在地球物理学领域,地球重力场的研究历来作为核心任务之一。地球系统物质的分布和迁移等均能反映在地球重力场以其时变特征中,地球本身及其邻近空间的物理事件同时也受其制约。大地测量坐标基准的确定,地球表层及内部结构的精细描述,以及在地球动力学、海洋学、天文学等相关学科研究中作为重要基础信息,都离不开对地球重力场精细结构及其时变特征的分析。研究地球重力场的精细结构及其时变信息,尤其是对区域负荷效应、水文效应等的响应研究,以及对地球大尺度运动（如板块构造运动等）和整体性运动（如地球自转、极移、自由振荡等）监测等,均需要精密重力测量技术来获取相关数据信息。了解精密重力仪测量原理和技术,掌握重力观测数据的处理方法,对于借助重力观测数据或联合其它地学观测数据开展相关研究至关重要。本文在详细介绍精密重力测量原理和研究现状的基础上,立足于超导重力仪观测,并以国内首台引进的i Grav-007超导重力仪为主,联合FG5绝对重力仪、OSG超导重力仪以及其它气象（如气温、气压和降雨等）、地倾斜、GNSS垂直形变等多源地球物理学观测数据,开展了高精度重力比测实验、数据预处理及多项典型应用研究。主要研究工作和成果总结如下:1.系统阐述了精密重力测量的基本原理与方法,并结合超导重力观测数据详细介绍了重力测量数据的处理方法和过程,重点分析了地球潮汐（包括固体潮和海潮负荷）改正、气压改正、极移改正和仪器漂移改正中的一些关键性问题。2.采用绝对重力仪和相对重力仪同址比测技术,分别在武汉九峰台和昆明地震基准台两地,利用FG5绝对重力仪标定了i Grav-007超导重力仪的校准因子,得到i Grav-007超导重力仪的校准因子分别为（-91.4675±0.0852）×10-8 m/s2/V（相对标定精度为0.0931%）和（-91.4050±0.0686）×10-8 m/s2/V（相对标定精度为0.0751%）。本文仅用连续三天的同址观测实验获得的校准因子精度即可达到潮汐分析要求的0.1%的量级,并优于国内外同类实验获取的超导重力仪标定精度。3.采用线性回归方法,在时域内获得武汉九峰台大气重力导纳值为（-2.4807±0.0035）nm/s2/h Pa;对经过潮汐、气压和极移改正后的重力残差分析得到i Grav-007超导重力仪的漂移量为0.40μGal/month,优于其标称漂移量（0.50μGal/month）;进一步分析去除仪器线性长期项和残余潮汐信号的重力残差,得到最终i Grav-007超导重力仪的观测精度为0.040μGal/min,优于其标称精度（0.05μGal/min）。此外,本文还利用i Grav-007超导重力仪在昆明基准地震台连续2年的观测数据,计算了当地的海潮负荷影响。4.基于昆明基准地震台i Grav-007超导重力、地倾斜、垂直形变、水文和气象等观测资料,采用互相关分析法,计算了8个物理观测量在不同频段内的互相关性,以此初步判断该区域地下水短时期的水平迁移量较大,可能系浅层土壤中存在径流所致;长时期存在垂直渗透,可能由于该区域低下存在某一地质分层界面。此外,还发现各时间序列中都存在一个周期为105.6天的季节性变化信号。5.采用功率谱密度估计方法,利用i Grav-007超导重力观测数据检测了2013 Mw6.6芦山地震激发的地球自由振荡简正模,其中在1.80~5.20 m Hz频段内找到了0S11~0S40中除0S16振型外的所有基频球型振荡信号,观测值与PREM理论预测值偏差绝对值超过0.30%的有3个基频振型,小于0.15%的检测振型数占总振型数的65.7%。此外,还分析了同址观测的OSG-065超导重力仪的观测结果。6.利用迭积方法处理全球33个超导重力观测记录,并借助Slichter模理论分裂规律找到一组可能的Slichter模三重分裂信号（5.942h、5.332h、4.737h）,其对应的地球内外密度跳跃加平均值为595.42 kg/m3,对应的Slichter模简并周期为5.429 h,该结果与PREM模型理论预测值以及多组前人检测值较为接近。7.设计并实施了基于i Grav-007超导重力仪测量万有引力常数G的初步实验,实验获得的两个万有引力常数值G1=（6.6388±0.3317）×10-11m3kg-1s-2和G2=（6.5922±0.3184）×10-11m3kg-1s-2与CODATA推荐的最新测量值在误差限范围内,对i Grav超导重力仪在该科学领域的拓展应用作了有益探索。