海洋地球物理探测5—海洋磁法测量2

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1、第五章第五章 海洋磁法测量海洋磁法测量海洋地球物理探测海洋地球物理探测5.1 5.1 地球磁场的基本特征地球磁场的基本特征5.2 5.2 磁力仪磁力仪5.3 5.3 野外磁测与磁异常的计算野外磁测与磁异常的计算 5.4 5.4 磁力资料解释方法磁力资料解释方法5.5 5.5 磁力资料的应用磁力资料的应用一、海洋磁力仪简介一、海洋磁力仪简介二、磁力仪的基本原理二、磁力仪的基本原理5.2 5.2 海洋磁力仪海洋磁力仪一、海洋磁力仪简介一、海洋磁力仪简介磁力仪：进行磁异常数据采集及测定岩石磁参数的仪器。磁力仪：进行磁异常数据采集及测定岩石磁参数的仪器。1 1、磁力仪的类别、磁力仪的类别按照发展历史：

2、分三代按照发展历史：分三代 第一代：第一代：永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用或者感应线圈永久磁铁与地磁场之间相互力矩作用或者感应线圈加上辅助机械装置加上辅助机械装置。如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。如机械式磁力仪、感应式航空磁力仪等。 第二代：第二代：核磁共振特性、高磁导率软磁合金材料、专门的电子核磁共振特性、高磁导率软磁合金材料、专门的电子线路。线路。如质子磁力仪、光泵磁力仪和磁通门磁力仪等。如质子磁力仪、光泵磁力仪和磁通门磁力仪等。 第三代：第三代：低温量子效应。低温量子效应。如如超导磁力仪。超导磁力仪。按照内部结构与工作原理：分两种按照内部结构与工作原理：分两种 机械式磁力仪：机械式

3、磁力仪： 悬丝式磁力仪、刃口式磁力仪；悬丝式磁力仪、刃口式磁力仪； 电子式磁力仪：电子式磁力仪： 质子磁力仪、磁通门磁力仪、质子磁力仪、磁通门磁力仪、 光泵磁力仪、光泵磁力仪、超导磁力仪等；超导磁力仪等； 相对测量仪器：相对测量仪器：悬丝式磁力仪悬丝式磁力仪( (Z )Z )、刃口式磁力仪、刃口式磁力仪 ( (Z Z、 H)H)；可细分为测量地磁场垂直；可细分为测量地磁场垂直强度增量的强度增量的 垂直磁力仪，测量地磁场水平强度增量的水垂直磁力仪，测量地磁场水平强度增量的水平磁力仪；平磁力仪； 绝对测量仪器：绝对测量仪器：质子磁力仪、磁通门磁力仪、光泵磁质子磁力仪、磁通门磁力仪、光泵磁 力仪、超

4、导磁力仪等力仪、超导磁力仪等，它们测量的是地磁，它们测量的是地磁场总强度场总强度T T， 但也能测量相对值；但也能测量相对值；按照测量的地磁场参量及其量值，分两种按照测量的地磁场参量及其量值，分两种地面磁力仪；地面磁力仪；按照工作领域划分，可分为：按照工作领域划分，可分为：航空磁力仪；航空磁力仪；海洋磁力仪；海洋磁力仪；井中磁力仪；井中磁力仪；卫星磁力仪；卫星磁力仪；灵敏度（分辨率）灵敏度（分辨率）：反映地磁场强度最小变化的能力。反映地磁场强度最小变化的能力。精度：精度：所能达到的最小可靠值，所能达到的最小可靠值，由一组测定值与平均值的偏差来由一组测定值与平均值的偏差来表示，也称作定点重复观测

5、误差；表示，也称作定点重复观测误差；准确度：准确度：仪器测定磁场真值的能力。仪器测定磁场真值的能力。测程：测程：所能显示出的最弱磁场或最强磁场的强度值。所能显示出的最弱磁场或最强磁场的强度值。测程越大，测程越大，适应性越强。适应性越强。温度环境：温度环境：对恶劣条件的适应性。对恶劣条件的适应性。性能优越的仪器应具备在性能优越的仪器应具备在-30-305050条件下正常工作的能力。条件下正常工作的能力。采样频率：采样频率：自动记录的速度。自动记录的速度。频率越高，对磁场变化记录的准确度频率越高，对磁场变化记录的准确度越高。越高。自动化程度：自动化程度：仪器的存储量，自动记录的设置，日变自动改仪器

6、的存储量，自动记录的设置，日变自动改正，资料的输出与打印，剖面图像的随时显示以及与正，资料的输出与打印，剖面图像的随时显示以及与GPSGPS对对接应用的功能等。接应用的功能等。2 2、描述磁力仪技术指标的、描述磁力仪技术指标的参数：参数：-始于始于1717世纪，测量磁偏角：即测量可以自由转动的磁针世纪，测量磁偏角：即测量可以自由转动的磁针和天文观测给出的真北之间的夹角。和天文观测给出的真北之间的夹角。-到到1919世纪中期为止，地磁图能够提供某个特定年代的磁世纪中期为止，地磁图能够提供某个特定年代的磁偏角，而且能够显示出预期磁倾角的长期变化。偏角，而且能够显示出预期磁倾角的长期变化。3 3、海

7、洋磁力仪的发展历史、海洋磁力仪的发展历史海洋磁力仪的发展过程经历了三个阶段：海洋磁力仪的发展过程经历了三个阶段：阶段阶段1 1：磁针（指南针）：主要测量磁偏角磁针（指南针）：主要测量磁偏角 -19-19世纪下半期，高磁性铁皮船取代木制船。世纪下半期，高磁性铁皮船取代木制船。2020世纪，世纪，才可以在由美国的卡内基协会管理的特制无磁性船才可以在由美国的卡内基协会管理的特制无磁性船GalileeGalilee（1905-19081905-1908）和）和GarnegieGarnegie（1909-19291909-1929）及俄国调查船）及俄国调查船ZaryaZarya（1956-1968195

