《2005.0中国地磁图》项目组工作人员在西藏共进行了16个复测点的点位勘选、测点埋设及测量工作,测点主要沿219国道、318国道和109国道布设。测点点位分布东自昌都地区的察雅县,西至阿里地区的噶尔县,南自与不丹接壤的亚东县,北至唐古拉山口的安多县,测点间平均距离约220 km。2003年5～7月完成野外作业,野外测量结果通化至2005年1月1日0时0分。测点的点位分布见图1(编号为B的测点)。

《2010.0中国地磁图》项目组工作人员在西藏共进行了48个测点的测量,其中包括2003年所建的16个复测点和2009年新建的32个加密点,测点点位沿国道和省道布设,并形成网状。增加了加密点后,不但使测点间平均距离缩小为100 km,而且扩大了测区范围。特别是沿着安多—尼玛—改则—革吉—噶尔省道布设的测点,大大弥补了复测点稀疏的问题,扩大了西藏中部的测区范围。2009年5～7月工作人员完成野外作业,野外测量结果通化至2010年1月1日0时0分。2009年5～7月观测的复测点和加密点的点位分布见图1(编号B和编号C的测点)。

图1 西藏测点分布图(编号B为复测点,编号C为加密点)
Fig.1 Distribution of measuring points in Xizang region(B code represents the retest points,C code represents the encryption points)

测量前和测量后进行的仪器比测都符合《规范》^①及《实施细则》^②要求,即前后两次比测结果的差值都小于1 nT(G-856AX质子旋进磁力仪)和0.4'(CTM-DI磁力仪),在测量过程中的仪器互检(G-856AX质子旋进磁力仪测量主测点和自定测点间的点位差及仪器差时)也说明仪器的工作状态正常(表1)。

表1 测前、测后仪器比测结果之差最大值及野外仪器差变化最大值
Tab.1 Maximum of the difference of the instruments comparing measurement before and after measuring and the variation maximum of the difference of the instruments in field

因西藏大部份地区为砂岩,且人口稀少,人类活动对地磁测量造成的干扰很少。因而,在青藏高原及周边地区进行的地磁测量结果能更为真实地反映地球的基本磁场及其变化特征。《规范》^①要求所选点位的水平梯度和垂直梯度均小于5 nT/m。这两次地磁测量都按此要求选定测点的点位,大多数点位的水平最大梯度和垂直最大梯度都在2 nT/m范围内。2003年16个复测点所测水平最大梯度的平均值为1.8 nT/m,垂直最大梯度的平均值为2.6 nT/m。2009年增加的33个加密测点所测水平最大梯度的平均值为1.4 nT/m,垂直最大梯度的平均值为1.5 nT/m。

在地磁图测量中,地磁测点的点位设计大致按方格网布局,《规范》^①要求所选点位与设计点位的偏差不大于5 km。本次野外作业,多数点位选在距设计点3 km范围内。由于交通、地形、气候等原因,仅少数点位的实测点位与设计点位的距离超过了5 km,两期观测实测点位与设计点位的平均间距均在5 km范围内。

野外测量的三分量分别是磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I。两次测量都使用G-856AX质子旋进磁力仪测量磁场总强度F,其分辨率为0.1 nT,观测精度为0.5 nT。使用CTM-DI磁力仪观测磁偏角D和磁倾角I,其分辨率为0.1 nT,观测精度为0.1'。其中磁偏角D是指磁北方向与真北方向的夹角,而真北方向是通过标志方向与标志方位角的差求得,这样就要求标志方位角的观测准确度≤0.1',即6″。两次地磁测量从观测步骤、方法及最后的通化均方差各项工作均满足《规范》 中国地震局地球物理研究所.2003.中国地磁图地磁野外观测技术规范(修订版).和《实施细则》 中国地震局地球物理研究所.2003.中国地磁图地磁野外观测技术规范实施细则(修订版).的要求。各分量通化数据的均方差最大值见表2。

表2 各分量通化数据的均方差最大值表
Tab.2 Maximum value of mean square error of norm-alized data in each geomagnetic component

测点和标志点之间的方位角采用Ashtech公司生产的ProMark2GPS差分仪进行测量。在测点和标志两个位置分别架设ProMark2GPS接收机,架设时要用对中器使两台接收机严格对中,将接收机天线固定在对中器上,并使天线的指北箭头指向北方,连接传输线、设置相应参数后,两台接收机同时开机并接收卫星数据,当接收的数据量能够计算方位角时,接收机会提示可以关机,此时,将测点和标志点两个位置的接收机同时关机,第一次测量方位角结束。

