海底地磁觀測(cè)技術(shù)方法研究和展望

羅玉芬，潘飛儒，徐 行，何其武

（1.廣東省地震局，廣州 510111；2.珠海泰德企業(yè)有限公司，廣東 珠海 519085；3.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760）

海底地磁觀測(cè)技術(shù)方法研究和展望

羅玉芬1，潘飛儒2，徐 行3，何其武1

（1.廣東省地震局，廣州 510111；2.珠海泰德企業(yè)有限公司，廣東 珠海 519085；3.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣州 510760）

回顧了國(guó)內(nèi)外地磁觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，剖析了各類海底地磁觀測(cè)技術(shù)及相關(guān)的輔助技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)，在結(jié)合分析現(xiàn)今海洋科學(xué)、資源勘探、國(guó)防軍事和防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域應(yīng)用研究中的技術(shù)需求的基礎(chǔ)上，對(duì)海底地磁觀測(cè)技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用做了探討。指出今后海底地磁觀測(cè)技術(shù)發(fā)展和方法研究的方向應(yīng)重視日益增長(zhǎng)的需求分析，加強(qiáng)海底地磁觀測(cè)技術(shù)裝備的研發(fā)，積極開展相關(guān)的技術(shù)方法研究，拓寬海洋地磁學(xué)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究范圍。

地磁；觀測(cè)；海底；總場(chǎng)磁力儀；矢量磁力儀

0 引言

地磁學(xué)的研究目的是確立地磁場(chǎng)形成的原因和與其相關(guān)或由其引起的各種現(xiàn)象的起因[1]。從公元前800年人類認(rèn)識(shí)到磁性的存在到今天能觀測(cè)到高精度地磁場(chǎng)信息，相應(yīng)的技術(shù)方法上已經(jīng)有了突破性改進(jìn)。地磁場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，它是空間位置和時(shí)間的函數(shù)。高質(zhì)量地磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的不斷積累，將有助于我們認(rèn)識(shí)地磁場(chǎng)的時(shí)空特征，探索地磁場(chǎng)的起源，研究地磁現(xiàn)象和其他自然現(xiàn)象的關(guān)系；同時(shí)，地磁場(chǎng)的研究也為太陽(yáng)和其他宇宙天體的研究提供了一把鑰匙。因此，地磁觀測(cè)在近代地球物理學(xué)科發(fā)展歷史上起著舉足輕重的作用。

海洋占地球表面積的70%。長(zhǎng)期以來(lái)在海洋中一直缺少高精度地磁臺(tái)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，這制約了對(duì)全球范圍內(nèi)地球磁場(chǎng)的系統(tǒng)研究?，F(xiàn)今相關(guān)研究工作依靠衛(wèi)星磁測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)補(bǔ)充，因而高質(zhì)量地磁觀測(cè)數(shù)據(jù)的缺乏影響了地磁學(xué)基礎(chǔ)研究的成果質(zhì)量和研究水平。然而，當(dāng)今海底觀測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為新的熱點(diǎn)，海底觀測(cè)系統(tǒng)標(biāo)志著海洋研究開發(fā)的新時(shí)代，海洋科學(xué)正在走向一場(chǎng)新的革命[2]。開展海域的海底地磁觀測(cè)，不僅僅因?yàn)樗茄芯咳虻卮艌?chǎng)的不可分割的組成部分，而且也是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要和必然。通過(guò)海底地磁場(chǎng)觀測(cè)，獲取我國(guó)海域的地磁場(chǎng)基本數(shù)據(jù)，可完善我國(guó)完整的、高時(shí)空分辨率的地磁場(chǎng)基本模型，進(jìn)而更好地滿足在全球構(gòu)造背景下對(duì)全球地球物理場(chǎng)研究的需要。因此，開展海底地磁觀測(cè)不但有利于傳統(tǒng)地磁學(xué)和海洋科學(xué)的融會(huì)貫通，還能提升海洋地質(zhì)和地球物理學(xué)的研究水平。

本文回顧了地磁觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程，剖析了海底地磁觀測(cè)技術(shù)以及相關(guān)的核心技術(shù)問(wèn)題，然后結(jié)合現(xiàn)今海洋科學(xué)、資源勘探、國(guó)防軍事和防災(zāi)減災(zāi)發(fā)展的需求，針對(duì)海底地磁觀測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域做了一定分析，最后就相關(guān)技術(shù)方法和未來(lái)技術(shù)發(fā)展與方法研究中面對(duì)的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)討論。

