高精度磁測(cè)在青海省都蘭縣起次日趕特地區(qū)銅鎳礦預(yù)查區(qū)的應(yīng)用

胡 強(qiáng)，劉玉蓮，戴佳文，史 明，張定勝，吳生金

(1. 青海省核工業(yè)地質(zhì)局，青海 西寧 810016； 2. 青海工程勘察院測(cè)試中心，青海 西寧 810016)

本調(diào)查遵循技術(shù)設(shè)計(jì)要求，1/1萬(wàn)高磁測(cè)點(diǎn)布設(shè)采用了傳奇手持GPS，網(wǎng)度100 m×40 m，線距100 m，點(diǎn)距40 m，測(cè)線方位東北30(°)。測(cè)線號(hào)從100號(hào)以2為增量自西往東逐線遞增至312號(hào)，測(cè)點(diǎn)號(hào)以4為增量自起點(diǎn)從南往北逐點(diǎn)遞增至終點(diǎn)。GPS誤差校正參數(shù)統(tǒng)一使用了地質(zhì)項(xiàng)目組出隊(duì)初在工區(qū)內(nèi)測(cè)量三角點(diǎn)上(巴四買(mǎi)Ⅱ級(jí))反復(fù)調(diào)試取得的參數(shù)。野外工作過(guò)程證明，該套GPS參數(shù)較為準(zhǔn)確，與RTK剖面放樣點(diǎn)位誤差不到1 m[1-2]。

1 日變站選址及T0值求取

首先在駐地附近踏勘，選擇了一處地形較好、使用方便、人文干擾少的靶區(qū)，然后用磁力儀進(jìn)行不規(guī)則路線觀測(cè)，選擇了一小塊磁場(chǎng)變化梯度最緩的地段，再以該地段為中心做“十字剖面”觀測(cè)；由十字剖面圖1可見(jiàn)，以6號(hào)點(diǎn)為中心，半徑5 m范圍內(nèi)總場(chǎng)值變化不超過(guò)2 nT。由此可知，6號(hào)點(diǎn)處設(shè)立的日變站完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。日變站坐標(biāo)為：X=17 277 788、Y=3 979 807、H=3 680 m，位于駐地東南約100 m。

確定出日變站位置后，接著用一臺(tái)磁力儀在日變站做24 h晝夜連續(xù)日變觀測(cè)。下圖2為24 h晝夜連續(xù)日變觀測(cè)曲線，圖3為截取的2 h平均值變比小于2nT平穩(wěn)數(shù)據(jù)段。通過(guò)計(jì)算該段基站數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，基本地磁場(chǎng)T0≈53 418.7 nT。

圖1 日變站選址十字剖面

圖2 24小時(shí)晝夜連續(xù)日變觀測(cè)曲線

圖3 計(jì)算T0值截取2 h平穩(wěn)數(shù)據(jù)段曲線

2 磁力儀性能校驗(yàn)

本次地面高精度磁測(cè)采用了重慶BTSK研制的WCZ-1質(zhì)子磁力儀，該磁力儀具有操作簡(jiǎn)單、攜帶輕便等優(yōu)點(diǎn)。施工前對(duì)所有磁力儀進(jìn)行了性能校驗(yàn)，施工后僅對(duì)參與了磁測(cè)工作的磁力儀進(jìn)行了性能校驗(yàn)[3]。

2.1 磁力儀噪聲水平測(cè)定

開(kāi)工前(后)將磁力儀探頭置于駐地東側(cè)100 m處，探頭間距離均保持了20 m以上。然后設(shè)置配對(duì)的每臺(tái)主機(jī)讀數(shù)間隔為5 s，使所有參與校驗(yàn)的磁力儀進(jìn)行秒級(jí)同步日變觀測(cè)，前(后)連續(xù)觀測(cè)了136個(gè)基站數(shù)據(jù)。再按下式計(jì)算出了各臺(tái)儀器的噪聲均方根值S。

式中 △Xi——第i時(shí)的觀測(cè)值Xi與起始觀測(cè)值X0的差值；

n——總觀測(cè)數(shù)，i=1,2,3,…,n。

本次測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 儀器噪聲水平測(cè)定結(jié)果(工作前)

表2 儀器噪聲水平測(cè)定結(jié)果(工作后)

備注：100418#儀器施工期間未投入使用，故未參與施工后一致性試驗(yàn)。

由上表1、2測(cè)定結(jié)果表可見(jiàn)，磁力儀施工前后儀器噪聲水平都較低，磁測(cè)總誤差分配時(shí)使用前后噪聲水平的算術(shù)平均值0.35 nT作為儀器噪聲水平誤差分配項(xiàng)。

