WO2015014161A1 - 高精度地磁矢量野外测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度地磁矢量野外测量方法及装置，用三角架（1），垂直线圈（20）及总场磁力仪（22）测量无附加磁场时的正常地磁场T_o、地磁场附加垂直向上磁场T_f和附加两倍垂直向上磁场2T_f的2个合成磁场值T_-1、T_-2，计算磁场垂直分量Ζ、水平分量H、地磁倾角I；设置水平线圈（21），使水平线圈（21）与垂直线圈（20）的几何中心重合，用总场磁力仪（22）测量地磁场附加水平正向磁场和水平反向磁场后的2个合成磁场值Τ_+//、Τ_-//，计算地磁偏角D。该装置在观测前仅需对线圈作水平调整，适用于地球物理勘査野外普査工作中的大面积快速测量。

Description

高精度地磁矢量野外测量方法及其装置

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野外测量方 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 1ηΤ， 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 ΙΟηΤ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 Τ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 Ιρ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 dl 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进行高精度测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度地磁矢量野外测量方法及其装置。

本发明为实现上述目的， 通过以下技术方案实现： 高精度地磁矢量野外测量方法， 用三角架、 垂直线圈及总场磁力仪测量无附加磁场时的正常地磁场 T。、 地磁场附加垂直 向上磁场 T_f和附加两倍垂直向上磁场 2T_f 的 2个合成磁场值 计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量1^ 地磁倾角 I， 计算方法如下：

Ζ二

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设置水平线圈， 使垂直线圈与水平线圈的几何中心重合， 用总场磁力仪测量地磁场 附加水平正向磁场和水平反向磁场后的 2个合成磁场值 τ_+//、 τ ,, 计算地磁偏角， 计算方 法如下：

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地德凝焭 ； 其中： DC水平线圈轴线与地理北方向的夹角， 为已知的预先设定值。

所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部， 垂直线圈安装在三角架上， 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。；

④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电流强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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， 电流强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下：

Z二

i、、、、、、、、、、、、、、、、、

I 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， 将总场磁力 仪探头置于两线圈的几何中心重合处， 水平线圈为亥姆霍茨线圈， 用总场磁力仪测量地 磁场附加水平正向磁场 τ_+//和水平反向磁场 "^/后的合成磁场， 计算地磁偏角， 计算方法 如下：

地鏺翁禽 B={¾-S1； 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。

所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部， 垂直线圈安装在三角架上， 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。； ④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电流强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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， 电流强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ. Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下：

Ί -4Τ, +3Τ_η ²

8(Τ— ² ₂_2Τ— ^+Το²)

f ss 、、Ί

eotf). 暴.

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⑥将水平线圈安装在垂直线圈上， 使两线圈的几何中心重合， 将水平线圈与激磁电 源连接， 水平线圈为亥姆霍茨线圈；

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 Τ._//; 用 Τ。、 Τ. Τ.₂、 Τ_+//和 Τ.〃的测量数值计算磁场垂直 分量 Ζ、 水平分量1^ 地磁倾角 I 和地磁偏角 D， 计算方法如下：

_T2 __4Τ2 _{+ 3Τ}2

8Τ— ² ₂_2Τ— ^+Τ²)

地鏺儘角 ；

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 c 高精度地磁矢量野外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， 线圈座可绕固定柱水平 180° 转动。

一种高精度地磁矢量野外测量方法， 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。；

④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电源强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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， 电源强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_F ,用总场磁力仪测量磁场 2T_F与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ. Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下：

Ύ -4Τ, +3Τ,

8(T— ² ₂_2T— To²)

細 ^： -™ - ；

⑥将水平线圈安装在垂直线圈上， 使两线圈的几何中心重合， 将水平线圈与激磁电 源连接， 水平线圈为亥姆霍茨线圈；

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 τ_+//；

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 Τ._//; 用 T。、 T. Τ.₂、 Τ_+//和 数值计算磁场垂直分量 、 水平分量 Η和地磁倾角 I 和地磁偏角 D， 计算方法如下：

_T2 __4Τ2 _{+ 3Τ}2

8Τ— ² ₂_2Τ— ^+Το²)

地碰偏食 - . _t

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： 本发明的测量方法适用于中高纬度地区地磁测量， 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差一倍、 方向与地磁场垂直分量相 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 Ζ、 水平分量 11、 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 O.OlnT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 ΙΟηΤ的磁通门三分量磁力仪。

附图说明

附图 1是本发明地磁矢量野外测量原理图； 图面为通过地磁场矢量 Τ和垂直线圈轴 线的垂直平面， Η为水平分量， Ζ为垂直分量， T_f和 2T_f为数值相差一倍、 方向与地磁场 垂直分量相反的垂向附加磁场， Z - T_f为施加反向附加磁场后的合成磁场垂直分量， Z - 2T_f 为施加 2倍反向附加磁场后的合成磁场垂直分量， T。为无附加磁场时观测的正常地磁场， T.₂数值为附加反向垂向磁场和 2倍反向垂向磁场后观测的合成磁场， I 为地磁倾角； 附图 2是本发明地磁矢量野外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 3中 Α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 1 1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

