吉林大學-航空地球物理報告

1、地球探測科學與技術(shù)學院航空地球物理報告姓名學號班級專業(yè)：勘查技術(shù)與工程（應用地球物理）2012.04.15前言航空地球物理勘探簡稱航空物探，是物探方法的一種。它是通過飛機上裝備的專用物探儀器在航行過程中探測各種地球物理場的變化，研究和尋找地下地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)的一種物探方法。裝有專門探測儀器的飛機從空中測量地球各種物理場（如磁場、重力場、導電性等）的變化，從而了解地下地質(zhì)和礦藏分布情況的作業(yè)，簡稱航空物探。它是第二次世界大戰(zhàn)期間利用遙感技術(shù)發(fā)展起來的一種快速找礦和地質(zhì)調(diào)查的方法。主要方法有航空磁法、航空放射性法、航空電法、航空重力法等。常用的是前兩種方法。航空磁法主要用來勘探具有磁性的礦藏，如磁鐵

2、礦。探礦時的飛行高度一般為50200米。航空放射性法用航空能譜儀等測量地球放射性射線強度（如Y射線），以尋找放射性元素礦藏。飛行高度一般為30120米。航空物探與地面探礦方法比較具有一系列優(yōu)點。它能克服種種不利地形條件和氣候條件的限制，如在高寒地區(qū)、陡峭山區(qū)、原始森林、沼澤湖泊等人員難以到達的地區(qū)尋找礦藏和進行地質(zhì)調(diào)查。航空物探速度快、效率高、使用勞力少，能在短期內(nèi)取得大面積區(qū)域的探測資料。利用航空物探還能了解地球物理場在不同高度的變化情況，為解釋地質(zhì)現(xiàn)象和找礦提供更多的信息。航空物探通常使用低速性能好的小型飛機，飛行速度以150200公里/時為宜。對飛機的要求是爬升性能好、轉(zhuǎn)彎半徑小、操縱靈

3、活、低空和超低空性能好，以適應復雜的山區(qū)、丘陵地形的條件。飛機上應有便于安裝各類探測儀器的部位，保證對不同儀器的磁場、電場、放射性干擾為最小。飛機上還應裝有導航和無線電定位系統(tǒng)，以保證飛機在指定空域作精確的掃描飛行。用于航空物探的飛機通常需要在結(jié)構(gòu)上進行適當?shù)母难b或進行專門的設計。航空物探開始于20世紀30年代。1936年，蘇聯(lián)用旋轉(zhuǎn)線圈感應式航磁儀進行航空物探，靈敏度約達100納特。第二次世界大戰(zhàn)中，美國發(fā)明了靈敏度近1納特的磁通門式航空磁力儀，在海上偵察敵國的潛艇，1946年開始用于地質(zhì)勘探。1948年，加拿大首先試驗航空放射性法成功，美國和英國同年也完成了類似的試驗。1950年，第一臺航

4、空電磁儀在加拿大試用成功。1955年，瑞典和美國相繼試驗成功新類型的航空電磁儀，各種航空物探方法相繼迅速發(fā)展。中國航空物探開始于1953年，首先應用航空磁法，以后陸續(xù)增加了航空放射性等方法，不斷有新的進展。航空物探綜合站現(xiàn)已進行工作。航空地球物理勘探目前已經(jīng)應用的航空物探方法有，航空磁測、航空放射性測量、航空電磁測量（航空電法），航空重力測量等。航空物探具有速度快，不受地面條件（如海、河、湖，沙漠）的限制，大面積工作精確度比較均一，可在一些地形條件比較困難的地區(qū)工作等優(yōu)點。特別是自動控制和電子計算技術(shù)的發(fā)展，使航空物探綜合化，從而提高了航空物探觀測數(shù)據(jù)的計算和整理的速度及解釋推斷的水平，有力地

5、促進了航空物探的發(fā)展。它的缺點是：對一些異常值較小的異常體反映不夠清楚，分辨力要低些；其次是異常體的定位目前還不夠十分準確，需要地面物探進行必要的補充工作。第一章航空重力法基本原理【10】航空重力測量是利用機載重力儀、定位傳感器組合系統(tǒng)進行空中重力測量，通過測量地球重力場研究地球構(gòu)造及尋找礦產(chǎn)資源的一種地球物理方法。航空重力測量是一種重要的航空物探方法，是陸地重力和海洋重力測量的拓展和補充，也是重力測量的發(fā)展方向之一。航空重力測量的基礎就是萬有引力定律，其基本原理是：通過機載重力儀測量出航跡上采樣點處重力儀讀數(shù)相對于地面基準重力點讀數(shù)的差值，解算出采樣點機載重力儀的加速度值；機載GPS接收機與