8、6-1968）上进行测量。）上进行测量。 - -水平分量可以精确到约水平分量可以精确到约50nT50nT，磁偏角和磁倾角可，磁偏角和磁倾角可以精确到以精确到0.10.1度。通常沿着航线间隔约度。通常沿着航线间隔约100km100km测量一个点。只有大测量一个点。只有大的地磁特征可以显示出来，只能研究那些长波长及其随时间变化的地磁特征可以显示出来，只能研究那些长波长及其随时间变化的成份。的成份。 -将经过改良的陆地仪器安装在常平架上，一个六分将经过改良的陆地仪器安装在常平架上，一个六分罗盘指示磁偏角，一个地磁感应器测量磁倾角，偏差磁力仪罗盘指示磁偏角，一个地磁感应器测量磁倾角，偏差磁力仪确定地磁

9、场水平分量的大小。确定地磁场水平分量的大小。阶段阶段2 2：船载磁力仪船载磁力仪 磁通门磁力仪：是二战期间，为进行海底探测使用的第一磁通门磁力仪：是二战期间，为进行海底探测使用的第一种拖曳式磁力仪，属于第二代磁力仪；种拖曳式磁力仪，属于第二代磁力仪； 优点：能测量磁场的矢量分量；优点：能测量磁场的矢量分量； 缺点：存在漂移现象及温度的不稳定性；缺点：存在漂移现象及温度的不稳定性；阶段阶段3 3：拖曳式磁力仪拖曳式磁力仪 质子旋进式磁力仪：灵敏度为质子旋进式磁力仪：灵敏度为0.01nT0.01nT，精度在，精度在0.1nT0.1nT左右。左右。 优点：无零漂，所测量的是地磁场总强度的绝对值，可不

10、连优点：无零漂，所测量的是地磁场总强度的绝对值，可不连续地观测海洋地磁的总强度；续地观测海洋地磁的总强度； 缺点：在缺点：在20000nT20000nT或更大的磁场中才能提供稳定的读数；或更大的磁场中才能提供稳定的读数； 光泵磁力仪：光泵磁力仪： 优点：可连续观测海洋地磁的总强度的绝对值，灵敏度可达优点：可连续观测海洋地磁的总强度的绝对值，灵敏度可达0.01nT0.01nT或更高，梯度容忍度远大于质子旋进式磁力仪，采样速率或更高，梯度容忍度远大于质子旋进式磁力仪，采样速率可达可达10Hz10Hz或更高。精度在或更高。精度在0.001nT0.001nT，能够记录只有几个，能够记录只有几个nT n

11、T 强度的强度的环境场。环境场。 缺点：存在死区和进向误差。常用在对灵敏度要求较高的海缺点：存在死区和进向误差。常用在对灵敏度要求较高的海洋磁力梯度调查等领域。洋磁力梯度调查等领域。 悬丝式磁力仪：通过测量悬挂于弦丝上的磁铁的偏差来悬丝式磁力仪：通过测量悬挂于弦丝上的磁铁的偏差来记录海底固定点地磁场的变化。记录海底固定点地磁场的变化。 Overhauser Overhauser 磁力仪：是在质子旋进式磁力仪基础上磁力仪：是在质子旋进式磁力仪基础上发展而来的一种磁力仪，发展而来的一种磁力仪， 优点：将一种经过特殊加工含有一种自由放射性原子优点：将一种经过特殊加工含有一种自由放射性原子( (带有带

12、有一个游离电子的原子一个游离电子的原子) ) 的化学试剂加入到富质子液体中，可以的化学试剂加入到富质子液体中，可以不用施加强大的人造磁场来极化质子就能产生强感应信号；传不用施加强大的人造磁场来极化质子就能产生强感应信号；传感器的极化可以和感应信号的测量同时进行，有利于提高测量感器的极化可以和感应信号的测量同时进行，有利于提高测量精度。精度。 Overhauser Overhauser 磁力仪带宽更大，耗电更少，灵敏度比标磁力仪带宽更大，耗电更少，灵敏度比标准质子磁力仪高一个数量级。准质子磁力仪高一个数量级。主流磁力仪：主流磁力仪： 国外：光泵磁力仪和国外：光泵磁力仪和overhauser ov

13、erhauser 磁力仪磁力仪 我国：质子旋进式磁力仪和光泵磁力仪我国：质子旋进式磁力仪和光泵磁力仪一、海洋磁力仪简介一、海洋磁力仪简介二、磁力仪的基本原理二、磁力仪的基本原理5.2 5.2 海洋磁力仪海洋磁力仪1 1、质子磁力仪：、质子磁力仪：（1 1）水（）水（H H2 2O) O) 等含氢逆磁性物质的等含氢逆磁性物质的“核子顺磁性核子顺磁性” 各轨道电子的速度略有改变，显示出水的逆磁各轨道电子的速度略有改变，显示出水的逆磁性。性。 质子自旋磁矩方向，逐渐转到外磁场方向，表质子自旋磁矩方向，逐渐转到外磁场方向，表现出现出“核子顺磁性核子顺磁性”。 氧原子电子轨道磁矩和自旋磁矩、原子核自氧原

14、子电子轨道磁矩和自旋磁矩、原子核自旋磁矩都成对地彼此抵消旋磁矩都成对地彼此抵消, ,只有氢原子核的自旋磁矩没只有氢原子核的自旋磁矩没有抵消，显示微弱的磁矩。有抵消，显示微弱的磁矩。在外磁场作用下：在外磁场作用下：质子自旋磁矩质子自旋磁矩无外磁场无外磁场有外界磁场有外界磁场外界磁场：极化外界磁场：极化（2 2）质子的旋进）质子的旋进 如果外界磁场突然消失，如果外界磁场突然消失，这时氢原子将在原有的自旋惯这时氢原子将在原有的自旋惯性力和地磁场力的共同作用下，性力和地磁场力的共同作用下，绕地磁场方向进动，即质子旋绕地磁场方向进动，即质子旋进（拉莫尔旋进）。质子旋进进（拉莫尔旋进）。质子旋进初始阶段显

