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磁測工作方法

磁測工作通常包括以下四個階段———設計階段,施工階段,資料整理階段及巖石磁性測定階段。自20世紀80年代中期以來,我國磁測工作無論地磁、航磁及海磁測量均使用高精度磁測儀器,儀器分辨率達到或小於0.1nT。

6.2.2.1 工作設計

(1)測網布置

選擇測區要考慮所研究的目標及圍巖的分布範圍、地質和地球物理特征,以及要求探測的深度等。因此,測區面積應當超過所研究目標大小的1~2倍以上,並保證觀測剖面進入相鄰構造位置或進入“正常”磁場。

普查性磁測測網線距不大於最小探測對象的長度,點距應保證至少有3個測點能反映有意義的最小異常。詳查或勘探性磁測工作,應有5條測線通過主要磁異常或所要研究的地質體,點距應滿足反映異常特征的細節,盡可能密壹些。測線應垂直於測區內總的走向或主要探測對象的走向方向。必要時可在同壹測區布置不同方向的測線。

(2)磁測精度確定

A.磁測的均方誤差和平均相對誤差

磁測工作是以均方誤差來表示偶然誤差的大小,以此反映磁測信號質量。野外磁測中異常的真值是未知數,只能做到等精度的重復觀測,所以,衡量磁測質量的均方誤差常采用如下計算公式:

環境與工程地球物理

式中:N為檢查點數;K為重復觀測次數;Bij分別為第i個檢查點上不同時間K次等精度的觀測值;珔Bi為K次重復觀測的平均值。

B.磁測精度的確定

磁測工作中采用的磁力儀的類型不同,可達到的磁測精度也各不相同。目前,我國高精度的電子式(質子、光泵)磁力儀已普遍推廣使用。根據實際情況,可將磁測精度分為如下四級:

Ⅰ.特高精度:均方誤差≤2nT

Ⅱ.高精度:均方誤差≤5nT;

Ⅲ.中精度:均方誤差6~15nT;

Ⅳ.低精度:均方誤差>15nT。

采用何種磁測精度,首先要考慮磁測的地質任務,及探測對象的最小有意義的磁異常強度(B低)。由誤差理論可知,大於3倍均方誤差的異常是可信的。通常確定磁測精度為m<(1/5~1/6)B低。在不影響完成磁測約定的主要任務下,可適當提高磁測精度。

C.磁測精度的保證

確定了磁測精度後,為了達到規定的精度,需要對各個環節的獨立因素的誤差進行分配。有多臺儀器在同壹工區施工,必須做儀器壹致性檢查。假定儀器的均方誤差為m1,基點及基點網建立的均方誤差為m2;野外磁異常觀測均方誤差為m3;消除幹擾的各項改正的均方誤差為m4購;整理計算的均方誤差為m5,其他因素為m6。根據誤差理論,總觀測精度的均方誤差平方等於各個獨立因素均方誤差的平方之和。所以,為保證磁測精度實現,必須滿足下式,即

環境與工程地球物理

各個環節的精度確定後,就可確定各個環節相應的工作方法和技術指標,以確保總精度的實現。

6.2.2.2 野外施工

(1)基點、基點網的建立

為了提高觀測精度,控制觀測過程中儀器零點位移及其他因素對儀器的影響,並將觀測結果換算到統壹的水平,在磁測工作中要建立基點。基點分為總基點,主基點及分基點。總基點和主基點主要作用為觀測磁場的起算點。當測區面積很大,必須劃分幾個分工區進行工作時,必須設立壹個總基點;若幹個分工區的主基點,形成壹個基點網;分基點的主要作用為測線觀測時控制儀器性能的變化。根據工區面積大小和觀測結果的改正方法,來確定是否需要設立分基點和形成分基點網。

對各類基點的選樣有嚴格要求。在組成基點網或分接點網後,必須選用高精度儀器進行聯測。聯測時要求在日變幅度小和溫差較小的早晨或傍晚前,短時間內進行閉合觀測。若基點(或分基點)很多,可以分成具有公***邊的若幹閉合環進行聯測;可以選用多臺儀器壹次往返觀測,或用壹臺儀器多次往返觀測。由聯測的結果計算均方誤差和誤差分配,要求聯測的均方誤差小於均方誤差的1/2。

