Question

磁测工作方法

Answer 1

磁测工作通常包括以下四个阶段———设计阶段，施工阶段，资料整理阶段及岩石磁性测定阶段。自20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，仪器分辨率达到或小于0.1nT。

6.2.2.1 工作设计

(1)测网布置

选择测区要考虑所研究的目标及围岩的分布范围、地质和地球物理特征，以及要求探测的深度等。因此，测区面积应当超过所研究目标大小的1～2倍以上，并保证观测剖面进入相邻构造位置或进入“正常”磁场。

普查性磁测测网线距不大于最小探测对象的长度，点距应保证至少有3个测点能反映有意义的最小异常。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，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方向。必要时可在同一测区布置不同方向的测线。

(2)磁测精度确定

A.磁测的均方误差和平均相对误差

磁测工作是以均方误差来表示偶然误差的大小，以此反映磁测信号质量。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:

环境与工程地球物理

式中:N为检查点数;K为重复观测次数;B_ij分别为第i个检查点上不同时间K次等精度的观测值;珔B_i为K次重复观测的平均值。

B.磁测精度的确定

磁测工作中采用的磁力仪的类型不同，可达到的磁测精度也各不相同。目前，我国高精度的电子式(质子、光泵)磁力仪已普遍推广使用。根据实际情况，可将磁测精度分为如下四级:

Ⅰ.特高精度:均方误差≤2nT

Ⅱ.高精度:均方误差≤5nT;

Ⅲ.中精度:均方误差6～15nT;

Ⅳ.低精度:均方误差>15nT。

采用何种磁测精度，首先要考虑磁测的地质任务，及探测对象的最小有意义的磁异常强度(B_低)。由误差理论可知，大于3倍均方误差的异常是可信的。通常确定磁测精度为m<(1/5～1/6)B_低。在不影响完成磁测约定的主要任务下，可适当提高磁测精度。

C.磁测精度的保证

确定了磁测精度后，为了达到规定的精度，需要对各个环节的独立因素的误差进行分配。有多台仪器在同一工区施工，必须做仪器一致性检查。假定仪器的均方误差为m₁，基点及基点网建立的均方误差为m₂;野外磁异常观测均方误差为m₃;消除干扰的各项改正的均方误差为m₄购;整理计算的均方误差为m₅，其他因素为m₆。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，必须满足下式，即

环境与工程地球物理

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，以确保总精度的实现。

6.2.2.2 野外施工

(1)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他因素对仪器的影响，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观测结果的改正方法，来确定是否需要设立分基点和形成分基点网。

对各类基点的选样有严格要求。在组成基点网或分接点网后，必须选用高精度仪器进行联测。联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。若基点(或分基点)很多，可以分成具有公共边的若干闭合环进行联测;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。由联测的结果计算均方误差和误差分配，要求联测的均方误差小于均方误差的1/2。

(2)仪器的测试

仪器测试主要有:

1)噪声水平测定(静态试验);

2)观测误差测定(动态试验);

3)仪器一致性测定;

4)仪器系统误差测定。

(3)观测高度的选择

磁测工作在测区内的观测高度应保持恒定。选择观测高度，要考虑消除或尽最大可能减小地表地质体(只要它不是研究的对象)不均匀磁化的影响。

观测高度的选择应满足下列要求:①在研究最充分的地段，通过试验予以确定。试验高度为0～6m。②观测间距保持不变(即1～2m)的情况下，在所研究的物体上进行试验。③剖面上不同高度的观测，点距应比一般密集。④测点上不同高度的观测，应在同一位置上，相应改变仪器观测高度，进行不同高度的观测。⑤所有观测值都应进行地磁场日变改正。⑥各测点上，不同高度的观测应保持同一方位，在该方向上能最大地减小方位和定向误差。

(4)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，以便消除地磁场的日变化和短周期扰动等影响。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，晚于收工的最后一台仪器。日变观测仪器每20～30s记录一次读数。日变站有效作用范围与磁测精度有关，中低精度测量时，一般在半径50～100km范围内，认为变化场差异微小;高精度磁测时，一般以半径25km设一个站为宜。

(5)测线磁场观测

按照磁测工作设计书规定的野外工作方法技术要求进行磁场测量。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。每天的磁测观测都是始于基点而终于基点。使用高精度质子磁力仪观测时，必须用一台同类仪器进行日变观测，以便对野外观测记录作日变校正。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、干扰物的记录，以便分析异常时使用。如发现明显异常，要注意合理加密测线、测点，追索异常，以便准确地确定异常形态。

(6)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。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。

质量检查的基本要求是要有严格检查量、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，后者采用平均相对误差评价，可用异常场检查对比剖面图表示。

6.2.2.3 资料整理

(1)观测结果的整理

磁场观测结果的整理计算与野外选用的仪器及工作方法有着密切的关系。在某个测点上观测值，是各种因素引起的磁场的叠加，而磁测目的是要提取所研究对象的磁异常(ΔT_a)，因此其他因素引起的磁场均为校正场。