15、示出宏观的磁性，初始阶段显示出宏观的磁性，产生电感应信号，其频率和质产生电感应信号，其频率和质子旋进频率相同。子旋进频率相同。质子旋进示意图质子旋进示意图（）质子磁力仪测量原理（）质子磁力仪测量原理 质子旋进质子旋进的角频率的角频率质子磁质子磁旋比旋比质子旋质子旋进频率进频率只要准确测量出质子旋进频率只要准确测量出质子旋进频率f f，乘以常数，就得到地磁场，乘以常数，就得到地磁场T T的模值的模值（4 4）质子磁力仪工作原理）质子磁力仪工作原理 构成：构成： 由仪器主机、探头及电池盒三部分组成。主机由仪器主机、探头及电池盒三部分组成。主机采用半密封结构，探头为全密封结构，采用防磁材料。采用半密

16、封结构，探头为全密封结构，采用防磁材料。 TH0探头探头 在圆柱体有机玻璃容器在圆柱体有机玻璃容器内，装满富含氢的工作物质，内，装满富含氢的工作物质，容器置于线圈之中。线圈通以容器置于线圈之中。线圈通以电流，使其内产生电流，使其内产生n*10n*104 4A/mA/m的的极化（磁化）磁场极化（磁化）磁场H H0 0, , 其方向其方向沿线圈轴线，大致垂直于地磁沿线圈轴线，大致垂直于地磁场场T T。 极化过程的实现：极化过程的实现：T 切断电流后，质子在地磁场的作用下发生旋进，切断电流后，质子在地磁场的作用下发生旋进，极化线圈又作为接收线圈，接收线圈中产生感应信号，这极化线圈又作为接收线圈，接收

17、线圈中产生感应信号，这是个衰减的正弦电流，信号被放大输出并测出频率。是个衰减的正弦电流，信号被放大输出并测出频率。感应电流的生成与接收：感应电流的生成与接收：正弦衰减信号示意图正弦衰减信号示意图所记录的是感应信号的电压，其表达式为：所记录的是感应信号的电压，其表达式为：与线圈及与线圈及充填物质充填物质有关的系有关的系数，对于数，对于某一探头某一探头装置是常装置是常数；数；质质子子磁磁化化率率极极化化磁磁场场的的强强度度线圈线圈轴线轴线与与的夹的夹角角衰衰减减常常数数感应电流的记录：感应电流的记录：（1 1）选用质子磁化率高的物质；）选用质子磁化率高的物质； 产生强极化磁场；产生强极化磁场；（2

18、 2）信号幅度与质子旋进角频率成正比；地磁场弱，旋）信号幅度与质子旋进角频率成正比；地磁场弱，旋进频率低，信号幅度小；反之旋进频率高，信号幅度大；进频率低，信号幅度小；反之旋进频率高，信号幅度大；（3 3）信号幅度与）信号幅度与sinsin2 2有关。对探头定向要求大致与有关。对探头定向要求大致与T T垂垂直；直； （4 4）旋进信号是按指数函数规律衰减的信号，衰减常数）旋进信号是按指数函数规律衰减的信号，衰减常数为为1/T1/T2 2，它持续约几秒钟。感应信号的衰减快慢与地磁，它持续约几秒钟。感应信号的衰减快慢与地磁场梯度有关，梯度越大，衰减越快。场梯度有关，梯度越大，衰减越快。 测量部分：

19、测量部分：主要是能以主要是能以* *1010-5-5精度测量质子旋进精度测量质子旋进信号的数字式频率计，其频率范围为信号的数字式频率计，其频率范围为1360-3040Hz1360-3040Hz（相对（相对应磁场应磁场31942-71401nT31942-71401nT）。）。 主机主机 a. a.放大器：放大器：前置放大器前置放大器+ +选频放大器选频放大器 微弱信号放大几十万微弱信号放大几十万倍倍 b. b.测频器：测频器：倍频器倍频器+ +晶体振荡器晶体振荡器+ +二分频器二分频器+ +电子门电子门+ +计数器计数器 精确测定频率、计算地磁场总强度精确测定频率、计算地磁场总强度T T的模值

20、的模值 c.c.程序控制器：程序控制器：控制仪器各组成部分顺序工作控制仪器各组成部分顺序工作 当按动一次工作微动开关，在程序控制器的控当按动一次工作微动开关，在程序控制器的控制下，磁化系统开始工作，即有磁化电流流经探头，探制下，磁化系统开始工作，即有磁化电流流经探头，探头线圈产生头线圈产生n*10n*103 3A/mA/m的磁化磁场。的磁化磁场。 数秒后磁化系统关闭，磁化场消失。质子磁矩数秒后磁化系统关闭，磁化场消失。质子磁矩在地磁场在地磁场T T的作用下旋进，切割线圈在探头中产生感应信的作用下旋进，切割线圈在探头中产生感应信号；号； 适当选择探头配谐电容适当选择探头配谐电容C C，使其和探头

21、线圈电感，使其和探头线圈电感L L，谐振在旋进频率，谐振在旋进频率f f上，可使选频放大器输入端获得最上，可使选频放大器输入端获得最大的信号。大的信号。 经选频放大后，送入倍频器；它将经选频放大后，送入倍频器；它将f f倍频倍频128128倍，倍，再经电子门送入计算器；由显示器直接显示地磁场再经电子门送入计算器；由显示器直接显示地磁场T T的量的量值。值。工作过程：工作过程：MP-4MP-4型质子磁力仪：型质子磁力仪：直直 接接 测测 程程 ： 2020000- 000- 1 10 00,000nT0,000nT灵敏度：灵敏度：0.1nT0.1nT准确度：准确度：2nT2nT分辨率：分辨率：0

