重力测量实习指导书.docx
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重力测量实习指导书.docx
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重力测量实习指导书
《重力测量实习指导书》
2007年3月
赵晓燕
重力仪的安全保护须知
重力仪是一种精密、贵重的测试仪器,正确的、严格的保养维护是保证观测成果质量的前提,也是保证仪器安全所必须的。
(1)重力仪的保管和使用应建立严格的责任制,仪器的主管人员和使用人员应对仪器的安全负责,未经主管人员和操作者同意,别人不得随意动用仪器。
重力仪的配件和工具一般应随仪器妥善保管,不得弃置或改作它用。
(2)长距离运输重力仪时应有专人负责,并尽量设法减震,严禁将仪器大角度倾斜,操作过程中防止对仪器的任何碰撞。
仪器筒提手、挂钩和背带等应随时检查以发现隐患,予以及时消除。
仪器放在底盘上后,操作员不得离开,以防意外事故发生。
(3)在野外观测中,重力仪要防止被阳光直照、淋雨。
每日工作后应将仪器表面擦试一次,目镜应用软毛刷或擦镜纸轻轻擦拭,不准用其他不合适的代用品。
每周至每月应对脚螺丝清洗、润滑一次。
(4)存放重力仪的环境应安全、稳固、干燥,如长期不用应及时取出电池,并在放仪器的防展筒内放置干燥剂。
(5)重力仪的重大检修应送仪器厂或仪修站进行。
在野外观测过程中如发现较大故障时,不得轻率动手,随意拆卸仪器部件,而应由具有一定检修经验的人员在主管批准下,于力所能及的范围内进行处理,检修时应有一个洁静的环境,且有两人同时在场才行。
(6)在发放和验收仪器时,应作相应的仪器性能检验,双方签署记录,严格交接手续。
实训一、重力仪的认识与操作
实训目的:
认识ZSM型、CG型、GS型、DZW型重力仪的结构及其功能,学会ZSM型、CG型石英弹簧重力仪的操作。
实训内容:
熟悉ZSM型、CG型重力仪的操作面板,完成重力仪在一个点上的读数。
基本要求:
每人分别完成一个点上的读数、记录任务。
每人一个点上的读数的自差不大于0.4格。
实训步骤:
(1)了解重力仪运输防震设备、防震措施、建立重力仪运输、使用的安全意识。
(2)认识重力仪面板:
计数器、目镜、纵、横水泡了望孔、电源与照明系统、脚螺旋。
(3)整平仪器:
先调横脚螺旋,使横水泡居中,然后调纵脚螺旋,使纵水泡居中。
(4)旋转计数器使亮线与刻度盘零线对齐。
(5)取计数器的读数,读数为5位有效数字,三位整数,最后一位是估读的。
(6)重复(3)、(4)、(5)读取第二、三次读数。
(7)判断:
三次读数最大值与最小值不大于0.2时,取其三次平均值作为本点重力读数。
当三次读数最大值与最小值大于0.2时,增加读数至到满足上述要求为至。
记录表:
观测时间:
观测者:
观测次数
重力仪读数
均值
回答思考题,理解零点补偿读数原理。
实训学时:
2学时
规范要求:
三次读数互差不超过0.2格
思考题:
1、同一时刻不同的重力仪读数相同等吗?
,为什么?
2、同一台重力仪不同时刻读数相同吗?
,为什么?
3、当三次读数超差时,怎么办?
4、在整平仪器时,为什么要先调横脚螺旋,使横水泡居中,然后调纵脚螺旋,使纵水泡居中?
