高精度磁法测量工作流程.docx

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高精度磁法测量工作流程

第一章出队前的准备

第一节野外用品准备

在接到出队任务时，磁测小组成员必须将出队所需的仪器、材料，测量物性标本的工具（标本架、电子称、钢尺、罗盘、记录本等）准备好，对野外安全措施物品等物资进行清点，发现所缺应立即上报负责人进行购买。

当确定生产工具配备齐全后，小组成员须共同检查仪器及配套工具的完好程度，经检查一切正常后，由项目负责人进行磁法仪器的分配，并做好相关记录。

同时提醒工作人员在野外的生产注意事项和操作规程，各操作员接到仪器后要妥善保管、不定期的检查和维护，确保野外生产的顺利进行。

第二节工期的确定及资金的准备

项目负责人应提前收集工区的地形、地质及物化探资料，编写工作设计。

根据收集来的地质资料，分析工区的地质、地形难易程度，再结合以往工作经验，确定出完成野外工作区任务的大体时间，然后上报给单位负责人审批。

审批完成后从财务借野外生产备用资金。

第二章野外操作步骤

第一节踏勘

踏勘的主要目的是了解工区概况，以确定方法的有效性。

踏勘工作的工程布置图可根据收集来的地质及物化探资料初步布设，以测线垂直探测对象或已知异常的走向为原则，踏勘应包括下列内容：

a核对地质情况及研究程度、了解可供利用的山地工程、测绘标志、以前的物化探测网及异常标志等；

b了解可布测区X围、测线方向和长度；

c了解工区地形、地貌、通视和交通运输等工作条件；

d收集（测定）主要岩矿（包括第四纪盖层）石的磁化率和剩磁参数；

e了解地质和人文干扰因素的种类、强度及分布等情况；

f采集少量矿样及高磁性的岩石进行物性测试，每个测点不少于5块标本，以提高代表性，初步了解有用矿产的种类、矿石富集程度及与磁性参数的关系。

第二节测网布设

根据委托人和设计要求，采用相关工作比例尺，基线采用中海达RTKV8进行布设，实地点位误差小于设计要求。

测点布设采用手持GPS与磁测工作同时进行，工作前GPS需进行参数校正。

如需设计测网，首先确定测线方向，应以垂直探测对象或已知异常的走向为原则进行布设。

这是因为垂直地质体走向上的磁场变化最大，测线沿此方向可以最小距离控制异常X围，而且垂直于走向的磁场变化特征最明显，有利于异常研究。

测线的方向必须垂直于基线，并尽量把基线布置在邻近主要探测对象的地带或在测区中部，以减少主要异常部分的定点误差。

在可能的情况下，使基线布置于通视条件好的地段，如山脊或山谷以便于联测工作的进行。

测网密度于比例尺的确定见下表

工作阶段

比例尺

线距

点距

点线距之比

测点数/Km2

预查

普查

1：

50000

1：

25000

500

250

50-100

25-50

1：

10-1：

5

1：

10-1：

5

40-20

160-80

普查

详查

1：

10000

1：

5000

100

50

10-20

5-20

1：

1-1：

5

1：

10-1：

2.5

1000-500

4000-1000

矿区

勘探

1：

2000

1：

1000

20

10

5-10

2-5

1：

4-1：

2

1：

5-1：

2

10000-5000

50000-20000

表中点、线距只供参考，实际在普查工作中；线距应不大于最小目标物的长度，其测点距应保证测线上至少有三个连续测点能在既定的工作精度上反映异常。

有时限于工作条件和为了工作方便，也可按不规则测网进行观测。

第三节磁法测量

一、随机干扰的消除和仪器的校验

1、随机干扰的消除

地表裸露的火成岩，变质岩及各种黏土，砖头瓦块等都有K=n*10

—n*10

SI的弱磁性，且其磁性分布不均匀，常对磁测造成无规律的随机干扰。

其磁性特征表现为不规则的锯齿状起伏，会使高精度磁测产生很高的背景噪音，严重时将会淹没较弱的有用磁异常信息，使磁测工作失败，尤其是对各种梯度测量工作。

由于都是采用多探头在不同空间位置进行测量的，若表层磁性不均匀对不同位置上探头的影响明显不同，则会造成比磁场测量更为严重的后果。

