CN103941300A - 一种高精度地磁矢量测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度地磁矢量测量方法及其装置，包括下述步骤：①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部；②将垂直线圈通过导线与线圈激磁电源连接；③用总场磁力仪测量无附加磁场时的地磁场T_o；④用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_{+ ⊥}；⑤用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_{- ⊥}；本发明使用的装置包括三角架，三角架上安装水平刻度盘，刻度盘上安装转筒，固定柱上安装线圈座，线圈座上安装两个半轴支架，半轴通过连接板与垂直线圈骨架连接，垂直线圈骨架与水平线圈骨架连接，在垂直线圈与水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头。本发明适用于地球物理勘查野外普查工作中的大面积快速测量。

Description

一种高精度地磁矢量测量方法及其装置

技术领域

本发明涉及地球物理地磁场精细测量技术领域，是一种高精度地磁矢量测量方法及其装置。

背景技术

地磁矢量测量可有效减少地球物理勘查反演中的多解性，有助于对磁性体的定性及定量解释。目前，国内外地球物理探矿工作者普遍使用的地磁野外测量仪器是普通质子磁力仪、光泵磁力仪或overhauser质子磁力仪。这些磁力仪在野外使用方便，测量精度已经达到或优于1nT，可测量地磁总场强度标量值，但是，总场磁力仪不能测量地磁场矢量，在进行地磁矢量野外测量时，只能使用精度较低、测量误差达数10nT的磁通门三分量磁力仪，这种磁力仪不能满足专业地球物理勘查工作的需要。目前市场销售的加拿大CEM公司didD矢量磁力仪代表了地磁矢量测量的国际先进水平，采用的测量方法是：在高精度总场磁力仪探头上安装两组互相正交的线圈，正交线圈的两个轴线在水平面和子午面内与地磁场矢量F正交。首先记录未加偏置电流时的全磁场T，然后向在子午面内轴线垂直T的线圈，即磁场倾角（D）线圈内，依次输入大小相等，方向相反的偏置电流，记录这两个偏置电流所产生的偏转磁场与地磁场的合成磁场，称之为Ip和Im，同样，再向在水平面内轴线垂直T的线圈，即磁偏角（D）线圈内，依次输入大小相等，方向相反的偏置电流，记录这两个偏置电流所产生的偏转磁场与地磁场的合成磁场，称为Dp和Dm，然后经计算确定磁场T的倾角（I）和偏角(D)的变化dI和dD（http://www.gemsys.ca/products/vecrot-magneromerets/）.GME公司dIdD矢量磁力仪测量时无需对地磁分量做完全补偿，设备比较轻便。但是需要将探头上的正交线圈轴线预先分别在水平面和子午面内调整到与待测地磁场矢量T正交的方位，仪器的安装调整准备工作复杂繁琐，只能用于在地磁场倾角I和磁场偏角D已知的固定式地震地磁观测台站，测量地磁倾角I和偏角D随时间的偏移变化量。因此，现有的地磁矢量测量设备和技术均不适合在野外找矿环境中使用。

现有技术需要将附加在总场磁力仪探头外的线圈东西方向严格定向，或在地球水平面和子午面内调整到与待测地磁场矢量正交的方位，观测前的准备工作复杂，仅适用于固定台站，不适合野外大面积快速测量；现有技术需要对场值达数万nT的地磁垂直分量进行精确补偿，所需的附加磁场值大、提供附加磁场的线圈电流需较大功率长时间稳流，线圈功耗大，装置比较笨重，不适合野外移动测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度地磁矢量测量方法及其装置，适合野外环境条件的地磁矢量测量方法和测量装置，解决目前在野外环境条件下难以开展的地磁矢量快速高精度测量问题。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种高精度地磁矢量测量方法，包括下述步骤：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部；

②将垂直线圈通过导线与线圈激磁电源连接；

③用总场磁力仪测量无附加磁场时的地磁场T_o；

④用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥； 

⑤用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用T _o、T_+⊥及T_-⊥计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

 

 