A.日变改正

日变改正值从日变观测曲线上得到，在观测的日变曲线中求得某时刻相对应的日变值，取反号，即为该时刻的日变改正值。

B.正常梯度改正

当进行大面积高精度磁测工作时，需用国际地磁参考场IGRF模型提供高斯系数，用计算机算出测区内1km×1km节点地磁场T₀。而后，以1nT的间距绘制其等值线图。用此图作正常梯度改正，其作法是以通过总基点的等值线为零线，向北每过一条等值线减少1nT，向南每过一条等值线增加1nT，以此类推。

C.高度改正

在一级近似下，沿垂向的磁场梯度为 ，地球半径R=6371000m。当T₀=50000nT时，地磁场垂向梯度为－0.024nT/m。高差30m时，地磁场垂向变化可达－0.72nT，约每42m高差改正1nT，比总基点高42m加1nT，反之则减1nT。

当精度要求不高时，可利用全国地磁图，查得工区内的磁场水平梯度(由相邻两等值线的磁场差除以两等值线的南北向距离而得)。

D.基点改正

在设置基点网的大面积磁测工作中，应将各基点起算的磁测结果统一为相对于总基点的异常值，这项工作称为基点改正。如某工区基点磁场比总基点高150nT，则工区内异常值相对减小了150nT，因此工区的基点改正值应是+150nT。

(2)磁异常的计算

环境与工程地球物理

式中:T_c为观测点读数;T₀为基点磁场值;Δ^T_R为日变改正值;Δ^T_T为水平梯度改正值;Δ^T_G为高度改正值。

(3)磁测图件的绘制

磁测图件有基础图件、数据换算图件和解释图件，这里介绍基础图件。

在磁测工作中，反映测区磁异常特征的基本图件有三种，即磁异常剖面图、磁异常剖面平面图和磁异常平面等值线图。

A.磁异常剖面图

为了反映某一剖面(测线)异常变化的形态，有时需绘制剖面图。绘制方法是以剖面线上的测点位置为横坐标，以磁异常值为纵坐标，按照一定的纵、横比例尺把各测点数据点在图上，最后用直线段逐点连接。纵轴每毫米代表的异常值不能小于磁测精度(磁测均方误差)。剖面纵坐标的比例尺，并尽量取整数。当异常的幅值过大时，为了美观可适当缩小纵比例尺。

B.磁异常剖面平面图

将各测线的剖面异常图依据线距的大小拼绘在一起，得到剖面平面图。绘制剖面平面图时，为了整体美观，纵坐标所代表的异常值应适宜。

C.磁异常平面等值线图

为描述异常的平面变化特征，常绘制异常平面等值线图。这是按设计要求规定的比例尺将测网展布在图纸上，等值线的间距一般为异常精度的2～3倍，并尽量取整数。

等值线绘制的插值方法较多，不同的方法有不同的效果，因此绘制等值线可采用满足精度要求时的插值方法。

6.2.2.4磁性测定/磁秤法

按标本相对于磁系不同的放置位置，可分为高斯第—和第二两种位置进行磁性测定。前者适用于强磁性标本测定，一般可测磁化强度大于1500×10^－3A/m，后者用于弱磁性标本的测量，可测(400～500)×10^－3A/m的磁性。高斯第二位置测定时，因标本放置位置的不同，又可分为两种方法:磁秤第二位置测定法和磁秤第三位置测定法。

定向标本测定时先将标本置于立方体标本盒内，标本和盒的两中心要一致。R为磁系中心与盒中心的距离。标本上磁北方向为x轴正向，y轴指东为正，标本的水平面与xoy平面平行，标本从上至下为z轴的正向。在盒内将标本固定好后即可测定、最后测出标本的体积V，进行计算。

(1)第二位置测定法

高斯第二位置是将标本中心处于磁系旋转轴的延长线上(即北或南)，此时磁系中心处于标本受地磁场垂直分量Z₀磁化的某个垂直轴间偶极子的中垂线上。假定未放标本时仪器的读数为n₀，分别在x轴、y轴和z轴测定时，正、反向读数分别为n₁与n₂，n₃与n₄，n₅与n₆，则可由式(6.13)计算平均视磁化率κ'(单位为SI)、剩余磁化强度M_r(单位为A/m)及方位角φ。

环境与工程地球物理

式中:R为标本中心与磁系中心距离;ε为仪器的格值;V为标本体积;Z₀为正常地磁场。

(2)第三位置测定法

磁称第三位置测定法与高斯第二位置测定法原理完全一样，不同的是磁系需旋转一个方位角，使N极指向南。由于地磁场的水平分量H₀的作用，使仪器灵敏度提高，故可测一些弱磁性的岩石标本。

磁秤法第二、三位置测定，标本读数必须满足如下条件，即

环境与工程地球物理

磁秤法第一位置测定法，是将标本中心置于磁系中心正下方。