精密重力测量可以获取精确的重力场。高精度地球重力场的时-空变化数据，可以为大地测量、地球内部动力学研究、导航、油气与矿产勘探以及环境与灾害监测等提供重要的信息。三峡地区地质环境演变因三峡工程的建设而成为科学界的焦点。三峡库区巨大的水体负荷及其变化，是该地区地壳形变、现代构造运动、环境变迁的重要起因，区域性地壳变形和构造变形将直接影响表层的稳定性。三峡库区水体负荷变化最直接的物理响应就是重力场变化，利用先进的高精度绝对重力仪(A-10)和潮汐重力仪(gPhone)，在三峡地区开展高精度流动重力测量和连续重力测量，研究重力场时空变化及其与库区水文地质环境的关系，将具有重要学术意义和科学价值。　　 论文以三峡库区蓄水过程的地质与环境研究为背景，探讨了高精度绝对重力测量和连续重力测量的观测技术，开展了观测数据的质量评价以及数据处理与分析方法方面的研究。高精度重力测量受诸多外界因素的影响，观测值包含着多种信号成分，因此不仅需要对观测资料开展必要的方法论证，而且需要对各种信号进行有效的分离与识别。　　 论文针对A-10绝对重力的技术特点，在详细地剖析A-10各环节工作原理和测量过程的基础上，着重对采集参数设置、数据处理步骤、结果计算、精度评价方面进行了讨论，分析了测量过程中的各种外界影响因素。通过各种环境下的实验及观测资料积累，给出合理的观测参数设置方法。例如，对于一般精度要求(±10×10-8m/s2)的测点，观测组数为10组，每组下落次数50～100次，每次下落时间间隔为2～6秒，红、蓝激光组组间间隔为10～15分钟;选择测量起始和终止条纹时间分别为30和135 ms;新的参数组合能在确保观测数据质量的情况下有效提高野外工作效率。由于A-10与FG-5不同，采用了双激光模式，现有规范中重力值的计算与质量评价方法需要重新拟定。论文根据误差理论，给出了包含重力梯度测量误差等内容的观测精度评价的方法。在此基础上，通过分析近2年的观测资料，结合与FG-5测量结果的比对，科学地评价了A-10#022仪器的一致性、稳定性和可靠性，并归纳出观测质量实时监控技术以及应对各种异常的措施。通过总结，提出了一套适应于野外流动观测条件下A-10绝对重力仪观测的实用技术，为高效利用这种设备开展工作提供了较为全面的参考。　　 论文介绍了利用A-10绝对重力仪在国家重力仪格值标定场试验，三峡库区进行流动绝对重力测量等方面的情况。在庐山国家重力仪格值标定场测量中，首次利用绝对重力仪进行观测，给出了各基点上高精度的绝对重力值。由于各基点重力值为独立测量结果，避免了逐点推算带来的误差累积，为该格值标定场的重建，提供了重要的参考资料，成为我国重力仪格值标定场的建设或重建新的测量手段。　　 高精度连续重力测量数据中包含各种信息和干扰噪声，消除干扰、有效分离各种信号是利用连续重力测量数据开展研究的基础。论文结合连续重力测量资料处理方面的国内外研究现状，以本领域专用软件为蓝本，介绍了相关的方法，归纳了gPhone重力仪观测数据的一般处理流程。在充分考虑仪器性能特点的基础上，提出了用傅里叶级数方法拟合gPhone初期的零漂，通过调和分析提取了基于gPhone观测资料的武汉地区的潮汐因子，并给予的客观评价。为进一步确定gPhone相关参数，以武汉国际潮汐基准值为参照，依据超导重力仪所得到的几个主要潮波振幅因子，将gPhone观测数据与之对比，初步确定了gPhone#094重力仪的格值。　　 论文基于gPhone连续观测资料，尝试性地开展了应用研究。利用一年时间内gPhone连续观测数据，分析了武汉地区重力场季节性变化特征，并与同期GRACE数据和CPC/GLDAS水文模型数据进行了对比。