陳泓君 李唐根 龔躍華
摘要 海洋重磁資料內業整理是海洋重磁勘探的內容之壹。重力資料內業整理包括零點位移校正、正常場改正、厄特渥斯校正、布格改正及格萊尼異常改正等。磁力資料內業整理由日變校正、方位改正和正常場改正組成。根據重磁資料整理的內容和特點，采用模塊化程序設計方法，開發出壹套實用、界面友好的系統，利用該系統處理“863”東海試驗剖面資料取得了良好的效果，表明該系統可靠性高。
關鍵詞 重力 磁力 異常 改正 模塊 程序
1 概述
21世紀掀起壹股開發海洋的熱潮，隨著海洋勘探工作的不斷深入，海洋地球物理方法顯得越來越重要，特別是重力和磁力勘探手段占著舉足輕重的地位。現代科技發展日新月異，使得用於海上勘探的重力和磁力儀也不斷更新，海上獲取的重磁資料也越來越精確，重力和磁力勘探方法也受到更多的重視，然而，如果沒有良好的重磁內業整理方法和手段，這些高質量的重磁數據也失去其存在的意義，同時，下壹步的資料解釋工作也難以展開。由此可見，重磁資料的內業整理是壹項承前啟後，非常重要的工作。
而且.我們也應該認識到，重磁勘探資料整理是壹項十分繁瑣和復雜的工作，完成這些工作涉及大量的計算、校對、成圖等工作，利用計算機技術可以高效率地完成這些計算，避免了大量的人力物力耗費，減少整理過程中的遺漏和差錯。為此需要我們研制出在微機上即可實現的重力資料整理及成圖可視化系統，它能使資料整理工作成為壹體化，減少中間環節，很大程度上提高了工作效率，保證了質量，並為後續的數據處理做準備，使我們可以騰出更多時間和精力去進行解釋工作。
2 重力資料的內業整理
海洋重力資料整理不同於陸地重力資料整理，野外得到的重力資料，除了進行必須的水深、地形、緯度等校正外，還增加了壹項與航速航向有關的厄特渥斯改正和圓滑濾波，使異常計算具有更好的效果。下面簡單列出重力資料整理的流程和部分主要公式。
重力資料整理的流程如圖1。
圖1 重力資料整理流程圖
Fig.1 Flow chart of gravity data processing
零點位移校正
零點位移校正的變化率k可用下式計算
南海地質研究．13
其中
gA2′＝gA2+0.3086（h2—h1）
則零點位移校正值為
δgi=k*△ti
式中：gA1、gA2——比對基點起始和閉合時的儀器讀數；
gA2′——經水深改正後閉合時的儀器讀數：
tA1、tA2——比對基點起始和閉合時的時間（單位：s）；
△ti——第i個測點相對於比對基點的時間增量（單位：s）；
h1、h2——起始和閉合時的基點水深值（單位：m）；
δgi——零點位移改正值；
零點位移校正時時間精確到秒。
厄特渥斯校正
δgE=2wvsinAcosφ＋v2/R
式中：δgE——為厄特渥斯校正值（單位：mGal,1mGal=10-5m/s2）；
ω——地球自轉角速度，取7.292115×10-5（單位：弧度/秒）；
R——地球半徑，取6378137m（WGS—84）;
v——測量時船只航行的速度（單位：m/s）；
A——測量航跡瞬時方位角（單位：弧度）：
φ——測點的地理緯度（單位：弧度）。
其中 航速v的計算公式為：
南海地質研究．13
xp1,xp2—前後兩點的橫坐標（單位：m）；
yp1,yp2——前後兩點的縱坐標（單位：m）；
△T——前後兩點的時間差（單位：s）。
正常重力值改正
正常重力值改正用1985國際正常場公式，該公式是WGS—84世界大地坐標系的組成部分，是WGS—84橢球理論重力值的閉合計算公式：
南海地質研究．13
式中：φ——測點的地理緯度（單位：弧度）；
γ0——正常場值（單位：mGal）。
空間異常計算
△gF=k（S—S0）+g0＋δgi＋δgE—γ0
式中：△gF——自由空間異常（單位：mGal）；
k——重力儀器的格值；
S——測量時的儀器讀數；
S0——對重力基點時儀器的讀數；
g0——重力基點的絕對重力值（已納入國家基本網）；
δgi——零點位移校正值（單位：mGal）；
δgE——厄特渥斯校正值（單位：mGal）；
γ0——1985年國際正常場重力公式計算的正常場值。
布格異常改正
△gB＝△gF＋δgB
δgB=0.0687h
式中：△gB——布格異常 （單位：mGal）；
△gF——空間異常（單位：mGal）；
h——測點水深值（單位：m）；
δgB——布格異常改正值（單位：mGal）。
格萊尼異常計算
△gG＝△gF＋△gB＋δgG
式中：△gG——格萊尼異常值（單位：mGal）；
△gF——自由空間異常值（單位：mGal）；
△gB——布格異常值（單位：mGal）；
δgG——格萊尼異常改正值。