所以无论高精度磁场测量还是多参量梯度测量，都必须十分注意避免浅层磁性不均匀造成的干扰。

提高探头的观测高度是避免浅层干扰异常异常的重要措施。

浅层的随机干扰异常随探头观测高度的增加而很快的衰减。

在实际工作中，要通过实验确定最佳探头观测高度。

这首先要在测区内选定一条长约百米，对浅层干扰有代表性的典型剖面。

用0.5米、1米、1.5米2米、等种4不同高度以3—5米的点距各进行一次往返观测。

分别计算4种高度的均方误差，而后以探头高度为横坐标，以均方误差为纵坐标绘出误差随高度变化曲线。

在一般情况下，随着观测高度的增大，观测误差趋于减小并接近一恒定值，据此即可选出接近恒定值的最佳探头高度。

显然，误差随着探头高度变化曲线与所选典型剖面情况的关系很大。

当测区X围较大时，用一条典型剖面代表全区随机干扰异常情况是有困难的，此时可以多选几条典型剖面进行同样的实验，再从这数条剖面的实验中确定高度最大的最佳探头高度在全区野外观测中保持不变，而且要##测中探头的高度误差不超过规定高度的1/10。

加密测网，以便用数据处理的方法滤除随机干扰。

在实际工作中，将探头举高到4—5米已经很困难了，即使用这种高度，对完全消除随机干扰来说仍是远远不够的。

因此必须借助于数学处理地的方法来滤除随机干扰，这就要求把干扰异常的特征测出来，否则无法做场的变换，此时，按传统方法确定的测网密度就不够了，仍要在典型剖面上作选择最佳点距的试验，具体做法是在典型剖面上用最佳探头高度按1米的点距进行约100点的观测。

而后按1米、2米、3米、4米、5米等5种不同的点距来选取测点，按照以下公式计算5种点距的逼近误差m

m

=0.06

式中X

为按不同点距确定的第i测点的观测值

为其前后两点的观测值

n为参与统计的点数

显然，点距越小逼近误差越小，干扰场的幅值越小逼近误差越小。

将点距

X为横坐标，逼近误差m

为纵坐标绘制m

随

X的变化曲线。

以m

不大于所要求的观测误差m为原则确定点距

X。

选用适当的滤波器，压制干扰噪声突出有用信息

关于位场滤波器方面的专著很多，各电算站都有专门的软件包，在实际工作中可根据当地异常情况与任务要求，选用适当的滤波器对磁测数据做电算处理，就可以达到滤除随机干扰，突出有用信息的么目的。

2、仪器的校验

野外工作使用仪器为PMG-1质子磁力仪，观测参数为总磁场强度T。

，生产之前应对使用仪器进行全面鉴定。

主要内容有仪器噪声测定、仪器设备性能校验。

仪器噪声测定：

a、当有3台以上的磁力仪同时工作时，可选择一处磁场平稳而又不受人文干扰影响的地区，将这些仪器的探头置于此区，并使探头之间的距离保持20m以上，以免探头磁化时互相影响。

而后使这些仪器同时做日变测量，观测时要达到秒一级同步。

此时地磁场变化对这些仪器的观测值的影响是同向的，而这些仪器各自的噪声对观测值的影响是无定向的，而且仪器数量愈多，噪声对这些仪器观测值的平均值的影响将趋于零，就可把此平均值视作地磁场的“真值”。

因此可取100个左右的观测值按下式计算每台仪器的噪声均方根值S，

要求S小于2nT。

计算噪声均方根值的公式：

式中：

—第i时的观测值Xi与起始观测值X0的差值；

—这些仪器同一时间观测差值

的平均值；

n—总观测数，i=1，2……n

b、当仪器不足3台时，可用单台仪器在上述平稳的磁场作日变，连续观测百余次，若读数间隔为5—10s时，则安7点滑动取平均值

。

若读数间隔为0.5—1min时则按5点滑动求平均值。

计算公式如下

7点滑动

5点滑动

（

）

仪器设备性能校验：

选择一条测线，测点数不少于50个，其中少数点要处于较强的异常场上（约为均方误差的5倍以上）,使参加野外生产的多台仪器，作往返观测。

计算仪器自身均方误差和总观测均方误差，要求总观测均方误差不大于设计均方误差值的2/3。

用多台仪器进行重复观测，计算总均方误差的公式为：

式中，Vi—某次观测值（包括参与计算平均值的所有数值）与该点各次观测值平均数之差。

n—检查点数，i=1，2……n；

m—总观测次数，等于各检查点上全部观测次数之和。

使用前及生产结束后均应对仪器性能和各仪器间的一致性进行现场校验，生产期间每2个月进行一次仪器校验，以保证满足设计书和《规X》DN/T0071-93有关规定的要求。

