海洋磁力測量多站日變改正中主站磁場歸算

海洋磁力測量多站日變改正中主站磁場歸算

1日變逐場的磁在海上磁體測量中，當(dāng)測區(qū)面積較大時，應(yīng)建立幾個日變站，監(jiān)測測區(qū)內(nèi)的地磁日變，并采用多站激發(fā)法對海上磁體的探測點(diǎn)進(jìn)行地磁日變，以消除地磁日變的影響。而地磁日變改正中,地磁日變基值選取的好壞直接影響著地磁日變改正的精度。多站日變改正時,當(dāng)主站和分站日變基值的確定方法不一致,會使整個測區(qū)磁場水平不統(tǒng)一。即使主站和分站日變基值選取方法一致,如果不對分站日變基值進(jìn)行歸算,也可能會導(dǎo)致整個測區(qū)磁場水平存在差異,而且這種差異有時可達(dá)到幾nT甚至十幾nT,嚴(yán)重降低了磁力測量的精度。因此,為了使整個測區(qū)的磁場水平統(tǒng)一,對分站日變基值進(jìn)行歸算是必要的。而且《海洋調(diào)查規(guī)范·海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查》(以下簡稱《規(guī)范》)也規(guī)定:進(jìn)行多站日變改正時,應(yīng)確定離測區(qū)最近的一個日變站(或地磁臺)為主站,其它日變站(分站)日變基值向主站歸算。而《規(guī)范》并沒有給出基值的歸算方法,因此,本文對多站日變改正中日變基值的歸算方法進(jìn)行了分析,并通過實(shí)例來分析日變基值歸算必要性和可行性。2正常場值的確定海洋磁力測量中,海上磁測點(diǎn)的地磁場絕對值可表示為時間和空間的函數(shù):式中,T(x,y)為測點(diǎn)消除地磁日變化后的磁場值;ΔT(t)為測點(diǎn)地球變化磁場值,是時間的函數(shù)。而由地磁學(xué)知識可知,地球變化磁場ΔT(t)又可以細(xì)分為:式中,L(t)為長期變化磁場;S(t)為地磁場的太陽靜日變化(即Sq);D(t)為地磁場的擾動變化(即短周期變化)。L(t)的變化周期較長,每天的變化很小,一般小于0.09nT。而由于短周期的地磁場擾動變化在D(t)中的相當(dāng)一部分(如地磁脈動PC1、PC2、PC3等)影響可忽略,因此,在日變站上測定的隨時間變化場主要源于地磁場的靜日變化。我國海洋磁力測量也只對太陽靜日變化進(jìn)行改正,而對于高精度的海洋磁力測量,還必須對地磁場的短期變化D(t)進(jìn)行改正。而當(dāng)一個航次的測量時間較長時(大于10天),還應(yīng)考慮地磁場長期變化的影響。海洋磁力測量中,獲得測區(qū)內(nèi)任意一點(diǎn)的地磁日變改正值是困難的,一般需在測區(qū)附近設(shè)立日變站,對測區(qū)范圍內(nèi)的地磁靜日變化進(jìn)行監(jiān)測,然后內(nèi)插得到海上磁測點(diǎn)的地磁日變改正值。地磁日變改正值ΔT(t)數(shù)學(xué)模型為:式中,T0(t)為日變站t時刻磁力觀測值;T0為日變站日變基值,也可以認(rèn)為是日變站點(diǎn)的正常地磁場值。有的文獻(xiàn)也將日變基值的選取稱為正常場值的選取。關(guān)于地磁日變基值的選取,通常采用平均值法來確定,文獻(xiàn)提出了基時段或基時刻法確定地磁日變基值,其較平均值法有一定優(yōu)越性;而文獻(xiàn)將一天的地磁日變化分成6個時區(qū),采用分時區(qū)加權(quán)平均法來確定地磁日變基值。另外,也有的認(rèn)為日變基值只是一個起算參考值,可以有一定的任意性,具體可以根據(jù)需要來確定。3計(jì)算方法計(jì)算日標(biāo)值3.1主站站地磁日變更新的日變基某次海洋磁力測量中,共設(shè)了m+1個日變站,設(shè)靠近測區(qū)的日變站為主站,其日變基值為T0,日變觀測值為T0(t);并設(shè)其他日變站為分站,其中,第i(i=1,…,m)個分站的日變基值為Ti,日變觀測值為Ti(t)。由主站和第i個分站得到的海上磁測點(diǎn)地磁日變改正值分別為:并設(shè)由主站和分站分別得到的測點(diǎn)日變改正的差異為Δ=ΔTi(t)-ΔT0(t)=(ΔTi(t)-Ti)-(T0(t)-T0),并且Δ應(yīng)具有偶然誤差的特性。將時間離散化且j=1,2,…,n為觀測值個數(shù),并取平均得:對上式兩邊求極限得:實(shí)際上,觀測個數(shù)總是有限的,故上式左邊的有限和近似趨于0。即limn→∞1n∑j=1nΔ=0limn→∞1n∑j=1nΔ=0。由上式可以看出,當(dāng)主站、分站地磁日變基值都采用平均值法時,即:Tˉˉˉi=1n∑j=1nTi(tj)且Tˉˉˉ0=1n∑j=1nT0(tj)(8)Τˉi=1n∑j=1nΤi(tj)且Τˉ0=1n∑j=1nΤ0(tj)(8)則分站日變基值不需向主站進(jìn)行歸算。