// Вие четете...

Приложни науки

Задачи и съдържание на морската магнитна снимка.

„По-добре да разбереш, отколкото да видиш.“

Въведение. Основен метод за изучаване на геомагнитното поле (ГМП) в океана се явява морската магнитна снимка. Морската магнитна снимка се явява съставна част на хидрографските изследвания на океаните и моретата. Понеже ГМП е квазистационарно поле, то провеждането на морската магнитна снимка може да се осъществява съвместно с промерите и гравиметричните снимки.

Централен въпрос при проектиране на изследвания на ГМП в океана се явяват обосновката на точността на измерванията и подробността на снимката. С тях непосредствено са свързани качеството на снимката и нейната стойност. Поради това въпросът за обосновката на точността на измерванията и подробността на снимката се отделя голямо внимание в частите и подразделенията на Хидрографска служба на ВМФ, занимаващи се с геомагнитното поле на океана.

Не по-малко важен се явява и въпросът за способите на отчитане на вариациите на ГМП, влияещи на точността на морската магнитна снимка, които за сега нямат окончателно решение, тъй като използването на морските магнитно вариационни станции (МВС) не винаги е възможно, а данните от бреговите магнитни обсерватории често не удовлетворяват по точност заради разликите в структурата на полето на материка и в океана. Поради това понастоящем голямо внимание се отделя на разработката на нови способи за отчитане на вариациите на геомагнитното поле в океана.

1. Задачи и съдържание на морската магнитна снимка. Истинският характер на геомагнитното поле не се поддава на точно математическо описание, поради което за неговото изучаване се провеждат непосредствени наблюдения за елементите на земния магнетизъм и техните изменения във времето.

Постоянни наблюдения се провеждат в сравнително не много стационарни пункта, наричани магнитни обсерватории. В обсерваториите се извършват регулярни определения на абсолютните значения на елементите на магнитното поле на Земята по непосредствени наблюдения с точност по-висока от тази при магнитната снимка. В задачите на обсерваториите влиза наблюдението на измененията на елементите на земния магнетизъм, тоест над вариациите на магнитното поле на Земята. Тези вариации се записват непрекъснато с помощта на магнитни вариометри с висока точност.

Изследванията на вариациите на ГМП в океаните и моретата се осъществяват с помощта на морски магнитно вариационни станции (МВС).

Магнитната снимка, изпълнявана от Хидрографска служба на ВМФ се осъществява в съответствие с инструкцията за морска магнитна снимка (ИМ-86).

Морската магнитна снимка (ММС) на акваториите на океаните и моретата се изпълняват с цел изучаването на структурата на ГМП в Световния океан и използването на данните за геомагнитното поле в интересите на ВМФ.

В съответствие с целите, задачи на морската магнитна снимка се явяват:

– изясняване на общия характер на разпределението на ГМП в Световния океан;

– изясняване и обследване на аномалиите в геомагнитно отношение акваториите на океаните и моретата;

– детайлно обследване на навигационно – хидрографските полигони и някои отделни райони, имащи важно значение за дейността на силите на флота;

– изследвания за пространственото и времево разпределение на вариациите на ГМП;

– съставяне, създаване и коректура на морските магнитни карти, ръководства и пособия за плаване;

– изследвания на ГМП за изработване препоръки по използването на силите, оръжието и техническите средства на ВМФ, действието на които се основава на използването на магнитното поле на Земята, при планиране на операции и бойни действия.

Изискванията към точността на измерване на различните параметри на ГМП са приведени в следващата таблица.

Изисквания на ВМФ към точноста на измерене на параметрите на ГМП.

Забележка:

T – модул на пълния вектор на магнитната индукция;

T – нарастване на пълния вектор на магнитната индукция;

H, Z – хоризонтална и вертикална съставляваща на пълния вектор на магнитната индукция;

T, H, Z – вариации на пълния вектор на магнитната индукция и неговите съставляващи;

Hx, Hy, Hz – северна, източна и вертикална съставляваща на магнитния вектор на променливото ЕЕМП;

D – магнитно склонение.

Магнитна снимка в океана може да се извърши с кораб, летателен апарат, ИСЗ или от леда.