对于仪器噪声比不符合设计书要求的，有明显系统误差的及观测均方误差达不到要求的仪器，应查明原因，必须重新进行调节和校验，如仍达不到要求，则应停止使用。

仪器如经过调节和检修，则需重新进行性能校验。

测定磁力仪的一致性

a、测定探头的一致性：

经验表明，制作探头与夹固探头的各种材料的“磁清洁”程度有差异，是造成一致性误差的主要因素。

因此，在每测区开工前测定磁力仪的一致性，方法如下：

首先将成套仪器所配探头（一般是5个）编上号，然后用两台仪器作秒级同步日变观测。

其中台站型仪器及一个探头固定不变，即以此为准进行比较另一台仪器分别轮换同其余4个探头相联结，并注意换探头时主机不能关机，各探头位置应尽量一致，调谐场值预先选好保持不变。

每个探头读数三十余次以上，而后分别求出相应与台站仪器读数的差值，并计算各差值数组的算术平均值，比较这4个平均值，即可判断探头的一致性。

如以某次测定为例，得出5个探头的一致性如下表：

探头编号

1

2

3

4

5

平均值，nT

0．4

1.37

0

0.6

1.1

由上表可见1，3，4号探头一致性较好，而2号与5号探头一致性较好，可以配对使用。

使用中不能随意调换探头，以免引入系统误差。

b、校验主机的一致性：

从原理上说，质子磁力仪的主机就是一个用来测定核子旋进频率的测频器，而当前测频精度是很高的，主机能以0.00425Hz的分辨率来精确测量频率，出厂时都用精确度更高的讯号发生器进行校准，并保证绝对准确度50000nT时为+1nT。