(2)儀器的測試

儀器測試主要有:

1)噪聲水平測定(靜態試驗);

2)觀測誤差測定(動態試驗);

3)儀器壹致性測定;

4)儀器系統誤差測定。

(3)觀測高度的選擇

磁測工作在測區內的觀測高度應保持恒定。選擇觀測高度,要考慮消除或盡最大可能減小地表地質體(只要它不是研究的對象)不均勻磁化的影響。

觀測高度的選擇應滿足下列要求:①在研究最充分的地段,通過試驗予以確定。試驗高度為0~6m。②觀測間距保持不變(即1~2m)的情況下,在所研究的物體上進行試驗。③剖面上不同高度的觀測,點距應比壹般密集。④測點上不同高度的觀測,應在同壹位置上,相應改變儀器觀測高度,進行不同高度的觀測。⑤所有觀測值都應進行地磁場日變改正。⑥各測點上,不同高度的觀測應保持同壹方位,在該方向上能最大地減小方位和定向誤差。

(4)日變觀測

在高精度磁測時,如不設立分基點網進行混合改正,則必須設立日變觀測站,以便消除地磁場的日變化和短周期擾動等影響。日變觀測站,必須設在正常場(或平穩場)內溫差小、無外界磁幹擾和地基穩固的地方。觀測時要早於出工的第壹臺儀器,晚於收工的最後壹臺儀器。日變觀測儀器每20~30s記錄壹次讀數。日變站有效作用範圍與磁測精度有關,中低精度測量時,壹般在半徑50~100km範圍內,認為變化場差異微小;高精度磁測時,壹般以半徑25km設壹個站為宜。

(5)測線磁場觀測

按照磁測工作設計書規定的野外工作方法技術要求進行磁場測量。針對不同磁測精度,不同觀測儀器和不同校正方法,采用不同的野外觀測方法。每天的磁測觀測都是始於基點而終於基點。使用高精度質子磁力儀觀測時,必須用壹臺同類儀器進行日變觀測,以便對野外觀測記錄作日變校正。野外觀測時,切忌操作員和儀器探頭攜帶者攜帶磁性物品。要註意地質、地形、幹擾物的記錄,以便分析異常時使用。如發現明顯異常,要註意合理加密測線、測點,追索異常,以便準確地確定異常形態。

(6)質量檢查

質量檢查的目的是了解野外所獲得異常數據的質量是否達到了設計的要求。這是野外工作階段貫徹始終的重要環節。磁測的質量檢查評價以平穩場的檢查為主。檢查觀測應貫穿於野外施工的全過程,做到不同時間、同點位、同探頭高度。

質量檢查的基本要求是要有嚴格檢查量、平穩場檢查點數要大於總測點數的3%,絕對數不得少於30個點、異常場檢查點數為總檢查點數的5%~30%。前者采用均方誤差評價,後者采用平均相對誤差評價,可用異常場檢查對比剖面圖表示。

6.2.2.3 資料整理

(1)觀測結果的整理

磁場觀測結果的整理計算與野外選用的儀器及工作方法有著密切的關系。在某個測點上觀測值,是各種因素引起的磁場的疊加,而磁測目的是要提取所研究對象的磁異常(ΔTa),因此其他因素引起的磁場均為校正場。

A.日變改正

日變改正值從日變觀測曲線上得到,在觀測的日變曲線中求得某時刻相對應的日變值,取反號,即為該時刻的日變改正值。

B.正常梯度改正

當進行大面積高精度磁測工作時,需用國際地磁參考場IGRF模型提供高斯系數,用計算機算出測區內1km×1km節點地磁場T0。而後,以1nT的間距繪制其等值線圖。用此圖作正常梯度改正,其作法是以通過總基點的等值線為零線,向北每過壹條等值線減少1nT,向南每過壹條等值線增加1nT,以此類推。

C.高度改正

在壹級近似下,沿垂向的磁場梯度為 ,地球半徑R=6371000m。當T0=50000nT時,地磁場垂向梯度為-0.024nT/m。高差30m時,地磁場垂向變化可達-0.72nT,約每42m高差改正1nT,比總基點高42m加1nT,反之則減1nT。

