海洋磁力測量

海洋磁力測量是海洋地球物理調查方法之一，是以海底下岩層具有不同的磁性並產生大小不同的磁場為原理，在海上進行地球磁場測定。早期時，勘測曾使用飽和式磁力儀，目前，多使用核子旋進磁力儀、光泵磁力儀或海上梯度儀等進行連續測量地磁場總向量的絕對值及用三分量磁力儀測量地磁場的三個分量。

基本介紹

• 中文名：海洋磁力測量
• 外文名：marine magnetometry
• 意義：研究海洋地質構造等
• 類別：測繪科學
• 用途：尋找鐵磁性礦物
• 校正方法：日變校正

基本概念

在海面上通過磁力儀測量地磁強度的方法。它是以岩石的磁性差異為前提，根據磁異常場的特徵及其分布規律，了解海底岩石磁性不均勻性，進而推斷地殼結構和構造、洋底生成和演化歷史，以及勘查大陸邊緣地區的礦產分布。海洋磁力測量可分為面積測量和路線測量。在大陸架區石油普查中，為查明區域構造和局部構造的特徵，採用面積測量;在大洋中，多採用寬間距的路線測量和小範圍的面積測量，以查明條帶狀磁異常的展布方向和磁性海山的磁場特徵。海洋磁力測量廣泛使用質子旋進磁力儀。質子磁力儀測量地磁場總強度值T，包括均勻磁化球體引起的磁場、大陸異常、區域和局部異常、船磁場影響和日變磁場影響。為了得到反映地殼上部結構和構造的磁場異常，對觀測值須進行正常場校正、船磁校正和日變校正。

意義

在測量時，為防止船體和航行對儀器的影響，以及波浪的干擾等，儀器探頭要密封，放置在海面以下的一定深度。它對研究地磁場及其變化、海洋地質構造、礦產預測和國防建設都具有重要意義。目前國內只有一家公司在自主研發海洋磁力儀，目前市場上所使用的都是國外的品牌。

發展歷史

20世紀初，海洋磁力測量是用陸地上所用的磁測儀器和方法在非磁性的木帆船上進行的，由於速度慢、精度低，沒有大規模的套用。1956年製造出用於海上測量的質子旋進磁力儀，其測量方法簡便、精度高、感測器不用定向，從而奠定了海上磁測的基礎。從50年代末期以來，海上磁力測量蓬勃發展，目前航跡已遍布各大洋，尤其是在大陸架區，為發現和圈定大型含油氣盆地作出了貢獻。在各大洋區所發現的條帶狀磁異常十分壯觀，為海底擴張說提供了依據。中國已完成淺海地區中等比例尺的海上磁測。

用途

海洋磁力測量成果有多方面的用途。

首先，對磁異常的分析，有助於闡明區域地質特徵，如斷裂帶展布、火山岩體的位置等。磁力測量的詳細成果，可用於編制海底地質圖。世界各大洋地區內的磁異常，都呈條帶狀分布於大洋中脊兩側，由此可以研究大洋盆地的形成和演化歷史。也是研究海底擴張和板塊構造的資料。

第二，磁力測量是尋找鐵磁性礦物的重要手段。

第三，在海道測量中，可用於掃測沉船等鐵質航行障礙物，探測海底管道和電纜等。

第四，在軍事上，海洋地磁資料可用於布設磁性水雷，對潛艇慣性導航系統進行校正。

最後，用各地的磁差值和年變值編成磁差圖或標入航海圖，是船舶航行時，用磁羅經導航不可缺少的資料。

因此，現在越來越多的國家都把海洋磁力測量作為海洋測量的重要內容，把海洋地磁圖作為海洋區域的基本海圖之一。

測量儀器

一、GB-6型海洋氦光泵磁探儀

GB－6型海洋氦光泵磁探儀是一種原子磁力儀，是一種高精度磁異常探測器，適合於航空及海洋地球物理勘探中高精度磁測量，也可用於航空磁異常探潛。該儀器具有數位化、模組化、小型化和系統集成特點。用光泵技術製成的高靈敏度磁探儀，無零點漂移、不須嚴格定向，對周圍磁場梯度要求不高，可連續測量等顯著優點，可廣泛用於航空及海洋地球物理勘探；航空探潛及探雷等軍事目的。

該儀器已廣泛用於港口、航道、錨地等對泥下障礙物、管道探測及海纜路由調查、重要工程水域磁場測量等海洋工程開發中，在海上和長江中已完成數十次探測與定位、打撈作業。

二、海洋磁力測量廣泛使用核子旋進磁力儀，它是利用氫質子磁矩在地磁場中自由旋進的原理來測量地磁場總向量的絕對值。煤油、水、酒精等都含有不停“自旋”的氫質子，並產生一個“自旋”磁矩，稱質子磁矩。這些質子在沒有外磁場作用時，其指向毫無規則，巨觀磁矩為零。當含氫液體處在地磁場中，經過一段時間，磁矩的方向就趨於地磁場的方向。如果加一個垂直於地磁場T 的強人工磁場H0（大於100奧斯特），則迫使質子磁矩趨於H0的方向。當人工磁場突然消失，質子磁矩受地磁場的作用，將逐漸回到T 的方向上去。因為每個質子具有“自旋”磁矩，同時受地磁場T 的作用，就產生了質子磁矩繞地磁場T 的旋進現象，即所謂質子旋進。旋進的圓頻率ω與地磁場總強度T的絕對值T成正比，即旋進的頻率越高地磁場越強。