22、.1nT0.1nT噪声水平噪声水平：0.20.2-0.3-0.3nTnTMP-4MP-4型质子磁力仪：型质子磁力仪：配有内存配有内存192K192K；手动和自动调谐方式；手动和自动调谐方式；可可测测量量地地磁磁场场总总强强度度+ +垂垂直梯度；直梯度；日日变变观观测测可可自自动动记记录录，与与观观测测点点一一起起连连机机，自自动动完完成日变改正。成日变改正。ENVI MAGENVI MAG型质子磁力仪：型质子磁力仪：内存增大；内存增大；自动化采样自动化采样0.5s0.5s；测测量量地地磁磁场场总总强强度度+ +垂垂直直梯梯度度等多种功能；等多种功能；增增加加了了保保温温装装置置：-40-406

23、060；优化自动化控制程序设计；优化自动化控制程序设计；SeaspySeaspy磁力仪：磁力仪：直直 接接 测测 程程 ： 18,000- 18,000- 120,000nT120,000nT灵敏度：灵敏度：0.015nT0.015nT分辨率：分辨率：0.001nT0.001nT采样率：采样率：4 Hz 4 Hz 0.1Hz0.1Hz绝对精度：绝对精度：0.25nT0.25nTMAGIS300MAGIS300海洋磁力仪系统：海洋磁力仪系统：直接测程：直接测程：22,54622,54681,440nT 81,440nT 灵敏度：灵敏度：0.0014nT0.0014nT分辨率：分辨率：0.014n

24、T0.014nT采样率：采样率：10 Hz 10 Hz 2 2、光泵磁力仪：跟踪式和自激式、光泵磁力仪：跟踪式和自激式（1） 物理原理：物理原理： 赛曼分裂、能量跃迁赛曼分裂、能量跃迁 -原子的内能具量子化特点：原子能级，依次原子的内能具量子化特点：原子能级，依次由主量子数由主量子数n n，角量子数，角量子数L L，内量子数，内量子数J J和总量子数和总量子数F F有关。有关。 -原子的磁矩大小与总量子数原子的磁矩大小与总量子数F F有关。在外磁场有关。在外磁场作用下，同一个作用下，同一个F F值的能级可分裂成值的能级可分裂成2F+12F+1个磁次能级（赛个磁次能级（赛曼分裂），相邻磁次级之间

25、的能量差与外磁场成正比。曼分裂），相邻磁次级之间的能量差与外磁场成正比。 - -原子中的电子从外界得到或释放适当的能原子中的电子从外界得到或释放适当的能量时，就从一个能级跃迁到另一个能级（原子的跃迁）。量时，就从一个能级跃迁到另一个能级（原子的跃迁）。跃迁规则：量子数条件跃迁规则：量子数条件+ +能量差与频率条件能量差与频率条件 。 光泵作用光泵作用 -一定条件的光照射，原子中的电子吸收能量一定条件的光照射，原子中的电子吸收能量按选择定则跃迁，使原子的外层电子都处于同一能级的按选择定则跃迁，使原子的外层电子都处于同一能级的过程（光学取向）。过程（光学取向）。（2） 测量原理：测量原理：a.a.

26、吸收室较低气压的吸收室较低气压的4 4He He 亚稳态亚稳态4 4HeHe；高频电场激发高频电场激发b.b.氦灯射出偏振光（与地磁场方向一致）使亚稳态氦灯射出偏振光（与地磁场方向一致）使亚稳态4 4HeHe发生跃迁，实现光学取向；发生跃迁，实现光学取向；c.c.外加射频电磁场（垂直光轴方向），产生去取向外加射频电磁场（垂直光轴方向），产生去取向效应；效应；d.d.氦灯射出光与杂乱排列原子磁矩作用；氦灯射出光与杂乱排列原子磁矩作用；e.e.测量吸收室光线最弱、输出光电流最低时的射频；测量吸收室光线最弱、输出光电流最低时的射频；3 3、超导磁力仪、超导磁力仪A Aa.a.超导隧道结：超导体超导隧

27、道结：超导体- -绝缘体绝缘体- -超导超导体结构；（约瑟夫逊结）体结构；（约瑟夫逊结）b.b.约瑟夫逊效应：所能承受最大超导约瑟夫逊效应：所能承受最大超导电流：临界电流电流：临界电流IcIc；c.c.加入磁场时，加入磁场时，IcIc是透入超导结的磁是透入超导结的磁通量通量的周期函数，的周期函数， 与外磁场与外磁场H H成正比。成正比。第五章第五章 海洋磁法测量海洋磁法测量海洋地球物理探测海洋地球物理探测5.1 5.1 地球磁场的基本特征地球磁场的基本特征5.2 5.2 磁力仪磁力仪 5.3 5.3 野外磁测与磁异常的计算野外磁测与磁异常的计算 5.4 5.4 磁力资料解释方法磁力资料解释方法

28、5.5 5.5 磁力资料的应用磁力资料的应用 磁测工作中以均方误差来表示偶然误差的大小来反磁测工作中以均方误差来表示偶然误差的大小来反映磁测质量。野外磁测中异常的真值是未知数，只能做到映磁测质量。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。均方误差计算公式为：等精度的重复观测。均方误差计算公式为：一、磁测精度一、磁测精度-磁测的均方误差磁测的均方误差均方误差均方误差检查点个数检查点个数第第i i个检查点不同时间个检查点不同时间两次等精度的观测值两次等精度的观测值5.3.15.3.1磁测的野外测量方法磁测的野外测量方法特高精度特高精度 均方误差均方误差 2nT2nT高精度高精度 均方