1 海底地磁觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

早在十五世紀(jì)，意大利人哥倫布開始航海生涯時(shí)，人類已經(jīng)將原始的地磁學(xué)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用于航海。在兩次大西洋航行之后，英國(guó)天文學(xué)家哈雷于1701年編制成了大西洋磁偏角圖；接著于1702年又編制了全球地磁偏角圖，這幾乎是人類第一批海洋地磁觀測(cè)成果資料。當(dāng)時(shí)的地磁觀測(cè)技術(shù)僅局限于定向，直至1799—1804年，漢博爾特在秘魯首次用震蕩法測(cè)得地磁場(chǎng)強(qiáng)度，高斯則發(fā)明了更為精確的磁場(chǎng)強(qiáng)度絕對(duì)測(cè)量方法，使得地磁觀測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)突破[1]。從初期只能測(cè)定磁方位，發(fā)展到后期還能測(cè)得地磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)值，技術(shù)是在不斷地發(fā)展，但這都屬于海面上的地磁場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展和質(zhì)子旋進(jìn)磁力測(cè)量技術(shù)的成熟和完善，海洋地磁觀測(cè)才發(fā)展到動(dòng)態(tài)的走航測(cè)量方式。高效率、高精度的走航式海洋地磁測(cè)量成果也給地質(zhì)科學(xué)發(fā)展帶來(lái)了革命性的推動(dòng)[3]。海洋地磁測(cè)量成果揭示了海底磁異常在洋中脊兩邊大致平行分布，古地磁、巖石磁學(xué)可精細(xì)測(cè)定和研究異常區(qū)巖石磁性和年齡，這些都為海底擴(kuò)張、大陸漂移和板塊運(yùn)動(dòng)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)[4]?，F(xiàn)今的海洋地磁測(cè)量已經(jīng)成為海洋測(cè)繪、區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)資源和環(huán)境工程調(diào)查的重要手段，在海洋科學(xué)調(diào)查和研究中起著十分重要的作用。

在國(guó)外，在海底開展地磁場(chǎng)長(zhǎng)期連續(xù)和定點(diǎn)的觀測(cè)可追溯到1965年在加利福尼亞外海所建立的海底地磁臺(tái)[5]，并在洋底記錄到了一些小的磁暴。對(duì)比其他地磁臺(tái)，可認(rèn)為海底的高頻波動(dòng)的衰減和Z分量有些異樣，分析為海水中感生電流所引起的海岸效應(yīng)[6]。在國(guó)內(nèi)，首次海底地磁定點(diǎn)觀測(cè)始于2004年，地磁觀測(cè)站布設(shè)在南海北部陸坡，并成功地獲得了地磁觀測(cè)資料[7]。因受海底地磁觀測(cè)技術(shù)方法的限制，尤其是在深海環(huán)境下開展相關(guān)觀測(cè)，相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度很大。后續(xù)的成果報(bào)道比較少，因而相應(yīng)的海底地磁觀測(cè)技術(shù)方法的推廣以及應(yīng)用研究相對(duì)比較滯后。

2 海底地磁觀測(cè)技術(shù)

在海底開展地磁場(chǎng)長(zhǎng)期連續(xù)和定點(diǎn)的觀測(cè)技術(shù)分二類，一類是地磁場(chǎng)的總場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)，另外一類為地磁場(chǎng)的矢量觀測(cè)技術(shù)。

（1）總場(chǎng)觀測(cè)技術(shù)。地磁場(chǎng)總場(chǎng)觀測(cè)主要是測(cè)得地磁場(chǎng)的總場(chǎng)強(qiáng)值（F值），這也是一種絕對(duì)測(cè)量技術(shù)。此類設(shè)備通常是由質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀、OVERHAUSER增強(qiáng)型質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀或（銫）光泵磁力儀構(gòu)成的。一般測(cè)地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)值的儀器由傳感器和測(cè)量裝置兩個(gè)部分組合而成。傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)易受外界環(huán)境的影響，傳感器產(chǎn)生的頻率和環(huán)境地磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比。測(cè)量地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)值的磁力儀在一定程度上也是一種頻率計(jì)數(shù)器。計(jì)頻的準(zhǔn)確性也決定了測(cè)量?jī)x器的分辨率、靈敏度、精度等技術(shù)指標(biāo)。通常，質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的測(cè)量精度可優(yōu)于0.5 nT，OVERHAUSER增強(qiáng)型質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的精度可優(yōu)0.2 nT，而銫光泵磁力儀的精度比前二類高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

