关于地面高精度磁测精确改正方法探讨

　　摘要：地面高精度磁测的精度要求已经达到1～5nT，传统的日变改正、经纬度改正、高度改正、总基点改正方法速度慢、精度低，已经无法满足生产需要。作者在实际工作中总结出了一套高效高精度的解析改正方法并编制了相应的软件。

　　关键词：地面高精度磁测;高度改正;经纬度改正;误差

　　1.引言

　　众所周知，磁法测量数据需要进行多项改正：日变改正，消除日变影响;有多个基站时，需要进行总基点改正。测区范围较大时，需要进行经纬度改正;测区高差较大时，需要进行高度改正。各项改正后得到的结果，才能得到真实反映地下磁性体引起的磁异常△T。

　　上世纪六十年代前后，磁法工作以寻找地表或埋藏较浅的磁铁矿为主，对磁测数据的精度要求不高(一般20nT左右)。二十世纪末，逐步进入第二找矿空间，矿体埋深较大，在地表能够观测到的磁异常微弱，这就要求磁测数据有更高的精度，精细反映弱磁异常。

　　表1是地面高精度磁测技术规程要求的磁测总精度及误差分配表。有诸多因素影响着磁测总精度，要提高磁测总精度，需要降低每一项的精度。

　　表1 磁测误差分配表

　　随着科学技术的进步，质子磁力仪、光泵磁力仪等先进的仪器已经广泛应用。质子磁力仪的灵敏度可达0.01nT，精度可达0.1nT，是目前野外生产的主要机型。仪器一致性误差和噪声误差方面完全可以达到规范要求;操作及点位误差具有较大的随机性，主要依靠外业工作质量保障体系保证;各项改正的精度成为影响磁测总精度的重要因素。传统的改正方法已经不适应高精度磁测工作。

　　2.日变改正和总基点改正

　　在地球的变化磁场中，除大家熟悉的长期变化和静日变化 外，还有源于空间磁场的扰动变化，包括周期从0.2～1000s的快速振动，其幅度—般在0～20nT。磁法测量必需对地磁场的这种短周期变化进行改正，消除其影响。因此需要进行日变观测和日变改正。

　　地磁场短周期变化受地磁感应场的影响特别明显(各种电流系统形成的地球空间磁场中，约包含30%的感应场)。而且周期愈短，所受影响愈大。因此必须充分重视地电结构不同对地磁短周期变化的巨大影响，这关系到日变站的控制范围。根据对地电结构相同与不同地区所作一系列日变对比试验结果可知，当磁测均方误差为2～5nT时，日变站的控制范围不应超过50km，当要求磁测精度优于2nT时，在地电结构基本相同的情况下，日变站的控制范围不应超过30km。因此当测区范围较大、地电结构复杂时，需要设立多个日变观测站，并进行总基点改正。

　　2.1 传统的日变改正和总基点改正方法

　　需要求出每个日变观测站的T0值。根据相关规范要求，日变观测站T0值的求取方法为：

　　做较长时间的日变观测，读数间隔不大于20s。选择地磁场变化平稳段，即2h内地磁场平均值变比不超过2nT的时间段，求取Ti的平均值 ， 即为该处的T0值。

　　………………………(1)

　　式中：n——参与统计的地磁场Ti值总数，n>100。

　　日变改正方法：

　　用日变站的T0值减去日变观测值等于日变改正值：

　　△Tr=T0 -Tr………………………(2)

　　测点观测值加日变改正值等于日改后测点观测值：

　　Tcr=Tc+△Tr………………………(3)

　　基点改正方法：

　　以上已经计算出了测点的日改后磁场值Tcr，这个数据已经消除了日变影响，用这个值减去总基点的T0值即为测点的磁异常值：

　　△Tzj=Tcr-Tzj0………………………(4)

　　公式中Tzj0为为总基点的T0值。

　　由公式(2)和(4)可见，改正时用到了两个T0值：日变站T0和总基点TO。当测区只有一个日变站时，两个T0值相同;当有两个以上日变站时，如果T0值求的不准，就会产生系统误差。事实上，准确求取T0值是很困难的，不同日期、不同时间求取的T0值存在一定的误差。

　　下面是某地日变站不同日期求取的T0值：

　　不同日期求取的T0值误差可达4.13nT。

　　可见，传统的改正方法需要求取T0值，改正速度低，当分基点较多时，这种改正方法必然产生较大的改正误差。

　　2.2精确改正方法

　　为了消除基点T0值求取不准产生的误差，改正分两步进行。

　　第一步：日变改正和分基点改正一次性完成。根据(2)、(3)式，可知：

　　△TFj=Tcr-T0

　　=Tc+△Tr-T0=Tc+T0-Tr-T0=Tc-Tr………(5)