所述的一种高精度地磁矢量测量方法，还包括下述步骤：

⑥在垂直线圈上安装水平线圈，使垂直线圈和水平线圈的几何中心重合，总场磁力仪探头位于两线圈几何中心重合处；

⑦用总场磁力仪测量正向附加水平磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧用总场磁力仪测量反向附加水平磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用T_+∥及T_-∥计算地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

所述的一种高精度地磁矢量测量方法，步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部，垂直线圈为亥姆霍茨线圈；

②将垂直线圈通过导线与激磁电源连接，激磁电源上设置波段开关；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥； 

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

 

所述的一种高精度地磁矢量测量方法，步骤如下：

⑥在垂直线圈上安装水平线圈，使垂直线圈和水平线圈的几何中心重合，水平线圈为亥姆霍茨线圈，总场磁力仪探头位于两线圈几何中心重合处，水平线圈与激磁电源连接；

⑦调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正向加电，用总场磁力仪测量水平线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈反向加电，用总场磁力仪测量水平线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用总场磁力仪记录的T_+∥和T_-∥的数值计算地磁场矢量的地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

所述的一种高精度地磁矢量测量方法使用的装置，包括三角架，三角架上安装水平刻度盘，刻度盘上安装转筒，转筒内安装固定柱，固定柱上安装线圈座，线圈座上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架连接，垂直线圈骨架与水平线圈骨架连接，沿水平线圈骨架缠绕水平线圈，沿垂直线圈骨架缠绕垂直线圈，垂直线圈与水平线圈的几何中心重合，垂直线圈和与水平线圈均通过导线与线圈激磁电源相连，在垂直线圈与水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头，总场磁力仪探头通过导线与总场磁力仪连接。水平刻度盘的外圈上安装玻璃圆水准泡。水平线圈骨架上安装支撑板，支撑板上安装相互正交的两个玻璃长水准泡，两个玻璃长水准泡的水平面与垂直线圈平面平行。水平刻度盘的上端、转筒外周安装旋转座，旋转座上端面与线圈座连接，旋转座的侧面上安装锁紧螺栓。垂直线圈骨架与水平线圈骨架正交安装在线圈座的两个半轴上，线圈骨架可绕水平半轴竖向180°转动，线圈座绕固定柱水平180°转动。

一种高精度地磁矢量测量方法，包括下述步骤：

①在拟观测位置安装三角架，三角架上安装水平刻度盘，刻度盘上安装转筒，转筒内安装固定柱，固定柱上安装线圈座，线圈座上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架连接，垂直线圈骨架与水平线圈骨架连接，沿水平线圈骨架缠绕水平线圈，沿垂直线圈骨架缠绕垂直线圈，垂直线圈与水平线圈的几何中心重合，垂直线圈和与水平线圈均通过导线与线圈激磁电源相连，在线圈几何中心重合处安装总场磁力仪探头，总场磁力仪探头通过导线与总场磁力仪连接；

②调整三角架使垂直线圈处在垂直状态，水平线圈处在水平状态，水平线圈方位角为DO，垂直线圈和水平线圈均采用亥姆霍茨线圈；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥；

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

；

⑥水平线圈与激磁电源连接；

⑦调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正向加电，用总场磁力仪测量水平线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈反向加电，用总场磁力仪测量水平线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用总场磁力仪记录的T_+∥和T_-∥的数值计算地磁场矢量的地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