格萊尼異常改正值由近中區（166.7km以內）的地形改正和遠區的均衡改正兩部分組成，關於格萊尼異常改正值的計算方法從略。
濾波處理
對海上采集的重力數據進行濾波處理，濾波采用兩次三角濾波效果較好，能使曲線光滑，又保留了異常值。第壹次濾波采用十壹點三角濾波，跨度大，圓滑程度較好，第二次做五點三角濾波，濾掉小的抖動。
十壹點三角濾波公式：
T′i＝（Ti-5+2Ti-4+3Ti-3+4Ti-2+5Ti-1+6Ti+5Ti-1+4Ti+2+3Ti+3+2Ti+4+Ti+5）/36
五點三角濾波公式：
Ti＝（Ti-2+2Ti-1+3Ti+2Ti+1+Ti-2）/9
在進行濾波時若遇到規定個數（例如8個）以上的錯誤點（即異常點）或極值點，則跳過，不予濾波。若做十壹點三角濾波時，遇單獨壹個極值Ti，則以Ti-5至Ti+5***11個點不進行濾波，因為欲求11個點中任何1個點的三角濾波值時，必須使Ti值參加運算，而Ti值是不允許參加運算的。以此類推，做五點三角濾波時，如遇極值Ti，則Ti-2至Ti+2不濾波。如有9個連續異常點Ti～Ti+8，做十壹點三角濾波時，則應有Ti-5～Ti+13***19個點不進行濾波。
3 磁力資料內業整理
海上磁測工作往往與重力和地震同時進行。磁力資料內業整理指在定位資料整理的基礎上，做了電纜長度改正後，將野外實測數據按等時距（10s或20s）進行日變改正、船磁影響和正常場改正，最後計算磁力異常。
日變改正用測區附近地震臺的相應日期的地磁觀測資料，同時收集附近地磁臺的日變資料，取日變變化小的某日數據的平均值為零線值。
船磁方位改正，在測區附近選擇了磁場較為平靜的海域，進行了八個方位的測量，用於船磁的改正，船磁方位改正方法從略。
磁力整理流程如圖2。
圖2 磁力資料整理流程圖
Fig.2 Flow chart of magnetic data processing
由於海洋磁測壹般是大範圍的測量，故正常場改正可采用國際地磁基本場（IGRF），即采用球諧分析的原理，采用衛星觀測及全球磁測的數據建立地球主磁場，計算到10階10次，作為正常場，具體計算公式有：
南海地質研究．13
式中：u——地磁位函數；
T0——國際地磁參考場總強度：
X、Y、Z——分別為T0的北向分量、東向分量和垂直向下分量；
N——最高階數；
地球的半徑a=6378.13km；
參考橢球半徑r=6400km；
θ——余緯度；
λ——從格林威治線算起的地理經度（0到360度）；
、 ——球諧系數，它們是根據測量日期，按國際地磁參考場的基本場模式和預測年變模式推算確定的；
——施密特準歸壹化n階m次締合勒讓德函數，它是這樣定義的
南海地質研究．13
電纜長度改正計算方法從略。
經上述各項計算後得磁異常數據，磁異常計算公式如下。
△T=T-Td-Ts-T0
式中：△T——磁異常 （單位：nT）；
T——測量總磁場值 （單位：nT）；
Td——日變影響值 （單位：nT）；
Ts——船磁方位影響值 （單位：nT）；
T0——正常地磁場值 （單位：nT）。
4 軟件開發
以上簡單介紹了重磁資料內業整理的主要流程，都涉及到大量的復雜計算，為了提高工作效率，能快速、準確的對重磁資料進行整理，我們利用Windows98操作平臺，以VB5.0為編程語言開發出了壹套方便、快捷、實用的，對重、磁野外資料進行可視化人機交互內業整理的軟件，經過測試，效果很好。
根據重磁內業整理的特點，采用模塊化程序設計方法，根據重力異常計算、磁力異常計算、成圖的特點，系統應具備輸入、編輯、處理、成圖和輸出五個基本功能，處理模塊又包括了資料預處理、重力異常計算和磁力異常計算兩大模塊（圖3）。
圖3 系統模塊圖
Fig.3 System module chart
確定了該處理系統的框架之後，將各種具體方法納入到這壹系統中.即可形成重磁資料的聯合處理平臺。
下面簡單介紹重力和磁力異常計算的窗體。
重力異常計算窗體主要包括兩部分：壹是參數輸入對話框，包含了重力異常計算所需的所有參數，如儀器格值、標準緯度、儀器安裝高度、出海前後基點的比對時間、儒日和重力基點的重力值等參數；二是文件選擇框，輸入目標文件和結果文件及繪制剖面圖所需的剖面文件名。只需按窗體的提示輸入相應參數，按“確定”按紐即可自動計算出異常。
重力異常計算的窗體如圖4所示。
圖4 重力異常計算窗體
Fig.4 G ravity anomaly processing window
磁力異常計算窗體也主要由文本輸入框組成，只需輸入主測線方位、電纜長度、標準緯度等相應參數及目標和結果數據文件名，按“確定”按鈕即可自動完成計算。
