直线型海洋重力仪负漂移原因分析及处理

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1、第40卷第2期2016年6月地质学刊JournalofGeologyV01．40No．2Jun．，2016doi：10．3969／j．issn．1674—3636．2016．02．326直线型海洋重力仪负漂移原因分析及处理王劲松1⋯，叶宇星3，徐行1⋯，赵强1⋯，廖开训1，2(1．国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东广州510075；2．广州海洋地质调查局，广东广州510075；3．中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司，河北涿州072750)摘要：分析了直线型KSS31M(SN035)海洋重力仪短期负漂移现象的原因、采取的

2、处理措施和经验总结，认为在减震措施不足的情况下，重力仪长期经受震动，而频繁的搬动会使重力仪弹性系统中的金属弹簧产生较大的弹性疲劳，这种影响在短时间内无法完全消除，由此可能导致月漂移超标；陀螺稳定平台轴因承受震动磨损较严重，轴承间隙变大，导致安装在平台之上的重力传感器经过抛物线测试之后不能完全垂直指向地心，重力在水平方向存在一个微小的分量，最终导致重力读数偏小，即短期负漂移；重力基点环境的变化等对漂移也有一定的影响。建议在搬动重力仪后将仪器保持足够长时间的恒温后再开机，密切监测一段时间，以确保仪器处于良好的工作状态。关键词：海洋重

3、力测量；海洋重力仪；零点漂移；负漂移中图分类号：P631．1+3文献标识码：A文章编号：1674—3636(2016)02—0326—050引言海洋重力测量一般采用走航式的连续观测方法，属于动态相对测量。由于几乎所有的重力仪都存在零点漂移问题(黄谟涛等，2005；曾华霖，2005)，海洋重力仪也不例外。零点漂移是海洋重力仪稳定性的重要技术指标之一，它不仅直接指示海洋重力仪的工作状态，其改正还关系到重力观测数据的精度，因此研究海洋重力仪的零点漂移问题具有重要意义。国内对海洋重力仪零点漂移的研究已经很多，但不管是中短期漂移还是长期漂

4、移，均侧重研究漂移的规律及零点漂移改正的方法(许时耕，1982；栾锡武，2004；顾兆峰等，2005；付永涛等，2007；黄谟涛等，2014；陆凯等，2014；廖开训等，2015)，但对零点漂移中出现的漂移过大、负漂移等异常现象及其原因研究很少。通过对广州海洋地质调查局装备的直线型KSS31M(SN035)海洋重力仪13年来零点漂移中的负漂移现象观测、原因分析及采取的处理方法的综合分析，讨论了异常现象及原因，为同类型海洋重力仪的维护、使用提供借鉴。1KSS31M型海洋重力仪简介迄今为止，国内应用最广泛的海洋重力仪是美国的LaCo

5、ste&RombergS系列重力仪以及德国的KSS31系列重力仪。前者采用零长弹簧，属于旋转型(摆杆型)，后者采用直立弹簧，属于直线型。KSS31M型海洋重力仪采用直立直线型弹簧测量系统(图1)。测量弹簧位于1个圆管内，5条细钨丝和2条细弹簧使管状质量只在垂直方向上有自由度，从而在设计上有效地消除了交叉耦合效应。在该测量系统中，重力变化改变着弹簧的张力，弹簧的伸缩量与重力变化成正比(陈邦彦等，1998)。精确的电磁系统确保弹簧工作在零位系统中，使弹簧始终保持在0位置(栾锡武，2004)。高灵敏度的电容测微器直接读取平衡体(即管状

6、质量)的位移大小，由此产生的电磁信号经中央处理器处理后得到收稿日期：2015—09—25；修回日期：2015—11—13；编辑：蒋艳基金项目：国家自然科学基金重点项目“高分辨率磁异常测量研究南海海盆扩张过程及洋壳磁性层结构与演化”(91028007)、“南海深部构造热演化及其对南海形成演化的控制作用”(91428205)作者简介：王劲松(1980一)，男，工程师，硕士，从事海洋重力、海洋磁力的数据采集、设备维护和技术方法研究工作，E-mail：jinsong—wan92011@163．eom第40卷第2期王劲松等：直线型海洋重力

7、仪负漂移原因分析及处理327观测的重力变化。图1KSS31M型海洋重力仪直立直线型传感器Fig．1ErectivelinearsensoFoftheKSS31Mmarinegravimeter2零点漂移及负漂移海洋重力传感器的主要部件(如主测量弹簧)会随着使用年限的增长而出现老化现象，致使重力仪起始读数的零位随时间发生缓慢变化，这种现象称为仪器零点漂移，也称仪器掉格(顾兆峰等，2005)。KSS31M型海洋重力仪传感器中的弹簧及有关的连结件，不可能做得完全稳定，即使在仪器罩内保持恒温和恒压也是如此(德林格尔，1981)，因此零点

8、漂移是不可避免的。大多数现代重力仪(陆地和海洋)的漂移率呈线性低值变化，且呈正向漂移，因为弹簧在重力的长期作用下是被拉长的，从而测得的重力加速度偏大。如果将漂移做成线性，那么在数据处理时就能方便地加以改正。一般情况下，正常运行的重力仪的实际月漂移均小于3×10。