2. 重力观测数据采集与预处理

布格异常计算的可靠性，首先取决于野外重力观测数据本身的质量。重力观测的任务，是在测点上获得相对于某一基准的、经过各项改正后的重力差值。围绕这一目标，野外工作通常由相对重力仪承担测点间的高精度重力差测量，由绝对重力仪提供基准点上的绝对重力值，二者配合构成完整的观测体系。

两类重力仪的工作原理与分工

相对重力仪的核心是一个受重力作用的弹性敏感系统。以常见的金属弹簧或石英弹簧重力仪为例，其敏感质量悬挂在弹簧上，重力变化使弹簧长度或平衡位置发生改变，通过电容位移传感或光学杠杆系统将这一微小位移转换为电信号，再经反馈或读数机构输出。由于弹性系统的零点会随时间、温度发生缓慢变化，相对重力仪测得的是测点之间重力差，且必须通过重复观测来消除漂移影响。现代相对重力仪（如石英弹簧型）的读数分辨率可达 1 μGal 量级，野外单次观测精度通常在 5～10 μGal。

绝对重力仪则直接测量重力加速度的绝对值。自由落体型绝对重力仪通过激光干涉测量落体在真空腔中的下落距离、用原子钟记录时间，由 h = ½gt² 关系反演 g；现代原子干涉型绝对重力仪利用冷原子自由下落时的物质波干涉相位获取重力值。绝对重力仪精度可达 1～10 μGal，但设备昂贵、观测耗时，主要用于建立基准点、标定相对重力仪格值以及长期监测。

因此，野外布网的基本逻辑是：在工区内选取交通便利、地基稳定的点作为绝对重力基准点，用绝对重力仪测定其绝对重力值；其余测点用相对重力仪以“基准点—测点—基准点”的闭合方式测量重力差，再归算到绝对基准上。

野外测量流程与观测方式

相对重力仪的野外测量普遍采用闭合环路观测。以一台仪器、一条测线为例，典型流程为：从基准点 A 出发，依次观测测点 1、2、…、n，再返回 A 点，形成一个闭合环。每个测点至少观测两次，且两次观测在时间上尽量分开，以便后续用漂移模型内插改正。对于精度要求较高的工区，可采用三程观测或多台仪器同步观测。

观测时需注意：仪器置平后等待读数稳定再记录；每点记录观测时间、读数、温度、点号与点位描述；测点应避开振动源、陡坎边缘和局部质量体（如建筑物、水塔）过近的位置。一个可参考的野外记录格式如下（示例字段，非实测数据）：

点号    时间      读数(格值单位)   温度(℃)   备注
A(基准) 08:12     1245.6          21.3     绝对点，已知g=979312.45 mGal
P01     08:31     1268.2          21.5     路边稳定基岩
P02     08:52     1291.7          21.8     距水塔约15 m，需备注
P03     09:14     1305.4          22.0
A(基准) 09:40     1245.9          22.2     闭合回A

零点漂移校正

弹性重力仪的读数随时间存在系统性漂移，称为零点漂移。闭合观测中，同一基准点 A 在环开始与结束时的读数之差，扣除真实重力变化（同一地点重力不变）后，即为该时段内的漂移量。设 A 点开始读数 R_A1、结束读数 R_A2，则漂移率

δ = (R_A2 − R_A1) / (t₂ − t₁)

对环内任一测点 i，按观测时刻 t_i 线性内插漂移量 δ(t_i − t₁)，从读数中扣除。若一个环跨越时间较长或漂移呈非线性，应把环分成若干小段，或采用多项式拟合漂移曲线。漂移改正后，各测点相对基准点的重力差为 Δg_i = k(R_i − R_A1 − δ(t_i − t₁))，其中 k 为仪器格值。

固体潮校正

日月引力使地球固体部分产生周期性形变，引起地表重力随时间变化，量级可达 ±100～±150 μGal，远大于相对重力仪的观测精度，必须改正。固体潮改正量可由理论潮汐模型按观测点的经纬度和观测时刻计算，常用的是基于潮汐势展开的公式，输出以 μGal 为单位的改正值。实际操作中，把每个测点的观测时刻代入潮汐计算程序，得到该时刻的理论潮汐重力值 g_tide(t)，从观测重力中减去。需要注意：同一闭合环内各点观测时刻不同，潮汐改正必须逐点进行，不能对整个环使用同一改正值。

仪器格值标定

相对重力仪输出的读数是“格值单位”，需乘以格值系数 k 才能换算为 mGal。格值标定通常在已知重力差的基线场上进行：基线场两端点有高精度绝对重力值，其重力差 Δg_基 已知；用待标定仪器在两端点重复观测，得到读数差 ΔR，则 k = Δg_基 / ΔR。标定应覆盖仪器的工作量程，并在不同时间多次进行以检查格值的稳定性。若格值存在非线性，应分段标定或建立读数—重力差的拟合曲线。

数据质量评价

闭合环的闭合差是评价观测质量最直接的指标。设环内各段重力差之和为 ΣΔg，理论上应等于零（回到同一点），实际闭合差 w = ΣΔg。将 w 按各段观测时间或测段长度分配，即得闭合差分配改正。通常要求单环闭合差不超过 ±(10～20) μGal，具体限差依工区精度要求而定。此外还应检查：重复观测的互差是否在限差内、漂移率是否异常（漂移过大提示仪器状态不佳）、潮汐改正后的残差是否呈随机分布。对超限的环应查明原因（仪器碰撞、读数错误、点位不稳）后重测。

把上述环节串起来看，一次合格的野外观测应形成“绝对基准—相对闭合环—逐点改正—闭合差检验”的完整链条。漂移改正解决仪器自身的时间漂移，固体潮改正解决外部引力扰动，格值标定解决读数到物理量的换算，闭合差与重复观测互差则是对整条链条的最终检验。任何一环缺失或处理不当，都会以系统误差的形式传递到后续的布格异常中，进而影响密度反演结果的可靠性。因此，预处理阶段应保留完整的原始记录与改正过程，便于复核与追溯。