论文重点讨论了2011年三峡库区175米试验性蓄水期前后5个多月的观测资料，经过仪器零位漂移改正和信号分离，得到了与库区水位相关的重力变化信息，对蓄水前后“低水位”、“提升水位”和“高水位”三个水位阶段的重力响应特征进行了研究;探讨了三个阶段库区水位波动与重力场变化相关性的成因;进而分析了短时降水所引起的水位波动所造成的水位信号与重力信号相位差异的原因，给出了水位快速提升与重力场变化的幅度关系，描述了高水位稳定阶段重力信号变化特征。通过对比高水位阶段的水位和重力信号，发现重力信号存在显著的短周期扰动，频谱分析表明，其类似日波、半日波信号，且与水位信号对应，这种在三个阶段均存在短周期扰动表明三峡水库水体存在如同海洋一样的潮汐，库水潮汐作用引起的重力变化幅值最大可达6～10×10-8 m/s2。论文还针对蓄水期间重力信号的高频扰动，结合水库地震机制和库容量变化资料进行了讨论，根据高频扰动出现的频度和幅度，分析了可能的成因。　　 此外，论文还利用gPhone所采集到东日本“311”大地震的信号，进行了研究，尝试性地进行了地震到时分析，并通过频谱分析，研究了大地震引发的地球自由振荡现象。在数据分析过程中，采用巴特沃斯数字滤波对重力潮汐进行改正，最大程度地消除了重力潮汐与仪器零漂低频残余的影响，得到了同震重力响应。通过傅立叶变换得到大地震激发的地球自由振荡频谱，基于(频率分辨率约为3.86×10-6Hz)谱分析结果，共检测到（在小于5 mHz低频范围内）95个地球自由振荡振型，其中包括43个基频振型和52个谐频振型;对比理论模型，可以发现一些振型的谱峰分裂现象，如0S2，0S3，0S4与0S0，每个谱线分裂的振型都包括2个以上的分裂谱峰。上述分析结果表明，gPhone观测数据具有广泛的应用前景，也预示着在三峡地区进行连续重力观测可以大有作为。　　 连续重力信号处理与分析的主要目的是将各种信息进行分离。作者结合国内外信号分析领域的发展趋势，应用经验模态分解（Empirical Mode Decomposition，简称EMD）、集成经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，简称EEMD）和希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transfromation，简称HHT)等方法，尝试性地对所获得的连续重力信号进行分析处理。借助EMD/EEMD的高频滤波的性能，设计了滤波方法，对超导和gPhone重力仪的观测资料进行了处理，有效地降低了连续重力观测数据的噪音，减少了预处理带来的不确定度。应用EEMD方法对gPhone数据滤波，使处理后数据的噪声水平得到很大改善，弥补了因预处理经验不足所造成的缺陷。利用EMD/EEMD多尺度分析能力，对武汉台超导重力仪的气压信号进行了多尺度分解，提取了不同周期的重力信号，有效避免了模态混叠，初步给出了基于频率变化的大气重力效应导纳值。还尝试性地采用EEMD方法提取长周期和非潮汐信号，以及利用HHT方法对东日本9.0级地震的重力同震响应进行时频分析，获得了地震前后重力信号频率随时间变化的特征，清晰地刻画出地震震前频率变化特征以及地震活动的突变频点。　　 综上所述，论文研究以A-10和gPhone实际观测数据的采集、处理和分析为重点，结合积累的观测资料，归纳出了相关的方法技术，研究了连续重力信号分析处理方法，并用于实践。总结了A-10绝对重力仪应用和gPhone连续重力测量数据分析方面的经验，为将来逐步开展三峡地区长期重力观测提供了重要参考，成为三峡地区高精度重力数据的积累和深入研究的良好开端。