ω=νpT

式中ω=2πfp，fp為旋進頻率；νp為磁旋比，νp=26751.3/（奧斯特·秒）。經換算：T=23.4874fp(伽馬)（1伽馬=10-5奧斯特）。

由此可見，地磁場的測量可以轉化為旋進頻率的測量。在電路中採用放大、倍頻和控制電子門開啟時間的方法，可將測量結果直接以伽馬示出。

為了消除日變和海岸效應的影響，在海洋質子旋進磁力儀的基礎上製造了海洋質子磁力梯度儀。它的基本結構是由兩台高精度的同步質子旋進磁力儀、微分計算器、雙筆記錄器和由同軸電纜拖曳船後兩個一前一後的感測器組成，感測器間的距離大於 100米。磁擾動場的影響，可由兩個相同感測器獲得的總磁場強度差值中消除，實際上得到的是總磁場強度的水平梯度值。然後對水平梯度值進行積分，得到消除了日變和海岸效應的總磁場強度值。這樣，海洋質子磁力梯度儀作大洋磁測就無須再設定日變觀測站，即可消除日變和海岸效應的影響，因而比質子磁力儀更適合於海上測量。

由於大氣受太陽輻射的影響，引起電離層的變化，致使磁場發生短周期的變化，這種現象稱為日變。由於海水和岩石之間,不同岩性的岩石之間有電導率的差異，致使大地電磁場在海陸和不同岩石之間的邊界發生畸變。這種畸變是一種不規則的磁擾，因地而異，尤其是在海溝和島弧地區更為明顯，這種現象稱之為海岸效應。

測量方法

海洋磁力測量可分為面積測量和路線測量。在大陸架區石油普查中，為查明區域構造和局部構造的特徵，採用面積測量。大洋中，多採用寬間距的路線測量和小範圍的面積測量，以查明條帶狀磁異常的展布方向和磁性海山的磁場特徵。

地磁日變觀測站應選設在平靜磁場區，日變的基線值採取海上工作前某一天的靜磁日24小時平均值。根據觀測值做出日變曲線，供日變改正之用。

為消除船體感應磁場和固定磁場對感測器的影響，除加長拖曳電纜外，還進行方位測量，測量值經日變改正後，得出方位曲線，提供船磁改正之用。由於不同緯度地區的磁傾角不同，同一條船在不同緯度地區的方位曲線也不相同。因此，應儘量採用與測區緯度相近地區所做的方位曲線。

海洋磁異常的特徵

在大陸架和大陸坡上的磁異常屬大陸性的，它與磁性體的產狀關係密切，形成較為複雜的磁異常圖像。通過對磁異常的分析和解釋，可以進行構造分區，確定沉積盆地的範圍和次一級的隆起和凹陷，大斷裂帶的展布和火成岩活動區，進而推斷礦床的分布。大洋盆地的磁異常特徵與大陸截然不同，它表現為正負相間互相平行的條帶狀磁異常或由磁性海山、海山鏈引起一系列高幅度的尖峰狀磁異常和由它組成的鏈狀磁異常。通過對條帶狀磁異常的分析，可以推斷大洋盆地的形成和年代。

測值校正

質子磁力儀在實際測量中的地磁場總強度值T,包括均勻磁化球體引起的磁場、大陸異常，區域和局部異常、船磁影響和日變磁場。為了得到反映地殼上部結構和構造的磁異常，對觀測值須進行正常場校正、船磁校正和日變校正。

① 正常場校正。正常場包括均勻磁化球體引起的磁場和大陸異常，它們的起因與地球的外核有關。在海洋磁測中，國際上廣泛採用國際地磁參考場(IGRF)，此時地球的磁位為式中g嬘和h嬘稱高斯係數; P嬘(cosθ)稱施密特形式的締合勒讓德函式；α為赤道半徑；γ為球心半徑；θ為從北極起算的余緯度；λ為從東起算的經度。公式中所用的8階球諧函式的係數以及年變化率每10年公布一次。

②日變校正。根據地磁日變站或地磁台的日變曲線進行日變校正。若出現複雜的磁擾或磁暴而無法進行校正時，要在測線上註明，以免在解釋推斷上帶來錯誤。

③船磁校正（方位校正）。船磁校正是根據方位曲線進行的。通常以主測線方向的校正值為零，對其他航向上的觀測值減去相對零線的方位偏離值。

經過上述校正所得到的磁異常值ΔT加以圖示，做出海洋磁力測量的基本圖件：剖面圖、平面剖面圖和等值線圖。同時對磁異常進行定性或定量的解釋，估算磁性體的最小埋藏深度和視磁化率，進而揭示地殼的磁性結構和構造。