海底的總場(chǎng)磁力觀測(cè)技術(shù)只需保持良好的和穩(wěn)定的測(cè)量環(huán)境，地磁觀測(cè)設(shè)備可懸浮在水體之中，圖1所示為本文作者參與研發(fā)的海底地磁日變觀測(cè)站設(shè)備。整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)需配套的輔助設(shè)備由聲學(xué)釋放器、玻璃浮球和混凝土塊組成。

（2）地磁場(chǎng)矢量觀測(cè)技術(shù)。地磁場(chǎng)矢量觀測(cè)大體分幾類。①磁通門磁力儀主要是測(cè)得地磁場(chǎng)各個(gè)分量的X、Y和Z，是一種地磁場(chǎng)的相對(duì)測(cè)量技術(shù)方法；②FHD質(zhì)子旋進(jìn)式矢量磁力儀，測(cè)量地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)值（F）、水平分量值（H）以及磁偏角（D）；③DIDDF矢量磁力儀，測(cè)量地磁場(chǎng)總場(chǎng)強(qiáng)值（F）和 δI、 δD、 X、 Y、 Z， 經(jīng)換算可得到 F、 X、Y、Z、I、D數(shù)值。后兩者是絕對(duì)測(cè)量與相對(duì)測(cè)量的組合型磁力儀，也稱為準(zhǔn)絕對(duì)測(cè)量的矢量磁力儀。例如，F(xiàn)HD質(zhì)子旋進(jìn)式矢量磁力儀測(cè)量精度一方面取決于測(cè)量總場(chǎng)的傳感器的測(cè)量精度，另外一方面又受跟蹤補(bǔ)償電路精度制約。其中，跟蹤補(bǔ)償電路主要包括壓控諧振器電路、相位檢測(cè)電路、伺服電路和標(biāo)準(zhǔn)正余弦電路等。其工作原理如圖2所示。DIDDF矢量磁力儀將質(zhì)子旋進(jìn)磁力儀的傳感器置于由偏角D和傾角I組成的兩個(gè)球形線圈內(nèi)，兩個(gè)球形線圈互相正交，且垂直于地磁場(chǎng)方向， 測(cè)量δI、 δD、 X、Y、Z和F。

圖1 自主研發(fā)的海底地磁日變站在廣東肇慶地磁臺(tái)做對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)Fig.1 Contrast observation test of the independent development geomagnetic base station in Guangdong Zhaoqing geomagnetic station

圖2 跟蹤補(bǔ)償電路示意圖Fig.2 Schematic diagram of tracking compensation circuit

與在海底的地磁場(chǎng)總場(chǎng)測(cè)量方式不同，海底地磁場(chǎng)矢量測(cè)量系統(tǒng)不僅需要處在良好的和穩(wěn)定的測(cè)量環(huán)境，而且設(shè)備還需要平穩(wěn)坐落在海底或者需要安裝在固定的支架上以保持固定的姿態(tài)。圖3為德國(guó)STL Systemtechnik Ludwig GmbH生產(chǎn)

的海底多參量矢量磁力儀觀測(cè)系統(tǒng)。它是一種基于磁通門測(cè)量工作原理的海底矢量磁力儀系統(tǒng)，可用于船磁特征測(cè)量，港口和航道的防御，多參量地磁場(chǎng)測(cè)試和信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

圖3 德國(guó)STL公司的多參量地磁場(chǎng)測(cè)量?jī)xFig.3 Multi-parameter magnetic field measuring instrument of Germany STL Company

（3）輔助觀測(cè)技術(shù)。與陸地固定和移動(dòng)地磁觀測(cè)臺(tái)的設(shè)備不同，海底地磁觀測(cè)設(shè)備除了磁測(cè)部分一致之外，其它的 “時(shí)間信號(hào)的時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)”和 “輔助設(shè)備”等都有很大的區(qū)別。