當精度要求不高時,可利用全國地磁圖,查得工區內的磁場水平梯度(由相鄰兩等值線的磁場差除以兩等值線的南北向距離而得)。

D.基點改正

在設置基點網的大面積磁測工作中,應將各基點起算的磁測結果統壹為相對於總基點的異常值,這項工作稱為基點改正。如某工區基點磁場比總基點高150nT,則工區內異常值相對減小了150nT,因此工區的基點改正值應是+150nT。

(2)磁異常的計算

環境與工程地球物理

式中:Tc為觀測點讀數;T0為基點磁場值;ΔTR為日變改正值;ΔTT為水平梯度改正值;ΔTG為高度改正值。

(3)磁測圖件的繪制

磁測圖件有基礎圖件、數據換算圖件和解釋圖件,這裏介紹基礎圖件。

在磁測工作中,反映測區磁異常特征的基本圖件有三種,即磁異常剖面圖、磁異常剖面平面圖和磁異常平面等值線圖。

A.磁異常剖面圖

為了反映某壹剖面(測線)異常變化的形態,有時需繪制剖面圖。繪制方法是以剖面線上的測點位置為橫坐標,以磁異常值為縱坐標,按照壹定的縱、橫比例尺把各測點數據點在圖上,最後用直線段逐點連接。縱軸每毫米代表的異常值不能小於磁測精度(磁測均方誤差)。剖面縱坐標的比例尺,並盡量取整數。當異常的幅值過大時,為了美觀可適當縮小縱比例尺。

B.磁異常剖面平面圖

將各測線的剖面異常圖依據線距的大小拼繪在壹起,得到剖面平面圖。繪制剖面平面圖時,為了整體美觀,縱坐標所代表的異常值應適宜。

C.磁異常平面等值線圖

為描述異常的平面變化特征,常繪制異常平面等值線圖。這是按設計要求規定的比例尺將測網展布在圖紙上,等值線的間距壹般為異常精度的2~3倍,並盡量取整數。

等值線繪制的插值方法較多,不同的方法有不同的效果,因此繪制等值線可采用滿足精度要求時的插值方法。

6.2.2.4磁性測定/磁秤法

按標本相對於磁系不同的放置位置,可分為高斯第—和第二兩種位置進行磁性測定。前者適用於強磁性標本測定,壹般可測磁化強度大於1500×10-3A/m,後者用於弱磁性標本的測量,可測(400~500)×10-3A/m的磁性。高斯第二位置測定時,因標本放置位置的不同,又可分為兩種方法:磁秤第二位置測定法和磁秤第三位置測定法。

定向標本測定時先將標本置於立方體標本盒內,標本和盒的兩中心要壹致。R為磁系中心與盒中心的距離。標本上磁北方向為x軸正向,y軸指東為正,標本的水平面與xoy平面平行,標本從上至下為z軸的正向。在盒內將標本固定好後即可測定、最後測出標本的體積V,進行計算。

(1)第二位置測定法

高斯第二位置是將標本中心處於磁系旋轉軸的延長線上(即北或南),此時磁系中心處於標本受地磁場垂直分量Z0磁化的某個垂直軸間偶極子的中垂線上。假定未放標本時儀器的讀數為n0,分別在x軸、y軸和z軸測定時,正、反向讀數分別為n1與n2,n3與n4,n5與n6,則可由式(6.13)計算平均視磁化率κ'(單位為SI)、剩余磁化強度Mr(單位為A/m)及方位角φ。

環境與工程地球物理

式中:R為標本中心與磁系中心距離;ε為儀器的格值;V為標本體積;Z0為正常地磁場。

(2)第三位置測定法

磁稱第三位置測定法與高斯第二位置測定法原理完全壹樣,不同的是磁系需旋轉壹個方位角,使N極指向南。由於地磁場的水平分量H0的作用,使儀器靈敏度提高,故可測壹些弱磁性的巖石標本。

磁秤法第二、三位置測定,標本讀數必須滿足如下條件,即

環境與工程地球物理

磁秤法第壹位置測定法,是將標本中心置於磁系中心正下方。