磁测工作方法

第二章磁测工作方法磁测工作按其观测磁异常的领域不同，分为地面磁测、航空磁测、海洋磁测、卫星磁测及井中磁测等；按其测量参量分为：垂直磁异常、水平磁异常、总强度磁异常及各种梯度磁异常测量等。任何磁测工作，必须有正确的工作方法和技术，才能获得完整而准确的数据，为磁异常资料的分析解释及获得可靠的地质结论提供基础。磁力勘探工作通常包括以下四个阶段：1.设计阶段：接受任务后，首先要收集有关工区的地质，地球物理等资料，并组织现场踏勘，编写本区磁测工作的设计书，经批准后施工。2.施工阶段：包括仪器设备的性能检查，测区测网的敷设、基点及基点网的建立、观测磁异常、物性标本采集和测定，质量检查、室内整理计算及绘制各种野外成果图件。3.数据处理阶段：根据所获得的磁测资料及地质任务，提出相应数据处理方案，并进行处理和正反演计算，为磁测异常的分析解释提供资料。4.解释分析和提交成果报告阶段：进行定性、定量与综合解释，并按设计要求编写成果报告。自上世纪80年代中期以来，我国磁测工作无论地磁、航磁及海磁测量均使用高精度磁测仪器，仪器分辨率已达到0.1nT，可以提取数纳特的有效信息。为此制定了相应的专业工作规范，上述各阶段的具体内容和技术要求可参阅相应的规范。本章仅对磁测工作中一些基本问题作简要介绍。第一节工作设计根据任务要求编制设计书。其内容包括：任务目的及要求；地质、地球物理特点；工作方法与技术；技术经济指标及生产管理；拟提交的成果资料。其中主要的技术环节介绍于下。一、测区、比例尺和测网的确定测区范围应根据任务要求和工区地质、矿产及以往物化探工作等情况合理确定。尽量使磁测结果轮廓完整规则，并尽可能包括地质、物探工作过的地段，周围有一定面积的正常场背景，以利于数据处理与解释推断。基础地质调查的磁测工作比例尺，应等于相应地质工作比例尺或较大一级比例尺，其线距大体为该工作比例尺图上一厘米所代表的长度，点距可根据需要选定，一般为线距的1/10~1/2。普查性磁测工作的线距不大于昀小探测对象的长度，点距应保证至少有三个测点能反映有意义的昀小异常。详查或勘探性磁测工作，应有5条测线通过主要磁异常或所要研究的地质体，点距应满足反映异常特征的细节及解释推断的需要尽可能密一些。测线应垂直于测区内总的走向或主要探测对象的走向，必要时可在同一测区内布置不同方向的测线。常用比例尺的线距、点距列于表2.2-1，表中线距变动范围为2%。对于航空磁测，一般情况下，区域性航空磁测昀大比例尺为1:20万，昀小比例尺为1:100万；综合性与以油气勘查为主的航空磁测昀大比例尺为1:5万，昀小为1:10万；专属性航空磁测昀大比例尺为1:1万，昀小比例尺为1:10万。当测区内平均离地飞行高度不能低于250m时，不宜进行大于1:5万的航空磁测，高差大于600m的山区，不宜进行大于1:20万的航磁。56表2.2-1长方形测网正方形测网比例尺线距（m）点距（m）线距、点距（m）相同50050-2005001:5000025025-1002501:2500010010-401001:10000505-20501:5000204-10201:2000102-5101:100051-251:500二、磁测精度磁测精度是衡量野外磁异常观测质量的主要标志，也是确定野外工作方法技术的依据，同时决定了工效和成本。因此，正确确定磁测精度是磁测工作设计中极为重要的环节。（一）磁测的均方误差和平均相对误差磁测工作中是以偶然误差的大小来反映磁测质量的。野外磁测中异常的真值是未知数；只能做到等精度的重复观测。所以，衡量磁测质量的均方误差常采用如下计算公式NBBmNtii2)(1221∑=−±=（2.2-1）、Bi2式中BBi1B分别为第i个检查点上不同时间两次等精度的观测值，N为检查点数。若同一观测点上检查观测次数多于两次，则可用式（2.2-2）计算均方差NMBBmNiKjiij−−±=∑∑==112)(（2.2-2）式中K为多于两次以上重复观测次数，M是（N∗K）为全部检查点重复观测的总次数，为第i点上K次重复观测的平均值。