海洋磁力测量多站日变改正中主站磁场归算

海洋磁力测量多站日变改正中主站磁场归算

1日变逐场的磁在海上磁体测量中，当测区面积较大时，应建立几个日变站，监测测区内的地磁日变，并采用多站激发法对海上磁体的探测点进行地磁日变，以消除地磁日变的影响。而地磁日变改正中,地磁日变基值选取的好坏直接影响着地磁日变改正的精度。多站日变改正时,当主站和分站日变基值的确定方法不一致,会使整个测区磁场水平不统一。即使主站和分站日变基值选取方法一致,如果不对分站日变基值进行归算,也可能会导致整个测区磁场水平存在差异,而且这种差异有时可达到几nT甚至十几nT,严重降低了磁力测量的精度。因此,为了使整个测区的磁场水平统一,对分站日变基值进行归算是必要的。而且《海洋调查规范·海洋地质地球物理调查》(以下简称《规范》)也规定:进行多站日变改正时,应确定离测区最近的一个日变站(或地磁台)为主站,其它日变站(分站)日变基值向主站归算。而《规范》并没有给出基值的归算方法,因此,本文对多站日变改正中日变基值的归算方法进行了分析,并通过实例来分析日变基值归算必要性和可行性。2正常场值的确定海洋磁力测量中,海上磁测点的地磁场绝对值可表示为时间和空间的函数:式中,T(x,y)为测点消除地磁日变化后的磁场值;ΔT(t)为测点地球变化磁场值,是时间的函数。而由地磁学知识可知,地球变化磁场ΔT(t)又可以细分为:式中,L(t)为长期变化磁场;S(t)为地磁场的太阳静日变化(即Sq);D(t)为地磁场的扰动变化(即短周期变化)。L(t)的变化周期较长,每天的变化很小,一般小于0.09nT。而由于短周期的地磁场扰动变化在D(t)中的相当一部分(如地磁脉动PC1、PC2、PC3等)影响可忽略,因此,在日变站上测定的随时间变化场主要源于地磁场的静日变化。我国海洋磁力测量也只对太阳静日变化进行改正,而对于高精度的海洋磁力测量,还必须对地磁场的短期变化D(t)进行改正。而当一个航次的测量时间较长时(大于10天),还应考虑地磁场长期变化的影响。海洋磁力测量中,获得测区内任意一点的地磁日变改正值是困难的,一般需在测区附近设立日变站,对测区范围内的地磁静日变化进行监测,然后内插得到海上磁测点的地磁日变改正值。地磁日变改正值ΔT(t)数学模型为:式中,T0(t)为日变站t时刻磁力观测值;T0为日变站日变基值,也可以认为是日变站点的正常地磁场值。有的文献也将日变基值的选取称为正常场值的选取。关于地磁日变基值的选取,通常采用平均值法来确定,文献提出了基时段或基时刻法确定地磁日变基值,其较平均值法有一定优越性;而文献将一天的地磁日变化分成6个时区,采用分时区加权平均法来确定地磁日变基值。另外,也有的认为日变基值只是一个起算参考值,可以有一定的任意性,具体可以根据需要来确定。3计算方法计算日标值3.1主站站地磁日变更新的日变基某次海洋磁力测量中,共设了m+1个日变站,设靠近测区的日变站为主站,其日变基值为T0,日变观测值为T0(t);并设其他日变站为分站,其中,第i(i=1,…,m)个分站的日变基值为Ti,日变观测值为Ti(t)。由主站和第i个分站得到的海上磁测点地磁日变改正值分别为:并设由主站和分站分别得到的测点日变改正的差异为Δ=ΔTi(t)-ΔT0(t)=(ΔTi(t)-Ti)-(T0(t)-T0),并且Δ应具有偶然误差的特性。将时间离散化且j=1,2,…,n为观测值个数,并取平均得:对上式两边求极限得:实际上,观测个数总是有限的,故上式左边的有限和近似趋于0。即limn→∞1n∑j=1nΔ=0limn→∞1n∑j=1nΔ=0。由上式可以看出,当主站、分站地磁日变基值都采用平均值法时,即:T¯¯¯i=1n∑j=1nTi(tj)且T¯¯¯0=1n∑j=1nT0(tj)(8)Τ¯i=1n∑j=1nΤi(tj)且Τ¯0=1n∑j=1nΤ0(tj)(8)则分站日变基值不需向主站进行归算。而当日变基值采用基时刻或基时段、分时区加权平均时,则必须对分站日变基值进行归算。