地磁场分为稳定磁场和变化磁场两大部分。地磁场是不同来源的磁场叠加起来构成的,其中最重要的部分来自地球内部的偶极子磁场和非偶极子磁场,这是稳定磁场的主要部分地磁场还有一小部分来自固体地球的外部,包括大气层的电离层和磁层的流动、太阳的活动等。这一部分是变化磁场的主要部分,另一部分又构成了稳定磁场的一部分。稳定磁场是地磁场的主体,占地磁感应强度的95%以上:变化磁场仅占2%~4%.所以,稳定磁场有时又称为基本磁场。
相对于变化磁场而言,稳定磁场是稳定的。但实际上,稳定磁场并不是绝对稳定的而是缓慢变化的。相对于地球发展的历史而言,这种变化可以说是相当剧烈的,而且磁北极和磁南极的位置也在不断变化,并具有一定的周期性,甚至出现磁北极与磁南极互相颠倒(称为“磁场反转”)。古地磁学研究表明,近450万年间,曾有过25次磁场反转。地磁场的这种缓慢变化,被称为地磁场的长期变化。了解这点非常重要,因为正是由于地磁场具有长期变化特点,所以磁北方位不能作为定向井坐标系的基准。地磁感应强度的单位是特斯拉(T)。地磁场是一个弱磁场,地磁感应强度实际上很小。
地球表面上的平均磁感应强度只有0.5×10T,所以使用特斯拉单位太大,通常使用纳特(nT),1nT=10”T,地磁要素可以通过数学模型进行计算得到,本书不予以介绍1839年,德国著名数学家、测量学家高斯( Gauss)认为地磁场起源于地球内部,地球表而上任意点处的地磁场强度可以表示为该点的经纬度的函数,并把这种函数分析为球函数的无穷级数,然后采用这个级数的有限项,通过一定数量的地面观测值来确定有限级数的系数,就可以用计算的方法求得地磁场强度。这种方法称为地磁场的球请分析法。这就是地磁场的高斯理论高斯理论的提出,极大地推动了地磁学理论的发展。随着现代科学技术的发展,地磁测量技术也得到了极大的发展和完善。经过若干代科学工作者的努力,1968年,国际地磁和高空物理学会(IAGA)建立了全球地磁场模型,称为1965.0国际地磁参考场模型9065.0),并作为全世界通用的正常地磁场的标准。该模型使用年限为1965.01975.0。之后,每隔5年修正模型一次,由英国地质调查局和美国地质调查局每5年联合发布一个新的世界地磁模型。目前最新的模型是2005.0,该模型的有效使用年限为2005,0-2010.0,即2005年1月1日零点至2010年1月1日零点。
世界地磁模型的建立,除了英、美两国地调局的工作外,也是世界各国共同努力的结果。因为模型中高斯系数的确定需要地球上各地大量的地磁观测数据。n2005.0模型在建立过程中就用到了188个观测台站的数据,其中有10个在我国境内。哪个地区观测台站越多,模型在哪个地区的应用精度就越高。
有了世界地磁模型,就可以利用模型计算地球上任何位置的地磁要素,同时也可以绘制任何地区的地磁图,为地磁要素的应用带来了极大的方便。不管我们的定向井井位在什么地方,都可以利用世界地磁模型计算我们需要的磁偏角和其他地磁要素。
二、地磁图
把地磁要素值在地图上显示出来,就是地磁图。在地图上显示的方法是在地图上标出各个测点的地磁要素值,并把地磁要素值相等的点连接成光滑的曲线,称为等值线。例如磁偏角等值线图、磁倾角等值线图、水平强度等值线图、垂直强度等值线图和总强度等值线图等。定向井工程中最常用到的磁偏角等值线图(俗称等磁偏角图)地磁图分世界地磁图和国家地磁图。由于基本磁场长期变化,地磁图也应该随时间的变化而更新,一般每5年更新一次。图2-23所示为1970.0年的我国大陆磁偏角等值线图。从图上可以很容易查算某地的磁偏角值。对于不在等值线上的地方,可以用直线插入法近似查算磁偏角值。例如,1970年北京地区的磁偏角大约等于西偏5.7°,即-5.7°。 #p#分页标题#e#
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