所以，一般情况下，主机的一致性都能符合要求。

为校验主机的一致性，可使用同一探头，用不同主机轮换作日变观测，使每台主机读数20--30次，将整个测量段的日变曲线绘出，察看曲线变化趋势是否有脱节现象。

若曲线“圆滑”，即表明主机的一致性良好。

二、基点的建立

1、总基点

总基点是全区磁异常的起算点，必须位于正常磁场内。

可以参照1：

50万航磁资料，并经过十字剖面观测，在磁场平稳区初选基点位置。

当符合基点建立的条件时，方可确定总基点位置。

在总基点上进行昼夜日变观测，并选取2小时内地磁场平均值变化不超过2nT的时间段，求出平均值即得到总基点的T0值，并埋桩标记。

总基点位置必须实地确定，要求是：

a、位于正常场内。

b、磁场的水平梯度和垂直梯度变化较小，在半径2m高差0.5m的X围内，磁场变化不超过设计均方误差的1/2。

c、附近没有磁性干扰物（特别是可移动的干扰物）、并远离建筑物和工业设施（如铁路、厂房、高压线等）。

d、所在地点能长期不被占用，有利于标志的长期保存。

为了选好总基点，当有空地联系较准确的航磁测图或较小比例尺的磁测成果图时，可以从图上选择正常场，然后实地确定。

在没有磁测资料的情况下，可以根据地质情况在弱磁性岩石分布区实测磁法长剖面（最好穿过工区，点距200-500米）。

由实测磁场选择正常场。

在上述条件都不具备时，可在野外面积工作进展到必要程度后，再根据磁法成果确定总基点位置。

2、日变站

日变站亦分基点，要求是：

a、位于正常场内。

b、靠近驻地，使用方便。

c、磁场的水平梯度和垂直梯度变化较小，在半径2m高差0.5m的X围内，磁场变化不超过设计均方误差的1/2。

d、附近没有磁性干扰物（特别是可移动的干扰物）、并远离建筑物和工业设施（如铁路、厂房、高压线等）。

e、所在地点能长期不被占用，有利于标志的长期保存。

3、仪器校正点

用于了解一天或一段时间内仪器性能是否正常。

a、位于磁场梯度较小处，即避免在异常或磁场变化杂乱处，并应设立标志，每次对校正点时间点位和高度尽可能一致。

b、附近没有可移动的磁性干扰物。

c、在观测路线上或其他便于使用的地方。

仪器校正点纯粹作为检查仪器性能是否正常之用，一般设在驻地附近磁场较为平稳又无人文干扰影响而且又是出工、收工必经之地，以便于对仪器作出出工前及收工后的检查观测。

对微机质子磁力仪需两次观测之差（经日变改正后）小于两倍均方误差即4nT；对普通质子磁力仪可放宽到10nT。

早晚校正点的闭合时间一般不大于9小时。

与总基点一样需埋桩标记。

三、基、测点观测和日变观测

1、测点观测采用单次观测法，观测时点位要正确，同时每次观测时探头高度均应保持一致。

每天的观测任务必须有专人管理，负责分配一天的工作量，及室内日常验收表的填写，操作员必须按要求认真填写。

每天的闭合观测单元必须始于校正点，终于校正点，闭合时间应不大于9小时。

校正点需埋桩标记。

长剖面工作，如一天内不能结束工作并回到校正点进行观测，须在当日观测的剖面末端设2—3个连续点，次日观测重复各连接点的观测开始，并于剖面观测结束后回到校正点观测。

每个闭合单元即当天校正点上前、后两次读数值，日变改正后的差值超过两倍的观测均方误差时，则全闭合工作单元工作量作废，并查明日变改正之不正常的原因。

2、日变观测的循环时间取为20秒，日变观测应始于野外观测之前，终于野外观测之后，并涵盖基点校正观测。

在进行日变观测期间要注意对磁力仪的保护，要把磁力仪放在能避风雨的容器里，防止太阳曝晒，必须由专人进行日变观测。

各操作员在数据采集回来后，须及时将数据上传至负责人电脑，并标注好采集人、采集时间及完成测点的点线号，并自我备份一份。

3、当磁测扫面工作结束时，需安排质检工作，高精度磁测工作的检查率不应低于3%-5%，精测剖面的质量检查率应达到10%，绝对点数不少于30点。

质量检查点的分布要均匀。

4、磁参数及测点观测和日变观测注意事项

（1）仪器操作员全身去磁，不允许携带铁质物品如手表、小刀、皮带扣、钥匙等。

必须携带的磁性物体和其他有磁性设备（RTK）应离开测点一定距离，这个距离可通过试验确定,以不影响观测结果为原则。

（2）观测时应注意磁性干扰物（如铁路、厂房、井场、矿石堆）的影响。

（3）观测时如遇有事故（如仪器受震），仪器性能可能发生变化时，应即回到事故前测过的3—5个点（点位要准确）上作重复观测，确定仪器性能正常后方可继续观测。

（4）全区探头的相对位置保持不变。

（5）质量检查遵循一同三不同原则。

5、观测结果出现变化时候必须采取的措施

a、相邻两测点读数相差较大，或当有值得注意的地质现象时，须加观测点。

b、相邻测线异常特征明显不一致时，须加测线。

c、测区边缘发现可能有意义的异常或值得注意的地质现象时，须追踪观测。