陸地設(shè)備中的 “時(shí)間信號(hào)的時(shí)間服務(wù)系統(tǒng)”通常采用GPS接收機(jī)的授時(shí)系統(tǒng)，其授時(shí)精度可達(dá)數(shù)十納秒乃至數(shù)納秒，且無(wú)累積誤差。而海底地磁觀測(cè)設(shè)備因工作在海底，無(wú)法獲得GPS的實(shí)時(shí)信息，只能采用內(nèi)部時(shí)鐘作為時(shí)間記錄的參考設(shè)備。目前除價(jià)格昂貴的高精度原子鐘授時(shí)精度可小于1 μs之外，通常只能采用高穩(wěn)定性的時(shí)鐘晶振系統(tǒng)，其精度可達(dá)數(shù)百納秒，在深海海底2～3℃的恒溫環(huán)境下，其每月時(shí)鐘偏差通常在1 s左右，甚至?xí)笠恍２捎枚〞r(shí)標(biāo)記法，用分區(qū)段的方式來(lái)提高時(shí)鐘的準(zhǔn)確度，可降低鐘漂的非線性特征帶來(lái)的誤差，目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛地運(yùn)用于自容式的海底觀測(cè)設(shè)備之中。

陸地設(shè)備的 “輔助設(shè)備”中的供電系統(tǒng)可采用直接連通市電、蓄電池供電、太陽(yáng)能供電或者綜合供電（太陽(yáng)能/蓄電池綜合供電）等供電方式；而海底地磁觀測(cè)設(shè)備在海底連續(xù)工作只能依靠高性能的蓄電池。因此，對(duì)蓄電池的選擇有特殊的技術(shù)要求。例如：①要求體積小，能量密度大；②適應(yīng)低溫環(huán)境性能強(qiáng)；③瞬時(shí)放電電流大，可以確保啟動(dòng)聲納設(shè)備發(fā)射和熔斷單元能夠正常工作。鑒于這些特別要求，可選用能量密度在250 WH/kg、放電電流普遍可以做到1 C以上充電聚合物鋰電池，同時(shí)也可以考慮不可充電的鋰亞電池。除此之外，因海底地磁觀測(cè)設(shè)備需長(zhǎng)期工作在海底，尤其是在深海海底環(huán)境下，對(duì)設(shè)備封裝要求比較高。一般選用抗壓高的，耐腐蝕的水密容器作為儀器艙。例如，玻璃球作為容器，不但無(wú)磁性，而且耐壓抗腐蝕。地磁觀測(cè)設(shè)備與裸露在外面的聲納設(shè)備、其他儀器艙之間的連接需要特殊水密接插件。水下觀測(cè)設(shè)備的螺絲或者其他金屬部件要求是耐腐蝕的高標(biāo)號(hào)弱磁性金屬材料制作，同時(shí)還需對(duì)其進(jìn)行陽(yáng)極化耐腐蝕處理。

（4）關(guān)鍵技術(shù)。海底地磁觀測(cè)技術(shù)需具備功耗低、存儲(chǔ)容量大、體積小和結(jié)構(gòu)合理等特點(diǎn)。宏觀而言，相關(guān)觀測(cè)設(shè)備工作水深不僅取決于水下封裝外殼的承壓密封能力，而且還與聲學(xué)釋放器的水聲通信能力密切相關(guān)；其工作時(shí)間取決于儀器的功耗和電池的儲(chǔ)能。其它的關(guān)鍵技術(shù)是：①儀器狀態(tài)監(jiān)測(cè)：對(duì)于矢量磁力儀而言，無(wú)論是從水面直接投放還是采用有纜可視監(jiān)控吊放到海底前再投放，均需獲得水下設(shè)備著底后的高精度的姿態(tài)信息；②地磁干擾問(wèn)題：由于海底地磁觀測(cè)系統(tǒng)是多學(xué)科的技術(shù)集成，因此需要最大程度地降低各設(shè)備之間的電磁干擾問(wèn)題；③衛(wèi)星定位和通訊功能：將衛(wèi)星定位和通訊技術(shù)集成在海底矢量磁力儀設(shè)備中，并作為海面搜索輔助功能，可增強(qiáng)設(shè)備回收能力。

