基于梯度数据的远海日变处理方法_徐广袖

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结语
本方法实施的关键是， 采取循环计算的方法， 正
L ） 及时间 t， 确确定测线上的同步测点位置（ B ， 具体 过程如下： ①首先以测线开始时前拖鱼 A 位置 （ B ， L） 1 和时间 t1 作为第 1 个同步测点； ② 计算 （ B ， L）
1
f（ A， i， ti ） Σ i =1 由式（ 2 ） 可知：
基于梯度数据的远海日变处理方法
徐广袖， 任来平， 吴太旗， 李凯锋
（ 海军海洋测绘研究所， 天津 300061 ）
摘 要： 岸台日变站控制范围有限， 海底日变站布放和回收困难 、 安全无法保证， 远海区开展磁力测量面临着日变改 正的技术瓶颈。研究海洋磁力梯度测量原理及梯度数据特点， 首次提出同步测点的概念， 建立了一套严密计算模 型， 可为每条测线重构日变改正 。 关键词： 远海磁力测量； 日变改正； 磁力梯度； 同步测点； 数学模型 中图分类号： P631 文献标识码： A 文章编号： 1000 － 8918 （ 2015 ） S1 － 0063 － 04
第 39 卷增刊 2015 年 12 月
doi： 10． 11720 / wtyht． 2015． S1． 14
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Vol． 39 ， Supp． Dec． ， 2015
GEOPHYSICAL ＆ GEOCHEMICAL EXPLOＲATION
J］ ． 物探与化探， 2015 ， 39 （ S1 ） ： 63 － 66． http： / / doi． org /10． 11720 / wtyht． 2015． S1． 14 徐广袖， 任来平， 吴太旗， 等． 基于梯度数据的远海日变处理方法［ Ｒen L P， Wu T Q， et al． A Diurnal Correction Method for Far Sea Magnetic Survey Based on Gradient Data［J］． Geophysical and Geochemical ExXu G X， 2015 ， 39 （ S1 ） ： 63 － 66． http： / / doi． org /10． 11720 / wtyht． 2015． S1． 14 ploration，
d（ t i Σ i =1
)]
由于海洋磁力测量属于拖曳作业 ， 为安全起见， 其航速一般较低， 目前的标准航速一般 10 节左右， 相 当前后拖鱼间距为 100 m 时， Δt = 20 s； 当 当于 5 m / s， 前后拖鱼间距为 300 m 时， Δt = 60 s。由日变规律可 知， 当 Δt 较小时， 特别是当测线是在地磁场变化比 较平静夜晚完成时， 可以认为：
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海洋梯度采集
采集海洋磁力梯度数据是海洋测量的一项重要 内容， 其优点是可以准确识别海底隐伏地质体的边 界位置。目前国内涉海部门应用比较普遍的海洋磁 ［14 ］ 力梯度仪是美国 Geomatrics 公司生产的 G880G ， 包括一前一后共两个 G880 海洋磁力仪， 如图 1 所 示。根据探测对象的性质， 两个拖鱼之间的间距可 灵活设置， 一般为 100 300 m。 当采用铁质船作业 动力平台时， 前一个拖鱼距离测量船尾一般要求大 于船长的 3 倍。 海洋磁力梯度测量如图 2 所示， 采用拖曳走航 的作业样式： 以测量船为动力平台， 拖曳海洋磁力仪 前拖鱼 A 和后拖鱼 B 沿直线航行， 由于两个拖鱼的 入水深度不同、 所受的船磁影响不同、 两个拖鱼的绝 对误差和方向误 〗 差不同， 导致在同一测点上由两个 拖鱼采集的磁力值存在明显的系统性偏差 。
n n n n
由式 （ 11 ） 可知， 同步测点个数不得少于 2 个， 即 n ≥2 。 一条测线的同步测点个数与测线长度有 关， 如果测线长度为 100 km 时， 因磁力梯度仪前后 两个拖鱼的间距为 100 300 m， 通过计算可知该测 1 000 个。 显然， 线上的同步点个数 n 大约为 300
+ Δt ） =
f i + Σ d（ t i Σ i =1 i =1
+ Δt ） +
sB Σ i =1 （ 7）
（ 7 ） 可知： 1 n
[(Σ
n i =1
n
n
f（ A， i， ti ） －
n
i =1
f（ B， i， ti Σ i =1 + Δt）
+ Δt） ) － （ 8）
(Σ
d（ t i ） －
同步测点之间的距离取决于前后拖鱼的间距 ， 如果 拖鱼间距越大， 则同步测点之间的距离也随之增大 ， 在当前标准航速下， 两个同步测点之间时间间距大 约为 20 s—60 s， 足以反映日变规律的细节。
f i － f i －1 = ［ f （ A， i， t i ） － f （ B， i － 1， t i） ］ － （ s A － s B ）
n
=
f i + Σ d（ t i ） Σ i =1 i =1
n n
+
sA Σ i =1
（ 6）
