基于等效源技术的海域地磁场建模技术研究

doi:10.11720/wtyht.2025.0126

摘要
图/表
参考文献
相关文章
Metrics

全文: PDF(5596 KB) HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)

摘要

针对海域地磁场建模中的关键问题,系统研究了等效源技术的理论基础、建模方法及优化策略。通过对等效源几何参数与空间配置策略的分析,提出了地形跟随式直立六面体等效源配置方案,显著提高了地磁场模型的精度。在算法实现层面上,基于滑动窗口覆盖式的计算方案,有效解决了大规模磁测数据的高精度处理瓶颈问题。实验表明,当窗口重叠率控制在15%~20%时,既能保证拼接边界的连续性,又能维持最优的计算性能。利用不同地质模型验证了该方法的有效性,模型误差控制在5%以内。研究成果为高精度海域地磁场建模提供了技术支撑。

	服务

	把本文推荐给朋友
	加入引用管理器
	E-mail Alert
	RSS
	作者相关文章
	王珺璐
	王萌
	陈辉
	张晓飞
	郑元满
	俞炳
	聂慧梓

关键词 ：等效源技术, 海域地磁场建模, 延拓精度

Abstract：

To address the key issues in marine geomagnetic field modeling, this paper systematically explored the theoretical basis, modeling method, and optimization strategy of the equivalent source technology. By analyzing the geometric parameters and spatial configuration strategies of equivalent sources, a terrain-following vertical hexahedral equivalent source configuration scheme was proposed, significantly enhancing the accuracy of magnetic field models. In terms of algorithm implementation, a sliding window-based coverage calculation scheme was employed, effectively overcoming the bottleneck in the high-precision processing of massive magnetic survey data. Experimental results show that maintaining an overlap rate of 15%~20% in the sliding window ensures both boundary continuity and optimal computational performance. This method provides a reliable technical support for high-precision marine geomagnetic field modeling, with its effectiveness having been verified across various geological models (with the errors less than 5%).

Key words： equivalent source technology marine geomagnetic field modeling continued accuracy

收稿日期: 2025-04-10 修回日期: 2025-08-14 出版日期: 2025-10-20

ZTFLH:

P627

基金资助:国家重点研究计划研究项目“低温超导航空磁矢量梯度观测技术研究”(2021YFB3900201);深地国家科技重大课题(2025ZD1009803);中国地质调查局项目(DD20230355);中国地质调查局项目(DD20230356);云南省重大科技专项计划项目(202402AB080006)

通讯作者: 王萌(1987-),女,博士,高级工程师,主要从事航空重磁数据处理与解释工作。Email:wangmengcello@163.com

作者简介: 王珺璐(1988-),男,博士,高级工程师,主要从事综合地球物理探测技术研究与找矿预测工作。Email:wangjunlu@126.com

引用本文:

王珺璐, 王萌, 陈辉, 张晓飞, 郑元满, 俞炳, 聂慧梓. 基于等效源技术的海域地磁场建模技术研究[J]. 物探与化探, 2025, 49(5): 1099-1109.
WANG Jun-Lu, WANG Meng, CHEN Hui, ZHANG Xiao-Fei, ZHENG Yuan-Man, YU Bing, NIE Hui-Zi. Marine geomagnetic field modeling based on equivalent source technology. Geophysical and Geochemical Exploration, 2025, 49(5): 1099-1109.