2.2 探頭一致性

將儀器所配探頭固定編號(hào)，然后用兩臺(tái)儀器作秒級(jí)同步日變觀測(cè)。使100410號(hào)探頭固定不變，以此為臺(tái)站進(jìn)行對(duì)比。用080818號(hào)主機(jī)分別輪換其余探頭,每個(gè)探頭讀數(shù)30次以上。分別求出各臺(tái)主機(jī)與臺(tái)站之間的差值，并計(jì)算出各差值數(shù)組的算術(shù)平均值，通過(guò)比較該平均值，判斷出了探頭之間的一致性，探頭一致性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表3、4。

表3 探頭一致性測(cè)定結(jié)果(工作前)

表4 探頭一致性測(cè)定結(jié)果(工作后)

由上可見(jiàn)，除探頭080816號(hào)以外，其余探頭均可配對(duì)使用，本次磁測(cè)工作中磁力儀之間沒(méi)有隨意調(diào)換探頭。

2.3 主機(jī)一致性

固定探頭100410號(hào)，用不同主機(jī)輪換做日變觀測(cè)，每臺(tái)主機(jī)讀數(shù)30次左右，將整個(gè)測(cè)量段的日變曲線用二維繪圖軟件Grapher繪出，測(cè)試結(jié)果曲線見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 工作前主機(jī)一致性測(cè)試結(jié)果

圖5 工作后主機(jī)一致性測(cè)試結(jié)果

由前面兩圖可見(jiàn)，磁力儀主機(jī)曲線間銜接較好，中間基本沒(méi)有脫節(jié)現(xiàn)象，說(shuō)明了磁力儀主機(jī)一致性符合設(shè)計(jì)要求。

2.4 磁力儀之間一致性

選擇了一塊具有磁場(chǎng)變化梯度較大的地區(qū)，按10～20 m點(diǎn)距，開(kāi)工前標(biāo)記了61個(gè)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)工后標(biāo)記了32個(gè)測(cè)點(diǎn)。固定100410號(hào)做日變觀測(cè)，其余儀器在標(biāo)記筷處依次進(jìn)行了行走觀測(cè)，然后按下式計(jì)算出了磁力儀之間一致性總均方誤差。

式中Vj——某次觀測(cè)值(包括參與計(jì)算平均值的所有數(shù)值)與改點(diǎn)各次觀測(cè)平均數(shù)之差；

n——檢查點(diǎn)數(shù)，i=1,2,……n；

m——總觀測(cè)次數(shù)，等于各檢查點(diǎn)上全部觀測(cè)次數(shù)之和。

根據(jù)上方公式計(jì)算得知，工作前磁力儀之間一致性總均方誤差ε=1.67 nT，工作后磁力儀之間一致性總均方誤差ε=1.77 nT，以小于三分之二的野外觀測(cè)均方誤差(3.76 nT)2.51 nT衡量，可知工作前后磁力儀之間一致性總均方誤差均≤2.51 nT，因此本次工作磁力儀間的一致性符合設(shè)計(jì)要求。

3 磁測(cè)工作技術(shù)方法

3.1 磁測(cè)總精度誤差分配

下表5為本次磁測(cè)工作各項(xiàng)誤差實(shí)際分配表。

表5 磁測(cè)誤差分配 nT

由上表可見(jiàn)，磁測(cè)總誤差3.96 nT小于設(shè)計(jì)要求的5.0 nT，說(shuō)明了本次磁測(cè)工作精度完全符合設(shè)計(jì)要求。

3.2 日變校正及儀器早晚基點(diǎn)校正

日變校正主要是為了消除短周期磁暴對(duì)磁測(cè)工作精度的影響，選用了性能最穩(wěn)定的100410號(hào)磁力儀作為日變觀測(cè)儀器。每個(gè)磁測(cè)工作日都進(jìn)行了日變觀測(cè)，并使日變觀測(cè)早于早基點(diǎn)校正，晚于晚基點(diǎn)校正。由于日變讀數(shù)間隔與日變改正精度有一定關(guān)系，為了盡量提高日改精度，1/10 000面積性磁測(cè)日變讀數(shù)間隔均為20 s；1/5 000剖面性磁測(cè)日變讀數(shù)間隔均為10 s；磁物性參數(shù)測(cè)定日變讀數(shù)間隔均為5 s。采用12 V電瓶作為日變主機(jī)的電源，防止了日變觀測(cè)過(guò)程中意外斷電，日變探頭線為50 m長(zhǎng)專(zhuān)門(mén)探頭線，消除了電瓶磁性對(duì)日變觀測(cè)的干擾。