29、误差均方误差 5nT5nT中精度中精度 均方误差均方误差 6 615nT15nT低精度低精度 均方误差均方误差 15nT15nT磁测精度磁测精度磁测精度的确定原则：磁测精度的确定原则： 首先要考虑磁测的地质任务，探测对象的最小有意首先要考虑磁测的地质任务，探测对象的最小有意义的磁异常（义的磁异常（Z Z）, ,根据误差理论知道，大于三倍均方误差根据误差理论知道，大于三倍均方误差的异常是可信的，即；的异常是可信的，即； 在考虑上述原则的同时，在不影响完成磁测约定的主要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任务下，照顾到将来磁测资料的综

30、合利用可适当提高磁测精度。度。 根据物探图件要求，能正确刻划某地质体异常形态至根据物探图件要求，能正确刻划某地质体异常形态至少要有少要有2 2条非零等值线，等值线的间距不得小于条非零等值线，等值线的间距不得小于3 3倍均方误差。倍均方误差。 通常确定磁测精度为：通常确定磁测精度为： 仪器记录误差仪器记录误差m m1 1； 定位不准引起的测量误差定位不准引起的测量误差m m2 2； 船磁影响产生的误差船磁影响产生的误差m m3 3； 地磁场因日变引起的误差地磁场因日变引起的误差m m4 4； 整理计算的误差整理计算的误差m m5 5； 其他因素等其他因素等m m6 6；影响磁测精度的主要因素：影

31、响磁测精度的主要因素：总观测精度的均方误差总观测精度的均方误差 各环节的精度确定后，就可确各环节的精度确定后，就可确定各个环节相应的工作方法和技术指定各个环节相应的工作方法和技术指标，确保总精度的实现。标，确保总精度的实现。二、磁测野外施工二、磁测野外施工1 1、基点、基点网建立测量（见重力）、基点、基点网建立测量（见重力）2 2、测量前仪器的调试、测量前仪器的调试3 3、海上试验工作、海上试验工作4 4、日变观测、日变观测5 5、测线观测、测线观测6 6、质量检查、质量检查7 7、导航定位、导航定位船体影响试验船体影响试验 测量船都是使用强磁性材料制成的，因此船体周围存测量船都是使用强磁性材

32、料制成的，因此船体周围存在着船的磁场。在不同距离和磁方位上，船体对探头的影响在着船的磁场。在不同距离和磁方位上，船体对探头的影响是不同的。是不同的。 -探头与船体之间拖曳距离的试验：探头与船体之间拖曳距离的试验：首先让船首先让船只只沿磁子午线往返拖曳航行，并不断改变拖曳距离；在噪只只沿磁子午线往返拖曳航行，并不断改变拖曳距离；在噪声不增加的情况下，记录比较稳定时，即为最佳距离。一般声不增加的情况下，记录比较稳定时，即为最佳距离。一般船体长船体长100m100m，3000t3000t测量船拖曳长度约为测量船拖曳长度约为300-500m300-500m。 3 3、海上试验工作、海上试验工作-方位测

33、量：方位测量：常选择常选择在平静磁场区进行。先抛设在平静磁场区进行。先抛设八方位固定的无磁性浮标，八方位固定的无磁性浮标，船沿八方位船沿八方位（0 0,225,225,90,90,315,315,1,18080,45,45,270,270,135,135) )通通过浮标；当探头经过浮标时，过浮标；当探头经过浮标时，记录当时的测量数值和时间；记录当时的测量数值和时间；经日变校正后作出方位曲线经日变校正后作出方位曲线图，提供作船体影响校正。图，提供作船体影响校正。使用多条测量船时，要求消使用多条测量船时，要求消除不同船只之间磁性影响的除不同船只之间磁性影响的差值。差值。船行驶的八方位示意图船行驶的

34、八方位示意图方位曲线图方位曲线图 船只航行时，拖曳于船后并浮在水面附近的探头将激船只航行时，拖曳于船后并浮在水面附近的探头将激起水面浪花，且随涌波上下浮动，从而增加仪器的噪声，使起水面浪花，且随涌波上下浮动，从而增加仪器的噪声，使记录抖动度明显加大，影响测量精度。因此，探头必须在水记录抖动度明显加大，影响测量精度。因此，探头必须在水下一定深度拖曳。根据船速快慢，适当在探头上配重（无磁下一定深度拖曳。根据船速快慢，适当在探头上配重（无磁性），不断观测仪器的噪声和记录质量，选择最佳沉放深度。性），不断观测仪器的噪声和记录质量，选择最佳沉放深度。探头沉放深度试验探头沉放深度试验4 4、日变观测、日变

35、观测原因及目的：原因及目的： 测量磁场的日变化和瞬时变化，提供日变校正资料，测量磁场的日变化和瞬时变化，提供日变校正资料，即提供每天的地磁周日变化曲线，求出日变校正，消除地即提供每天的地磁周日变化曲线，求出日变校正，消除地磁场周日变化和短周期扰动的影响。磁场周日变化和短周期扰动的影响。如发生磁暴，应及时通知如发生磁暴，应及时通知测量船在磁暴期间停止观测，而日变站要继续工作。测量船在磁暴期间停止观测，而日变站要继续工作。观测方式：观测方式：日变观测站日变观测站对日变站的要求：对日变站的要求： 必须设在正常场内温差小、无外界磁干扰和地基稳固必须设在正常场内温差小、无外界磁干扰和地基稳固的地方。的地

36、方。 观测时间要早于出工的第一台仪器，晚于收工的最后一台仪观测时间要早于出工的第一台仪器，晚于收工的最后一台仪器。机械式磁力仪，每隔器。机械式磁力仪，每隔5-10min5-10min记录一次读数。电子式仪器，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，记录时间应不大于时间应不大于0.5min0.5min。 日变站有效作用范围的确定与磁测精度有关。低精度测量日变站有效作用范围的确定与磁测精度有关。低精度测量时，一般在半径时，一般在半径50-100km50-100km范围内，可以认为变化场差异微小；高范围内，