链接本文:

https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2025.0126 或 https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2025/V49/I5/1099

Fig.1 单个棱柱体模型与等效源设置方式
a—等效源设置与实际场源一致的模型;b—等效源设置与实际场源存在偏差的模型

Fig.2 基于模型一开展等效源等效性分析的结果
a—等效源位置与实际情况一致时的计算结果;b—上移1 m等效源的计算结果;a1、b1—与原始数据的拟合差;a2、b2—下延5 m误差;a3、b3—上延5 m误差;a4、b4—反演重构的等效源

Fig.3 海域磁性地质模型

Fig.4 海域磁性简化地质模型

Fig.5 模型二偶极子和直立六面体等效源模型延拓精度对比

Fig.6 模型二不同深度等效源的误差统计

Fig.7 不同等效源深度0 m平面的重构数据

Fig.8 无磁(a)和存在剩磁(b)时不同磁化方向的延拓误差

Fig.9 等效源磁场建模中不同观测网度对建模精度的影响

Fig.10 不同等效源深度对建模精度的影响

Fig.11 不同等效源厚度对建模精度的影响

Fig.12 不同扩边点数对建模精度的影响

Fig.13 大陆架模型传统分块法延拓200 m的结果
a—下延理论;b—上延理论;c—下延模拟;d—上延模拟

Fig.14 窗口覆盖滑动窗口示意
红框—区域A,延拓数据范围;蓝框—区域B,观测数据范围;紫框—区域C,等效源

Fig.15 改进分块方法延拓50 m和200 m的结果
a—下延50 m;b—上延50 m;c—下延200 m;d—上延200 m

Table 1 不同模型最大误差对比

[1]	张攀, 杜劲松, 李厚朴. 中国及邻区高分辨率三维岩石圈磁场修正球冠谐模型(CUG_CLMFM3Dv1)[J]. 地球物理学报, 2024, 67(5):1866-1880.
[1]	Zhang P, Du J S, Li H P. CUG_CLMFM3Dv1:A high-resolution revised spherical cap harmonic model of three-dimensional lithospheric magnetic field over China and surroundings[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2024, 67(5):1866-1880.
[2]	李启栋, 邹维宝, 肖枫, 等. 多地磁特征量对飞行器匹配导航定位精度的提高[J/OL]. 地球物理学进展, 2024:1-15.(2024-07-29).http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DQWJ20240725001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ.
[2]	Li Q D, Zou W B, Xiao F, et al. Improving the positioning accuracy of aircraft matching navigation by multiple geomagnetic features[J/OL]. China Industrial Economics, 2024:1-15.(2024-07-29).http://kns.cnki.net/KCMS/detail/detail.aspx?filename=DQWJ20240725001&dbname=CJFD&dbcode=CJFQ.
[3]	李启飞, 韩蕾蕾, 熊雄, 等. 潜艇目标态势对航空磁探测的影响分析[J]. 火力与指挥控制, 2020, 45(6):113-117.
[3]	Li Q F, Han L L, Xiong X, et al. Analysis of influence of submarine target posture on aeromagnetic detection[J]. Fire Control & Command Control, 2020, 45(6):113-117.
[4]	熊雄, 吴太旗, 黄贤源, 等. 地磁场模型及在海洋环境中的应用需求研究[J]. 海洋测绘, 2021, 41(6):6-12.
[4]	Xiong X, Wu T Q, Huang X Y, et al. Research on geomagnetic field models and its application requirement in marine environment[J]. Hydrographic Surveying and Charting, 2021, 41(6):6-12.
[5]	徐文耀, 区加明, 杜爱民. 地磁场全球建模和局域建模[J]. 地球物理学进展, 2011, 26(2):398-415.
[5]	Xu W Y, Ou J M, Du A M. Geomagnetic field modelling for the globe and a limited region[J]. Progress in Geophysics, 2011, 26(2):398-415.
[6]	穆文瑞. 区域地磁场建模方法技术研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2023.
[6]	Mu W R. Research on modeling method and technology of regional geomagnetic field[D]. Beijing: China University of Geosciences(Beijing), 2023.
[7]	赵静, 王涵, 嵇艳鞠, 等. 全球岩石圈地磁梯度张量场椭球谐模型构建方法与评估[J]. 地球物理学报, 2024, 67(12):4555-4573.
[7]	Zhao J, Wang H, Ji Y J, et al. Construction method and evaluation of ellipsoidal harmonic model of global lithospheric geomagnetic gradient tensor field[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2024, 67(12):4555-4573.