3 海底地磁觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究

地磁觀測(cè)技術(shù)是一門傳統(tǒng)地球物理觀測(cè)技術(shù)，在海洋資源勘探、海洋地質(zhì)與地球動(dòng)力學(xué)等基礎(chǔ)研究、海嘯預(yù)警與防災(zāi)減災(zāi)以及國(guó)防軍事研究領(lǐng)域中均起著非常重要的作用。在動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程中，海洋磁測(cè)是一種相對(duì)測(cè)量，需要固定臺(tái)站的地磁日變觀測(cè)數(shù)據(jù)為其最終成果資料的數(shù)據(jù)處理提供日變改正。由于地磁日變改正資料具有區(qū)域性，在遠(yuǎn)海區(qū)布設(shè)海底地磁觀測(cè)站可以彌補(bǔ)缺乏日變改正資料的問(wèn)題。不論將地磁測(cè)量應(yīng)用于哪個(gè)領(lǐng)域，固定臺(tái)站的地磁觀測(cè)在地磁測(cè)量過(guò)程中一直占據(jù)著重要的位置。又因?yàn)椴煌I(lǐng)域的應(yīng)用研究需要進(jìn)行不同方式的觀測(cè)，所以對(duì)海底地磁儀布設(shè)的數(shù)量、位置以及技術(shù)要求也是不同的。

在海洋礦產(chǎn)資源勘探和區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，“重磁先行”已經(jīng)成為傳統(tǒng)調(diào)查的主要方法。對(duì)于大范圍的地質(zhì)普查和概查階段，由于重磁位場(chǎng)勘探工作效率高，成本低，能圈閉一些大的地質(zhì)構(gòu)造，具有地震勘探不可取代的優(yōu)勢(shì)[8]。對(duì)于一些海底泥底辟、巖漿的侵入體等特殊地質(zhì)體，也可以通過(guò)海洋磁力測(cè)量判別其巖性，與地震資料解釋互為驗(yàn)證，提高資料解釋的準(zhǔn)確性[9]。同時(shí)充分研究分析陸地和海域的重磁場(chǎng)特征分布，可以深刻認(rèn)識(shí)海域地質(zhì)地球物理場(chǎng)特征。海洋地磁測(cè)量成果還可以解釋洋盆海底的磁異常條帶在空間上的展布規(guī)律，分布次序。近年來(lái)，通過(guò)對(duì)南海海盆的近底磁測(cè)，所獲得的數(shù)據(jù)曲線清晰連續(xù)，比海面測(cè)量資料具有更高的分辨率和更大的異常值。深拖測(cè)量不但提供了第一手重要資料，同時(shí)為我國(guó)科學(xué)家在南海甚至在全球范圍內(nèi)進(jìn)行深拖測(cè)量積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，積極推動(dòng)了我國(guó)海洋調(diào)查技術(shù)的發(fā)展。

在地磁學(xué)研究中，通過(guò)在海洋設(shè)立連續(xù)矢量觀測(cè)的海底地磁觀測(cè)站和海底觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可以獲取連續(xù)的海洋地磁場(chǎng)矢量信息，同時(shí)結(jié)合陸地地磁觀測(cè)網(wǎng)，可形成獲取連接我國(guó)大陸及海洋的地磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化信息的能力。綜合分析海陸地磁場(chǎng)的矢量觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以在全球框架下研究地磁場(chǎng)特性。完整的、高時(shí)空分辨率的地球磁場(chǎng)基本模型，將會(huì)提高人類對(duì)地球磁場(chǎng)認(rèn)識(shí)的準(zhǔn)確性。同時(shí)也可為在更大范圍內(nèi)開展地磁地震前兆信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，防災(zāi)減災(zāi)和海嘯預(yù)報(bào)等領(lǐng)域的科學(xué)研究提供一手資料。

早在第二次世界大戰(zhàn)前，磁測(cè)技術(shù)就開始用于軍事目的的探測(cè)，如探潛、探雷[10]。如今的國(guó)防工業(yè)中的水下兵器中的水雷、魚雷等仍然采用磁通門磁力儀探測(cè)技術(shù)作為核心的誘引部件。在國(guó)防軍事應(yīng)用研究中，通過(guò)科學(xué)合理地利用海底專用電纜或當(dāng)今的海底網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，建設(shè)海底地磁觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，可將海底地磁觀測(cè)技術(shù)用于國(guó)防軍事。基于磁力儀對(duì)鐵磁性物質(zhì)反應(yīng)靈敏的特性，將高靈敏度海洋磁力儀設(shè)立在特定觀測(cè)點(diǎn)位，開展地磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)量，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)觀測(cè)站點(diǎn)附近一定范圍內(nèi)的水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)物等的活動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。高精度矢量海洋磁力儀具有較高的監(jiān)測(cè)能力，包括對(duì)探測(cè)對(duì)象的磁反應(yīng)靈敏度、探測(cè)定向等。通過(guò)在主要的航道和港口中布設(shè)觀測(cè)臺(tái)站，可監(jiān)視如艦艇等水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)物的進(jìn)出情況，為軍事防御提供預(yù)警信息。