37、可以认为变化场差异微小；高精度磁测时，一般以半径精度磁测时，一般以半径25km25km设一个站为宜。设一个站为宜。绘制地磁日变曲线绘制地磁日变曲线 将地磁日变观测值记录下来，将地磁日变观测值记录下来，绘制地磁日变曲线。同时注明仪绘制地磁日变曲线。同时注明仪器型号、观测者及绘图者的姓名器型号、观测者及绘图者的姓名和观测日期。和观测日期。 磁日变站一般在近测区的海岸附近设立。磁日变站一般在近测区的海岸附近设立。地磁日变曲线图地磁日变曲线图海海底底地地磁磁日日变变观观测测锚锚系系结结构构图图 地磁日变改正设备地磁日变改正设备5.3.2 5.3.2 磁异常的计算磁异常的计算 一、海洋磁异常的计算一、海

38、洋磁异常的计算 二、磁测异常的图示二、磁测异常的图示 一、海洋磁异常的计算一、海洋磁异常的计算 绝对测量的磁力仪（质子旋进磁力仪）：假设测点、绝对测量的磁力仪（质子旋进磁力仪）：假设测点、基点上的测量值分别为基点上的测量值分别为T Ti i和和T TG G，则测点相对基点的总强度磁，则测点相对基点的总强度磁异常为：异常为：TTi i=T=Ti i-T-TG G。 相对磁力仪（如悬丝式垂直磁力仪）：直接测出的是测相对磁力仪（如悬丝式垂直磁力仪）：直接测出的是测点相对基点垂直磁场差值点相对基点垂直磁场差值ZZi i。野外磁法测量数据：野外磁法测量数据： 一类与地磁场及背景场有关：一类与地磁场及背景

39、场有关： 磁法中，将研究对象引起的磁场的变化称为磁异磁法中，将研究对象引起的磁场的变化称为磁异常，其他因素引起的磁场看作为干扰（校正场）。常，其他因素引起的磁场看作为干扰（校正场）。 正常磁场或背景场校正；与经纬度有关的正常地磁场正常磁场或背景场校正；与经纬度有关的正常地磁场水平梯度校正；与高度有关的正常地磁场垂直梯度校正；磁水平梯度校正；与高度有关的正常地磁场垂直梯度校正；磁日变校正。日变校正。零点漂移校正，温度校正，船磁和船航行方位校正等；零点漂移校正，温度校正，船磁和船航行方位校正等；另一类与仪器工作状态及性能以及磁测载体有关：另一类与仪器工作状态及性能以及磁测载体有关：干扰因素分析：干

40、扰因素分析：近陆海域：近陆海域：采用中国科学院地球物理研究所编制的全国采用中国科学院地球物理研究所编制的全国T T等值线图，或采用该所的计算公式计算并编绘的等值线图，或采用该所的计算公式计算并编绘的T T等值线等值线图，计算公式为：图，计算公式为： 1 1、正常场校正、正常场校正 以质子旋进式磁力仪为例介绍磁力异常的校正。以质子旋进式磁力仪为例介绍磁力异常的校正。 中心点位置的经、纬度中心点位置的经、纬度计算点位置的经、纬度计算点位置的经、纬度( (角分）角分） 20 20世纪世纪7070年代，上式中的系数为：年代，上式中的系数为： 中心点位置取为：中心点位置取为： 根据我根据我国大陆国大陆测

41、量结测量结果计算果计算出来的出来的 由于上述参数是由分布在我国大陆内的测量由于上述参数是由分布在我国大陆内的测量结果计算出来的，当磁测海区远离我国大陆时，应用结果计算出来的，当磁测海区远离我国大陆时，应用这些系数计算正常场是不合适的。这些系数计算正常场是不合适的。 在远离我国大陆的海区进行磁测时，可采用国在远离我国大陆的海区进行磁测时，可采用国际参考场来计算正常场。际参考场来计算正常场。 远陆海域：远陆海域：2 2、地磁日变校正、地磁日变校正 利用日变观测站的资料绘制日变曲线，在日变曲利用日变观测站的资料绘制日变曲线，在日变曲线上量得某时刻相对早基时间的日变值，其相反数就是线上量得某时刻相对早

42、基时间的日变值，其相反数就是该时刻的日变改正值。该时刻的日变改正值。地磁日变曲线图地磁日变曲线图3 3、温度校正、温度校正 有些磁力仪虽然有温度补偿装置，但其温度系数并有些磁力仪虽然有温度补偿装置，但其温度系数并不为零。测点观测时仪器的温度与基点观测时温度不同，不为零。测点观测时仪器的温度与基点观测时温度不同，则观测数据要进行温度校正。设仪器温度系数为则观测数据要进行温度校正。设仪器温度系数为a a，早基温，早基温度为度为t0t0，测点观测时温度为，测点观测时温度为t t，则校正值为：，则校正值为：-a(t-t0) -a(t-t0) 。4 4、零点校正、零点校正 仪器的零点掉格大致呈线性变化。

43、在磁测时常常间隔仪器的零点掉格大致呈线性变化。在磁测时常常间隔一定时间到基点重复观测，求出此时基点磁场的变化值，一定时间到基点重复观测，求出此时基点磁场的变化值，从中去掉日变值和温度影响值，即得各重复观测时的零点从中去掉日变值和温度影响值，即得各重复观测时的零点掉格值，其相反数就是零点校正值。掉格值，其相反数就是零点校正值。5 5、混合校正、混合校正 日变、温度及零点掉格三者混在一起反映在观测数日变、温度及零点掉格三者混在一起反映在观测数据中，也可以把三项影响并成一种综合影响，一次消除据中，也可以把三项影响并成一种综合影响，一次消除称为混合校正。称为混合校正。 在某一时间间隔内，对同一基点重复