实训二、重力仪的水准器的检查与调节
实训目的:
了解水准器的工作原理,掌握水准器的检查与调节的方法。
实训内容:
(1)检查仪器面板相对脚螺丝的位置是否正确。
(2)检查纵、横水准器的安装是否正确。
(3)纵、横水准器调节。
实训步骤:
(1)将纵、横水泡居中,亮线与零线对齐。
(2)移动纵脚螺旋,使水泡上下移动,观察亮线,若亮线均向右移动,说明纵水准器安装正确,否则,纵水泡安装错误。
(3)同样方法检查横水准器,注意:
每次移动横水泡时,要将纵水泡居中,再观察亮线移动方向。
(4)当纵、横水准器安装均正确时,则水准器安置正确。
为了更好安装水准器也可以做水泡曲线,其步骤为:
当检查纵水准器时,移动纵脚对准标志线,读取纵脚上的刻度n,调亮线与零线对齐读取重力仪的读数s。
再移动纵脚,读取n和S。
直到找到重力仪读数的最大值为至。
以n为横坐标,以S为纵坐标,做纵水泡曲线,曲线的最大值nmax位置即为重力仪水平位置,此时,若纵水泡居中,说明纵水准器位置正确。
同理,可以检查横水准器,注意在检查横水准器时保证纵水泡居中。
当水准器位置不正确时,应调节,其方法为:
将脚螺旋调到最大值位置,此时用小改锥伸进相应的脚螺旋调节孔,将水泡装居中。
记录:
刻度n
重力仪读S
基本要求:
通过上述工作,使重力仪的水准器处在正确位置。
实训学时:
2学时
规范要求:
定期检查水准器。
实训设备:
重力仪、改锥、坐标纸、铅笔
思考题:
1、水泡居中位置就是重力仪水平位置吗?
2、做水泡曲线时,当纵脚移动到某一位置时,会出现重力仪读数不稳定情况?
怎么解释这种情况?
实训三、石英弹簧重力仪的亮线灵敏度的检查与调节
实训目的:
通过实训理解重力仪灵敏度的物理意义,掌握亮线灵敏度的检查与调节方法,掌握一般误差分析方法。
实训内容:
(1)检查亮线灵敏度是否在最佳值(16—20格)范围。
(2)分别用两种方法调节重力仪的灵敏度,并讨论误差来源和大小。
基本要求:
(1)改变纵脚螺丝,观察灵敏度与纵向倾角的变化关系,并找出临界角的位置。
(2)比较调节前后零点读数的差异,说明其原因。
(3)若用倾斜法调节灵敏度,测定倾斜误差,并分析它对观测的影响。
实训学时:
2学时
规范要求:
亮线灵敏度:
要求16格~20格为正常
观测次数
S左1
S0
S右
E光
E光均值
实训步骤:
1、调节脚螺旋,整平重力仪仪器。
2、调节亮线,使亮线分别对齐刻度盘的左1格、零线、右1格读取重力仪读数,填写下列记录表。
3、计算亮线灵敏度:
E光=1/2(S右1-S0+S0-S左)
4、重复上述步骤,取E光均值
判断:
当E光≥20格时,重力仪灵敏度太低,当E光≤16格时,重力仪灵敏度太高。
当灵敏度不适中时,进行灵敏度的调节。
实训四、重力仪的格值的标定
实训目的:
理解重力仪格值的概念,掌握格值K的标定方法,并评价标定结果。
实训内容:
(1)使用“基线法”标定仪器。
(2)根据标定数据,计算仪器的格值。
(3)计算标定的精度,参照规范评价标定结果。
基本要求:
(1)选两个基点,连续取往返三个单程观测作为一个独立结果,每小组作二个独立结果,收集其它小组结果,取六个合格独立结果的中数为本仪器的格值。
(2)为了减小仪器的零漂影响,每个独立结果应在短时间内闭合,对有较大“掉格”的结果应舍弃。
实训学时:
2学时
规范要求:
最少取六个以上合格独立结果的均值,一个测回记录如下
重力仪格值测定记录表
日期:
年月日仪器号:
运输工具:
天气:
点号
重力仪读数
中数
观测时间
备注
1
2
1
2
1
计算:
已知:
两点重力差为5.455mGaL,求重力值格值。
实训五、重力仪静态、动态零漂的检验
实训目的:
了解重力仪“掉格”现象,掌握重力仪静态、动态零漂的检验方法,学会定量分析零漂规律。