本发明所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 用三角架、 垂直线圈及总场磁力仪测 量无附加磁场时的正常地磁场 T。、 地磁场附加垂直向上磁场 T_f和附加两倍垂直向上磁场 2T_f 的 2个合成磁场值 T T.₂， 计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量！^ 地磁倾角 I， 计算方 法如下：

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% 。 本发明所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 设置水平线圈， 使垂直线圈与水平线 圈的几何中心重合， 用总场磁力仪测量地磁场附加水平正向磁场和水平反向磁场后的 2 个合成磁场值 τ_+//、 计算地磁偏角， 计算方法如下：

地磁鎵驚 iMm-m；

其中： DC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野外测量方法， 步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部， 垂直线圈安装在三角架上， 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。； ④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电流强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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， 电流强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ

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Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下：

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本发明所述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， 将总场磁力仪探头置于两线圈的几何中心重合处， 水平线圈为亥姆霍茨线圈， 用总场磁 力仪测量地磁场附加水平正向磁场 τ_+//和水平反向磁场 的合成磁场，计算地磁偏角， 计算方法如下：

地鏺纖¾ J議- ί ； 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。

所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部， 垂直线圈安装在三角架上， 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。；

④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电流强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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， 电流强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下：

⑥将水平线圈安装在垂直线圈上， 使两线圈的几何中心重合， 将水平线圈与激磁电 源连接， 水平线圈为亥姆霍茨线圈；

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 τ_+//；

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 Τ. _{// ;} 用 Τ。、 Τ Τ.₂、 Τ_+//和 Τ.〃的测量数值计算磁场垂直 分量 Ζ、 水平分量1^ 地磁倾角 I 和地磁偏角 D， 计算方法如下：

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地'被18葡 ø 「Di _f 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野外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。 水平刻度盘 3的外圈上安装玻璃圆水准泡 18。

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野外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。；

④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电源强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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， 电源强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ. Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下：

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^ :ss 、、Ί eotf ) . 暴.

⑥将水平线圈安装在垂直线圈上， 使两线圈的几何中心重合， 将水平线圈与激磁电 源连接， 水平线圈为亥姆霍茨线圈；

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 τ_+//；

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 Τ. _{// ;} 用 T。、 T. Τ.₂、 Τ_+//和 数值计算磁场垂直分量 、 水平分量 Η和地磁倾角 I 和地磁偏角 D， 计算方法如下：

地鏺德 mm-§i；

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野外测量方法， 可以单独使用垂直线圈测量地磁场的 垂直分量？、 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1^ 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野外测量方法使用的装置测量地磁矢量， 将高精度 地磁矢量野外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∞设置的地面方向标志， 此时水平线圈的方位 角为∞， 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调整三角架调平旋钮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。；

④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电源强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_F ,用总场磁力仪测量磁场 T_F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， 电源强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_F ,用总场磁力仪测量磁场 2T_F与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下： Ζ―

、、、、、、、、、、、、、、、、、 1》 -

⑥将水平线圈安装在垂直线圈上， 使两线圈的几何中心重合， 将水平线圈与激磁电 源连接， 水平线圈为亥姆霍茨线圈；

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 τ_+//；

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 Τ. _{// ;} 用 T。、 T Τ.₂、 Τ_+//和 数值计算磁场垂直分量 、 水平分量 Η和地磁倾角 I 和地磁偏角 D， 计算方法如下：

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地' ¾ ¾ J3=i )-Di _s 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反向加电和反向 2倍电流加电， 用总场磁力仪分别测量 垂直线圈 2个反向磁场与地磁场的合成磁场 T T._{2 ;} 将水平线圈竖向翻转 180 ° 后重复 调整激磁电源开关， 使激磁电源对水平线圈正、 反向加电， 用磁总场磁力仪测量水平线 圈正、 反向磁场与地磁场的合成磁场 τ_+//、 τ , , 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野外测量方法使用的装置测量地磁矢量， 将高精度 地磁矢量野外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， 垂直线圈轴线处在垂直状态， 测量步骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部， 垂直线圈安装在三角架上， 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 τ。；

④调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电流强度为 I， 垂直线圈产 生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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， 电流强度为 21， 垂直线圈 产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合成磁场 T.₂,用 Τ。、 Τ Τ.₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I， 计算方法如下：

i、、、、、、、、、、、、、、、、、

I 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反向加电， 用总场磁力仪测量垂直线圈反向磁场与地磁 场的合成磁场 T._{1 ;} 调整激磁电源开关， 使激磁电源对垂直线圈 2倍电流反向加电， 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 Τ.₂， 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 、 水平分量！^地磁倾角 I 和地磁偏角 D方法的原理是：分别在总场磁力仪探头处施加方向 与地磁场垂直分量相反， 强度为 T_f、 2T_f 的磁场， 通过总场磁力仪分别测量无附加磁场时 的地磁场 T。、 附加磁场 T_f 的合成磁场 和附加磁场 2T_f 的合成磁场 T.₂， 上述磁场值满足 下列方程 （图 1 ):

