重力实验

三重小循环重力观测实验报告
目录
一实验内容与目的 (1)
二CG-5重力仪及使用 (1)
1.原理与性能 (1)
2.操作方法及注意事项 (1)
三三重循环观测方法 (2)
四实验数据整理 (3)
五基点网观测结果 (5)
六认识与体会 (6)
七思考题 (6)
一实验内容与目的
1）了解CG-5重力仪的工作原理
2）学习CG-5重力仪使用方法
3）各组在规定路线内完成三重循环重力实验。

实验结束后，完成本组观测资料整理，计算出各边的增量值和独立增量，并计算闭合差，评价数据质量，用数据表格形式表示
搜集本班其它两个小组的计算结果，与本组资料汇总，编制本班校园重力基点网观测成果表，及基点网联测成果图
基点网联测成果表和成果图件命名，如：2013秋61111班校园重力基点网联测成果表（或图）
二CG-5重力仪及使用
1.原理与性能
CG-5重力仪使用零长弹簧助动原理设计，弹性系统由无静电熔融石英经手工整体烧制完成，具有很高灵敏度和稳定性
主要技术指标：测程8000mGal，精度±5µGal，零位漂移速率＜1mGal/d，残余漂移振幅＜15µGal/d
其测量系统由静电重力补偿装置、电容位移检测装置，以及自动记录、显示，及数据回放等功能器件组成
仪器具有以下自动校正功能：倾斜校正、固体潮校正、环境温度校正、线性校正，以及自动剔除坏数、数字滤波等功能
仪器实现了数字化操作，使用方便，人为因素较小
2.操作方法及注意事项
1操作内容
CG-5重力仪的主要操作内容：参数设置、野外测量、及数据回放（或记录）
CG-5石英弹簧重力仪，属极精密专业仪器，价格昂贵。

其弹性系统由极细的石英丝制成，故在遇到较大倾斜或振动时极易受损，石英系统一旦受损，几乎无法修复
参数设置包括以下主要内容：
测量参数（Survey）设置测量标题、测区经纬度和测点、测站标记
仪器参数（Autograv ）潮汐改正、连续倾斜改正、自动舍弃、地形改正、地震滤波、存储原始数据等项目，根据需要选取
选项参数（Options ）设置读数时间、循环时间、循环次数、启动延时、测线间隔、测站间隔、测站编号自动增加、LCD加温器、记录环境温度等
野外测量包括以下主要内容：
仪器安放：在测点上放平放稳三角架，按正确方法平稳安放仪器后允许开机
测站点线号键入，或使用测站编号自动增加功能
仪器调平：按照显示屏上部图标指示的方向，旋转三角架的脚螺旋进行仪器调平，至屏幕下部倾角显示小于3弧秒，十字丝及笑脸作参考
测量界面如图，合格测量结果指连续3个数值互差小于5µGal
2注意事项
CG-5重力仪安全使用：
1）使用者责任意识强，轻拿轻放，尽量减小倾斜和振动
2）测量中先放稳脚架，严防仪器安置时出现碰撞和滑落
3）运输过程须尽量保持仪器直立，消除一切危险隐患
4）操作中动作轻缓、准确，避免一切不必要的触碰仪器
5）室内存放时注意不断电，在安全位置调平置于脚架之上
三三重循环观测方法
从起始点观测完毕开始，每进行三次观测（在两点间来回3个单程）即可获得一个独立增量；出于各种不同观测目的，要求完成的独立增量个数不同。

