磁力仪的噪声怎样测定?
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发布时间：2024-09-17 03:27
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时间：2024-09-23 23:31
为确保野外所采集的磁测资料完整可靠，需要在野外工作中的不同阶段完成下列任务。
(一)仪器的检测及其技术要求
在野外磁测总精度确定以后，磁测的各个环节都要达到一定的精度要求，才能确保总精度的实现。其中，磁力仪的精度是否能达到要求，必须在施工前经检查测试确定。观测均方误差是操作质量、点位误差、探头高度误差、日变改正误差等各种误差的综合反映，它是评价高精度磁测质量的主要指标。因此在正式进行野外作业之前，必须对投入生产的所有磁力仪应进行噪声水平测定、观测误差测定、一致性试验、系统误差测定。
1.噪声水平测定(静态试验)
使用磁力仪进行地面高精度磁测时，开工前必须测定仪器的噪声水平。当有三台以上的磁力仪同时工作时，可选择一处磁场平稳且不受人文干扰影响的地段，将所有仪器的探头置于此区，并使各仪器探头之间的距离相距在20m以上，然后使这些仪器同时进行日变观测，在日变平稳时段进行秒级同步观测，以循环工作方式采集数据，循环时间为2s，读数时间间隔为15s，取100个以上的观测值按照式(2-4-1)计算每台仪器的噪声均方根值S:
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式中:S为仪器的噪声水平(nT);xi为i时刻观测值(nT); 为i时刻的滑动平均值(nT);N为参与计算的数据个数。
当仪器不足三台时，可用单台仪器在上述磁场平稳地段作日变连续观测百余次。若读数间隔为5～10s时，则用式(2-4-2)对观测数据进行圆滑:
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然后按照式(2-4-1)计算仪器的噪声均方根值S。
仪器的整体噪声水平用式(2-4-3)计算:
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式中:S'为整体噪声水平(nT);Δxi，j为第j台仪器第i时刻观测值xi，，j与其起始观测值x0，j之差(nT); 为Δxi，j的平均值(nT);M为仪器台数;N为仪器观测值个数减1。
每台仪器的噪声均方根值S及仪器的整体噪声水平S'应小于所要求的纳特值，否则要查明原因。是由于仪器本身造成的，则要更换仪器，重新测定;是因操作失误或由磁性干扰体引起的，则要另选场地，重新测定。
2.观测误差测定(动态试验)
在无人文干扰且磁场平缓(10～20nT)的地方，建立一条观测路线，设观测点50个以上。参与生产的各台仪器在这些点上作往返观测，观测值经日变校正后，根据式(2-4-4)计算各台仪器的观测均方根误差:
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式中:ε观为仪器观测均方根误差(nT);δp为第p点上前后两次观测值之差(nT);N为
观测点数。
3.仪器一致性测定
同一工区使用两台以上(含两台)仪器时，需进行仪器一致性测定，检测方法如下:(1)选择浅层干扰较小且无人文干扰场影响的地区，在测线上布置50～100个点(点距大于10m，最好与实际工作点距大致相当)做好标记，要求穿过10～200nT的弱磁
异常变化区;
(2)在早晨或晚上日变较小的情况下进行观测;(3)使参加野外观测的所有仪器严格按操作步骤在所确定的点上进行往返观测，在
观测中应尽可能保持点位一致、仪器高度相同，避免一切人为干扰;
(4)将观测值进行混合改正后，计算出各测点相对某固定点的差值;(5)仪器一致性用总观测均方根误差衡量，用式(2-4-5)计算出每台仪器的均方误差(单台一致性)，用式(2-4-6)计算出多台仪器的总的均方误差(多台一致性)，即
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式中:n为观测点数;m为单台仪器往返总的观测次数，这里m=2n; 为第i点上多台仪器往返观测的平均值。
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式中:k为某一观测点上，所有仪器，往返的总的观测次数;n，ΔTi意义同上。
多台仪器的均方差应小于设计磁测总观测均方误差的1/2，否则应对仪器进行检修或剔除，以保证磁测质量。
仪器的一致性不仅反映出仪器与仪器之间的偏差，同时也反映出探头与探头之间是否一致。当一致性均方误差小于仪器的均方误差的1/2倍时，可以不做探头一致性测试和主机的一致性测试;当一致性均方差大于仪器的均方误差2/3倍时，则要对探头一致性和仪器主机一致性分别测试，以便确定是何原因造成的误差过大。具体做法是:探头一致性只用一台仪器在同点位做总场观测，采集15个以上数据后，换上另一探头再重复观测，直至所有探头测试完毕。对观测值进行日变改正，然后列表分析各探头观测值与平均值的偏差。仪器主机的一致性测试则是采用探头不变而更换主机的方式做同样的观测，其结果仍需经过日变改正后列表分析。
对仪器性能进行测定后，在性能符合野外生产的仪器中选择一个性能最好的进行日变观测，其他的进行野外生产，对性能不符合生产的仪器查明原因，进行修复。
4.仪器系统误差测定