Най-точни и пълни морски геомагнитни изследвания могат да бъдат изпълнени със специално построени не магнитни кораби. Широко известни са изследванията, изпълнени с не магнитната шхуна „Заря” в Атлантическия, Индийския и Тихия океан. Обобщените резултати от наблюденията на широки акватории са позволили да бъдат направени доста интересни изводи. Ще приведем някои от тях.

Съвременните магнитни карти на океаните се явяват основни материали за практическо използване и за всякакъв род анализи и разчети, съдържат значителни както случайни, така и систематични погрешности. Първите се определят от недостатъчната изученост на характера на разпределение и степента на аномалии на магнитното поле в океана и може да са средно число за акваторията на океана 300-400 нТл по сила и 1 – 2° по магнитно склонение. Вторите се определят от недостатъчните знания на вековните вариации и техните изменения във времето и могат в отделни области на океана, особено в южното полукълбо, превъзхожда 200 нТл по сила и 5-6о по магнитно склонение.

За намаляване на случайната погрешност на магнитните карти е необходимо сгъстяване на мрежата от маршрутите на наблюдение. За освобождаване на картите от големи систематични грешки е необходимо организирането на регулярна служба на наблюдение на вековния ход в океана.

Получените материали са позволили първо за последните десетилетия да бъдат построени карти от изопори (линии на равните значения на вековния ход на ГМП) за акваторията на изследваните океани, основани на непосредствените резултати от наблюденията. Главното практично значение от съставените карти се заключават в това, че те позволяват да бъдат приведени всички магнитни наблюдения в тези океани, изпълнени в първата четвърт на предишното столетие към съвременната епоха и тези същите да бъдат използвани в съвременната магнитна картография.

Анализът на съставените карти е потвърдил съществуващите предположения за дълбочинния произход на вековните вариации.

Анализът на откритата чрез работата на „Заря” магнитна аномалия в океаните е позволил точното различаване на областите на аномалии и спокойно магнитно поле. Регистрацията на дълбочинните източници, предизвикващи магнитни аномалии и по нататъшната статистическа обработка на материалите са дали възможност да бъде построена схематичната картина на разпределението на дълбочините на основния кристален фундамент в областите с аномално магнитно поле.

Морската магнитна снимка в болшинството случаи се провежда с кораб, с използването на морски буксируеми магнитометри при което, като правило се измерва модула на пълния вектор на магнитната индукция. С появяването на компонентните и диференциалните магнитометри започнали да се изпълняват морски компонентни магнитни снимки (вертикална, по-рядко хоризонтална, съставляващи на пълния вектор) и градиентна снимка на геомагнитното поле.

При необходимост получаването на точна картина на магнитното поле близо до дъното или неговото обемно разпределение във водния слой на океана, измервания на геомагнитното поле се извършват с подводни изследователски апарати.

В последните години за решаване на ред специални задачи (изучаването на общия характер на главното магнитно поле на Земята, определяне на неговия вековен ход и т.н.) магнитната снимка се извършва от спътници.

2. Обосновка на точността и подробността на снимката. Морската магнитна снимка се предшества от разработката на научно – технически проект, който се съставя на основата на задание, разработено от ГУНиО на МО.

Пред съставянето на научно – техническия проект се изучава района на работа по картографски и описателен материал. Резултатите от изучаването на събраните материали се използват при съставянето на научно – техническия проект.

Научно – техническия проект представлява развърнато организационно – техническо решение на задачите и в съответствие с РОИ-80 трябва да съдържа следните раздели:

1) обяснителна записка;

2) техническо обоснование на способите на работа;

3) организация на работа;

4) приложения.

Техническото обосноваване на способа на работа се явява основен раздел на техническия проект.

В съответствие с Инструкция по морска магнитна снимка (ИМ-86) в него се обосновава:

а) подбор на апаратурата (магнитометри, вариационни станции);

б) разместване на апаратурата на носителя (кораб, самолет и т.н.);

в) способа за определяне на мястото с указание за честотата и очакваната точност на определяне;

г) точност на измерване и подробност на снимката, разположение на галсите и мащаба на снимката;

д) способи на определяне и отчет на поправките за вариации на магнитното поле и девиация;

е) способи на координация на маршрутите, контрола, методиката на полевата и окончателната обработка на материалите и т.н.