本发明的有益效果：本发明的测量方法仅需将附加磁场线圈调整到水平或垂直状态，观测前的准备工作简单，不仅可用于地球物理勘查的地磁矢量野外大面积快速测量，用于固定台站定点观测也可提高测量效率；本发明的测量装置仅需要提供短时间内数值相等、方向相反的附加磁场，所需的附加磁场值不超过2000 nT、不需对地磁垂直分量进行精确补偿，提供附加磁场的线圈电流不必大功率长时间稳流，线圈功耗低，装置轻便，不仅适合于野外移动测量，用于固定台站观测也可明显降低能耗。本发明使用垂直和水平两组磁场线圈配合总场磁力仪，可在野外环境下快速测量地磁场矢量的各个分量，包括垂直分量Z、水平分量H、倾角I和偏角D，进而可推算出任意方向的地磁场分量。所得到的地磁矢量参数多，在观测前仅需对线圈作水平调整和方向调整，测量前的准备工作比较简单，适用于地球物理勘查剖面工作中的精细测量。本发明使用一组垂直磁场线圈配合总场磁力仪，可测量除地磁偏角D以外的其它地磁场分量，包括包括垂直分量Z、水平分量H和倾角I。在观测前仅需对线圈作水平调整，适用于地球物理勘查野外普查工作中的大面积快速测量。本发明的地磁场矢量测量精度与配合使用的总场磁力仪的精度正相关。若总场磁力仪使用测量精度达到0.01nT或更高的overhauser质子磁力仪或光泵磁力仪，将使本发明的地磁场矢量测量精度远优于测量误差达数10nT的磁通门三分量磁力仪。

附图说明

附图1是本发明地磁矢量测量原理图；图面为通过地磁场矢量T和垂直线圈轴线的垂直平面，H为水平分量，Z为垂直分量，+T_f和-T_f为数值相等、方向相反的垂向附加磁场，Z+ T_f为施加正向附加磁场后的合成磁场垂直分量，Z- T_f为施加反向附加磁场后的合成磁场垂直分量，T_o为无附加磁场时观测的正常地磁场，T_+⊥和T_-⊥数为附加正向和反向垂向磁场后观测的合成磁场，I为地磁倾角；附图2是本发明地磁矢量测量方法使用的测量装置的结构示意图；附图3是附图2中I部放大结构示意图；附图4是附图2中A向结构示意图。

附图标记：1三角架 2固定板 3水平刻度盘 4调节螺栓 5旋转座 6转筒 7固定螺母 8线圈座 9固定柱 10锁紧螺栓 11水平线圈骨架 12垂直线圈骨架 13探头固定筒 14总场磁力仪探头 15连接杆 16支撑板 17瞄准器 18玻璃圆水准泡 19通孔 20垂直线圈 21水平线圈 22总场磁力仪 23.24玻璃长水准泡 25.26半轴支架 27.28连接板 29.30半轴 31水准泡 32电源 K开关。

具体实施方式

本发明所述的一种高精度地磁矢量测量方法，包括下述步骤：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部；

②将垂直线圈通过导线与线圈激磁电源连接；

③用总场磁力仪测量无附加磁场时的地磁场T_o；

④用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥； 

⑤用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用T _o、T_+⊥及T_-⊥计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

本发明所述的一种高精度地磁矢量测量方法，还包括下述步骤：

⑥在垂直线圈上安装水平线圈，使垂直线圈和水平线圈的几何中心重合，总场磁力仪探头位于两线圈几何中心重合处；

⑦用总场磁力仪测量正向附加水平磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧用总场磁力仪测量反向附加水平磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用T_+∥及T_-∥计算地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

本发明只采用垂直线圈测量时的进一步方案是：一种高精度地磁矢量测量方法，步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部，垂直线圈为亥姆霍茨线圈；

②将垂直线圈通过导线与激磁电源连接，激磁电源上设置波段开关；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥； 

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

本发明采用垂直线圈和水平线圈组合后的测量方法是，在上述步骤中增加下述步骤：

⑥在垂直线圈上安装水平线圈，使垂直线圈和水平线圈的几何中心重合，水平线圈为亥姆霍茨线圈，总场磁力仪探头位于两线圈几何中心重合处，水平线圈与激磁电源连接；

⑦调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正向加电，用总场磁力仪测量水平线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈反向加电，用总场磁力仪测量水平线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用总场磁力仪记录的T_+∥和T_-∥的数值计算地磁场矢量的地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