在远离干扰的正常场上以20～100m的点距设置30～50个点，仪器依次在这些点上作观测，观测时保持探头的极地方位、轴线方位、高度及操作员所站位置相同。根据日变校正后的观测结果绘制仪器误差曲线。仪器的系统误差限差为小于等于1nT，不满足要求的仪器应作系统误差改正。采用式(2-4-7)计算各台仪器的系统误差:
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式中:δT为各仪器系统误差(nT);N为测点数;Vp为某仪器在p点的观测值与所有仪器在该点观测值的平均值之差(nT)。
(二)基点、基点网、日变站的设立与观测
与重力测量一样，开展任何磁测工作都要先建立基点，基点可分为总基点、基点和分基点。基点的作用、选择(参见磁日变站选择)及基点网的联测、平差也与重力测量相同，这里不再赘述。
高精度磁测必须设立日变观测站，观测地磁场的日变化和短周期的地磁扰动，以便消除它们对野外磁测的影响(日变改正)，这是保证磁测精度的一项重要措施。使用质子磁力仪测定地磁场总强度，无需用基点网进行地磁场传递和基点网联测，但须消除日变影响，求出各基点、测点之间的真正差值。因此日变站担负着基点的作用，并通过日变改正把测区的观测值归一化到同一时间。
日变和短周期地磁扰动随纬度而变化，一个日变站的有效控制范围与磁测精度有关。通常在半径50～100km范围之内，高精度磁测日变站最大有效控制范围以半径小于25～30km为宜。
1.日变站的设立
由于基点兼有日变站的作用，因此基点确定后，日变站也将随之确定。日变观测站地址的选择和建立应符合下列条件:①地基稳固，周围地形平坦，利于标志保存的地方;②设于平稳磁场内，探头在半径2m及高差0.5m范围内磁场变化不超过设计总均方根误差的1/2，可通过做“十字”剖面的方式来确定是否在异常区;③无人文干扰(如建筑物、工厂、汽车等)附近无人文干扰磁场(包括远离电台)，无磁性干扰源，并远离建筑物和铁路、厂房、高压线等工业设施，并在探头周围设置防护围栏，以防人畜干扰;④在驻地附近，交通方便，便于测定坐标及高程值。
2.日变站基本场值的求取与联测
至少连续观测三日(18时～6时进行，读数时间间隔取为1min)，选取夜间平稳时段(20时～6时)磁场值的算术平均值作为该日变站的基本磁场值。全区所有测点的总场值都归一到总基点上。日变站的基本磁场值T'0一经选定不应变动。基点磁场值计算公式为
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式中:T'0为日变站基本磁场值(nT);N为数据个数;T'i为第i时刻日变站的观测值(nT)。
3.日变观测
选择同型号仪器中性能最好的仪器或比普通点磁测所用仪器精度更高的另一型号仪器作为日变观测仪器;设置仪器为自动循环模式，采样间隔一般为5～20s(CZM-2，CZM-3型质子磁力仪读数的时间间隔根据实际需要确定);每日开工前所有生产仪器要校对时间，达到秒级同步;每天日变观测时间应充分覆盖野外观测时间，即日变站的观测开始时刻要早于出工的第一台仪器，而结束时刻要晚于收工的最后一台仪器;日变观测仪器要防止雨淋、暴晒，安排专人看管。
日变观测所用的磁力仪的精度应与相同或更高，如野外磁测使用CZM-2型质子磁力仪，则日变观测使用CZM-3型质子测力仪或MP-4质子磁力仪。
(三)野外观测方法技术
目前我校地面磁测使用的仪器主要有四种:北京地质仪器厂生产的CZM-2、CZM-3型质子磁力仪;加拿大先达利公司(scitrex)生产的MP-4型质子磁力仪和ENVI型质子磁力仪。它们的原理相同，都是测地磁总场强度的仪器。其中后两种包括较先进的磁力/磁梯度测量方式，其原理、性能及操作方法见附录五。
1.普通测点的野外磁测
在野外磁测的各项准备工作(包括测网敷设，仪器的检查调节，仪器的一致性测定，基点、基点网建立联测，日变站的建立等)就绪后，就可以开始野外磁测(测点观测)。每个班组每个工作日的磁测都开始于基点，结束于基点。每个班组在基点观测以前都要与日变站核对手表(以日变站的表为准)，每4h左右在基点上观测一次，观测时点位要准。在磁测中，按所使用的CZM-2、CZM-3质子磁力仪或MP-4、ENVI质子磁力仪的操作方法步骤进行观测，同时，每一个点都要记录点线号、时间和读数等。野外磁测中要做到:
(1)观测时观测人员经过严格去磁，严禁携带任何磁性物体。测点读数次数均多于两次，任意两次读数差均小于1nT。
(2)探头距仪器主体的距离，探头长轴的方位，严格按照测量前的收讯号试验及操作方法规定执行。在整个工作期间，探头的高度均保持一致。
(3)观测时保持点位正确。当测点靠近公路，建筑物，高压线或其他人为影响时，尽量避开，在记录中给以注明。在陡崖附近或地形起伏较大时还要注意旁侧的影响。
(4)在异常区应适当进行加点观测。
(5)由于野外观测地质情况复杂，有些测点不能进行测量，应作一平移或舍掉测点，舍掉测点应在记录中注明舍掉原因。
(6)质量检查应采用“一同三不同”的检查法，质检点均匀分布于全区，质检均方差应满足设计要求。
2.精测剖面的工作方法
在面积性磁测之后，我们已掌握了测区内的磁异常特征。为更精细测定某磁异常，以便对该异常作定量解释，我们要求作精测剖面测量。精测剖面的观测方法与野外普通观测相同，只是观测精度要求更高些。
(1)精测剖面的布置
1)精测剖面要垂直于异常的走向;
2)测地工作要精确，测点位置及其高程要准确;
3)剖面两侧应观测到正常场;
4)要尽可能精细地测出异常，为此异常地段的测点要密些，正常场处测点可稀些。
(2)精测剖面的磁测
在精测剖面上应选用性能好和精度高的ENVI型质子磁力仪或MP-4型质子磁力仪，进行总强度磁异常ΔT要素的观测。
(3)精测剖面的图示方法
精测剖面应绘制地形、地质、磁异常综合剖面图。