T- = tf+ (Z-2L) ²

Sin(I) =—

T丄0

Sin(I) =—

在中高纬度地区工作时， 正常地磁倾角较大， 垂向附加磁场对磁倾角的影响能力相 对降低， 采用附加反向及反向加倍的垂向附加磁场， 可有效提高垂向附加磁场的作用效 果。

用 τ_{+ //}表示附加正向水平磁场后观测的合成磁场， 用 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：

地'癒倫角 ^: ' β=ί®- B1；： 其中： DC水平线圈轴线与地理北方向的夹角， 为已知的预先设定值；

T。为无附加磁场时的观测的正常地磁场；

为垂直线圈反向激励时总场磁力仪测量的合成磁场；

T.₂为垂直线圈 2倍反向激励时总场磁力仪测量的合成磁场；

Τ_+//为水平线圈正向激励时总场磁力仪测量的合成磁场；

为水平线圈反向激励时总场磁力仪测量的合成磁场。

本发明所述线圈激磁电源可提供 1-lOOmA 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 质子磁力仪。

本发明所述方法中， 测量的 Τ。、 Τ Τ.₂、 Τ_+//、 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

权 利 要 求 书

1、 高精度地磁矢量野外测量方法， 其特征在于： 用三角架、 垂直线圈 及总场磁力仪测量无附加磁场时的正常地磁场 τ。、地磁场附加垂直向上磁场

T_f和附加两倍垂直向上磁场 2T_f 的 2个合成磁场值 Τ_ ρ Τ_₂， 计算磁场垂直分 量∑、 水平分量 地磁倾角 I， 计算方法如下：

■、■■、、、、、、、、、、、、、、、、、、

通

¾ 。

2、 根据权利要求 1所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 其特征在于: 设置水平线圈， 使垂直线圈与水平线圈的几何中心重合， 用总场磁力仪测量 地磁场附加水平正向磁场和水平反向磁场后的 2个合成磁场值 Τ_+//、 Λ. _/η 计 算地磁偏角， 计算方法如下：

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《 ₊ 2 )

地遍傷角 ' 00- »1 } 其中： DCt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所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 其特征在于: 歩骤如下：

①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部， 垂直线圈安装在三角架上， 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。；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电流强度为 I ， 垂直线圈产生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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，电流强度为 21 ， 垂直线圈产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合 成磁场 T_₂，用 T。、 Τ_ ρ Τ_₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I ， 计算方法如下：

、、、、、、、、、、、、、、、、、 1》 -

¾ 。

4、 根据权利要求 2或 3所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 其特征 在于：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， 将总场磁力仪探头置于两线圈的几何中心重合处， 水平线圈为亥姆霍茨线 圈，用总场磁力仪测量地磁场附加水平正向磁场丁_+//和水平反向磁场 后的 合成磁场， 计算地磁偏角， 计算方法如下：

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、 根据权利要求 1所述的高精度地磁矢量野外测量方法， 其特征在于 骤如下： ①将总场磁力仪探头置于垂直线圈中部， 垂直线圈安装在三角架上， 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 τ。；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电流强度为 I ， 垂直线圈产生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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，电流强度为 21 ， 垂直线圈产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合 成磁场 T_₂，用 T。、 Τ_ ρ Τ_₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I ， 计算方法如下：

、、、、、、、、、、、、、、、、、 1》 -

¾ ；

⑥将水平线圈安装在垂直线圈上， 使两线圈的几何中心重合， 将水平线 圈与激磁电源连接， 水平线圈为亥姆霍茨线圈；

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 τ_{+// ;}

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 Τ_ _{// ;} 用 Τ。、 Τ_ ρ Τ_₂、 Τ,^Ρ Τ. , 的测量数值计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 地磁倾角 I 和地磁偏角 D，计 算方法如下：

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地'磁纏愈 MM - M }

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。

6、 高精度地磁矢量野外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。

7、 根据权利要求 6所述的一种高精度地磁矢量野外测量方法使用的装 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 6所述的高精度地磁矢量野外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 6所述的一种高精度地磁矢量野外测量方法使用的装 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野外测量方法， 其特征在于： 包括下述歩骤：

①在拟观测位置安装三角架 （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。；

④调整激磁电源开关，使激磁电源对垂直线圈反向加电， 电源强度为 I， 垂直线圈产生垂直向上的磁场 T_f ,用总场磁力仪测量磁场 T_f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，电源强度为 21， 垂直线圈产生垂直向上的磁场 2T_f ,用总场磁力仪测量磁场 2T_f与地磁场的合 成磁场 T_₂，用 T。、 Τ. Τ_₂计算磁场垂直分量 Ζ、 水平分量 Η和地磁倾角 I ， 计算方法如下：

⑥将水平线圈安装在垂直线圈上， 使两线圈的几何中心重合， 将水平线 圈与激磁电源连接， 水平线圈为亥姆霍茨线圈；

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 τ_{+// ;}

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 τ_ _{// ;} 用 T。、 T Τ_₂、 Τ_+//和" 数值计算磁场垂直分量∑、 水平分量 Η和地磁倾角 I 和地磁偏角 D, 计算方 法如下：

Ά ^ ^ 、、、l

地鏺纖 =!¾-D1；

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。