d、遇有磁性干扰物（如铁路、厂房、井场、高压线、有磁性的岩坎或岩石堆等）时，须合理移动点位，避开干扰，无法避开时舍弃观测点并加注记以备日后核查。

e、当出现人为引起的观测结果畸变，须将其删除，重新加以观测。

f、遇到磁暴或磁扰较大时应停止工作。

四、各种改正方法

1、总基点改正

总基点为全测区的零点，即异常起算点。

如工区较大时可设立分基点，总基点与分基点组成基点网。

使用PMG1质子磁力仪无需用基点网进行地磁场值传递和基点网联测，但需要消除日变影响，求出各基、测点之间地磁场的真正差值。

因此，除总基点外，各日变站也担负着测区分基点的作用，并通过日变改正，把测区的观测值归一到同一时间。

工作中，如总基点的T。

值为已知，各分基点即可直接使用总基点的T。

值进行日变改正，此时无需作总基点改正。

若总基点尚未确定，可先假设一个T。

值，各分基点统一使用此T。

值做日变改正。

待选定了总基点并测出其T。

值以后，再按两个T。

值之差做总基点改正。

2、日变改正

日变读数—日变站T

值绘制日变曲线正向减负向加。

日变站的控制X围可通过试验来确定，一般为30—50km,尽可能建在驻地附近，位于平稳的磁场内，以方便野外工作。

在驻地和测区进行同步日变观测，计算其日变值的均方误差，如果小于±2nT，可将日变站建在驻地，否则只能将日变站建在测区。

建立日变站后，通过基站同步日变观测，联测日变站的基本磁场。

在地球的变化磁场中，除大家熟悉的长期变化和静日变化S

外，还有源于空间磁场的扰动变化，包括周期从0.2—1000s的快速振动，其幅度一般为0.01—5nT（有时可达10—20nT）。

高精度磁测必需对地磁场的这种短周期变化进行改正，因此对日变观测有较高的要求。

再者，目前使用的质子磁力仪可测定绝对地磁场强度，无需使用基点网进行地磁场值的传递，但需消除地磁日变的影响，求出各测站之间地磁场的真正差值。

由此可见，高精度磁测的日变观测有两个作用，其一是对测网观测值进行日变改正，其二是在各站之间进行同步日变观测，以选择地球扰动磁场振幅最小的时间来确定测站之间地球基本磁场的差值。

所以在高精度磁测工作中，主基点的作用被日变站取代了。

日变站所用磁力仪的精度应与测网观测磁力仪的精度相同或更高。

对微机质子磁力仪的读时准确性要达到秒级，读数间隔5—20s，日变观测与测点观测同步到秒级，对普通质子磁力仪应准确到0.5min,读数间隔0.5—1min。

由于地磁场短周期变化的振幅与微机质子磁力仪噪声均方根值是近于同一数量级的，而噪声是随机的，地磁场脉动变化是有规律的。

因此可对日变观测先作5点或7点滑动平均，压低噪声水平之后，再对测网观测进行日变改正，即可提高日变改正精度。

尤其当要求日变改正精度优于0.5nT时，必须这样做。

地磁场短周期变化受地磁感应场的影响特别明显（各种电流系统形成的地球空间磁场中，约包含30%的感应场）。

而且周期愈短，所受影响愈大。

因此必须充分重视地电结构不同对地磁短周期变化的巨大影响，这关系到日变站的控制X围。

根据对地电结构相同与不同地区所作一系列日变对比试验结果可知，当磁测均方误差为2—5nT时，日变站的控制X围不应超过50km,当要求磁测精度优于2nT时，在地电结构基本相同的情况下，日变站的控制X围不应超过30km。

当地电结构显著不同时，要增设日变站，其控制X围要经试验确定。

3、正常梯度改正和高度改正

当进行大面积积高精度磁测工作时需进行正常梯度改正，此时若仍沿用查全国地磁图的办法作正常场梯度改正，就不能满足精度要求了。

此时要用国际地磁参考IGRF1990.0模型提供的高斯系数，用电子计算机算出测区内1km*1km节点地磁场T。

值。

而后以1nT的间距绘制T。

等值线图。

用此图作正常场梯度改正，其作法是以通过总基点的等值线为零线向北每过一条等值线减少1nT，向南每过一条等值线增加1nT，以此类推。

3.1地磁场各分量的球谐表达式：

（B1）

式中：

——高斯系数，可查表求得；

——n次m阶缔合勒让德多项式；

λ——各节点的经度值；

θ——各节点的余纬度。

可见将高斯系数与各节点的坐标值代入（B1）式，即可求出各节点的正常磁场值。

3.2国际地磁参考场（IGRF）1990.0模型

1968年10月在华盛顿召开的“地球基本磁场的描述”会议上，通过了1965.0年代国际地磁参考场（IGRF），后经国际地磁学和高空物理学会执行委员会及世界地磁测量部的同意，做为世界通用的主要磁场标准，其后对国际地磁参考场又作了三次修改补充。

DGRF表示确定的地磁参考场，其高斯系数今后不再修改，而每五年改变一次模型，即通过年变率的调整取得。

如IGRF1990.0包括1990年代的地磁场模型及一个预测的长期变化模型，即主要磁场模型（m=n=10）前80个高斯系数的年变率，用来调整1990.0～1995.0年期间的地磁场模型。

