西沙海域磁测数据日变改正方法的研究

西沙海域磁测数据日变改正方法的研究

1海洋磁测中的地磁日变现象测量模在磁体测量中，地磁日变化变化是操作过程中的一个重要组成部分，直接影响磁体测量结果的精度。近年来,海洋磁测技术和方法不断更新提高,提高海洋磁测的精度问题越来越被人们关注。以海底观测锚系的方式,将地磁日变观测站设到海洋调查工区附近海底的方法,在南海北部和中部等海域海洋磁测过程中得到了多次成功的应用,解决了远海区无法采集到地磁日变观测记录资料的问题,在海洋调查中发挥了积极的作用。与航空磁测一样,海洋磁测与地面磁测相比具有动态连续作业、调查工区范围大等特点。要提高海洋磁测的精度,解决大范围的、远程磁测的地磁日变改正需要在技术方法上进行深入研究,探讨解决问题的有效途径。我国的多台站地磁观测数据应用研究开展得比较广泛,主要应用于在华北的地震中长期预报、区域性的地磁场变化特征分析和航磁调查中日变改正(吴有国,1997;郭建华,2002;林德绥,1993;解用明,2004)。特别是在青藏高原地区航磁调查中有效地消除了在航磁调查中的磁日变影响,较好地提高了调查资料的质量。本文旨在研究海洋磁测中的地磁日变改正的资料处理方法。通过分析不同距离台站对测区磁测资料日变改正的精度影响程度,尝试多台站的地磁日变观测数据对海洋磁测数据日变改正的方法;探讨提高远海区海洋磁测精度的有效途径。2海洋磁测测量设备及测线本文研究的地磁日变观测数据包括:两个地磁观测基准台站、广州海洋地质调查局自设的海底地磁日变观测站和物探调查船采集得到的海洋磁测数据。调查船磁测工区的位置为:113-115°E;16°-18°N海域。海洋磁力测线布设按照1∶50万比例尺进行,主测线10km间距,联络测线50km间距。主测线方向采用145°,联络测线方向为235°。区内海洋磁测测量的主测线为27条、联络测线6条、测线交点共91个。三个地磁地磁日变观测站中两个地磁观测基准台站分别位于广东省肇庆市、海南省琼中县,另外一个海底日变观测站布设在我国南海的西沙群岛石岛东南的海底(下文简称西沙海底站),水深900m。三个测站距离工区的最大和最小距离见表1。数据采集时间为2005年4月23日～5月9日,共15个工作日。调查船的数据在前14天完成。本文中的三个台站和调查船采用的测量设备的仪器名称和相关的主要指标(精度和分辨率)见表2。观测设备分别为质子旋进磁力仪、增强型的Overhauser质子旋进磁力仪和铯光泵磁力仪,这些均属于高精度的磁测设备,其分辨率和灵敏度非常高。此外,测量船的导航定位采用了星站差分GPS接收技术,动态定位的小于1.0m。高精度的测量技术可满足本项目精度分析研究的需要。3数据处理流程及结果分析图1为广东肇庆、海南琼中和西沙三个台站的海底15天的地磁日变观测数据。初步分析这些观测数据可知,其中10天属于磁静日,4天属于磁扰日,5月9日最后一天中的观测记录出现了磁爆现象。三个台站记录基本上反映了普遍规律,三个台站数据的变化相位基本相同,但幅度相差较大。符合在地磁扰动同相带内(磁纬45°S～45°N)磁日日变幅随日变站所处纬度增加而增加,同纬度的日变站磁日变形态具有相近的规律。这不仅与高空的大气电离层分布有关,而且也与台站所在地地下构造岩体的磁性分布密不可分。物探调查船磁测数据是由G880铯光泵磁力仪所采集到的,数据处理采用了常规的海洋磁力测量数据处理流程。