与后拖鱼 B 各个测点的距离， 当后拖鱼 B 位置与 （ B， L） 1 重合时， 记录时间 t2 ； ③ 然后根据 t2 确定前 L） 2 ， 拖鱼 A 此时所在的位置 （ B ， 作为第 2 个同步测 逐个确定所有同步测点的位置及其 点； ④依此类推， 前后拖鱼通过时对应的时间。 另外， 由于在计算前 后拖鱼的测线系统差之差 （ s A － s B ） 时进行了近似处 理， 可以通过迭代算法提高前后拖鱼的测线系统差 之差（ s A － s B ） 的计算精度。 值得注意是， 日变曲线误差随同步测点个数的 增加而逐步积累， 如果测线上的同步测点个数太多 ， 测线末端点的日变影响存在比较大的累积误差 。 参考文献：
1204 收稿日期： 201541404001 ， 41476087 ） 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 41374018 ，
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39 卷
图1
G880 海洋磁力梯度仪
图2
海洋梯度测量示意
前一个拖鱼 A 位于测点 i 时， 后一个拖鱼 B 位 于测点（ i － 1 ） ； 当后一个拖鱼 B 达到测点 i 时， 前一 个拖鱼 A 已经前进到测点 i + 1 。为与传统的测点概 i、 （ i + 1 ） 这类相互关联的一系 念相区别， 将（ i － 1 ） 、 称为同步测点， 其特点是： ① 每一个同步测 列测点， 点上， 均有两个测量值， 分别由前后两个拖鱼分别采 集， 但采集时间不同； ② 相邻两个同步测点上， 可同 时采集一对磁力数据， 由前后两个拖鱼同步完成， 日 变对二者的影响相同。若一条测线的同步测点个数 2， …， i － 1， i， i + 1， …， n。 为 n， 点号可分别定义： 1 ，
［ 1］ 高金耀， 刘强， 翟国君， 等． 与海洋地磁日变改正有关的长期变 J］ ． 海洋学报， 2009 （ 4 ） ： 87 － 92． 化和磁扰的处理［ ［ 2］ 姚俊杰， 孙毅， 赵宏杰． 地磁日变观测数据理论分析［J］． 海洋 2002 ， 22 （ 6 ） ： 8 － 10． 测绘，
n
f （ B， i， ti Σ i =1 由式（ 6 ） sA － sB =
其中： f i 为 i 点处的磁力值； d（ t i ） 为 t i 时刻的日变影 包括方向误差、 绝 响； s A 为拖鱼 A 的测线系统误差， 对误差、 探头入水深度不统一导致的磁力测量误差 、 船磁影响。 紧随前拖鱼 A， 后拖鱼 B 达到同步测点 i 的时
增刊
徐广袖等： 基于梯度数据的远海日变处理方法
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在海底持续工作可达 3 个月， 不可预测因素多， 极易 发生丢失或无法回收的情况。为确保日变数据的可 靠性， 一般需同时布放至少 2 套， 作业成本和工作强 度都明显增加， 因此急需开发新的技术方法， 才能更 好推进远海磁力测量发展。本文通过研究海洋梯度 测量的特点和规律， 提出基于海洋梯度数据的远海 区日变改正模型。
i， t i + Δt） ， 间为 t i + Δt， 采集的磁力值为 f（ B ， 即： f（ B， i， t i + Δt） = f i + d （ t i + Δt） + s B （ 2） 其中： f i 为 i 点处的磁力值； d（ t i + Δt） 为 t i + Δt 时刻 包括方 的日变影响； s B 为拖鱼 B 的测线系统误差， 向误差、 绝对误差、 探头入水深度不统一导致的磁力 测量误差、 船磁影响。 不难想象， 在 t i 时刻， 前拖鱼 A 位于 i， 后拖鱼 B i － 1， 位置为（ i － 1 ） ， 后拖鱼采集的磁力值为 f （ B ， ti ） ， 即： f（ B， i － 1， t i ） = f i －1 + d（ t i ） + s B （ 3） 其中： f i － 1 为（ i － 1 ） 点处的磁力值； d （ t i ） 为 t i 时刻的 包括方向 日变影响； s B 为拖鱼 B 的测线系统误差， 误差、 绝对误差、 探头入水深度不统一导致的磁力测 量误差、 船磁影响。 不难理解， 后拖鱼 B 依次通过相邻两个同步测 i 点期间， 日变影响变化可由式 （ 2 ） 点（ i － 1 ） 、 可知： d （ t i + Δt） － d （ t i ） = ［ f（ B， i， t i + Δt） － i － 1， t i） ］ － ［ f i － f i －1］ f（ B， 设初始点日变影响为 d （ t1 ） = 0 ， 根据上式采用 可依次求出其它各点的日变值： 迭代的方法， （ 3）
Байду номын сангаас
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d （ t i + Δt） = ［ f（ B， i， t i + Δt） － f（ B ， i － 1， t i） ］ － （ f i － f i －1 ） + d（ t i ） （ 4） 从上式可知， 只有已知后拖鱼 B 在相邻两个同 步测点上采集的磁力值， 就可以通过积分求出测线 期间的日变化规律， 但问题是如何确定相邻两个同 步测点的磁力值之差（ f i － f i － 1 ） 。 为此， 由式（ 1 ） （ 3 ） 可知： （ 5） 从上式可知， 只有已知前后两个拖鱼在同一时 就可以求出相邻两个同步测点的 刻采集的磁力值， 磁力值之差（ f i － f i － 1 ） ， 但问题是如何确定前后拖鱼 的系统差之差（ s A － s B ） 。 为此， 由式（ 1 ） 可知