“十一五”以來(lái)，在國(guó)家 “863”計(jì)劃的支持下，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局和廣東省地震局聯(lián)合成功研發(fā)了海底地磁日變觀測(cè)站，并運(yùn)用于海洋調(diào)查之中[11-12]。其它的一些與海底地磁觀測(cè)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)方法研究成果不斷涌現(xiàn)[9，13]。但這僅僅是地磁場(chǎng)的總場(chǎng)觀測(cè)范疇，而地磁場(chǎng)矢量觀測(cè)長(zhǎng)期以來(lái)缺乏相關(guān)技術(shù)和成熟產(chǎn)品，導(dǎo)致了海域地磁觀測(cè)工作一直滯后。2014年，由中國(guó)地震局地球物理研究所作為第一技術(shù)支撐單位，珠海泰德企業(yè)有限公司牽頭、廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局、國(guó)家海洋局第二海洋研究所作為主要應(yīng)用單位的國(guó)家科技部重大儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng) “海洋地磁場(chǎng)矢量測(cè)量?jī)x開發(fā)和應(yīng)用”項(xiàng)目已經(jīng)啟動(dòng)[14]。作為海底地磁場(chǎng)矢量觀測(cè)技術(shù)與方法研究的先驅(qū)者，該項(xiàng)目將開展相關(guān)技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)工作，同步開展海域的相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用示范研究工作，以填補(bǔ)該領(lǐng)域的空白。

4 討論和展望

地磁學(xué)是地球物理領(lǐng)域的一門學(xué)科，既是一門古老的基礎(chǔ)學(xué)科，又是一門充滿活力的應(yīng)用學(xué)科。尤其是海底地磁觀測(cè)技術(shù)不僅用于海洋地質(zhì)區(qū)域調(diào)查、資源勘探和防災(zāi)減災(zāi)與地學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域領(lǐng)域，而且還可以運(yùn)用于航海和國(guó)防軍事領(lǐng)域。面臨不斷增長(zhǎng)的技術(shù)需求挑戰(zhàn)，目前的海底地磁觀測(cè)技術(shù)方法無(wú)論從適用范圍與實(shí)用性，還是技術(shù)成熟性均明顯不足。筆者就海底地磁觀測(cè)需解決的主要問(wèn)題和發(fā)展方向作以下幾點(diǎn)探討：

（1）海底地磁觀測(cè)技術(shù)需要加快研發(fā)和完善。除了將陸地地磁矢量觀測(cè)技術(shù)移植到海洋中之外，海底觀測(cè)設(shè)備的回收率是迫切需要解決的問(wèn)題。它涉及到聲通訊性能、密封性能、抗壓性能，還涉及到設(shè)備投放到海底之后的姿態(tài)的技術(shù)方法研究。此外，針對(duì)地磁矢量觀測(cè)技術(shù)在海底觀測(cè)的特殊性，需重點(diǎn)攻克時(shí)鐘漂移、低功耗、抗干擾、提高檢測(cè)信號(hào)的質(zhì)量和設(shè)備的姿態(tài)控制等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

（2）積極開展海底觀測(cè)的技術(shù)方法研究。我國(guó)的海底地磁觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作仍然在摸索和嘗試的起步階段，迫切需要加快建設(shè)我國(guó)大陸架、大陸邊緣和島礁區(qū)的海洋地磁（地球物理）綜合觀測(cè)系統(tǒng)，盡早完善我國(guó)地磁綜合觀測(cè)網(wǎng)。通過(guò)在海洋設(shè)立連續(xù)運(yùn)行的地磁矢量觀測(cè)站點(diǎn)和海底網(wǎng)絡(luò)，可以獲取連續(xù)的海洋地磁場(chǎng)矢量信息。同時(shí)結(jié)合陸地地磁觀測(cè)網(wǎng)，形成獲取覆蓋我國(guó)大陸及海洋的地磁場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化信息的能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)海域地磁地震前兆信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，要利用好國(guó)家現(xiàn)有的公共資源開展海底的地磁觀測(cè)工作，如海洋觀測(cè)浮標(biāo)和海底網(wǎng)絡(luò)等。