44、观测获得的磁在某一时间间隔内，对同一基点重复观测获得的磁场差值，即是该时刻的混合变化值。以横轴代表时间，场差值，即是该时刻的混合变化值。以横轴代表时间，纵轴代表混合变化值，绘制混合变化曲线。从曲线上查纵轴代表混合变化值，绘制混合变化曲线。从曲线上查出观测某测点的混合变化值，其相反数就是混合改正值。出观测某测点的混合变化值，其相反数就是混合改正值。要求两次对基点观测时间间隔内混合变化是线性的。要求两次对基点观测时间间隔内混合变化是线性的。6 6、船磁影响校正、船磁影响校正 根据方位测量曲线进行。根据方位测量曲线进行。 使测线方位与方位曲线的交点为零，过此点做平行使测线方位与方位曲线的交点为零，过

45、此点做平行于横轴的直线，作为方位曲线的零线。于横轴的直线，作为方位曲线的零线。 根据测量时航线的方位在校正曲线上进行校正，零根据测量时航线的方位在校正曲线上进行校正，零线上为正，其值应减掉；零线下的为负，其值应加上。线上为正，其值应减掉；零线下的为负，其值应加上。方位曲线图方位曲线图5.3.2 5.3.2 磁异常的计算磁异常的计算 一、海洋磁异常的计算一、海洋磁异常的计算 二、磁测异常的图示二、磁测异常的图示 1 1、磁异常剖面图、磁异常剖面图 TT剖面图表示剖面图表示沿某一测线或某一沿某一测线或某一特定方向的剖面上特定方向的剖面上的磁力异常变化情的磁力异常变化情况的磁异常图。它况的磁异常图。

46、它是编制平面剖面图是编制平面剖面图的基础，也是研究的基础，也是研究异常特征、进行异异常特征、进行异常计算的基本图件。常计算的基本图件。 海洋磁测中，每一条测线都要绘出海洋磁测中，每一条测线都要绘出T T剖面图。横坐剖面图。横坐标表示沿测线的距离，纵坐标此表示磁异常数值。标表示沿测线的距离，纵坐标此表示磁异常数值。 注意：横坐标比例尺与测量比例尺相同，纵向比例尺注意：横坐标比例尺与测量比例尺相同，纵向比例尺可根据磁异常数值大小适当调节。通常，为了研究异常沿可根据磁异常数值大小适当调节。通常，为了研究异常沿测线的变化特征及进行计算，习惯上要绘制一张比测量比测线的变化特征及进行计算，习惯上要绘制一张

47、比测量比例尺大的剖面图。例尺大的剖面图。 可以看到可以看到磁异常在平面磁异常在平面上的变化特点；上的变化特点；2 2、磁异常平面剖面图、磁异常平面剖面图 平面剖面图是将全区的剖面图按实际位置并列在一张平平面剖面图是将全区的剖面图按实际位置并列在一张平面图上绘制而成的。面图上绘制而成的。 可以看到可以看到磁异常沿测线磁异常沿测线方向的变化特方向的变化特征；征； 3 3、磁异常平面等值线图、磁异常平面等值线图 平面等值线图是全区各测线的磁异常的平面分布图。平面等值线图是全区各测线的磁异常的平面分布图。东北太平洋的线性磁异常平面等值线图东北太平洋的线性磁异常平面等值线图（磁条带被（磁条带被40402

48、5N25N附近的一条主断裂带错断）附近的一条主断裂带错断）第五章第五章 海洋磁法测量海洋磁法测量海洋地球物理探测海洋地球物理探测5.1 5.1 地球磁场的基本特征地球磁场的基本特征5.2 5.2 磁力仪磁力仪5.3 5.3 野外磁测与磁异常的计算野外磁测与磁异常的计算 5.4 5.4 磁力资料解释方法磁力资料解释方法5.5 5.5 磁力资料的应用磁力资料的应用5.4 5.4 磁力资料解释方法磁力资料解释方法 5.4.1 5.4.1 规则几何地质体的磁异常规则几何地质体的磁异常 5.4.2 5.4.2 磁异常的处理与转换磁异常的处理与转换 5.4.3 5.4.3 磁测资料解释磁测资料解释 一、计

49、算磁性体磁场的意义和条件一、计算磁性体磁场的意义和条件 二、计算磁性体磁场的基本公式二、计算磁性体磁场的基本公式 三、规则几何地质体的磁场三、规则几何地质体的磁场 5.4.1 5.4.1 规则几何地质体的磁异常规则几何地质体的磁异常 了解和掌握磁性体特征和磁异常特征间的规了解和掌握磁性体特征和磁异常特征间的规律来作为解释推断的理论依据。律来作为解释推断的理论依据。（1 1）磁性体是简单的规则形体；）磁性体是简单的规则形体；（2 2）磁性体被均匀磁化；（）磁性体被均匀磁化；（3 3）研究单个磁性体；）研究单个磁性体；（4 4）观测面是水平的；）观测面是水平的； （5 5）不考虑剩磁；）不考虑剩磁

50、；一、计算磁性体磁场的意义和条件一、计算磁性体磁场的意义和条件 正演研究不同形状、产状、大小和磁化特点的地正演研究不同形状、产状、大小和磁化特点的地质体的磁场的质体的磁场的意义意义: : 条件：条件：a.Ha.H场和场和B B场场磁学的基础知识：磁学的基础知识：b.b.磁化强度磁化强度c.c.感应磁化强度与天然剩余磁化强度感应磁化强度与天然剩余磁化强度正演条件：正演条件：（1 1）磁性体是简单的规则形体；）磁性体是简单的规则形体；（2 2）磁性体被均匀磁化；）磁性体被均匀磁化；（3 3）研究单个磁性体；）研究单个磁性体；（4 4）观测面是水平的；）观测面是水平的；（5 5）不考虑剩磁；）不考虑

51、剩磁； 计算方法多，主要的计算方法是：计算方法多，主要的计算方法是：（1 1）体积分公式法；）体积分公式法；（2 2）面积分公式法；）面积分公式法；（3 3）重磁位场的泊松公式法；）重磁位场的泊松公式法；二、计算磁性体磁场的基本公式二、计算磁性体磁场的基本公式 磁性体以外的计算点以磁性体以外的计算点以P P表示，坐标为（表示，坐标为（x x，y y，z z），），磁体内的体元点以磁体内的体元点以Q Q表示，坐标为（表示，坐标为（，） 坐标原点坐标原点O O为磁性体中心或顶面中心在地面的投影点。为磁性体中心或顶面中心在地面的投影点。 XOYXOY面为观测平面，面为观测平面，Y Y轴沿地质体走向方