Всичко, което е възможно се показва графично на схемите, прилагани към техническия проект, който се съставя в мащаб, удобен за изобразяване на:

– границите на района на работа;

– нарезката на планшета с указание за техните мащаби;

– местоположението на планираните за разместване или използване на магнитните вариационни станции и магнитни обсерватории;

– линиите на равна точност по определяне на мястото с помощта на РНС;

– магнитна изученост на района;

– релеф на дъното в района на работа.

На основата на научно – техническия проект се съставя техническото предписание за извършване на работите. Наред с инструкциите по морската магнитна снимка то служи за изпълнителите като основен ръководен документ по време на изпълнение на работите.

Изпълнителят в хода на работа взема решения по изменението на набелязаната система на покритие на района с галси от магнитната снимка по отношение на открити местни особености на магнитното поле. В хода на работа изпълнителят може също така да взема решения по изменението на проектираната схема по разстановката на МВС, такива изменения трябва да бъдат санкционирани от непосредствения ръководител на работата.

Всички отстъпления от техническото предписание, допускания при извършването на работите, трябва да бъдат пояснени в отчета.

Разглеждайки характера и съдържанието на техническата документация на извършването на морската магнитна снимка ще преминем към въпроса за разработка на техническия проект по същество.

При проектиране на кой да е вид хидрографски изследвания обикновено се решават следните основни задачи:

1. Анализ на научно – техническата обоснованост на предявяваните изисквания и уточняване на последните.

2. Установяване на степента на съответствие на съществуващата изученост на предявяваните изисквания.

3. Определяне на обема на допълнителните работи, точността на измерване и подробността на снимката, които са необходими за удовлетворяване на поставените изисквания.

4. Икономическа обосновка на целесъобразността на провежданите работи, отговарящи на предявяваните изисквания и уточняване на обема и съдържанието на изследванията.

Изискванията към изследванията на океана се изработват от потребителите на тези изследвания, изхождайки от необходимата точност на параметрите за решаване на едни или други конкретни задачи. Но на практика често се оказва, че изискванията биват необосновано завишени, а понякога и занижени. Случва се и така, че тези изисквания въобще не се съгласуват с физическата природа на изучаваното поле. Поради това на хидрографите им се налага сами те да имат представа за методиката на обосноваване на изискванията.

Изискванията трябва да бъдат:

– действително необходими, тоест тяхното не изпълнение води към големи икономически загуби в сравнение с разходите, свързани с тяхното удовлетворяване или към срив на поставените задачи;

– изпълними от гледна точка на тяхното съответствие с природата на изучаваното поле;

– реални от гледна точка на възможностите на измерителната техника.

Особено внимателно следва да се проанализират тези изисквания, чиито удовлетворяване е свързано с големи икономически разходи.

След уточняването на изискванията се анализира изучеността на конкретните райони и се определя обема на работа, необходим за удовлетворяване на поставените изисквания. Установява се изискуемата точност и подробността на снимката. По нататък се оценява стойността на работите и се решава въпросът за икономическата целесъобразност за тяхното изпълнение в пълен или съкратен обем.

Централен въпрос на проектирането за изследването се явява определянето на точността на измерванията и подробността на снимката. Този въпрос е непосредствено свързан с качеството на снимката и нейната стойност.

Точността на измерване се наслагва от точността на определяне на координатите на мястото и точността на собственото измерване на измервания параметър.

Подробността на снимката при непрекъсната регистрация се определя от величината на между галсовото разстояние L.

Точността на измерване и подробността на снимката се установяват в зависимост от характера на решаваните задачи и поставените изисквания.

При това се различават два основни случая: когато се задават точността на снимката или условията на решаване на задачите с използваните резултати от снимката и когато се задават вероятностите за откриване на аномалии с определени размери.

1. Методи на планиране за първия случай. В този случай точността и подробността на снимката трябва да бъдат такива, щото да осигурят в район с определен характер на полето изучаването на неговите параметри със зададена средно квадратична грешка, включваща в себе си грешката от собствените си измервания, грешката, предизвикана от неточността на определяне на мястото и грешката от интерполацията между галсите.