磁力異常計算的窗體如圖5所示。
圖5 磁力異常計算窗體
Fig.5 Magnetic anomaly processing window
該軟件處理系統除了計算異常之外，還具備了繪圖功能，能利用異常結果快速，準確繪制出各種比例尺的平剖圖和等值線圖，節省了大量的手工繪圖時間。例如，利用平剖圖繪制窗體繪制出的重力平剖圖如圖6所示。
圖6 重力異常平剖圖繪制窗體
Fig.6 A planar section of gravity anomaly processing window
該平剖圖繪制窗體主要由兩部分組成，壹是參數和文件輸入框，參數包括比例尺參數、工區範圍、測線方位等；二是圖像生成圖片框。
利用“863”東海試驗剖面采集的重磁資料，經該軟件計算出的異常數據繪制的剖面圖與據“中國海區及鄰域地質地球物理圖集”該範圍內老資料進行對比後（圖7、圖8）.發現異常形態吻合，這進壹步驗證了該軟件的可靠性。
圖7 空間重力異常新老資料對比圖
Fig.7 Contrast between new and old free gravity data
圖8 磁力新老資料對比圖
Fig.8 Contrast between new and old magnetic data
從重力資料的對比可看出，兩者異常變化的趨勢是壹致的，琉球群島洋側為壹個“W型”重力低，琉球群島為重力高，沖繩海槽為重力低，中央隆褶帶以重力高為主的變化異常帶，陸架盆地區為較平靜的重力異常區。因老資料用的是57基點網（波茨坦系統），與85基點網之間有－13.56mGal的差值，老資料正常場改正用1930年（卡西尼）公式，在測區內（24°N～27°N）與1985年正常場公式比較，有－13.86～12.88mGal的差，因此新資料的異常值比老資料的異常值偏低。
新老磁力異常的趨勢也較壹致，由於磁異常變化較劇烈，試驗剖面經過的海域異常的形態有所變化，異常值也不盡相同。
5 小結
通過以上的簡單介紹，可以看出，重磁內業整理過程復雜，計算公式繁多，但掌握好其中的處理流程，結合計算機技術，可以開發出壹套實用、方便、界面友好的整理軟件，並且在實際應用中起到了很好的效果，節省了人力物力，提高了工作效率。本文皆在拋磚引玉，希望在實際工作中，能借助於現代科技，開發出適合我們的應用工具來。
參考文獻
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DEVELOPMENT AND APPLICATION FOR SOFTWARE OF MARINE GRAVITY AND MAGNETIC DATA PROCESSING INDOOR
Chen Hongjun Li Tanggen Gong Yuehua
Abstract
Gravity and magnetic data processing indoor is one of the important parts of marine gravity and magnetic exploration.The gravity data processing includes displacement rectification.normal field correction,Eotvos rectification,Bouguer correction and Grany anomaly correction.Magnetic data processing includes daily variation rectification,azimuth correction and normal field correct ion.According to the content and characters of gravity and magnetic data processing,using the modularity program design method,we develop a set of practical,friendly interface software system.We got a satisfactory result in processing“863”test section data of Donghai sea by using this system.
Key words:gravity and magentic data,anomaly,correct,module,program
註釋