由2个重力点之间的4个测量数据，可以计算出2个增量值，称作非独立增量，它们的
算术平均值称作独立增量，见上图增量值的计算过程实际上就是重力仪零位变化的校正过程
解析计算式：
测得两点间重力差：
四实验数据整理
第二三组数据如下
第二组g1 4274.288 -0.59684
g2 4273.695 -0.466368421
g1 4274.294
g2 4273.975 0.02859375
g4 4274.006 0.032096774
g2 4273.986
g4 4274.021 0.298705882
g5 4274.321 0.302153846
g4 4274.023
g5 4274.33 -0.008846154
g1 4274.323 -0.008307692
g5 4274.334
g1 4274.328
第三组g5 3904.218 -0.298
g6 3903.919 -0.2965
g5 3904.216
g6 3903.92 0.29775
g1 3904.22 0.296833333
g6 3903.925
g1 3904.223 0.0047
g5 3904.231 0.0038
g1 3904.229
g5 3904.234
由2个重力点之间的4个测量数据，可以计算出2个增量值，称作非独立增量，它
们的算术平均值称作独立增量，见上图增量值的计算过程实际上就是重力仪零位变化的校正过程
解析计算式：
测得两点间重力差：
五基点网观测结果
将全班实测数据整合，并计算
通过计算，可以得到：
闭合差(小环) 闭合差（中环）闭合差（大环）
0 g12 -0.53157763 -0.19928 g12 -0.53158 -0.19282
g23 -0.2098 g23 -0.2098
g34 0.2481 g34 0.2481 -0.2093955 g45 0.300414843 g45 0.300415
g51 -0.00641361 g56 -0.2973
g61 0.297342
g12 -0.53157763 -0.1968
g24 0.034321872
g45 0.300414843
g56 -0.29730053
g61 0.297342206
0.0042924
2014秋061122校园重力基点网联测成果图
六认识与体会
通过这次的重力实验，我们学习到了CG-5重力仪的操作方法和原理，并有机会自己放置，操作重力仪，这是一次宝贵的经历。

由于仪器价值不菲，让小组里每个人操作时都小心翼翼。

同时，这次实验也增强了我们团队合作的能力。

七思考题
相对重力仪与相对重力测量
用于重力勘探工作中的重力仪，都是相对重力测量仪器，即只能测出某两点之间的重力差，由于重力差比重力全值小几个数量级以上，因而要使用测量值达±（1~0.0n）g.u.精度，其相对精度就比绝对重力仪小得多了，这样使仪器轻便，小型化就较为实现，但即便如此，为能正确反映重力极微小的变化，在仪器设计、材料选取、各种干扰的消除等方面仍非易事。

1）工作原理
一个恒定的质量m在重力场内的重量随g的变化而变化，如果用另一种力（弹力，电磁力等）来平衡这中重量或重力矩的变化，则通过对物体平衡状态的观测，就有可能测量出两点间的重力差值，按物体受重力变化而产生位移方式的不同，重力仪可分为平移（或线位移）式或旋转（或角位移）式两大类。

日常生活中使用的弹簧称从原理上说就是一种平移式重力仪。

设弹簧的原始长度为S0，弹力系数为k，挂上质量为m的物体后其重量为mg，当由弹簧的形变产生的弹簧与重量大小相等（方向相反）时，重物静止在某一平衡位置上，此时有mg =k（S—S0）
式中S为平衡时弹簧的长度，若将系统分别置于重力值为g1和g2的两个点
上，弹簧形变后的长度为S1和S2，可类似得到上述两个方程，将它么们相减便有
g=g1-g2
系数C称为格值，因此测得重物的位移量就可以换算出重力差。

将上式全微分后并除以该式，可得到相对误差表达式
设Δg=1000·u，dg取0.1g.u.。

则相对误差为10—4，平均地说，对格值与ΔS测定的相对误差不能超过0.5×10^(-4)，可见要求实施是相当困难的。

2）构造上的基本要求
不同类型重力仪尽管结构上差异很大，但任何一台重力仪都有两个基本的部分：一是静力平衡系统，又叫灵敏系统，用来感受重力的变化，因而是仪器的“心脏”；二是测读机构，用来观测平衡系统的微小变化并测量出重力变化，对前者来说。

系统必须具备足够高的灵敏度以便能准确地感受到重力的微小变化，对后者来说，应有足够大的放大能力以分辨出灵敏系统的微小变化，同时测量重力变化的范围较大，读数与重力变化间的换算要简单。

对弹簧称式重力仪的分析：
全值重力场下(=107g.u.)，弹簧伸长10cm
一个半径为50m，中心埋深100m，剩余密度0.5g/cm3的球体在中心上方的最大重力异常2g.u.，该异常引起的弹簧长度变化2*10-6mm.
可见重力仪要灵敏地感受这一微小变化，并测出这一变化需要在仪器结构上进行精心的设计。

相对重力测量是指对不同地点上重力值变化量的测量。

相对重力测量结果是重力的差值，也是一个标量代表重力矢量模之差。

相对重力测量可以采用动力法和静力法。

最早的相对重力测量在1887年，采用动力仪的摆仪，因为摆仪的精度只能达到毫伽级别，而且观测效率不高，目前已经很少使用。

现在普遍采用静力法的弹簧重力仪。