52、向，轴沿地质体走向方向，X X轴为测轴为测线方向，垂直走向；线方向，垂直走向；Z Z轴垂直向下；轴垂直向下；1 1、坐标系选取及符号规定、坐标系选取及符号规定选用右手直角坐标，其中：选用右手直角坐标，其中：2 2、重磁位场的泊松公式、重磁位场的泊松公式质点的引力位：质点的引力位：一个体积为一个体积为v v，密度均匀的物体的引力位：，密度均匀的物体的引力位：万有引力常数万有引力常数剩余密度剩余密度一个体积为一个体积为v v，密度均匀的物体的磁位：，密度均匀的物体的磁位：泊松公式：泊松公式： 同一个均匀磁化、密度均匀的物体的磁位可由其同一个均匀磁化、密度均匀的物体的磁位可由其引力位来计算；引力位来

53、计算；磁性体磁异常分量计算公式：磁性体磁异常分量计算公式：由于：由于：走向为无限长的二度体：走向为无限长的二度体：实测磁异常为实测磁异常为T T 磁异常正演公式计算得到异常磁场磁异常正演公式计算得到异常磁场的三个分量：的三个分量：Z Za a，H Haxax，H Hayay？3 3、T T的物理意义与计算公式的物理意义与计算公式（1 1）T T的物理意义的物理意义 磁异常总强度磁异常总强度 : : 总磁场强度总磁场强度 与正常地与正常地磁场磁场 的矢量差：的矢量差：实测异常实测异常: :为磁异常总强度的模量为磁异常总强度的模量T T，即：，即： T T即不是即不是 的模量，也不是的模量，也不是

54、 在在 方向的投影。方向的投影。根据矢量三角形的余弦定理：根据矢量三角形的余弦定理：两端取平方，并除以两端取平方，并除以 ：TT与与 关系图关系图当当 时时 ： 当磁异常强度当磁异常强度 不大时，可近不大时，可近似把似把T T看作是看作是 在在 方向的投影。方向的投影。TT与与 关系图关系图（2 2）T T与与Z Za a,H,Hayay,H,Haxax的关系的关系 T T： 在在 方向的投影；方向的投影；：设它的单位矢量为：设它的单位矢量为 ，其方向余，其方向余弦为：弦为：cos,cos,coscos,cos,cos；：它在三个坐标轴的分量为：它在三个坐标轴的分量为：H Haxax，H Ha

55、yay，Z Za a向量向量b b在向量在向量a a方向的投影方向的投影T T0 0和和H H0 0的夹角；的夹角； 测线（测线（x x轴）与轴）与H H0 0的夹角；的夹角；T0H0XYZIATHHxHyZ4 4、磁性体磁化的方向性、磁性体磁化的方向性（1 1）有效磁化强度）有效磁化强度M Ms s和有效磁化倾角和有效磁化倾角i is s ：总磁化：总磁化强度强度 ： 在在XOYXOY面的投面的投影影 ： 在在XOZXOZ面的面的投影投影A A： 与与X X轴夹角轴夹角A A： 与与Y Y 轴夹角轴夹角I I： 与与 的夹角，磁化倾角的夹角，磁化倾角i is s： 与与X X轴的夹轴的夹角角

56、磁化强度矢量图磁化强度矢量图测线方向：测线方向：X X轴轴 磁性体走向：磁性体走向：Y Y轴轴观测剖面：观测剖面：XOZXOZ平面平面有效磁化强度矢量：有效磁化强度矢量： 在在XOZXOZ平面内的投影平面内的投影 ; ;水平磁化强度矢量：水平磁化强度矢量： 在在XOYXOY平面内的投影平面内的投影 ；有效磁化倾角：有效磁化倾角： 与与X X轴的夹角轴的夹角i is sA A：磁性体走向与磁北的夹角；：磁性体走向与磁北的夹角；A A： 测线与测线与 夹角；夹角；磁化强度矢量图磁化强度矢量图I I：当地的磁倾角；：当地的磁倾角；磁化强度矢量图磁化强度矢量图（2 2）磁性体磁化的方向性）磁性体磁化的

57、方向性 磁性体的磁化强度与多种因素有关：磁性体的磁化强度与多种因素有关： - -当地地磁场的大小和方向当地地磁场的大小和方向; ; - -磁性体的走向和剖面方向磁性体的走向和剖面方向; ; - -磁性体自身的磁化率有关。磁性体自身的磁化率有关。 -磁化强度的方向；磁化强度的方向； -磁性体的走向；磁性体的走向； -剖面方向；剖面方向； 影响磁性体磁场特征的因素：影响磁性体磁场特征的因素：磁化强度矢量图磁化强度矢量图 磁性体所处磁性体所处位置不同，走向或剖位置不同，走向或剖面方向不同则磁性体面方向不同则磁性体被磁化的情况不同。被磁化的情况不同。 垂直磁化：垂直磁化：在在高纬度地区，当磁性体高纬度地区，当磁性体为南北走向：为南北走向：A=0A=0时，时，东西剖面内东西剖面内I=iI=is s=90=90；磁化强度矢量图磁化强度矢量图斜磁化：斜磁化：在中、在中、低纬度地区，当东低纬度地区，当东西走向西走向A=90A=90 时，在时，在南北剖面内有：南北剖面内有：0 0 iis s=I90=I90 ；水平磁化：水平磁化：在磁在磁赤道附近，当东西赤道附近，当东西走向走向A=90A=90 时，在南时，在南北剖面内有：北剖面内有：i is s=I=0=I=0