[8]	李新星, 冯进凯, 范昊鹏, 等. 利用球谐分析方法构建局部重力场模型的可行性分析[J]. 地球物理学进展, 2025, 40(1):11-24. doi: 10.6038/pg2025II0047
[8]	Li X X, Feng J K, Fan H P, et al. Feasibility analysis of constructing a regional gravitational model using the method of spherical harmonics analysis[J]. Progress in Geophysics, 2025, 40(1):11-24. doi: 10.6038/pg2025II0047
[9]	杜劲松, 陈超. 基于卫星磁测数据的全球岩石圈磁场建模进展与展望[J]. 地球物理学进展, 2015, 30(3):1017-1033.
[9]	Du J S, Chen C. Progress and outlook in global lithospheric magnetic field modelling by satellite magnetic measurements[J]. Progress in Geophysics, 2015, 30(3):1017-1033.
[10]	李端, 陈超, 杜劲松, 等. 多层等效源曲面磁异常转换方法[J]. 地球物理学报, 2018, 61(7):3055-3073. doi: 10.6038/cjg2018L0362
[10]	Li D, Chen C, Du J S, et al. Transformation of magnetic anomaly data on an arbitrary surface by multi-layer equivalent sources[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2018, 61(7):3055-3073.
[11]	庞旭林. 航磁异常数据曲面延拓等效源法技术研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2012.
[11]	Pang X L. Research on equivalent source method for surface continuation of aeromagnetic anomaly data[D]. Beijing: China University of Geosciences(Beijing), 2012.
[12]	王泽庆, 孟小红, 王俊, 等. 一种改进的等效源模型设置方案[J]. 地球物理学进展, 2022, 37(3):1189-1196.
[12]	Wang Z Q, Meng X H, Wang J, et al. Improved equivalent source model setting scheme[J]. Progress in Geophysics, 2022, 37(3):1189-1196.
[13]	张义蜜, 熊盛青, 何涛, 等. 基于等效源法的低纬度地区曲面磁异常化极、分量及张量转换研究[J]. 地质学报, 2025, 99(5):1819-1831.
[13]	Zhang Y M, Xiong S Q, He T, et al. Reduction-to-the-pole,component and tensor conversion of surface magnetic anomalies at low latitudes based on the equivalent source method[J]. Acta Geologica Sinica, 2025, 99(5):1819-1831.
[14]	刘芬, 王万银, 纪晓琳. 空间域和频率域平面位场延拓影响因素和稳定性分析[J]. 物探与化探, 2019, 43(2):320-328.
[14]	Liu F, Wang W Y, Ji X L. Influence factors and stability analysis of plane potential field continuation in space and frequency domains[J]. Geophysical and Geochemical Exploration, 2019, 43(2):320-328.
[15]	Li Y G, Nabighian M, Oldenburg D W. Using an equivalent source with positivity for low-latitude reduction to the pole without striation[J]. Geophysics, 2014, 79(6):J81-J90.
[16]	姚长利, 黄卫宁, 管志宁. 综合利用位场及其垂直梯度的快速样条曲化平方法[J]. 石油地球物理勘探, 1997, 32(2):229-236,304.
[16]	Yao C L, Huang W N, Guan Z N. Fast splines conversion of curvedsurface potential field and vertical gradient data into horizontal-plane data[J]. Oil Geophysical Prospecting, 1997, 32(2):229-236,304.
[17]	纪晓琳, 王万银, 熊盛青, 等. 频率域偶层位曲面位场处理和转换方法试验研究[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(6):2669-2678.
[17]	Ji X L, Wang W Y, Xiong S Q, et al. Experimental research using the frequency-domain dipole layer method for the processing and transformation of potential field on curved surface[J]. Progress in Geophysics, 2014, 29(6):2669-2678.

No related articles found!

Viewed

Full text

Abstract

Cited

Shared

Discussed