如表B1所示。

3.3计算磁场总强度T。

及梯度值：

（B2）

在一级近似的情况下，沿南北向的磁场梯度

，式中R为地球半径R=6371000m。

沿垂向的磁场梯度：

（B3）

3.4高度改正

由（B3）式可知，当T。

=50000nT时，地磁场垂向梯度为-0.024nT/m。

高差30m时，地磁场垂向变化可达-0.72nT。

因此本标准要求测点都要测出或从地形图上读出高程，如下表

磁测总误差，nT

高度改正误差，nT

允许高程误差，nT

5

1.0

41.6

2

0.7

29.2

1

0.28

11.6

高度改正从总基点高程起算，以T。

=50000nT为例，约每42m高差改正1nT，比总基点高42m时加1nT，比总基点低42m时减1nT。

五、磁性标本的采集及磁参数的测定

在磁测工作结束后，我们需在工区采集岩石标本，采集要求如下：

1、在异常和矿化蚀变地段，凡能采到新鲜岩石的地方，必须采集标本，进行各种磁参数的测定工作，每个测点不应少于5块标本，以提高代表性，主要岩性不少于30块。

标本为正方体，各边长为6—8cm。

2、对典型剖面上的全部钻孔及其他有关勘探线上钻孔的岩芯，要进行磁性测量工作，岩芯取样密度依岩性及矿体特点而定，在每点上取两块标本。

3、选择一些典型标本作岩矿鉴定、光谱或其他分析。

例如用微机质子磁力仪测定岩（矿）石标本的方法，本方法无需添置专用的磁性测定仪器，而利用高精度磁测现有的微机质子磁力仪，可测出κ>50×4

×

SI的标本磁性，基本上能够满足异常解释需要，具有较大实用价值。

a、仪器及辅助设备

仪器——使用PMG-1型微机质子磁力仪。

传感器采用双探头的梯度测量装置（高斯第一位置），将标本靠近下探头，则梯度读数即相当于标本产生的磁场。

若采用单探头的总场测量装置（高斯第二位置），则必须在附近另设一台测日变的同类仪器，将每次读数进行日变改正后才能算出标本产生的磁场。

标本架——用CSC—61磁秤脚架作支撑，其上置两块活动的（带无磁合页）平板，一块水平放置并固定在架上，另一块倾斜可调，使交角与当地磁倾角相等，并使倾向朝北，置于下探头北侧，见图C1，板上装有角铝，以防标本盒下滑。

标本盒——边长为10cm的正方形木盒，按左螺旋系统规定X轴向东，Y轴向北，Z轴向下，在3个轴向的正向盒面分别标以2、4、6；在3个盒的负面上分别标以1、3、5，当将这标本盒置于上述标本架倾斜面上，Z轴与地磁场T方向一致。

钢卷尺、电子秤、三角尺、面盆及碎布等。

b、测定步骤

选择一处磁场较平稳但无人文干扰磁场的地点，架好仪器及探头，此时梯度读数Tn应在零值左右（或有很小底数）。

用仪器的线号健（Line）置入标本编号。

用仪器的点号健（Station）按向上盒面的（如6）和绕Z轴（即T方向）每旋转90

读取一数编入601、602、603、604⋯⋯其余各方面向上时一样，百位上的数字代表轴向（正或负），个位上的数字代表同一轴向的读数次序数。

安置标本架；可采用高斯第一位置测定，如图C1所示，也可采用第二位置测定，使标本架上倾斜板面垂直于地磁场T

的磁力线，并使标本盒位于探头筒的正东（西）面，盒中心与探头中心等高。

根据标本磁性强弱，调节标本盒中心与探头中心的距离（不小于15cm）为保证数据的可靠性，希望标本产生的磁场能引起

nT的变化。

标本装盒：

将待测标本放入标本盒内，用碎布塞紧，并注意使标本中心与盒中心一致。

对于定向标本，应使其东、北、下方向分别与标本盒）X、Y、Z轴正方向一致。

观测：

放标本前检查读数n

（仪器置点号为Xoo，其中百位上X表上盒面），将标本盒放在标本架上，选择距离r使仪器读数变化较大（

nT），记录距离门按向上盒面的依次读数

，拿去标本后再次检查底数

。

为减少标本形状不规则、磁性不均匀和标本位置误差的影响，可在每个轴的正、负方向都分别读取四个数（标本盒沿