По такъв начин точността на снимката може да бъде определена по формулата:

където М – очаквана средно квадратична погрешност на определяне на мястото на кораба на галса, км;

g – преобладаващ хоризонтален градиент на изучаваното параметър, нТл/км;

mвар – СКП на определяне на вариациите, нТл;

mдев – СКП на определяне на поправките за девиация на магнитометъра, нТл;

mп – сумарна инструментална погрешност на магнитометъра, нТл;

mг – априорна грешка, СКП на измерване на ГМП на галса, нТл;

mи – погрешност на интерполация, зависеща от величината на между галсовото разстояние, характера на разчлененост на полето и приетия способ на интерполация, нТл.

Планирането на магнитната снимка се осъществява в два последователни етапа.

1. Планиране на средствата за осигуряване на снимката.

2. Планиране на системата от галси и определяне на планираната точност на магнитната снимка.

Първия етап е насочен към максимално снижение на величините

Преобладаващия хоризонтален градиент на ГМП се определя на основата на обработката на съществуващи материали от магнитната снимка за района или на основата на използване на данни за ГМП на други изучени райони, близки по своите геоморфологични особености до планирания район. При отсъствие на указаните данни g се приема равен на 30 – 40 нТл/км.

Величината mвар може да бъде оценена:

– оценка на СКП на измерване на вариациите с конкретни образци на МВС;

– оценка на средно годишното ниво на магнитната активност в района на работа по график от вида

Значението на дев може да се оцени при използването на два датчика по формулата

При един датчик съответно по формулата

където V – скорост кораба, м/с;

t – цикъл на измерване, с;

g – преобладаващ хоризонтален градиент, нТл/м.

Сумарната инструментална погрешност на магнитометъра mп се определя от техническите характеристики на прибора.

Максималната от получената погрешност се приема за основна и се търсят начини за нейното снижаване, при което влиянието на погрешностите, които са в три пъти по-малки от основната се допуска да бъдат пренебрегнати.

По планираното значение на величината на СКП на снимката c се извършва оценка на допустимата погрешност на интерполацията като се изхожда от неравенството

В случай, че mГ = с, то СКП на интерполацията се приема равна:

– при mГ > с изпълнението на снимката със зададена погрешност на избраните технически средства не е възможно.

– при отсъствие на каквито и да било данни за ГМП в района на предстоящата снимка междугалсовото разстояние в метри се определя по таблица, съставена по следната формула

L = M/100 , (6)

където М – знаменател на мащаба на снимката.

а) При наличие на отделни профили от снимката, пресичащи района предвиден за изследване, може да бъде приложен следния метод за определяне на планираната подробност на снимката, тоест на между галсовото разстояние L. За това по наличните профили се разчита допустимата величина на СКП на интерполация s и от магнитограмите или непосредствено от планшета на снимката с максимално възможна стъпка r , км, но не по-често от 1- 2 мм се снема значението на ГМП Т по протежение на съществуващите галси. За всеки галс се извършва оценка на величината на СКП на линейната интерполация mинт по формулата

където j – всяко цяло число, съответстващо на съседна интерполация.

По резултатите се изчислява mинт за различните значения на интервалите на интерполация rj = 2rj като се строи график на зависимостите mинт от rj и по него се определя величината на интервала, които съответства на равенството mинт = mи.

Възползвайки се от графика се определя галса, за който rдоп е максимално и следователно, чийто направление съответства на направлението на най-малката изменчивост на ГМП. Полученото значение полагат да е равно на междугалсовото разстояние,

Lт = rдоп , (10)

а в качеството на направления на редовите галси се използват направления, нормално разположени към дадения галс.

б) Освен това, в последно време са намерили достатъчно широко приложение използването на графики за избора на междугалсовото разстояние по значенията на градиентите на ГМП (рис. 3).

Порядъкът на работа с такива графики е достатъчно прост – достатъчно е да се знае значението на хоризонталните градиенти в района, подлежащ на изследване. Тези данни могат да се получат по резултатите от маршрутните снимки, а също така от материалите по магнитната изученост. Освен това, в настоящия момент в ГУНиО на МО и в Хидрографска служба на флота има схеми по районирането на акваторията на Световния океан по величината на градиента на ГМП.

Изложените методи по обосноваване подробността на снимката са приложими и към снимката на други стационарни геофизични полета, например, при извършването на промер.