培养学生分析问题、解决问题能力。
实训内容:
(1)做仪器的静态零漂实验,做重力仪静态零漂曲线,确定零漂率,并评价仪器。
(2)在选定的两个基点上做仪器的动态零漂实验,做重力仪动态零漂曲线,确定动态零漂率,计算动态观测精度,并评价仪器。
基本要求:
(1)做静态试验时选择环境温度不大于1℃,无振动干扰的稳定地点,每半小时读数一次。
(2)对所有观测值进行固体潮改正。
(3)对试验持续时间可根据实际条件调整。
实训学时:
6学时
规范要求:
两次读数时间间隔为半小时,持续时间为48小时
实训六、重力仪一致性试验
实训目的:
掌握仪器一致性比测的原理和方法,培养学生计算、综合分析问题能力。
实训内容:
(1)在选好的基点(10个以上)上,进行比测。
(2)在一张图上画出各台仪的重力差对比曲线,并比较仪器的性能。
(3)计算每台仪器的均方差,并评价仪器。
基本要求:
所选的点应有较大的重力差。
对一致性差较大的仪器分析其误差来源。
实训学时:
4学时
实训步骤:
(1)在选好的有一定重力差的标定基线上(10个以上的点),待检测的重力仪同时在各基点上读数,要求三次读数互差不在于0.4格,填写记录表。
(2)计算各点相对某一点(基准点)的重力差。
(3)以基点点号做出横坐标,各点仪器的重力差为纵坐标,绘出各台仪器重力差曲线(对比图)。
(4)分析各台仪器的一致性,并计算台仪器的均方差,并作为衡量其一致性精度指标,按规范的要求评价各台仪器
重力仪一致性试验记录、计算表
观测时间:
仪器号:
观测者:
计算者:
点号
重力仪读数
均值
格数差
重力差
重力差的均值
偏差
实训七、重力网的平差----波波夫平差
实训目的:
通过实训,理解重力网的闭合差、平差的概念。
掌握重力网平差的一种方法----波波夫平差法。
实训内容:
(1)给定一个由7个重力点3个环组成重力自由网。
(2)计算各环的闭合差。
(3)确定平差分配系数。
(4)对各环进行闭合差的分配,并检查分配结果。
(5)求各边平差后的重力差值。
(6)求重力网观测精度。
基本要求:
平差系数取边数分之一即等权分配。
若已知某点的重力绝对值,推算其它各点的绝对重力值,参照规范要求评价重力网的观测结果。
实训学时:
2学时
规范要求:
尾数可调整,平差计算的精度为观测数据最后一位
步骤:
1、计算各环闭合差。
2、确定各边分配权即“红数”
3、进行初次分配(从闭合差最大开始)
4、重新计算各环的新闭合差并分配直至分配完。
5、求各边分配总值
6、检查分配是否有误,可用下式:
本圈原始闭合差=本圈各边分配总值之和
7、计算各边改正值
8、计算各边平差后重力差值
9、计算重力网的精度
ε=
式中:
Vi为各边的分配总值
S为网的圈数
M为总边数
N为基点数
10、若:
G1=0,求各点的绝对重力值
实训八、人为因素高程变化重力效应的计算
实训目的:
学会分析人为因素对重力观测的影响。
学会人为因素造成观测点高程变化对重力观测影响值的定量计算。
实训内容:
(1)根据实际情况,确定高程变化对重力影响的具体关系式。
(2)根据大仓形变观测资料,用相关分析法确定大仓点高程变化规律。
(3)求出该点各时间段内重力变化的拟合值,及相关系数。
(4)计算各对应时间段内高程变化的重力效应。
(5)计算各对应时间段内改正后的重力变化。
基本要求:
加深理解在异常分析中排除干扰的重要性。
根据所给的观测点观测资料,重力变化和高程变化均视可视为线性变化。
按要求填写计算表格。
实训学时:
2学时
测点大仓自1981年12月到1989年10月共进行了21期重力测量。
由各期测量得到的重力变化量列于表1第3列。
据调查大仓地区因大量抽取地下水而造成地壳明显下沉,如表1所示。
