国际地磁参考场模型及其应用——以南海及其周边区域为例

文章介绍最新的第12代国际地磁参考场(IGRF-12)模型,选取5个具有代表性的日期,应用该模型提取和计算1997—2017年全球地磁正常场值并绘制平面分布图,研究结果表明:全球地磁正常场的总体结构较稳定,IGRF模型具有可靠性。以南海及其周边区域为例,应用IGFR-12模型,采用数据统计、图形展示和时间域对比的综合分析方式,分析其在不同时间段内地磁正常场的分布特征和变化规律,研究结果表明:研究区地磁正常场值总体较低,变化较缓慢,呈增长趋势;地磁正常场总体北高南低且变化较大,同一纬度西高东低且变化较小;地磁正常场变化量由大到小的时间段依次为2012—2017年、2007—2012年、1997—2002年、2002—2007年,与IGRF-12中不同模型的差异相对应;IGRF模型中确定场模型数据的稳定性较优,预测场模型的可靠性较高但需进一步校正。     

海洋磁力数据地磁日变时差校正的局部极值比对法

为了对海洋磁力数据进行更精确合理的地磁日变校正,参考多台站地磁观测数据时差计算的方法,总结出一种适合于海洋磁力数据地磁日变时差校正的方法——局部极值比对法。利用局部极值比对法对南海北部两条海洋磁力测线进行地磁日变时差校正后,海洋磁力数据与陆地地磁日变数据的相关系数分别提高到0.98和0.92。通过与经度差法的比较,证明局部极值比对法可以提高地磁日变时差计算的精确度和海洋磁力数据处理的效率。该方法为今后的海洋磁力调查工作提供了一种精确有效的工具。     

深海海山区地磁日变观测系统设计及应用

地磁日变改正数据的合理选取直接关系到海洋磁测的成果精度。深海海山区磁力测量常因缺少测区附近的日变观测数据而使磁测结果得不到准确校正,从而导致磁力数据处理产生较大误差,影响磁法勘探的效果。为提高深海海山区磁力测量日变改正的精度,介绍了一种深海海山区地磁日变观测系统,分别从海洋磁力日变站布设位置的选取、锚系的设计、锚系的布放与回收等方面对已有海底日变站观测系统进行改进,提高了深海海山区海洋磁力日变观测数据的质量,弥补了以往深海海山区地磁日变站的不足,避免以往出现的不能安全回收和故障率高等问题。通过后期实测数据的质量统计与分析,确定本文所采用的方法的准确性与合理性,为深海海山区布设地磁日变站观测系统提供参考。     

地磁日变基值选取对海洋磁力测量精度和成图影响

针对当前海洋磁力测量中地磁日变基值选取方法存在的问题,探讨了按整个测区、每日、每条测线选择地磁日变基值对海洋磁力测量交叉点差值及磁异常图的影响,并通过实例数据进行了分析比较。研究结果表明：虽然不同方法选取的地磁日变基值对交叉点差值的影响都可以通过平差的方法减弱或消除以满足磁测精度要求,但按日、线选取的地磁日变基值会导致磁异常值存在偏差。本文的研究可用于指导作业人员海洋磁力测量数据处理实践,确保海洋磁力测量成果的质量。     

重要的海洋测绘成果——南海重磁异常图

在前人工作基础上,校正、处理、整合升华了1987~2007年的南海海洋重磁调查成果,编制完成南海空间重力异常图、南海磁力ΔT异常图两份基础图件,探索了南海磁力ΔZ⊥异常的处理方法,并且获得了可信的南海磁力ΔZ⊥异常图。成果证实,本文编制的南海重力测量图件、磁力测量图件与南海多波束测深测量的结果匹配,这三种地球物理的成果可以互为验证、互为补充,并且与拖网获得的岩石地球物理性质一致,说明所编制的南海海洋测绘图件可信。提出开展多兵种联合的海洋测绘工作建议,这是海洋测绘发展的方向,互为验证、互为补充的海洋测绘成果才能踏实用于海洋资源、海洋地质灾害预测、海防等领域的基础研究,才能为决策提供客观依据。     

海洋磁力测量系统误差来源分析

从海洋地磁背景场特征、测量船船体磁化规律以及测量船与磁力传感器的位置关系出发,建立了船磁影响的计算模型,通过仿真试算,解释了海洋磁力测量的系统误差来源。     

与海洋地磁日变改正有关的长期变化和磁扰的处理

提出地磁日变改正中需要顾及地磁长期变化和磁扰的可靠分离,保证磁力数据改正处理具有明确的基准,提高拼接整合的精度.如果日变站能够控制测区,两者可采用时间同步固定的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由日变站实测的地磁长期变化来改正,反之,对日变站和测区应分别采用时间同步变化的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由地磁正常场的地磁长期变化来改正.为此,应该明确定义与时间相关的日变改正基值为地磁正常场与地磁异常之和.通过磁静日总场观测值偏离正常场的某种形式的长期平均值,可以逼近日变站的地磁异常.磁扰的分离应保证磁扰初动和消失相对于磁静日无磁扰的连续过渡.采用综合模型一并进行日变改正、正常场及其长期变化改正,可以更好地解决目前日变改正中遇到的问题.     

基于PSO-LSSVM的局部海洋三维地磁场建模方法

局部海洋地磁场模型可以为水下地磁匹配导航与磁性目标探测等工作提供高精度的海域地磁背景场数据。针对目前区域地磁场模型构建方法中未考虑到高度或深度变化的影响,截断阶数难以确定及存在边界效应等问题。根据海洋磁力测量的特点,顾及磁测点高度数据,引入粒子群优化的最小二乘支持向量机法(PSO-LSSVM)构建局部海洋三维地磁场模型。在仿真与实测数据建模试验中,与Taylor多项式法、BP神经网络法及曲面样条函数法比较,结果表明,无论是在地磁变化平缓区还是复杂区,PSO-LSSVM法的建模精度均是最高的,建议在局部海洋地磁场模型构建中采用。     

地磁日变改正中磁湾磁钩等磁扰对海洋磁力资料的影响

在海洋磁力测量过程中,磁扰形态变化复杂的特性致使地磁日变的改正仍存在着许多困难。本文根据黄海、东海和南海北部十余年采集的超过10⁴ km的海洋和陆地地磁资料,利用对比分析的方法,总结了3种磁扰现象对海洋磁力资料的影响规律:1)微扰的海陆日变值持续时间短,幅度比值接近1∶ 1,对海洋磁力资料影响很小,利用低通滤波可以完全消除其影响;2)磁钩海陆日变幅值比为1~2,持续时间在1 h以内,校正后的地磁异常值仍有较大的误差,利用最小曲率法可以基本消除其影响;3)磁湾的持续时间长,海陆日变幅值变化大,无法准确消除其影响,采用最小曲率法等插值方法处理后,仍残留假异常,需要额外关注。     

拖曳式海洋地磁三分量测量系统的设计与试验

针对现有拖曳式海洋磁力测量通常只能获取地磁总场信息,不能获得地磁矢量信息的问题,提出了一种拖曳式海洋地磁三分量测量系统设计方案。测量系统通过INS/GNSS组合导航进行定位定姿,搭载的三分量磁力仪与惯导通过高精度定位板刚性固定,经过数学平台的坐标变换,进而将拖体任意姿态下的海洋地磁场三分量数据归算到地理坐标系下。此外,对拖体进行了水动力分析,提高姿态稳定性的同时减小了阻力。经过海上试验和数据处理,系统获得的三分量数据在平差前的重复线内符合精度分别为东向6.8 nT、北向4.1 nT、地向8.0 nT,交叉点内符合精度分别为东向19.1 nT、北向19.5 nT、地向15.4 nT。结果表明该系统可为海洋矢量磁力测量提供良好的测量平台,为后续的海洋磁力测量提供实践经验和工程参考。     

地磁测量参考场计算软件的设计与实现

以IGRF全球地磁位模型为基础,设计地磁测量参考场计算软件,实现地磁场参数长波分量的时间域与空间域离散点计算,为野外磁力测量相关数据采集与仪器配置提供先验信息,使数据采集的作业效率及可靠性大大提高。     

基于小波变换的海洋地磁日变改正研究

基于现有地磁日变理论和改正方法,对国际公开地磁静日变数据进行傅里叶变换和一维连续小波变换综合分析,判断大于0.2 Hz频段为磁扰变化场在频域的体现,并利用一维离散小波变换将数据分离,完善了已有的地磁静日变改正方法。根据日变数据特征和一维离散小波分解特性,选定sym8小波作为基本小波对数据进行7尺度分解,将日变数据中长期变化和短期变化与磁扰部分在保证保真度条件下有效分离,并与傅里叶级数分解和低通滤波处理效果作对比验证,结果显示一维离散小波变换处理效果更佳。日变数据中短、长期变化与磁扰两部分数据的有效分离并分别改正可提高海洋地磁测量日变改正质量,降低海洋地磁数据处理过程中误差累积程度,提高了现行日变改正方法的科学性、准确性。     

减弱船磁效应对海洋地磁测量精度影响的方法研究

船磁效应一直是影响海洋地磁测量精度的一个重要因素。传统船磁模型只取磁方位角为变量,改正后测线数据存在系统差和船磁影响的起伏变化,给不断累积的地磁数据拼接带来困难。磁正西北和北东方向的测线网受船的感应磁性变化的影响最小,东西向测线之间船磁影响差异最小,而磁南北向测线之间正好相反,据此可从测线布设方案着手减弱船磁效应影响。完备的船磁模型可以兼顾考虑测线航向、地磁总场、磁倾角和拖缆长度的变化,通过不同拖缆长度的主、副测线网交点差平差或三点各两种不同拖缆长度的方位测量,实现地磁异常分离和完备船磁效应的改正。实例说明固定船磁,甚至负的垂直分量,会使船磁效应随纬度出现可观变化,需要完备船磁模型的解算和改正才能解决这个问题。     

国际高精度地磁模型研究进展

高精度地磁模型能详尽地反映地磁场在地面上的分布,具有较高的模型分辨率。在资源勘探、地质结构、地震火山预警、地磁导航等应用领域有重要意义。简要介绍了部分近年来国际高精度地壳磁场模型,通过分析发现NGDC-720模型较以往低阶模型精度有明显改善,并据此模型绘制了东海以及毗邻海域三分量磁异常分布,发现该模型能与地质结构相吻合,能给相关应用领域提供更多的信息和保障。     

磁法延拓在地磁背景场匹配中的应用研究

在浅海地区,由于复杂的地磁背景场会对航空磁异常探测(MAD)造成影响,导致目标识别的虚警率过高。为了降低虚警率,需要将地磁背景场从飞机探测的磁场中剥离出来。文中使用的地磁背景场通过船磁测量获得。但是MAD和船磁测量不在同一个高度/平面内,需要通过磁法向上延拓的方法,将船测磁场向上延拓到飞机飞行高度。基于海上磁测数据,通过磁法向上延拓的方法,获得飞机飞行平面内的地磁背景场,然后将实际飞行的磁测数据减去地磁背景场来完成地磁匹配,最终达到降低MAD信号识别输出虚警的目的。     

基于地磁与红外双模探测的海洋浮标预警系统设计

设计了一种基于地磁检测与红外感应相结合、可对浮标周围异常目标进行探测和预警的控制系统。系统采用芯片级的微型磁感线圈,以及高集成度、低功耗的数据采集与总线技术,通过探测船体磁性对地磁场的扰动,监测船舶对浮标的靠近;采用芯片级的热释电红外传感器,通过探测人体红外辐射,监测浮标在正常工作期间未知人员的入侵。系统的预警采用声光报警和图像远程传输相结合的方式,现场采集的图像数据经过压缩编码后通过无线数传电台发送至远程岸基监测站,实现海洋浮标的远程预警与现场取证功能。     

总强度磁异常匹配水下导航方法研究

匹配算法是水下潜器匹配导航的核心技术,提出一种利用测量磁场与世界地磁模型(world magnet model,WMM)计算磁场之差作为匹配特征量的水下匹配导航新模式.首先引入快速傅里叶级数拟合技术建立区域的磁场模型,然后将测量地磁异常与惯导指示地磁异常之差表示成连续的解析形式,结合惯导力学编排方程建立的12维状态模型...