，整个校准期间保持重力仪的纵、横水准器处于正确位置。利用重