要求对高程变化造成的重力效应进行计算并填下表其它项内容。
表1重力变化观测值及改正计算表
观测时刻
重力变化
高程变化
高程变化
重力效应
改正后重力变化
日期
相对长度
观测值
拟合值
1981.12
0
1982.3
-2
1982.6
76
1982.9
2
1982.12
102
1983.3
26
1983.6
23
1983.9
128
1983.12
74
1984.3
91
1984.11
138
1985.3
-8
1986.3
190
1987.3
192
1987.6
178
1987.7
171
1987.11
182
1988.1
184
1988.6
206
1988.7
208
1988.10
209
表2大仓测点高程变化
观测时刻
高程变化
日期
相对长度
观测值
似合值
1980.10
0
1981.7
-78.9
1983.7
-198.9
1988.7
-492.9
分析,由表可以看出,大仓地区在近七年中,重力变化一直上升高达209毫伽,经效正且近似线性变化,该变化是否与地震有关?
经调查本地地质、地形变等各方面资料,得知,本地区大量抽水而造成地壳明显下沉是造成重力变化的主要原因,认为是人为因素造成的重力变化,在异常分析中应作为干扰予以排除。
由重力效应公式:
δg=-0.197ΔH(mGal)其中ΔH以厘米为单位
为了将离散的重力变化量转换为连续变化量,同时也消除偶然误差,获得可靠的重力变化信息,对本地区变化及地形变化进行趋势性变化拟合分析得到如下方程:
δg=5.2+2.57t
相关系数R=0.889
δ=-19-5.2t
相关系数R=0.998式中t以月为单位,可见重力变化、高程变化均与时间呈线性相关。
实训九、重复重力观测数据的初步处理
实训目的:
理解各项重力改正的物理意义,掌握改正方法,培养学生分析问题能力。
实训内容:
1、将仪器读数换算成毫伽值
2、进行固体潮改正
3、分别进行仪器高改正、零漂改正、气压改正
4、计算改正后的A、B两点的重力差。
实训要求:
已知重复重力测量的A、B两点的重力观测记录如下,数据见下表,该地潮汐因子取1.16,重力理论值8至12的整点值为-91.1、48.5、73.3、79.9、68.2单位为μGal,该地区重力垂直梯度为0.3068mGal/m,气压改正系数为-0.43μGal/102Pa,仪器零漂系数为0.12μGal/小时,该仪器的一次项系数为:
1.0000617。
厂家给定格值:
R
F1
F2
…
1700
1800
1900
2000
…
1710.713
1811.392
1912.075
2012.765
…
1.00679
1.00683
1.00687
1.00688
试分别对各点进行固体潮改正、气压改正、仪器高改正、零漂改正并填表,并求改正后两点改正后重力差。
点号
观测时间
重力仪读数
气压
102Pa
仪高(cm)
毫伽值
固体潮改正
气压改正
仪高改正值
零漂改正
A
B
实训十九重力台站参观实习
实习目的:
了解重力台站仪器与设备与日常工作
实习内容:
(1)了解前兆仪器、台网公共设备、辅助观测设备及组装
(2)了解重力台站建设与观测环境
(3)了解重力台日常工作情况
学时:
4学时(灵活安排)
填写下表:
地震台站实习记录表
实习台站:
实习时间:
台站性质:
实习人姓名:
实习指导教师:
台站地理位置
台站地质构造情况
台站观测
手段
地震仪器名称,型号
辅助观测设备与仪器
台站观测的共公设
台站观测工作状态
台站观测环境与主要干扰情况,
实习体会:
(台站建设方面、台站工作、生活条件、数字化改造,台站工作人的职业素质)
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