Автоматическим учетом геомагнитных вариаций

Для учета влияния на полевые измерения переменной части магнитного поля, обусловленной геомагнитными вариациями, берутся наблюдения выполненные специальной станцией или обычным магнитометром. Для учета вариаций также можно использовать контрольные измерения на точках опорной сети. Поправки для точек рядовой сети вычисляются при помощи линейного интерполирования. Одновременно учитывается и поправка за смещение нуль-пункта прибора. При обработке данных протонных и квантовых магнитометров смещение нуль-пункта не учитывается, конечный результат наблюдения зависит только от качества учета вариаций. При выполнении высокоточной съемки на качество материала влияют даже помехи, связанные с действием короткопериодных колебаний (КПК) с периодами от секунд до десятков минут и интенсивностью 3-5 нТл. Бродовой В.В. /26/ установил, что для обеспечения полевой точности на уровне 0,5 – 1 нТл следует учитывать КПК (короткопериодные колебания) начиная с периодов 30 с и амплитуды от 0,5 нТл и более.

Для исключения искажающих влияний, связанных с вариациями периодов в несколько минут, предложен способ магнитной съемки, основанный на измерениях отдельных приращений. Магнитная съемка выполняется двумя магнитометрами. Величина разности между отсчетами на двух соседних пунктах свободна от влияния геомагнитных вариаций. В текущей точке профиля х_n+1значение модуля магнитной индукции равно

Т (х_n+1) = Т (х_n) + ∆х, (4. 1)

где - градиент модуля между точками х_n+1 и х_n.

Для определения градиента модуля в точках профиля х_n+1 и х_n устанавливают однотипные магнитометры и в один и тот же момент времени по условному сигналу снимают отсчеты. Далее приборы переносят по профилю на один шаг дальше. Ход полевых измерений двумя магнитометрами приведен на рис. 4.6.

Т₁ Т₂

Т₁

1 2 3 ПК

Рис. 4.6. Измерение горизонтального градиента магнитного поля

Автоматическое исключение геомагнитных вариаций может быть достигнуто только при использовании магнитометров с идентичными аппаратурными характеристиками. Перед началом полевых работ необходимо магнитометры проверить на идентичность и синхронность выходного сигнала и скомпоновать рабочую пару. При производстве съемки спаренными магнитометрами необходимо соблюдать строгую ориентацию датчиков относительно вектора магнитной индукции, выдерживать постоянной высоту расположения датчиков и следить за одновременностью взятия отсчетов.

Описанная методика выполнения высокоточных магниторазведочных работ позволяет автоматически учесть влияние геомагнитных вариаций, исключить переменные наводки, но конечные результаты будут зависеть от помех, вызванных неидентичностью технических параметров спаренных магнитометров. При дальнейшей обработке полевых наблюдений интегрирование градиентов при постоянном систематическом расхождении разностей отсчетов, вызванных аппаратурными помехами, даст нарастающую невязку, которая может привести к образованию ложных магнитных аномалий с амплитудами в десятки нТл.

Для исключения постоянной аппаратурной невязки между двумя спаренными приборами Л.Гершанок /3/ разработала новую методику магнитных наблюдений, позволяющую автоматически в процессе съемки учитывать вариационные и аппаратурные поправки. Рассмотрим последовательность работы на профиле двух операторов. В начале профиля два магнитометра устанавливаются на двух соседних пунктах и одновременно по условному сигналу по ним берутся отсчеты. Далее, прибор, стоящий в начальном пункте профиля, переносится вперед на два шага, второй же остается на месте. Вновь одновременно берутся отсчеты, затем второй прибор снова опережает первый на шаг и т.д. Операторы по профилю съемки идут с удвоенным шагом и удвоенными по времени стоянками. Знаки приращения между показаниями двух соседних магнитометров чередуются. Схема проведения измерений по синхронной методике с поочередной стоянкой операторов приведена на рис. 4.7.

Рассматривая теорию метода измерения, заметим, что показания каждого прибора складываются из величины Т _а – магнитного поля, обусловленного геологическими неоднородностями; ∂Т(t_i) – переменного поля, вызванного вариациями; Т_п – ошибки, связанной с техническими характеристиками аппаратуры, и ε (t) – случайной ошибки, зависящей от внимательности оператора. Развертка измерений дана по времени. Значение по прибору 1 на пикете 0 во время t₁ можно представить в виде формулы

Т¹ (0) = Т_а¹(0) + ∂Т¹(t₀) + Т_п¹(0) + ε¹(0), (4. 2)

На соседнем пикете 1 по прибору 2 будем иметь

Т² (1) = Т_а²(1) + ∂Т²(t₁) + Т_п²(1) + ε²(1). (4.3)

Приращение между наблюдениями на пунктах 0 и 1 при t₁ = t₀, когда на оба магнитометра приходит один и тот же входной вариационный сигнал, будет равно

ΔТ = Т_а²(1) - Т_а¹ (0) +Т_п²(1) – Т_п¹(0) + ε²(2) –ε¹(1). (4.4)

Время

4

3

2

1

0 * * * * *

0 1 2 3 4 ПК

Рис. 4.7. Схема наблюдений с автоматическим исключением геомагнитных вариаций и аппаратурных помех:

- – 1 – ый магнитометр, – 2 – й магнитометр

Если оба магнитометра работают одинаково и отсутствуют аппаратурные помехи, то уравнение (4.4) перепишется в виде

ΔТ = Т_а² – Т_а¹. (4.5)

Полученная разность зависит только от аномальных значений магнитной индукции Т на соседних пикетах. Можно считать, что на вычисленное приращение оказывают влияние только геологические магнитные источники.

После перехода прибора 1 с пикета 0 на пункт 2 при условии, что прибор 2 остается на прежнем месте (1), и проведения синхронных измерений двумя магнитометрами, получим аналогичную связь, отражающую влияние геологии. Геомагнитные вариации автоматически ликвидировались в ходе съемки и дальнейшей обработки приращений и интегрального преобразования их в магнитные аномалии.

DТ_а

70 1

40

30 2

0 . * * * * * * * * * * * * *

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ПК

Рис. 4.8. Результаты магнитных съемок по различным методикам:

1- методика однократных измерений с МВС, 2 – синхронная методика двумя магнитометрами без МВС

Однако если не обеспечена метрологическая идентичность датчиков измерительных каналов Т_п¹ и Т_п², то приращение ΔТ будет определяться по формуле (4.4), которая содержит конечные разности аппаратурных погрешностей. После последовательного интегрального преобразования приращений (4.4) значение магнитной индукции на каждом пункте измерения будет находиться по формуле

DТ(х_i)=Т(0)+ .

Следует учесть, что при чередующейся смене направления хода двух приборов, при обработке данных автоматически будут исключаться не только вариации геомагнитного поля, но и аппаратурные помехи.

На рис.4.8 приведены результаты магнитных съемок с использованием различных методик по профилю, проложенному вдоль линии электропередач и железнодорожной магистрали Пермь-Екатеринбург. Графики аномального поля ΔТ_а (линия 1) иллюстрируют результаты наблюдений по стандартной методике, а ΔТ_а (линия 2) – измерения по методике с переходами. Искажения аномального магнитного поля от влияния индустриальных помех исключаются синхронизацией взятия показаний приборов.