全球观测的地球磁场是一个矢量场，需要用总强度F的3个分量来描述，为垂直强度Z、北向分量X和东向分量Y，单位均为纳特(nT)。磁偏角D为地球磁力线在水平面上的投影偏离真北方向的锐角，偏东为正，偏西为负；磁倾角I为地球磁力线偏离水平面的锐角，向下为正，向上为负，单位均为度^[1]。磁偏角和磁倾角可用地磁经纬仪直接测定，总场强F可以用总强度磁力仪直接测定。其关系图如图 1所示。

但地磁场不是一成不变的，它的规则变化与地球、太阳、月球的自转和轨道运动有关。最突出的是日变化或太阳日变化，变化幅度量级为10~100 nT。太阳辐射在白天使大气层高层电离，并且太阳和月亮的引力引起电离层潮汐运动^[2]。

1 野外地磁测量

地磁测量工作按其观测要素和应用领域分为地面地磁测量、航空地磁测量、海洋地磁测量、卫星地磁测量及井下地磁测量等。按其测量参量分为垂直分量、水平分量、磁偏角、磁倾角、总强度以及各种梯度和磁异常测量等。在地磁测量中，必须根据不同的目的和需求选择相应的观测要素、施测方法和技术途径，才能保证地磁测量数据的置信度和完整性，为地磁测量数据的处理和应用提供可靠的保障^[3-5]。

此次野外观测是地面地磁测量，测量的参量是总强度F、磁偏角D和磁倾角I。野外测量最好在地磁比较平静的日期与时段进行，尽量避开地磁变化较大、磁扰和磁暴的时间段，同时要进行日变改正。

2 dIdD磁力仪介绍

dIdD磁力仪是由加拿大GEM公司生产的矢量型磁力仪，它主要用于测定磁倾角和磁偏角的变化量(ΔI，ΔD)，同时还可以测定总场强F值，再结合地磁经纬仪测定的I和D的绝对值即可求出其他4个量。主要参数如表 1所示。

dIdD采用悬挂的旋转式小直径(250 mm)球形Overhauser传感器，包含一个互相垂直的双向偏磁补偿线圈系统。通过向南北和东西向线圈各加入正反向的偏移电流，产生1 000 nT的磁场强度，即可计算出磁偏角和磁倾角的变化量。其拆分构造图如图 2所示。

3 野外日变站

建造野外日变站是为了对日变站周边的地磁测量进行日变改正和监测，以便白天可以进行地磁测量作业。此次野外地磁测量选择在内蒙古草原内，区域面积为20 km×20 km，日变站建造地点位于该区域的中心位置。建造之前，在预设地点使用G858SX总强度F仪进行了水平梯度和垂直梯度测量，所选地点水平5 m和垂直2 m范围内的磁总强度F值变化均小于5 nT，地点较理想。

为了减小温度变化对dIdD日变监测的影响，将日变站观测墩建造在地表以下，挖掘2 m见方的深坑，在顶部采取防雨和隔热处理措施，使观测室内的温度维持在20 ℃上下。建造观测室和观测墩的材料在使用前均经过G858磁力仪进行磁测检验，确保所用材料符合要求。

4 总强度F的日变改正

dIdD磁力仪可以直接测定总强度F的绝对值。日变站建成后，将dIdD磁力仪架设在观测室内的观测墩上，前期进行了几天的连续观测，以检验仪器的性能。图 3为dIdD磁力仪监测的总强度F值48 h变化曲线图，时间为北京时。2 d的变化幅度分别在35 nT和50 nT左右，一般当天20时至次日4时，F变化相对平缓，12时左右达到变化波峰，但在第二日20时至24时出现了磁异常，变化较大。选取平稳变化时段的F值，计算均值作为日变站的总强度基值F₀，则任意时刻测点经日变改正后的总强度值为：

F_改=F_测-F_日+F₀+F_ε

式中，F_测为测点的观测值；F_日为日变站观测值；F_ε为两种总强度仪器的系统差。

5 磁偏角和磁倾角的日变改正

磁偏角和磁倾角使用MAG-01H地磁经纬仪进行绝对值观测。为了避免地磁场日变的影响，传统的观测选择在夜间地磁变化平缓的时段进行。而使用dIdD磁力仪可以直接获得磁偏角和磁倾角相对于架设完成时刻的变化量ΔD和ΔI，根据测点磁偏角和磁倾角的观测时间段，计算出日变改正后的磁偏角和磁倾角值：

D_日=D₀+ΔD

D_改=D_测-D_日+D₀=D_测-ΔD

式中，D_测为测点的磁偏角观测值；D_日为日变站磁偏角值；D₀为磁偏角基值；ΔD为日变站磁偏角变化值在测回开始和结束时刻内的观测均值。

某日的野外测量时间为9时至12时，图 4给出了当日7时30分至15时dIdD观测的磁偏角和磁倾角变化曲线，数据已经过一维高斯滤波处理。由图 4可见，磁偏角变化幅度较大，达到0.3°左右，而磁倾角的变化幅度在0.05°范围以内，变化较小。

表 2给出了磁偏角和磁倾角日变改正数据的处理结果，其中，磁偏角和磁倾角观测数据舍弃了整数度。观测精度由测量标准偏差衡量。从表 2中可以看出，6个测回磁偏角观测值的标准偏差由改正前的90.3″降至改正后的16.2″，磁倾角标准偏差由改正前的46.5″降至3.4″，达到了预期效果。大量的野外地磁点测量表明，经dIdD磁力仪日变改正后，磁偏角测量标准偏差在±20″以内，磁倾角测量标准偏差在±10″以内。由此可见，白天进行地磁测量时必须考虑日变的影响，同时应使用有效的手段去除该影响。

6 结束语

野外实际测量表明，dIdD矢量磁力仪作为日变站型仪器可以很好地发挥它的优势，观测得到的连续变化量能够直接对野外总强度F、磁偏角和磁倾角观测进行日变改正。国内地磁台站的长期观测数据一般采用F绝对仪、HDZ相对记录仪和地磁经纬仪组合的模式，如FHDZ-M15地磁组合观测系统，F为绝对值，HDZ为相对相对值^[6-8]。同时，给定初始磁偏角和磁倾角的基值后，经过记录软件可以直接计算出其他几个分量值，使用一台dIdD和一台地磁经纬仪即可解决地磁场7个分量的同时连续监测，可以满足不同使用人员的需求，具有广阔的应用前景。