（3）做好布置海底地磁觀測(cè)站的選址工作。無(wú)論海洋資源勘查還是區(qū)域構(gòu)造調(diào)查，都需要開展高精度海洋磁測(cè)獲取精細(xì)的磁異常。地磁日變改正是地磁測(cè)量過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，涉及到磁測(cè)的精度問(wèn)題。只有在探查目標(biāo)區(qū)近距離設(shè)立高精度的連續(xù)觀測(cè)站，才能保障海洋磁測(cè)數(shù)據(jù)的有效使用。而具有矢量測(cè)量能力的海洋磁力儀，不僅能滿足總場(chǎng)測(cè)量需要，而且還可為開展海洋矢量磁測(cè)數(shù)據(jù)分析和研究提供數(shù)據(jù)，因而觀測(cè)站點(diǎn)或者海底網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境選址非常重要。

（4）拓展海底地磁觀測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域，多方位地服務(wù)于國(guó)家建設(shè)。當(dāng)前海底地磁觀測(cè)技術(shù)在地學(xué)研究中的應(yīng)用程度遠(yuǎn)高于其他領(lǐng)域。又因?yàn)楹５椎卮攀噶坑^測(cè)技術(shù)可應(yīng)用于國(guó)防軍事，研發(fā)相關(guān)技術(shù)對(duì)于國(guó)防建設(shè)十分重要。因此，要針對(duì)國(guó)防軍事應(yīng)用中存在的關(guān)鍵問(wèn)題，改進(jìn)和完善海底地磁矢量觀測(cè)技術(shù)，提高工作效率，積極開展相應(yīng)的技術(shù)方法研究。

今后在開展海底地磁觀測(cè)技術(shù)及方法的研究中，應(yīng)以海洋科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)為指導(dǎo)，跟蹤國(guó)內(nèi)外海底地磁觀測(cè)及相關(guān)技術(shù)的最新進(jìn)展與應(yīng)用研究熱點(diǎn)問(wèn)題，積極開展相關(guān)觀測(cè)技術(shù)研發(fā)及方法研究等研究工作，不斷開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，完善觀測(cè)技術(shù)和制造工藝，更好地服務(wù)于科學(xué)研究、國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的資源勘探、國(guó)防軍事與防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域。

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Research and Prospect of the Underwater Geomagnetic Observation Technology

LUO Yufen1， PAN Feiru2， XU Xing3， HE Qiwu1
（1.Guangdong Earthquake Agency， Guangzhou 510070， China； 2 Zhuhai Tai-de Enterprises Ltd.， Zhuhai 519085，China；3.Guangzhou Marine Geological Survey， Guangzhou 510760，China）

This paper summarized and reviewed the development of the geomagnetic observation in the domestic and overseas,classified them with terrestrial and undersea magnetometer， and then analyzed the critical technical issues of the geomagnetic observation underwater.By discussing the application in different domains,the future directions of the geomagnetic observation underwater have been oriented:strengthening the equipment research and development， technology method research of the application domains， the site selection of the underwater geomagnetic observation point and network，which all will extend the application fields of the underwater geomagnetic observation.

Geomagnetism； Observation； Ocean floor； Total field magnetometer； Vector magnetometer

P318.6

A

1001-8662（2017）03-0063-06

10.13512/j.hndz.2017.03.009

羅玉芬，潘飛儒，徐行，等.海底地磁觀測(cè)技術(shù)方法研究和展望[J].華南地震，2017，37（3）：63-68.[LUO Yufen，PAN Feiru，XU Xing，et al.

Research and Prospect of the Underwater Geomagnetic Observation Technology[J].South China journal of seismology，2017，37（3）：63-68.]

2017-02-06

國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)（2014YQ100817）；國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目（91028007）聯(lián)合資助

羅玉芬（1981-），女，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)與管理工作。

E-mail：563156159@qq.com.

徐 行（1963-），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事海洋地球物理探測(cè)技術(shù)方法研究。

E-mail：gz_xuxing@163.com.