Предложените за други прийоми по определяне на общата подробност на снимката. Известен е принципа, основан на зависимостта на подробността на снимката от характера и степента на разчлененост на релефа (геоморфологична класификация на подводния релеф), диапазона на измерваните дълбочини и отчитане също така на важността на изучаваните райони.

2. Методи на планиране за втория случай. Този случай е свързан с избора на подробността на снимката, когато последната се извършва с цел откриване на аномалии и при това се задава вероятността за откриване на аномалии с определен размер.

Изборът на оптималната мрежа от галси, по този начин е свързан с решаването на задачата по откриването на аномалии с различни форми и размери в зависимост от плътността и ориентацията на мрежата от галси.

Изборът на необходимата подробност на мрежата от галси за откриване на локални изометрични и разтеглени аномалии може да бъде извършен с помощта на следващата формула:

а) за изометрични (равно разпределени) аномалии:

където Р – зададена вероятност за откриване на аномалии в части от единицата;

r – радиус на аномалиите;

L – разстояние между галсите.

б) за линейно разтеглени аномалии:

или

където a – дължина на аномалията;

b – ширина на аномалията;

 – ъгъл между направлението на галса и простирането на аномалията.

Има решение на задачата и в много по-общ вид за аномалии с произволна форма. При проектирането на снимката се поставя също въпросът за рационално разположение на галсите, а именно, за тяхната ориентировка относно изолиниите на изучаваното поле и относно една към друга.

Разположението на галсите зависи от характера на снимката. Галсите на общата (генералната) снимка, една от чийто задачите се явяват откриване на крупни аномалии, трябва да бъдат разположени нормално към очакваното направление на тяхното разпространение. При това галсите трябва да бъдат паралелни при постоянна величина на междугалсовото разстояние.

При подробна снимка (регионална) и детайлна (локална) снимка направлението на галсите трябва да осигурява най-голяма точност на снимката, която може да бъде постигната по пътя на намаляване на погрешността на интерполацията. Поради това направлението на галсите трябва да съвпада с направлението на максималното значение на показателя на разчлененост (хоризонталната съставляваща на градиента на полето).

В общия случай при регионална и локална снимка галсите могат да се разполагат неравномерно. Запланираната честота на покритие и разполагане на галсите трябва да се уточняват в района на работа в зависимост от установяването, в процеса на снимката, на характера на разчлененост на полето на отделните участъци.

Галсите е необходимо да се разполагат нормално или под ъгъл към общото направление на изодинамите в района на работа с явно изразени направления на градиента на полето. При спокоен характер на ГМП с не явно изразено направление на градиента на полето или в районите с изотропни аномалии, галсите могат да се разполагат произволно по отношение към направлението на изодинамите. При отсъствие на данни за характера на полето или в случай на сложност (анизотропност) на полето се препоръчва галсите да се прокарват по квадратна или правоъгълна мрежа.

Относително един към друг галсите могат да се разполагат:

1) паралелно, когато се извършва равномерно покритие на снимката за цялата площ с еднаква подробност;

2) взаимно перпендикулярно при обследване на аномалии;

3) под някакъв ъгъл (във вид на зигзаг), когато е необходимо да се открие прегъване или пречупване на изолиниите на полето, на площи които са разтеглени в някакво направление;

4) веер (радиални галси).

По този начин, обосноваването на точността и подробността на магнитната снимка може да се извърши по различни методи в зависимост от задачите, за изпълнението на които се извършва снимката. При това се различават два основни случая:

1) когато се задава точността на снимката или условията за решаване на задачите с използване на резултатите от снимката;

2) когато се задава вероятността за откриване на аномалии с определен размер.

Заключение. Морската магнитна снимка се явява съставна част от хидрографските изследвания на океана и морето. Основен способ на снимка на ГМП в морето се явява хидромагнитната снимка. В методично отношение планирането на морската магнитна снимка има много общо с организацията на снимка на релефа на дъното.

При планиране на магнитна снимка е необходимо да се отчита възможната погрешност за вариации на ГМП и девиация.

Основен въпрос при проектирането на морска магнитна снимка се явява обосноваването на точността на измерване и подробността на снимката.

За всички видове снимки на стационарно поле е необходимо при разработката да се използва единен методологически подход към обосноваването на изискуемата точност на измерванията и подробността на снимката.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар