高精度磁測

地球磁場強度存在沿緯度方向和高度方向上的變化, 在開展高精度磁測工作時, 必須進行高度改正和正常場改正。 目前普遍使用的改正方法是根據高斯球諧表達式的 13級近似式、十級近似式以及一級近似式進行改正的。經計算發現, 與高斯球諧表達式的 13級近似式相比, 當測點與基點的南北方向距離為 30 k m時, 使用十級近似式計算的正常場改正誤差為 -0. 21 n T ; 使用一級近似式計算的正常場改正的誤差隨測點與基點的南北方向距離增大而增大, 當測點與基點的南北方向的距離大於 4 k m時, 正常場改正誤差大於 1 n T ; 使用一級近似式計算的高度改正的誤差隨測點與基點高度差增大而增大, 當測點與基點高度差大於 300 m時, 誤差大於 1 n T 。

基本介紹

• 中文名：高精度磁測
• 外文名：high-precision magnetic measurement

由於地球磁場強度存在沿高度方向和緯度方向上的變化, 所以在開展高精度磁測工作時必須進行高度改正和正常場改正, 改正方法通常有地磁圖法和計算法。由於地磁圖法會產生圖上定點誤差 ,而且當測點數量很大時 ,地磁圖法會降低工作效率 ,所以此方法已經不適應目前高精度磁測工作的需求。目前普遍使用的改正方法是根據高斯球諧表達式的 13級近似式,十級近似式以及一級近似式進行計算改正。
資料表明地球磁場球諧表達式的 13 級近似式代表地核場,目前國際地磁參考場查詢網站和市場上的磁法勘探軟體均採用 13級近似式作為高度改正和正常場改正的最高精度改正公式。地面高精度磁測技術規程同時也提到了關於十級近似式和一級近似式的套用 , 但未給出這兩個公式的套用範圍 ,近年來發表的高精度磁測論文中 ,也沒有提到關於這兩個公式的套用範圍 。地磁場球諧表達式 13級近似式為標準 ,對比計算了使用十級近似式進行正常場改正的精度情況 , 以及使用一級近似式進行高度改正和正常場改正的精度情況。

地球磁場球諧表達式

地球磁場的球諧分析方法是由高斯首先提出的, 用於表示全球範圍內地球磁場的分布及其長期變化的一種數學方法,以後經過國際地磁學和高空物理學會執行委員會及世界地磁測量部門的同意, 作為世界通用的主要磁場標準。
在目前開展的高精度磁測工作中, 高度改正和正常場改正公式主要有高斯球諧表達式的 13 級近似式,十級近似式以及一級近似式。筆者利用國際地磁參考場 ( I GR F) 查詢網站和中國地質大學 ( 武漢 ) 開發的磁法勘探軟體 MA GS 2. 0, 計算某假設測區各測點的十級近似式正常場改正值及誤差 , 以及根據地面高精度磁測技術規程中的一級近似式高度改正值和正常場改正值及誤差。

正常場改正精度對比

使用一級近似公式和十級近似公式計算的某假設測區高精度磁測正常場改正值及誤差。假設該測區的基點經緯度坐標為 ( 105° 39′ 23″ ,23° 34′ 27″ ), 從基點向真北延伸 35 k m, 以 1 000 m為間隔共取 35個測點。通過國際地磁產考場網站查詢 2010年 5月 29日的基點的總場 T 0 =46 292. 5n T ,水平分量 H= 37 918. 6 n T ,垂直分量 Z=26 555. 3n T , T 1 為根據球諧表達式一級近似式 ( 2) 式計算各測點的正常場改正值。一級近似公式為] :T 0 / x=3Z H/2R T 0, ( 2)式中 , T 0 為基點總場值 ; Z為基點總場值的垂直分量; H為基點總場值的水平分量; R為地球平均半徑( 6 371 k m)。
( 1) 球諧表達式一級近似式計算的正常場改正值誤差隨測點與基點南北方向距離的增大而增大。與 13級近似式相比，當測點距基點沿緯度方向的距離大於 4 k m時 ,誤差大於 1 n T ; 當測點與基點沿緯度方向的距離大於 9 k m時, 均方誤差大於 1 n T 。( 2) 球諧表達式十級近似式計算的正常場改正值誤差隨基點與測點水平距離的增大有微小的增大 。與 13級近似式相比,當測點與基點沿緯度方向的距離小於 30 k m是, 誤差小於 -0. 21 n T ,均方誤差小於 0. 09 n T。

砂金礦上的磁異常特徵

利用高精度磁測方法間接尋找蝕變岩型金礦、綠岩帶石英脈型金礦及構造破碎帶型金礦 ,國內外已見有報導。 亦有利用高精度磁測結果分析基底構造及斷裂構造格架 ,追索和圈定含金糜棱岩帶 ,在提高信息密度情況下利用磁異常特徵直接圈定金礦 ;還有利用重磁資料研究深部構造與金礦成礦關係及成礦環境等的報導。

在四川康定附近幾個砂金礦點上所作試驗測定的總磁場強度剖面類似於在西藏自治區馬扎拉金礦以南河段上觀測到的實測剖面特徵 ,只是由於馬扎拉金礦區存在矽卡岩型金礦 ,磁性強的矽卡岩砂粒向下游搬運沉澱 ,所以 ,位於其較低位置的河段測到的磁異常強度較大 (幅度可達 90 nT左右 ) ,康定附近砂金礦點上的異常強度相對較小 (一般最大幅度 30～ 40 nT)。實測值隨測點 (點距 1 m )變化呈鋸齒狀跳躍 ,反映了河道中磁性砂粒的分布不均勻。 但從圓滑後的曲線看 ,在 53號點附近 ,異常曲線變化較其它點要大 ,分布範圍也較其它變化點的寬 ,而且兩條剖面 (相距 100 m ) 異常特徵可對比性強 ,且異常所處部位為河流沖積砂礦的富集部位“河流由窄變寬的地方” ,由於河水流速降低 ,輕的碎屑物質被流水帶走 ,重礦物則沉積和集中。 因此 ,推測在這兩條剖面上 53號點連線一帶有磁性較強的重砂富積 ,從而在此點附近下挖 0. 8 m取樣 ,獲 10餘粒砂金。

中基性脈岩型金礦上的磁異常特徵

在四川石棉大田灣金礦 7002,7001與 7401坑道中實測總磁場強度與對應的地質剖面圖 ,磁測點距為 1 m。該金礦產於輝綠岩脈與白雲岩的接觸部位。 由於輝綠岩磁性強而白雲岩幾乎無磁性 ,所以在這個坑道中的剖面上均測得了較強的磁異常 ,在 7002坑道中測得幅值高達600 n T左右的異常 , 7401坑道也測到了幅度近於 300 nT的磁異常。由於輝綠岩脈相對較薄且下延深度較大 ,幾條剖面上的 Δ T 異常均顯示了無限延深板狀磁性體的特徵。 而 7002和 7401坑道剖面的輝綠岩脈的傾向基本上與地磁場方向相同 ,所以 ,兩條剖面上 ΔT 異常近於對稱。 金礦就賦存在 ΔT曲線從遠離輝綠岩基本不變到接近輝綠岩而發生突變的部位。

銻金伴生型金礦上的磁異常特徵

西藏馬扎拉金礦區具備多種類型金礦 ,其中南礦區主要分布銻金伴生類型金礦 (中部有破碎帶中石英脈型金礦 ,上面無磁異常顯示 )。 從該圖可見 ,在 7號測線 70號點 ( 70 /7)周圍標有AuSb3-1 符 號的采 坑邊 緣 ,以 及見金 礦鑽 孔ZK041 , ZK021和 ZK001附近 ,均見到幅度達 20 nT左右的磁異常 ,若以 51070 n T作為正常場值 T0 ,則見礦鑽孔及采坑所處大部分區域為 ΔT 負異常區(Δ T= T- T0 );而位於 5線 72點 ( 72 /5)附近的未見礦鑽孔 ZK031則處於 Δ T 只有幾個 nT、變化平緩的負異常區。
幾種不同類型金礦點 (包括在馬扎拉金礦區破碎帶石英脈型金礦上無磁異常顯示 )上高精度磁測異常顯示了不同的特徵。其中 ,在屬於河流沖積砂礦床類型的砂金礦點上 ,磁異常儘管強度不大但異常曲線卻都呈鋸齒狀跳躍 ,無論在四川康定附近的幾個砂金礦點上 ,還是在西藏馬扎拉金礦區附近的砂金礦上 ,都顯示出這樣的特點。

經過異常的圓滑處理 ,能夠區分出磁性重砂富集區與分散區。在重砂富集區附近 ,異常範圍較分散區的寬 ,而且異常正負伴生程度較分散區的高 ,這可能是富集區重砂相對集中而在巨觀上形成了一個較大的整體 ;而分散區則為較小的相對孤立體所致。根據河流沖積砂礦床一般具有明顯的層理的特點 ,即自上而下可分為土壤層、沖積砂層、小礫石層、礦層及基岩等各層 ,有用礦物有時含於小礫石層 ,而主要分布在基岩之上的底部粗礫石層中。因此 ,利用高精度磁測間接尋找砂金時 ,要注意區別小礫石層中的磁性砂粒產生的干擾磁場的影響。如在康定附近一試驗點上 ,觀測到近於水平薄板磁體所產生的異常 ,驗證時測得深 0. 5 m處有一磁性層存在 ,而在此深度及更深處未發現砂金 ,從該點所處河床位置看 ,並非處於河流沖積砂礦富集的有利部位。實用時應對河流彎曲的內側、支流流入主流的近側之下方、河流由窄變寬的地方、河床由陡變緩、底板不平地方的磁異常加以重視 ,這些部位的異常下方找到砂金的可能性較大。在中基性脈岩型金礦點上 ,由於中基性脈岩與其圍岩之間的磁性差異明顯 ,因此磁異常強度大。在岩性變化小的地區 ,磁異常規則。近於規則磁性體上正演計算的磁異常 ,這對利用磁測間接尋找此類金礦是極其有利的 ,就像利用磁法尋找矽卡岩型的其它金屬礦一樣有效。由此可以推斷 ,利用磁測來尋找新疆昭蘇水磨溝銅金礦、穆龍套等類型金礦亦應有所幫助。
儘管銻金伴生型金礦上觀測到的 ΔT 異常相對較弱 ,但其位置與採礦區及鑽探見礦區相吻合。未見礦鑽孔位置上異常值較低 ,說明利用高精度磁測能夠在外磁場干擾較小的情況下達到縮小尋找此類金礦靶區的目的。 由於馬扎拉金礦區此類型礦僅此一處 , 未進行比較試驗工作 ,因此 ,還需進一步研究 ,以尋求發現更多更詳細的此類礦床上的磁異常特徵。