地下铁磁物体的分步磁定位方法

０　引言

随着科学技术的发展，磁性探测定位技术在金属物探、水域探测、城市工程物探、考古以及军事物探等方面得到广泛地应用［１－５］。另外，新型的磁探仪器和计算机技术的发展，使得磁异常探测和磁梯度探测方法在探测精度、数据处理和操作便捷性等方面得到全面提升。

以往的磁性探测是通过观测和分析物体的磁性差异及磁场特征来判断磁性体的分布范围和位置［６］。在水域探测中由于介质均匀无磁性，背景场好，铁磁性物体引起的异常明显，在水域测量时能够清楚地显示［７－８］。对于地下铁磁物体与周围介质间磁性差异小、埋藏深度大、磁测范围受限、各种干扰因素强的情形却较难判断和定位，针对上述难以定位的问题，总结出了一种分步磁定位方法。

１　磁场和磁梯度计算

磁场异常的分布形态和强度与场源所处的位置、磁性大小、自身的形状、距测量点的距离等有关［９－１０］。随着空间点与磁性体距离的增加，局部磁化对磁性体磁场的影响逐渐减少，磁场的分布接近于把磁性体当作均匀磁化体的空间磁场分布。由磁偶极子磁场理论［１１］知，当磁性物质中心埋深比其直径大很多时（一般超过２．５倍），其磁场特征可以看成是磁偶极子［１２］。磁偶极子在轴向上任一点的磁感应强度为：Ｂ＝μ０２πｐｍｒ３，其中Ｐｍ为磁偶极矩，μ０为真空磁导率，在侧向上任一点的磁感应强度为：Ｂ ＝μ０４πｐｍｒ３，其中ｒ为磁偶极子中心至空间任意点的距离。由以上公式可初步判定，磁偶极子在空间某一点的磁感应强度与其磁矩成正比，与该点距磁偶极子中心距离的三次方成反比。由于测线布设很密，同样一个磁源体所产生的磁场异常会在相邻几条剖面上同时反映出来，穿过或靠近磁源的测线测得的磁异常较大，随着测线不断地远离磁源，测得的异常逐渐减小直至消失［１３］。利用这一规律，就可以初步确定磁源体的位置。

设已知函数ｆ（ｘ）在ｎ＋１个互异节点 Ｘ０，…，Ｘｎ上的函数值为：ｆ（ｘ０），ｆ（ｘ１），…，ｆ（ｘｎ）则可得到，即为ｆ（ｘ）关于该点上的一阶差商［１４］。在磁场测量中，通过一阶差商的概念，对每条测量线上的等间距的离散点便可进行近似的 磁 场 梯 度 计 算。沿 Ｚ 方 向 上 的 磁场梯度    ，即为第ｉ点的磁场梯度。

地球具有磁场，按研究地磁场的目的不同，可将地磁场分为正常地磁场和磁异常（异常场）两部分。铁磁物体是铁磁性物质，由于受地球磁场的磁化，埋入地下的磁性体在其周围所产生的磁场作为磁异常［６］。磁梯度探测就是利用铁磁物体所产生的磁异常与正常场的差异，使用磁探仪的探头在其附近的钻孔中测出随深度变化的磁场值，然后绘制成曲线，依据曲线的变化特征确定铁磁物体的位置。