摘要：地面高精度磁測的精度要求已經達到1～5nT，傳統的日變改正、經緯度改正、高度改正、總基點改正方法速度慢、精度低，已經無法滿足生產需要。作者在實際工作中總結出了一套高效高精度的解析改正方法并編制了相應的軟件。

　　關鍵詞：地面高精度磁測,高度改正,經緯度改正,誤差

　　1.引言

　　眾所周知，磁法測量數據需要進行多項改正：日變改正，消除日變影響;有多個基站時，需要進行總基點改正。測區范圍較大時，需要進行經緯度改正;測區高差較大時，需要進行高度改正。各項改正后得到的結果，才能得到真實反映地下磁性體引起的磁異常△T。

　　上世紀六十年代前后，磁法工作以尋找地表或埋藏較淺的磁鐵礦為主，對磁測數據的精度要求不高(一般20nT左右)。二十世紀末，逐步進入第二找礦空間，礦體埋深較大，在地表能夠觀測到的磁異常微弱，這就要求磁測數據有更高的精度，精細反映弱磁異常。

　　表1是地面高精度磁測技術規程要求的磁測總精度及誤差分配表。有諸多因素影響著磁測總精度，要提高磁測總精度，需要降低每一項的精度。

　　隨著科學技術的進步，質子磁力儀、光泵磁力儀等先進的儀器已經廣泛應用。質子磁力儀的靈敏度可達0.01nT，精度可達0.1nT，是目前野外生產的主要機型。儀器一致性誤差和噪聲誤差方面完全可以達到規范要求;操作及點位誤差具有較大的隨機性，主要依靠外業工作質量保障體系保證;各項改正的精度成為影響磁測總精度的重要因素。傳統的改正方法已經不適應高精度磁測工作。

　　2.日變改正和總基點改正

　　在地球的變化磁場中，除大家熟悉的長期變化和靜日變化 外，還有源于空間磁場的擾動變化，包括周期從0.2～1000s的快速振動，其幅度—般在0～20nT。磁法測量必需對地磁場的這種短周期變化進行改正，消除其影響。因此需要進行日變觀測和日變改正。

　　地磁場短周期變化受地磁感應場的影響特別明顯(各種電流系統形成的地球空間磁場中，約包含30%的感應場)。而且周期愈短，所受影響愈大。因此必須充分重視地電結構不同對地磁短周期變化的巨大影響，這關系到日變站的控制范圍。根據對地電結構相同與不同地區所作一系列日變對比試驗結果可知，當磁測均方誤差為2～5nT時，日變站的控制范圍不應超過50km，當要求磁測精度優于2nT時，在地電結構基本相同的情況下，日變站的控制范圍不應超過30km。因此當測區范圍較大、地電結構復雜時，需要設立多個日變觀測站，并進行總基點改正。

　　2.1 傳統的日變改正和總基點改正方法

　　需要求出每個日變觀測站的T0值。根據相關規范要求，日變觀測站T0值的求取方法為：

　　做較長時間的日變觀測，讀數間隔不大于20s。選擇地磁場變化平穩段，即2h內地磁場平均值變比不超過2nT的時間段，求取Ti的平均值 ， 即為該處的T0值。

　　………………………(1)

　　式中：n——參與統計的地磁場Ti值總數，n>100。

　　日變改正方法：

　　用日變站的T0值減去日變觀測值等于日變改正值：

　　△Tr=T0 -Tr………………………(2)

　　測點觀測值加日變改正值等于日改后測點觀測值：

　　Tcr=Tc+△Tr………………………(3)

　　基點改正方法：

　　以上已經計算出了測點的日改后磁場值Tcr，這個數據已經消除了日變影響，用這個值減去總基點的T0值即為測點的磁異常值：

　　△Tzj=Tcr-Tzj0………………………(4)

　　公式中Tzj0為為總基點的T0值。

　　由公式(2)和(4)可見，改正時用到了兩個T0值：日變站T0和總基點TO。當測區只有一個日變站時，兩個T0值相同;當有兩個以上日變站時，如果T0值求的不準，就會產生系統誤差。事實上，準確求取T0值是很困難的，不同日期、不同時間求取的T0值存在一定的誤差。

　　下面是某地日變站不同日期求取的T0值：

　　不同日期求取的T0值誤差可達4.13nT。

　　可見，傳統的改正方法需要求取T0值，改正速度低，當分基點較多時，這種改正方法必然產生較大的改正誤差。

　　2.2精確改正方法

　　為了消除基點T0值求取不準產生的誤差，改正分兩步進行。

　　第一步：日變改正和分基點改正一次性完成。根據(2)、(3)式，可知：

　　△TFj=Tcr-T0

　　=Tc+△Tr-T0=Tc+T0-Tr-T0=Tc-Tr………(5)

　　式中Tc是觀測點磁場值，Tr是測點觀測時刻的日變站磁場值，根據日變曲線用內插法求取，這個工作可由專門軟件完成，同步時間可精確到秒，高精度質子磁力儀的日變觀測時間間隔最小5s，因此，改正精度很高。

　　第二步：進行總基點改正

　　改正公式為：△TZJ=△TFj+△T0…………………………………(6)