本发明所述的一种高精度地磁矢量测量方法使用的装置，包括三角架1，三角架1上安装水平刻度盘3，水平刻度盘3上安装转筒6，转筒6内安装固定柱9，固定柱9上安装线圈座8，线圈座8上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架12连接，垂直线圈骨架12与水平线圈骨架11连接，沿水平线圈骨架11缠绕水平线圈21，沿垂直线圈骨架12缠绕垂直线圈20，垂直线圈20与水平线圈21的几何中心重合，垂直线圈20和与水平线圈21均通过导线与线圈激磁电源相连，在垂直线圈与水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头14，总场磁力仪探头14通过导线与总场磁力仪22连接。

所述的水平刻度盘3的外圈上安装玻璃圆水准泡18，进一步增加测量的准确性。

本发明所述装置优选的方案是：水平线圈骨架11上安装支撑板16，支撑板16上安装相互正交的两个玻璃长水准泡23、24，两个玻璃长水准泡的水平面与垂直线圈平面平行。水平刻度盘3的上端、转筒6外周安装旋转座5，旋转座5上端面与线圈座8连接，旋转座5的侧面上安装锁紧螺栓10。垂直线圈骨架12与水平线圈骨架11正交安装在线圈座8的两个半轴上，线圈骨架可绕水平半轴竖向180°转动，线圈座8可绕固定柱9水平180°转动。

本发明所述高精度地磁矢量测量方法中优选的整体方案是采用垂直线圈和水平线圈组合后的测量方法，步骤如下：

①在拟观测位置安装三角架，三角架上安装水平刻度盘3，刻度盘3上安装转筒6，转筒6内安装固定柱9，固定柱9上安装线圈座8，线圈座8上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架12连接，垂直线圈骨架12与水平线圈骨架11连接，沿水平线圈骨架11缠绕水平线圈21，沿垂直线圈骨架12缠绕垂直线圈20，垂直线圈20与水平线圈21的几何中心重合，垂直线圈20和与水平线圈21均通过导线与线圈激磁电源相连，在线圈几何中心重合处安装总场磁力仪探头14，总场磁力仪探头14通过导线与总场磁力仪22连接；

②调整三角架使垂直线圈处在垂直状态，水平线圈处在水平状态，水平线圈方位角为DO，垂直线圈和水平线圈均采用亥姆霍茨线圈；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥；

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

 

                   ；

⑥使水平线圈与激磁电源连接；

⑦调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正向加电，用总场磁力仪测量水平线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈反向加电，用总场磁力仪测量水平线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用总场磁力仪记录的T_+∥和T_-∥的数值计算地磁场矢量的地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

本发明所述的高精度地磁矢量测量方法，可以单独使用垂直线圈测量地磁场及垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I，使用垂直线圈和水平线圈组合后，可以测量地磁场的垂直分量Z、水平分量H、地磁倾角I和地磁偏角D。

实施例1

用本发明所述的高精度地磁矢量测量方法使用的装置测量地磁矢量，将高精度地磁矢量测量方法使用的装置中的三角架安放在拟观测位置，使三脚架顶部的圆形水准泡平面大致居中；调整三脚架调平旋钮，使线圈上的两个纵横水准泡都处在居中状态，使用瞄准器对准事先按照剖面方位角D0设置的地面方向标志，此时水平线圈的方位角为D0，测量步骤如下：

①在垂直线圈和水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头14，总场磁力仪探头14通过导线与总场磁力仪22连接；

②调整三角架使垂直线圈处在垂直状态，水平线圈处在水平状态，水平线圈方位角为DO；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥；

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

 ；

⑥使水平线圈与激磁电源连接；

⑦调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正向加电，用总场磁力仪测量水平线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈反向加电，用总场磁力仪测量水平线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用总场磁力仪记录的T_+∥和T_-∥的数值计算地磁场矢量的地磁偏角D，计算方法为：

 

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值，上述步骤完成了该测点的地磁场分量测量。重复上述步骤完成下一个测量点的测量工作。