而當(dāng)日變基值采用基時刻或基時段、分時區(qū)加權(quán)平均時,則必須對分站日變基值進(jìn)行歸算。同時,(7)式也是多站日變改正中分站日變基值向主站歸算的公式。3.2測點(diǎn)日變宋相的日變模式考慮兩站線性內(nèi)插進(jìn)行日變改正的情況。假設(shè)由兩站線性內(nèi)插得到的磁測點(diǎn)的日變改正Δ(T)為:式中,系數(shù)a和b分別代表主站和分站對測點(diǎn)日變改正的貢獻(xiàn)。那么,歸算前后磁測點(diǎn)的日變改正差分別為Δ(T)和Δ′(T):因基值歸算引起的磁場水平的差異δΔ為:上式即為由于分站日變基值引起的磁場水平的差異。結(jié)合(7)式和(10)式,當(dāng)主站和分站日變基值采用平均值法時,δΔ=0,而當(dāng)日變基值采用其它方法時,那么這種差異就不為0。因此,為了使整個測區(qū)的磁場水平統(tǒng)一,對分站日變基值進(jìn)行歸算是必要的。3.3日變改良差值為了進(jìn)一步說明分站日變基值歸算的必要性,本文不妨采取以下評價指標(biāo):(1)兩站同一時刻日變改正最大互差:(2)兩站同步日變改正差值中誤差:式中,ΔTi是第i站日變改正值;ΔT0是主站日變改正值;N是同步觀測點(diǎn)數(shù)。如果兩站同一時刻日變改正互差和日變改正差值中誤差越大,則說明兩站日變化差異很大。一般當(dāng)兩站同一時刻日變改正最大互差大于50nT,并且兩站同步日變改正差值中誤差大于20nT時,本文認(rèn)為,單站不能對整個測區(qū)日變進(jìn)行監(jiān)測,應(yīng)在其中間設(shè)立日變站,進(jìn)行地磁日變改正。4同步日變觀測下面采用一個實(shí)例來驗(yàn)證日變基值歸算的必要性及可行性,本文選用了兩日變站(A站址:**.0322°,**.1026°,B站址:**.0818°,**.3259°),站間距離1000多千米,某一天同步日變觀測值進(jìn)行了分析,并設(shè)A站為主站。地面日變儀采用HC-90D型高精度氦光泵地面日變磁力儀。磁測靈敏度0.001nT,測量精度±0.01nT。日變觀測初始時刻00∶00,結(jié)束時刻為24∶00,數(shù)據(jù)采樣間隔為Δt=15min。本文采用不同的日變基值確定方法對多站日變改正基值歸算問題進(jìn)行研究。4.1日變平均弱化當(dāng)主站和分站日變基值采用平均值法時,分站日變基值不需要向主站進(jìn)行歸算,計(jì)算得A站日變基值52565.42nT,B站日變基值46047.42nT,A站和B站日變改正曲線如圖1所示,兩站日變改正最大互差31.91nT,中誤差為±17.73nT。4.2日變平均基因值選取00∶00和24∶00兩時刻取日變觀測值的平均值作為A、B兩站日變基值,A站日變基值52568.07nT,B站日變基值46029.98nT,兩站日變化最大互差約52.00nT,中誤差為±26.94nT。兩站日變改正曲線如圖2所示。采用公式(7)歸算后得到的B站日變基值為46050.07nT,歸算后兩日變站日變化最大互差減小為32.94nT,中誤差減小為±17.73nT。假設(shè)a=0.3,那么因日變基值引起的水平差異δΔ可達(dá)6nT。歸算后A、B站日變改正曲線如圖3所示。4.3日變改良曲線選取00∶00～04∶00和20∶00～24∶00兩個較為平靜的時間段日變觀測值取平均值作為日變改正基值。A站日變改正基值52568.62nT,B站日變改正基值46032.60nT,兩站日變化最大互差約49.92nT,中誤差為±25.47nT。兩站日變改正曲線如圖4所示。經(jīng)歸算后B站日變基值46050.62nT,兩站日變化最大互差減小為33.14nT,中誤差減小為±17.73nT。同樣假設(shè)a=0.3,那么因日變基值引起的水平差異δΔ可達(dá)5.4nT。歸算后A、B兩站日變改正曲線如圖6所示。由上表可以看出,當(dāng)日變基值采用基時刻或基時段法時,分站日變基值經(jīng)歸算后,兩站日變改正最大互差及兩站日變改正差值中誤差都明顯減小,并且歸算后日變改正差值中誤差等于平均值法,σ=17.73,其不等于零是由于兩日變站相距太遠(yuǎn),日變曲線的空間相關(guān)性不大所致。而當(dāng)如果兩站日變曲線完全相似時,σ=0,利用單個日變站就可以對整個測區(qū)日變化進(jìn)行監(jiān)控。通過以上分析可知,分站日變基值通過歸算后,使得其與主站日變改正值的差值減小,這樣會使整個測區(qū)的磁場水平接近于主站,減小因日變基值差異引起的磁場水平的差異。5站日變基值的歸算及結(jié)果分析(1)多站日變改正