同时,(7)式也是多站日变改正中分站日变基值向主站归算的公式。3.2测点日变宋相的日变模式考虑两站线性内插进行日变改正的情况。假设由两站线性内插得到的磁测点的日变改正Δ(T)为:式中,系数a和b分别代表主站和分站对测点日变改正的贡献。那么,归算前后磁测点的日变改正差分别为Δ(T)和Δ′(T):因基值归算引起的磁场水平的差异δΔ为:上式即为由于分站日变基值引起的磁场水平的差异。结合(7)式和(10)式,当主站和分站日变基值采用平均值法时,δΔ=0,而当日变基值采用其它方法时,那么这种差异就不为0。因此,为了使整个测区的磁场水平统一,对分站日变基值进行归算是必要的。3.3日变改良差值为了进一步说明分站日变基值归算的必要性,本文不妨采取以下评价指标:(1)两站同一时刻日变改正最大互差:(2)两站同步日变改正差值中误差:式中,ΔTi是第i站日变改正值;ΔT0是主站日变改正值;N是同步观测点数。如果两站同一时刻日变改正互差和日变改正差值中误差越大,则说明两站日变化差异很大。一般当两站同一时刻日变改正最大互差大于50nT,并且两站同步日变改正差值中误差大于20nT时,本文认为,单站不能对整个测区日变进行监测,应在其中间设立日变站,进行地磁日变改正。4同步日变观测下面采用一个实例来验证日变基值归算的必要性及可行性,本文选用了两日变站(A站址:**.0322°,**.1026°,B站址:**.0818°,**.3259°),站间距离1000多千米,某一天同步日变观测值进行了分析,并设A站为主站。地面日变仪采用HC-90D型高精度氦光泵地面日变磁力仪。磁测灵敏度0.001nT,测量精度±0.01nT。日变观测初始时刻00∶00,结束时刻为24∶00,数据采样间隔为Δt=15min。本文采用不同的日变基值确定方法对多站日变改正基值归算问题进行研究。4.1日变平均弱化当主站和分站日变基值采用平均值法时,分站日变基值不需要向主站进行归算,计算得A站日变基值52565.42nT,B站日变基值46047.42nT,A站和B站日变改正曲线如图1所示,两站日变改正最大互差31.91nT,中误差为±17.73nT。4.2日变平均基因值选取00∶00和24∶00两时刻取日变观测值的平均值作为A、B两站日变基值,A站日变基值52568.07nT,B站日变基值46029.98nT,两站日变化最大互差约52.00nT,中误差为±26.94nT。两站日变改正曲线如图2所示。采用公式(7)归算后得到的B站日变基值为46050.07nT,归算后两日变站日变化最大互差减小为32.94nT,中误差减小为±17.73nT。假设a=0.3,那么因日变基值引起的水平差异δΔ可达6nT。归算后A、B站日变改正曲线如图3所示。4.3日变改良曲线选取00∶00～04∶00和20∶00～24∶00两个较为平静的时间段日变观测值取平均值作为日变改正基值。A站日变改正基值52568.62nT,B站日变改正基值46032.60nT,两站日变化最大互差约49.92nT,中误差为±25.47nT。两站日变改正曲线如图4所示。经归算后B站日变基值46050.62nT,两站日变化最大互差减小为33.14nT,中误差减小为±17.73nT。同样假设a=0.3,那么因日变基值引起的水平差异δΔ可达5.4nT。归算后A、B两站日变改正曲线如图6所示。由上表可以看出,当日变基值采用基时刻或基时段法时,分站日变基值经归算后,两站日变改正最大互差及两站日变改正差值中误差都明显减小,并且归算后日变改正差值中误差等于平均值法,σ=17.73,其不等于零是由于两日变站相距太远,日变曲线的空间相关性不大所致。而当如果两站日变曲线完全相似时,σ=0,利用单个日变站就可以对整个测区日变化进行监控。通过以上分析可知,分站日变基值通过归算后,使得其与主站日变改正值的差值减小,这样会使整个测区的磁场水平接近于主站,减小因日变基值差异引起的磁场水平的差异。5站日变基值的归算及结果分析(1)多站日变改正