首先改正电缆偏移距,把定位中心归算到磁测传感器位置上,然后采用国际地磁参考场作正常场改正,计算时选用国际椭球体地磁模型,球谐分析的阶数为10阶,用公开发表的2000球谐系统(IGRF)值计算(安振昌,1998);再对船磁方位进行改正,最后用广东肇庆、海南琼中、西沙海底三个台站数据分别代入进行地磁日变改正后,再求得三组不同台站的工区主测线和联络测线交点的均方差数据。在计算主测线和联络测线交点的磁力测量值偏差时,交点的位置水平距离偏差设置为小于1.0m。磁测数据的精度分析均为调差前的数据。经过计算,用西沙海底台的数据改正调查船的磁测数据,得到的交点的均方差为10.9;海南琼中台为11.8,广东肇庆台为15.4。按照海洋地质调查规范,去掉3%的偏差大的交点之后,用西沙海底台的数据改正调查船的磁测数据,得到交点的均方差为8.2,海南琼中台为9.9,广东肇庆台为14.1。计算结果表明:①采用至工区不同距离台站地磁日变观测数据去改正海洋磁力测量数据,会产生不同的影响程度;台站的距离越近得到的精度越高。②西沙海底台与调查工区相距不远,最远处也不足300km;但由于工区范围广,用该台的数据去做日变改正,得到的效果不太理想。作者分析这种影响测量精度的原因是:测量点的位置推算是假设在磁力测量拖曳的航迹与船只航迹平行,计算段内为直线航行(用设备自带的位置归算软件来处理,以每10km分段推算传感器位置的方法),因而传感器位置的确定存在着一定的误差;船磁方位改正没有起到很好的作用,由此带来的误差影响依然存在;调查比例小,测线交点的数据采集时间相隔较长,综合影响因素偏大。4多航站楼的计算方法参照航磁测量中多台站日变改正方法研究成果,本文在计算方法上作了部分改进。用三个台站的数据进行联合演算,计算出作业工区中心点的日变数据,将这个中心点作为一个虚拟的日变观测站。用这个虚拟站推导出来的数据对磁测数据进行日变改正,计算均方误差,并与距离作业工区最近的海底台站数据进行日变校正后的结果进行对比分析。设已知3个台站数,(Xi,Yi)为各站坐标,(x0,y0)为工区中心点计算坐标,Ti为各站日变值,各台站与中心点之间距离为:di=(x−xi)2−(y−yi)2−−−−−−−−−−−−−−−−√(1)计算点(x0,y0)处的日变值T(x0,y0)采用加权平均法可由下式求出:T(x0,y0)=∑i=1mf(di)Ti/di(2)式中,f(di)=1/(d2i+ε)4;ε是一个极小量,以防止分母为零。用多台站记录值计算出来的中心点的数据对工区的磁测资料进行日变改正,得到均方差值为11.7,剔除3%的偏差大的交点后计算得到的交点均方误差为9.2。这个数据高于西沙海底站日变观测数据的日变改正后的结果。计算结果表明,多台站的计算方法不但没有提高磁测的精度,反而下降了。这与航磁中的多台站应用效果相违背。究其原因,计算所需设置的工区中心点在西沙海底台、海南琼中台和广东肇庆台构成网的外面,属于计算模型中外延的推算结果。假如设置的中心点在多台站网的内部,属于计算模型中内插的推算结果。因此,本文中外延推算的结果精度不如西沙海底台数据的高,可认为只有在内插的计算结果会得到相应的提高。另外,远距离的地磁台站的日变观测数据在一定程度上也降低了多台站日变改正计算的精度。5完善远沿海地区地磁日变观测系统的布设通过用多个台站的地磁日变观测数据对远海磁测资料改正,分析其相应的成果精度,对远海区磁测资料的日变改正方法取得如下几点认识:(1)用不同距离的日变观测站数据去改正远海工区的磁测,会得到不同调查精度。日变站距工区越近,相应的精度也越高;因此,要提高远海区的磁测精度,必需将地磁日变观测站设立在靠近调查工区的海域。(2)对于大范围的海洋磁测工区布设多台站网时,首先考虑每个台站的距离尽可能要靠近工区