　　式中Tc是观测点磁场值，Tr是测点观测时刻的日变站磁场值，根据日变曲线用内插法求取，这个工作可由专门软件完成，同步时间可精确到秒，高精度质子磁力仪的日变观测时间间隔最小5s，因此，改正精度很高。

　　第二步：进行总基点改正

　　改正公式为：△TZJ=△TFj+△T0…………………………………(6)

　　式中△T0总基点和分基点之间的基本磁场的差值。

　　改正精度取决于总基点和分基点之间的基本磁场的差值。事实证明，总基点与各个分基点进行同步日变观测，求取总基点与分基点之间的基本磁场差值，精度非常高。为避免两台仪器可能存在系统误差带来的影响，联测时两台磁力仪还要互换进行观测，取两次的平均值作为分基点和总基点之间的基本磁场的差值，可以有效消除仪器系统误差带来的影响。

　　表3是某矿调项目基点联测成果的标准离差统计成果。

　　表中1～4列由加拿大GSM-19T质子磁力仪观测求取;5～6列由捷克MPG-1质子磁力仪观测求取,为同一基点不同日期联测成果。可见，联测精度非常高，标准离差最高达0.05nT。

　　在某矿调项目，磁测工作区面积较大，总共有5个分基点，表4列出了T0值法和基点联测法求取的总基点和分基点差值成果。

　　可见，传统基点改正的误差最高达4.615nT。

　　3.经纬度改正和高度改正

　　3.1传统经纬度改正方法：

　　最传统的方法是：从地磁图查出测区地磁场值，以1nT的间距绘制T0等值线图，从总基点算起，向南改正值为正，向北改正值为负。

　　线性分析法：为了提高改正精度，地球物理工作者又采用了线性分析法，用国际地磁参考场IGRF模型提供的高斯系数，用电子计算机算出测区内1km×1km节点地磁场T0值。而后以1nT的间距绘制T0等值线图。用此图作经纬度改正，其作法是以通过总基点的等恒线为零线，向北每过一条等值线减少1nT，向南每过一条等值线增加1nT，依此类推。

　　3.2常用的高程改正方法：

　　高度改正值用近似公式计算： 式中R为地球平均半径，R=6371000m。T0为大地磁场值。

　　高度改正从总基点高程起算，以T0=50000nT为例，约每42m高差改正1nT，比总基点高42m时加1nT，比总基点低42m时减1nT。

　　3.3高度及经纬度改正新方法及与传统方法的对比

　　随着计算机技术的进步，利用测点三维坐标计算其正常场值可以实现，这就使解析法进行精确的正常场改正成为可能。

　　用国际地磁参考场IGRF模型提供的高斯系数，根据地磁场计算公示,编写了计算软件。输入每个测点的三维坐标，可轻松计算出总基点和每个测点的正常磁场值，则正常场改正值为总基点正常场值减去测点的正常场值：

　　△Tz=T总-T测…………………………………(7)

　　则测点最终磁异常为:

　　△T=△TZJ+△Tz………………………………(8)

　　式中△Tz为正常场改正值(包括了经度、纬度和高度三项改正值)

　　△TZJ为经过日变改正和总基点改正后的磁异常

　　△T为最终成果。

　　随着计算机技术的发展，几万个测点正常磁场值的计算几分钟就可以完成,工作效率很高。很显然，使用公式计算出来的改正值误差来源于计算本身，具有很高的精度。笔者对某测区传统方法和解析法的经纬度改正值和高度改正值进行了比较。从经纬度改正值与距离的关系和高度改正值与高程的关系图可以看到，经纬度改正值与测点到总基点的距离呈现正相关关系，距离越远误差越大;高度改正值与高差呈现正相关关系，高差越大误差越大。

　　可见，当测区范围或测区高差较大时，传统的改正方法误差达到3～4nT，很难满足高精度磁测的要求，必需采用解析改正法。

　　4.结论

　　由于新的日变改正方法不再需要求取基点T0值,基点改正需要的分基点和总基点的总场差值则通过联测方法求取,联测精度与仪器有关，可达0.05nT。采用计算机软件进行改正，计算误差可以忽略不计，大大提高了改正的速度和精度。

　　用国际地磁参考场IGRF模型提供的高斯系数，根据测点的三维坐标，用自编软件计算出总基点和每个测点的磁场值，一次性完成经度、纬度和高度三项改正，与传统的改正方法相比，解析法改正精度高速度快，已逐步成为高精度磁法测量必须采用的改正方法。

　　参考文献：

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　　[6] 地质矿产部. 地面高精度磁测技术规程. DZ/T 0071-93

　　作者简介：李超、米强 内蒙古自治区第九地质矿产勘查开发院 内蒙古 锡林浩特市 026000

　　本文发表在《城市建设理论研究》2012年12月上旬第34期总第64期上