iB对于异常磁场，可用平均相对误差来衡量，其计算公式为：%100112121∑=+−=niiiiiBBBBnη（2.2-3）式中：η为平均相对误差；n为异常场检查的点数；、分别为第i个检查点原始观测值和检查观测值。1iB2iB（二）磁测精度的确定磁测工作中采用的磁力仪的类型不同，可以达到的磁测精度也各不相同。目前，我国除了仍在使用机械式磁力仪之外，高精度的电子式（质子，光泵）磁力仪已普遍推广使用，根据此实际情况，可将磁测精度分为如下三级高精度均方误差≤5nT中精度均方误差6~15nT低精度均方误差15nT57其中均方误差小于2nT的高精度磁测，定为特高精度磁测。采用何种磁测精度，首先要考虑磁测的地质任务，探测对象的昀小有意义的磁异常强度（Bmax低）。根据误差理论知道，大于三倍均方误差的异常是可信的。而根据物探图件要求，能正确刻划某地质体异常形态至少要有两条非零的等值线，等值线的间距不得小于三倍均方误差。因此，通常确定磁测精度为低max6151Bm⎟⎠⎞⎜⎝⎛−。在考虑上述原则的同时，在不影响完成磁测约定的主要任务下，照顾到将来磁测资料的综合利用可适当提高磁测精度。（三）磁测精度的保证确定了磁测精度后，为了达到规定的精度，这就需要对各个环节的独立因素的误差进行分配：仪器性能的选择及调节，若有多台仪器在同一工区施工，必须作仪器一致性检查。假定仪器的均方误差为m；基点及基点网建立的均方差为m；野外磁异常观测均方差为m123；消除干扰的各项改正的均方差为m；整理计算的均方差为m；其它因素为m456。根据误差理论：总观测精度的均方误差平方等于各个独立因素均方误差的平方之和。所以，为保证磁测精度实现，必须满足如下的误差分配公式，即2625242322212mmmmmmm+++++−K各个环节的精度确定后，就可确定各个环节相应的工作方法和技术指标，以便确保总精度的实现。第二节野外施工一、地面磁测（一）基点、基点网的建立为了提高观测精度，控制观测过程中仪器零点位移及其它因素对仪器的影响，并将观测结果换算到统一的水平，在磁测工作中要建立基点。基点分为总基点，主基点及分基点。总基点和主基点主要作用为观测磁场的起算点。当测区面积很大必须划分几个分工区进行工作时，必须设立一个总基点；若干个分工区的主基点，形成一个基点网；分基点的主要作用为测线观测时控制仪器性能的变化。根据工区面积大小和磁测结果的改正方法，来确定是否需要设立分基点和形成分基点网，见图2.2-1。图2.2-1基点布置图对各类基点的选择须有严格要求。在组成基点网或分基点网后，必须选用高精度仪器进行连测，连测时要求在日变幅度小和温差较小的早晨或傍晚前短时间内进行闭合观测，若主基点（或分基点）很多，可以分成具有公共边的若干个闭合环进行连测，可以选用多台仪器一次往返观测，或用一台仪器多次往返观测。由连测的结果计算均方误差和误差分配，要求连测的均方误差小于总均方误差的二分之一。如果多环连测必须进行平差，平差方法同重力篇内容。58（二）日变观测在高精度磁测时，如不设立分基点网进行混合改正，则必须设立日变观测站，以便消除地磁场周日变化和短周期扰动等影响，这是提高磁测质量的一项重要措施。日变观测站，必须设在正常场（或平稳场）内温差小，无外界磁干扰和地基稳固的地方，观测时要早于出工的第一台仪器，晚于收工的昀后一台仪器。机械式磁力仪，每隔5~10分钟记录一次读数。电子式仪器，要注意与测线观测仪器时钟严格同步，采用自动记录方式，记录时间应不大于0.5分钟。日变站有效作用范围与磁测精度有关，低精度测量时，一般在半径50~100km范围内，可以认为变化场差异微小，高精度磁测时，昀大有效范围一般以半径25km设一个站为宜。（三）测线磁场观测要按照磁测工作设计书规定的野外工作方法技术严格执行。针对不同磁测精度，不同观测仪器和不同校正方法，采用不同的野外观测方法，但每天测线观测都是始于基点而终于基点，对建立分基点网的，要求测量过程中2~3小时闭合一次分基点观测。