垂直线圈和水平线圈均采用亥姆霍茨线圈。

为了降低方位误差和调平误差的影响，可将线圈座水平旋转180°后重复调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正、反向先后加电，用总场磁力仪分别测量垂直线圈正、反向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥、 T_-⊥；将水平线圈垂向翻转180°后重复调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正、反向先后加电，用磁总场磁力仪分别测量水平线圈正、反向磁场与地磁场的合成磁场T_＋∥、T_-∥，与转向前的测量值取平均值作为测量结果。

实施例2

用本发明所述的高精度地磁矢量测量方法使用的装置测量地磁矢量，将高精度地磁矢量测量方法使用的装置中的三角架安放在拟观测位置，使三脚架顶部的圆形水准泡平面大致居中；调整三脚架调平旋钮，使垂直线圈上的两个纵横水准泡都处在居中状态，此时，垂直线圈处在垂直状态，测量步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部，垂直线圈为亥姆霍茨线圈；

②将垂直线圈通过导线与激磁电源连接，激磁电源上设置波段开关；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥； 

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

上述步骤完成该测点的地磁场分量测量。重复上述步骤完成下一个测量点的测量工作。

为了降低方位误差和调平误差的影响，可将线圈座水平旋转180°后重复调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正反向加电，用磁总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥、 T_-⊥；与转向前的测量值取平均值作为测量结果。

本发明所述的测量方法的地磁矢量测量原理如图1所示，计算地磁场的垂直分量Z、水平分量H、地磁倾角I和地磁偏角D方法的原理是，图1中可知设定+T_f、-T_f为数值相等、方向相反的垂向附加磁场，T_o为无附加磁场时观测的正常地磁场，T_+⊥和T_-⊥数为附加正向和反向垂向磁场后观测的合成磁场，显然：

 

解上述方程，可得：

   

用T_+∥表示附加正向水平磁场后观测的合成磁场，用T_-∥表示附加反向水平磁场后观测的合成磁场，设水平线圈轴线定向在任意的已知方位DO，通过与图1类似的立体几何分析，可推导出：

其中：DO=水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值；

本发明所述线圈激磁电源可提供1-100mA稳定电流，激磁电源可在线圈内产生100-2000nT的磁场。所述总场磁力仪可以是光泵磁力仪、overhauser质子磁力仪或普通质量磁力仪。

本发明所述方法中，测量的T₀、T_+⊥、T_-⊥、T_+∥、T_-∥中也可用单片机和程控电路控制完成，自动顺序运行并完成测量的地磁场矢量计算。

Claims (10)

1.一种高精度地磁矢量测量方法，其特征在于：包括下述步骤：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部；

②将垂直线圈通过导线与线圈激磁电源连接；

③用总场磁力仪测量无附加磁场时的地磁场T_o；

④用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥； 

⑤用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用T _o、T_+⊥及T_-⊥计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

 

。

2.根据权利要求1所述的一种高精度地磁矢量测量方法，其特征在于：还包括下述步骤：

⑥在垂直线圈上安装水平线圈，使垂直线圈和水平线圈的几何中心重合，总场磁力仪探头位于两线圈几何中心重合处；

⑦用总场磁力仪测量正向附加水平磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧用总场磁力仪测量反向附加水平磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用T_+∥及T_-∥计算地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

3.根据权利要求1所述的一种高精度地磁矢量测量方法，其特征在于：步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部，垂直线圈为亥姆霍茨线圈；

②将垂直线圈通过导线与激磁电源连接，激磁电源上设置波段开关；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥； 

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

 

。

4.根据权利要求3所述的一种高精度地磁矢量测量方法，其特征在于：步骤如下：

⑥在垂直线圈上安装水平线圈，使垂直线圈和水平线圈的几何中心重合，水平线圈为亥姆霍茨线圈，总场磁力仪探头位于两线圈几何中心重合处，水平线圈与激磁电源连接；

⑦调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正向加电，用总场磁力仪测量水平线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈反向加电，用总场磁力仪测量水平线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用总场磁力仪记录的T_+∥和T_-∥的数值计算地磁场矢量的地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。