在观测磁场总强度F、磁偏角D和磁倾角I之后第二次测量方位角,测量过程与第一次完全一样,设置参数时注明是第二次观测。但要保证在测点上的接收机两次架设时均需严格对中、调平,并且方向保持一致。而标志点位置的接收机在整个测量过程中,是不需要再次架设的。

两次方位角测量结束后,即可将测点和标志点的两台接收机接收到的数据传入电脑,计算测点到标志点之间的方位角。当两次测量方位角的偏差小于6″时,取两次测量的平均值作为测点和标志点之间的方位角,整个测量过程结束。当两次测量的偏差大于6″时,需进行第三次或更多次方位角测量。方位角测量精度见表3。

表3 方位角测量精度
Tab.3 Measuring accuracy of azimuth angle

在不同的地理经度下,磁偏角的长期变化是不同的(倪喆等,2011)。以地埋经度为横坐标,以磁偏角为纵坐标,利用Excel软件中的图表向导功能,绘制2005、2010年各个测点在不同地理经度下的磁偏角折线图作对比分析(图2)。从图2可以看出,重复观测的16个复测点,2005～2010年,以东经约87°为界,越往西(经度越小),磁偏角增加越大; 越往东(经度越大),磁偏角减少越多。磁偏角随经度变化的折线在东经87°附近旋转,西边往上翘,东边往下压。经过计算,测区西边磁偏角增加最大值为0.12°,即7.2'; 测区东边磁偏角减小最大值为0.23°,即13.8'。而东经87°附近的几个测点磁偏角几乎未变,这说明在中国及周边地区的西南存在磁偏角的零等变线(陈斌等,2010)。

图2 磁偏角长期变化图
Fig.2 Secular variation of geomagnetic declination

图3 地磁偏角等值线图(单位:(°))(a)2005;(b)2010
Fig.3 Contour of geomagnetic declination

在整体上,地磁场总强度是随纬度的升高而增加的。研究地磁场总强度的长期变化,以地埋纬度为横坐标,以地磁场总强度为纵坐标,利用Excel软件中的图表向导功能,绘出2005、2010年各个测点在不同地理纬度下的地磁场总强度折线图作对比分析(图4)。从图4可以看出,2005～2010年西藏16个地磁重复测点的地磁总强度增加幅度较大,并且各测点增值比较均匀,属整个测区范围整体增加。根据计算,测区覆盖范围内地磁总强度平均增加值为206 nT。另外,在西藏测区范围内,地磁总强度随着纬度的增加而呈趋势性增加,这也符合地球基本磁场的特征。

图4 地磁场总强度长期变化图
Fig.4 Secular variation of geomagnetic total intensity

利用Surfer 8.0软件,以地理经度为横坐标,地理纬度为纵坐标,以地磁总强通化值为数据分别绘出2005、2010年的地磁总强等值线图(图5),比较图5a,b,它们在形态上完全一样,只是数值增加约200 nT,和图4反映的情况一样,即在测区范围内,地磁总强度增加幅度较大,并且各测点增值比较均匀。

纬度越高,磁倾角越大,这是地磁场的一个基本特征。研究地磁倾角的长期变化,以地磁纬度为横坐标,以地磁倾角为纵坐标,利用Excel软件中的图表向导功能,绘出各个测点在2005、2010年不同地理纬度下的地磁倾角折线图作对比分析(图6)。

图5 地磁场总强度等值线图(单位:nT)(a)2005年;(b)2010年
Fig.5 Contour of geomagnetic total intensity

图6 地磁倾角长期变化图
Fig.6 Secular variation of geomagnetic inclination

利用Surfer 8.0软件,以地理经度为横坐标,地理纬度为纵坐标,以地磁倾角通化值为数据分别绘出2005、2010年的地磁倾角等值线图(图7)。图7a、b明显地反映出:2005、2010年的倾角等值线图上,各条等值线与纬线平行,在同一纬度下的等值线所表示的值,2010年的值要比2005年的值增加约0.45°。

图7 地磁倾角等值线图(单位:°)(a)2005年;(b)2010年
Fig.7 Contour of geomagnetic inclination