　　式中△T0總基點和分基點之間的基本磁場的差值。

　　改正精度取決于總基點和分基點之間的基本磁場的差值。事實證明，總基點與各個分基點進行同步日變觀測，求取總基點與分基點之間的基本磁場差值，精度非常高。為避免兩臺儀器可能存在系統誤差帶來的影響，聯測時兩臺磁力儀還要互換進行觀測，取兩次的平均值作為分基點和總基點之間的基本磁場的差值，可以有效消除儀器系統誤差帶來的影響。

　　表中1～4列由加拿大GSM-19T質子磁力儀觀測求取;5～6列由捷克MPG-1質子磁力儀觀測求取,為同一基點不同日期聯測成果。可見，聯測精度非常高，標準離差最高達0.05nT。

　　在某礦調項目，磁測工作區面積較大，總共有5個分基點，表4列出了T0值法和基點聯測法求取的總基點和分基點差值成果。

　　可見，傳統基點改正的誤差最高達4.615nT。

　　3.經緯度改正和高度改正

　　3.1傳統經緯度改正方法：

　　最傳統的方法是：從地磁圖查出測區地磁場值，以1nT的間距繪制T0等值線圖，從總基點算起，向南改正值為正，向北改正值為負。

　　線性分析法：為了提高改正精度，地球物理工作者又采用了線性分析法，用國際地磁參考場IGRF模型提供的高斯系數，用電子計算機算出測區內1km×1km節點地磁場T0值。而后以1nT的間距繪制T0等值線圖。用此圖作經緯度改正，其作法是以通過總基點的等恒線為零線，向北每過一條等值線減少1nT，向南每過一條等值線增加1nT，依此類推。

　　3.2常用的高程改正方法：

　　高度改正值用近似公式計算： 式中R為地球平均半徑，R=6371000m。T0為大地磁場值。

　　高度改正從總基點高程起算，以T0=50000nT為例，約每42m高差改正1nT，比總基點高42m時加1nT，比總基點低42m時減1nT。

　　3.3高度及經緯度改正新方法及與傳統方法的對比

　　隨著計算機技術的進步，利用測點三維坐標計算其正常場值可以實現，這就使解析法進行精確的正常場改正成為可能。

　　用國際地磁參考場IGRF模型提供的高斯系數，根據地磁場計算公示,編寫了計算軟件。輸入每個測點的三維坐標，可輕松計算出總基點和每個測點的正常磁場值，則正常場改正值為總基點正常場值減去測點的正常場值：

　　△Tz=T總-T測…………………………………(7)

　　則測點最終磁異常為:

　　△T=△TZJ+△Tz………………………………(8)

　　式中△Tz為正常場改正值(包括了經度、緯度和高度三項改正值)

　　△TZJ為經過日變改正和總基點改正后的磁異常

　　△T為最終成果。

　　隨著計算機技術的發展，幾萬個測點正常磁場值的計算幾分鐘就可以完成,工作效率很高。很顯然，使用公式計算出來的改正值誤差來源于計算本身，具有很高的精度。筆者對某測區傳統方法和解析法的經緯度改正值和高度改正值進行了比較。從經緯度改正值與距離的關系和高度改正值與高程的關系圖可以看到，經緯度改正值與測點到總基點的距離呈現正相關關系，距離越遠誤差越大;高度改正值與高差呈現正相關關系，高差越大誤差越大。

　　可見，當測區范圍或測區高差較大時，傳統的改正方法誤差達到3～4nT，很難滿足高精度磁測的要求，必需采用解析改正法。

　　4.結論

　　由于新的日變改正方法不再需要求取基點T0值,基點改正需要的分基點和總基點的總場差值則通過聯測方法求取,聯測精度與儀器有關，可達0.05nT。采用計算機軟件進行改正，計算誤差可以忽略不計，大大提高了改正的速度和精度。

　　用國際地磁參考場IGRF模型提供的高斯系數，根據測點的三維坐標，用自編軟件計算出總基點和每個測點的磁場值，一次性完成經度、緯度和高度三項改正，與傳統的改正方法相比，解析法改正精度高速度快，已逐步成為高精度磁法測量必須采用的改正方法。

　　參考文獻：

　　[1] 長春地質學院.磁法勘探.地質出版社 1978

　　[2] 史 謌.地球物理學基礎.北京大學出版社，2002

　　[3] 劉運生.地球物理學簡明教程.地震出版社.1996

　　[4] 齊文秀，金屬礦物探新方法新技術.地質與勘探.2005-11

　　[5] 管志寧. 我國磁法勘探的研究與進展. 地質與勘探. 2005-6

　　[6] 地質礦產部. 地面高精度磁測技術規程. DZ/T 0071-93

　　本文選自《電子質量》。  《電子質量》(國際標準連續出版物號：ISSN1003-0107，國內統一連續出版物號：CN44-1038/TN)是中國電子行業質量權威刊物，國家級中央科技期刊。本刊秉承一貫的專業性和權威性的辦刊宗旨，堅持前瞻性、技術性和實用性的編輯方針，為電子業界的工程師和技術研發、質量管理人員提供全面、可靠的技術應用信息和最領先的質量管理方法。