若使用高精度质子磁力仪观测时，必须用一台同类仪器按上述要求进行日变观测，因这类仪器一般来讲无零点漂移及温度影响，只需对野外观测记录作日变校正即可。野外观测时，切忌操作员和仪器探头携带者携带磁性物品。要注意地质、地形和干扰物的记录，以便分析异常时使用，如发现明显异常要随时注意合理加密测线、测点、追索异常，以便准确地确定异常形态。（四）质量检查质量检查的目的是了解野外所获得异常数据的质量是否达到了设计的要求。这是野外工作阶段贯彻始终的重要环节。质量检查的基本要求：要有严格检查量，平稳场检查点数要大于总测点数的3%，绝对数不得少于30个点。异常场检查点数为总检查点数的5%~30%。前者采用均方误差评价，计算公式为（2.2-1），并以正态分布图表示；后者采用平均相对误差评价，计算公式为（2.2-3），可用异常场检查对比剖面图表示。磁测的质量检查评价以平稳场的检查为主。检查观测应贯穿于野外施工的全过程，做到不同时间、同点位、同探头高度。二、航空磁测在作测线飞行前应对航磁仪器系统、导航定位系统、飞机磁场的补偿及地面日变监测系统按规范与设计要求进行检验，使其达到精度要求。在停机坪附近建立航磁校正基点。经以上工作后进行测量飞行。（一）基线测量飞行每次测量飞行前、后在选定的基线上进行测量，应力求航向、航距、离地飞行高度相同。当使用的航磁系统在测量的有精度所不允许的零点漂移时应进行基线测量。（二）测线测量飞行在测区范围内，按设计在地形图上布置测线。然后分别选用无线电导航定位系统、地形图目视导航—照相定位或GPS导航定位进行测线磁测。当发现某测线的测量质量较差或对收录数据有怀疑时，可对这些测线进行重复测量。59（三）切割线测量飞行为了联系和调整测线的磁场水平（零线）和通过磁场调平校正磁日变的低频部分以及检查全测区的测量质量，需要作与测线尽量正交的切割线飞行。切割线应尽可能选在平静磁场上和地形高差变化较平缓地段，并且尽量接近测线的离地高度。切割线的间距按所使用飞机的飞行速度确定。一般情况下，在飞行2-5分钟之间选择。（四）导航定位工作采用无线电台站定位系统时应事先计算和检验相应比例尺的导航定位图；当使用具有零点漂移的导航定位系统（多不勒系统、惯性定位系统）时应确定校准和更新数据的已知坐标的地物标志或用照相（录相）进行航迹校正与恢复。当使用全球卫星导航定位系统（GPS）不能满足定位精度要求时可使用差分GPS方法，用雷达高度计、气压或GPS确定飞行高度。（五）磁日变观测按规范要求在地面选择磁日变站址。每个测区正式飞行前，在静磁日进行2~3个昼夜连续观测，选择其中一昼夜测量结果求出该日平均值，即为该站的磁场基值。如果是多台站观测，则确定其中一个为主台站，其他台站的磁场基值向主台站归算。日变观测的采样时间应与空中磁力仪同步。（六）航磁测量总精度评价航磁测量的总精度是由航磁系统的观测误差及各项校正不充分或不准确等误差的总和。测量总精度计算是在经过各项校正和调平后，切割线与测线交点上磁场差值之均方差来衡量，计算公式同（2.2-1）。计算总均方误差m时，允许舍掉磁场梯度较大（在交义点处磁场变化大于m23m23交义点。），且磁场差值大于三、海洋磁测我国目前海洋磁测中主要使用拖曳式船，用质子旋进式磁力仪进行测量。工作时将探头拖曳在船后的海面下数米，用缆将探头联接到船上的仪器主体部分，仪器主体与记录仪联接，在航行中进行测量，取数速度视航速而定，一般应保证一百米有四至五个测点，以便对百米宽的磁异常也能提供出研究的信息。海磁测量的参量与所用仪器与航磁类似，下面着重说明与航磁不同之处。（一）海上试验工作1.船体影响试验主要是探头与船体之间拖曳距离的试验。方法是：首先让船只沿磁子午线往返拖曳航行，并不断改变拖曳距离，在噪声增加情况下，记录的抖动度不变，即为昀佳距离。一般地，船体长100米，3000顿位测量船拖曳长度约为300-500m。除进行拖曳距离试验外，还应进行方