5.权利要求1-4任一项所述的一种高精度地磁矢量测量方法使用的装置，其特征在于：包括三角架（1），三角架（1）上安装水平刻度盘（3），刻度盘（3）上安装转筒（6），转筒（6）内安装固定柱（9），固定柱（9）上安装线圈座（8），线圈座（8）上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架（12）连接，垂直线圈骨架（12）与水平线圈骨架（11）连接，沿水平线圈骨架（11）缠绕水平线圈（21），沿垂直线圈骨架（12）缠绕垂直线圈（20），垂直线圈（20）与水平线圈（21）的几何中心重合，垂直线圈（20）和与水平线圈（21）均通过导线与线圈激磁电源相连，在垂直线圈与水平线圈的几何中心重合处安装总场磁力仪探头（14），总场磁力仪探头（14）通过导线与总场磁力仪（22）连接。

6.根据权利要求5所述的一种高精度地磁矢量测量方法使用的装置，其特征在于：水平刻度盘（3）的外圈上安装玻璃圆水准泡（18）。

7.根据权利要求5所述的一种高精度地磁矢量测量方法使用的装置，其特征在于：水平线圈骨架（11）上安装支撑板（16），支撑板（16）上安装相互正交的两个玻璃长水准泡（23）、（24），两个玻璃长水准泡的水平面与垂直线圈平面平行。

8.根据权利要求5所述的一种高精度地磁矢量测量方法使用的装置，其特征在于：水平刻度盘（3）的上端、转筒（6）外周安装旋转座（5），旋转座（5）上端面与线圈座（8）连接，旋转座（5）的侧面上安装锁紧螺栓（10）。

9.根据权利要求5所述的一种高精度地磁矢量测量方法使用的装置，其特征在于：垂直线圈骨架（12）与水平线圈骨架（11）正交安装在线圈座（8）的两个半轴上，线圈骨架可绕水平半轴竖向180°转动，线圈座（8）可绕固定柱（9）水平180°转动。

10.一种高精度地磁矢量测量方法，其特征在于：包括下述步骤：

①在拟观测位置安装三角架，三角架上安装水平刻度盘（3），刻度盘（3）上安装转筒（6），转筒（6）内安装固定柱（9），固定柱（9）上安装线圈座（8），线圈座（8）上安装两个半轴支架，两个半轴支架顶部安装相应的半轴，半轴通过连接板与垂直线圈骨架（12）连接，垂直线圈骨架（12）与水平线圈骨架（11）连接，沿水平线圈骨架(11)缠绕水平线圈（21），沿垂直线圈骨架（12）缠绕垂直线圈（20），垂直线圈（20）与水平线圈（21）的几何中心重合，垂直线圈（20）和与水平线圈（21）均通过导线与线圈激磁电源相连，在线圈几何中心重合处安装总场磁力仪探头（14），总场磁力仪探头（14）通过导线与总场磁力仪（22）连接；

②调整三角架使垂直线圈处在垂直状态，水平线圈处在水平状态，水平线圈方位角为DO，垂直线圈和水平线圈均采用亥姆霍茨线圈；

③调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈不加电，用总场磁力仪测量无附加磁场的地磁场T_o；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈正向加电，用总场磁力仪测量垂直线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+⊥；

⑤调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电，用总磁场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-⊥；用总磁场磁力仪记录的T _o、T_+⊥和T_-⊥数值计算地磁场矢量的垂直分量Z、水平分量H和地磁倾角I；计算方法为：

；

⑥水平线圈与激磁电源连接；

⑦调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈正向加电，用总场磁力仪测量水平线圈正向磁场与地磁场的合成磁场T_+∥；

⑧调整激磁电源开关，使激磁电源对水平线圈反向加电，用总场磁力仪测量水平线圈反向磁场与地磁场的合成磁场T_-∥；用总场磁力仪记录的T_+∥和T_-∥的数值计算地磁场矢量的地磁偏角D，计算方法为：

其中DO为水平线圈轴线与地理北方向的夹角，为已知的预先设定值。