在日變站附近固定了一個(gè)儀器早晚基校正點(diǎn)，日常出工前、收工后在該點(diǎn)上對(duì)當(dāng)天磁測(cè)使用的磁力儀進(jìn)行早晚基點(diǎn)校正，每次校正記錄了兩次穩(wěn)定的讀數(shù)，并在當(dāng)晚計(jì)算出經(jīng)日變改正后的早晚基差值，對(duì)差值大于2 nT的儀器當(dāng)天工作量按時(shí)間線性分配到了每個(gè)測(cè)點(diǎn)上，差值大于8.72 nT的儀器當(dāng)天工作量全按報(bào)廢處理。本次磁測(cè)工作中沒(méi)有大于8.72 nT的早晚基點(diǎn)校正差值。

3.3 野外觀測(cè)

本次磁測(cè)工作野外觀測(cè)采用了總場(chǎng)值T標(biāo)量觀測(cè)方式。野外觀測(cè)前，儀器操作人員進(jìn)行了“去磁”處理，必須攜帶的磁性物如GPS、對(duì)講機(jī)與正在觀測(cè)的磁力儀保持了一定的安全距離。測(cè)點(diǎn)觀測(cè)一般作單次讀數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)畸變點(diǎn)或異常點(diǎn)時(shí)，進(jìn)行了重復(fù)讀數(shù)，確保了所有觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性[4-5]。在整個(gè)測(cè)區(qū)觀測(cè)時(shí)都保持了探頭高度一致(1.5 m)，并使探桿直立，探頭水平，帶標(biāo)簽一面朝正東方向放置。

4 質(zhì)檢評(píng)述

野外質(zhì)量檢查采用了“一同三不同”的原則，即同一點(diǎn)位、不同時(shí)間、不同儀器、不同人員。對(duì)正常場(chǎng)地段質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)，用下式計(jì)算出的磁場(chǎng)觀測(cè)均方誤差評(píng)價(jià)衡量。

式中δi——第i點(diǎn)經(jīng)各項(xiàng)改正的原始觀測(cè)與檢查觀測(cè)之差；

n——檢查點(diǎn)數(shù)，i=1，2，3，…，n;

ε——磁場(chǎng)觀測(cè)均方誤差。

對(duì)于磁異常地段質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)，采用了平均相對(duì)誤差來(lái)衡量精度,平均相對(duì)誤差的計(jì)算公式為：

式中Ti1，Ti2——第i點(diǎn)的原始觀測(cè)與檢查觀測(cè)。

本次1/1萬(wàn)面積性磁測(cè)質(zhì)量檢查點(diǎn)共586個(gè)，質(zhì)檢率為4.1%，達(dá)到了3%～5%的設(shè)計(jì)要求。其中，正常場(chǎng)地段檢查點(diǎn)421個(gè)，異常地段檢查點(diǎn)165個(gè)；正常場(chǎng)檢查點(diǎn)相對(duì)均方誤差為3.91 nT，小于磁測(cè)總誤差3.96 nT；異常場(chǎng)檢查點(diǎn)平均相對(duì)誤差為9.01%，小于10%。1/5 000高精度磁測(cè)剖面質(zhì)量檢查線共4段，下表6為1/5 000高精度磁測(cè)剖面各段質(zhì)量檢查線檢查結(jié)果。

表6 1/5 000高精度磁測(cè)剖面質(zhì)量檢查結(jié)果

由上表可知，本次1/5 000磁測(cè)剖面質(zhì)量檢查線總量為1.3 km，為完成的剖面總工作量的10%；總相對(duì)均方誤差ε≈±3.34 nT，小于磁測(cè)總誤差3.96 nT；平均相對(duì)誤差η=0.88%，小于10%。綜上所述，本次高精度磁測(cè)工作質(zhì)量完全符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

1)通過(guò)在預(yù)查區(qū)內(nèi)開(kāi)展1/10 000高精度磁測(cè)掃面，共圈出了8處ΔT異常(帶)。其中C2、C6、C7、C8與已知超基性巖對(duì)應(yīng)，反映了巖體的分布情況。C4異常帶形態(tài)規(guī)則，在該異常帶布置的2條激電剖面上出現(xiàn)較明顯的激電異常，根據(jù)異常施工探槽，發(fā)現(xiàn)了品位較高的鉛鋅礦體。

2)除了C4異常外，在其它磁異常地段和地表見(jiàn)礦化線索的地段布置的13條1/5 000磁電綜合剖面及5條高磁剖面，發(fā)現(xiàn)了多處磁、電異?；虼?、電異常套合較好的綜合異常，為槽探工程部署提供了有力證據(jù)。

3)在磁異常中心、磁、電剖面線上的地表露頭及探槽內(nèi)采集標(biāo)本，測(cè)定了5種物性參數(shù)(磁化率、剩磁，幅頻率，電阻率、極化率)，了解了不同巖性之間的物性差異，為解釋異常及今后選用物探方法提供了依據(jù)。