6、地面固定站GPS接收機同步接收GPS信號，差分處理后求得飛機飛行的位置矢量，計算出飛機飛行的速度矢量和加速度；將機載重力儀測到的加速度值與機載GPS獲得的垂向加速度求差，即可得到米樣點重力值。航空重力測量分為航空標量重力測量、航空矢量重力測量和航空梯度重力測量3種類型，其觀測信息分別為重力的大小、重力加速度和重力梯度張量。從測量參數(shù)上可分為重力加速度測量和重力加速度梯度測量兩大類。航空標量重力測量技術(shù)相對較成熟，是目前應用較廣泛的一種技術(shù)。航空重力測量的發(fā)展方向是航空矢量重力測量和航空梯度重力測量，利用它們可探測更高精度、更高分辨率的地球重力場?？碧綉茫河糜趯ふ谊懙睾秃Ｑ笾信c石油和天然氣有關

7、的地質(zhì)構(gòu)造和斷層，推斷盆地和隆起的形狀、類型和基底深度,劃分斷裂構(gòu)造，圈定鹽丘的位置和形態(tài)，區(qū)分火成巖，分析地質(zhì)體的密度，確定油氣遠景區(qū)及鉆探井位等。目前，航空重力梯度測量已進人生產(chǎn)實用階段，美國、加拿大、澳大利亞和俄羅斯等國家，在探測油和天然氣構(gòu)造方面均取得了很好的效果。圖為公司使用在南非某地區(qū)得到的經(jīng)地形改正后的Tzz,Txy,Txz和Tyz分量圖，圖中黑色的橢圓區(qū)域為與地下空穴相對應的異常，白線為推斷的區(qū)域線性構(gòu)造。圖？南非某地區(qū)經(jīng)地形改正后的TTg頊和匚分量固體礦產(chǎn)資源勘探以及水文和工程地質(zhì)等方面的應用。為了提高解釋精度，國外一些公司將航空重力測量與航空磁測相結(jié)合進行推斷解釋。如澳大利

8、亞公司的航空重力梯度測量系統(tǒng)已在澳大利亞開展了大面積的航空重力測量，并發(fā)現(xiàn)了多處異常區(qū)域田，圖為在非洲某地區(qū)觀測所得的孔平面等值線圖，圖中清晰地反映出尺度為350m見方的異常圖因非洲某地區(qū)G平面等值線用于區(qū)域地質(zhì)填圖，包括確定區(qū)域構(gòu)造形態(tài)、類型和分布，劃分斷裂構(gòu)造,區(qū)分火成巖和地下地質(zhì)體密度等巨川。目前均采用航空重力測量與航空磁測相結(jié)合的方式。優(yōu)缺點：航空重力測量具有測量速度快、覆蓋范圍大等優(yōu)點，可用于大范圍重力普查、無人區(qū)重力測量、遠程武器發(fā)射區(qū)快速重力測量等。航空重力勘探解決地質(zhì)問題所依據(jù)的基本要素并非一個點的重力場，而是重力場在空間的分布，特別是由地質(zhì)構(gòu)造及礦產(chǎn)資源這些密度分布不均勻因素

9、引起的重力變化，即航空重力異常。應用實例【11】：2001年春，澳大利亞BHP公司(BrokenHillProprietaryCo)進行了航空重力梯度儀測量實驗。在2架飛機上安裝了Falcon航空物探測量系統(tǒng),它包括傳統(tǒng)的航磁及重力梯度系統(tǒng)，該系統(tǒng)是從Bell公司(LockheedMartinCorp)研制的FTG(FullTen2sorGradiometer)全張量梯度系統(tǒng)改裝而成。FTG系統(tǒng)由在3個盤上的12個加速度計組成，每個盤上成對正交地安裝2對加速度計，每個加速度計對重力振幅是靈敏的,而每對加速度計的差值與重力梯度成比例，從而實現(xiàn)3個方向的重力梯度張量。而Falcon系統(tǒng)僅包括安裝在

10、一個的水平園盤上的8加速度計，只測量水平梯度Uxx、Uyy,而垂直梯度Uzz可通過計算獲得。Falcon系統(tǒng)具有省時、省錢、精度可與傳統(tǒng)地面測量相比擬的優(yōu)點，通常3個月內(nèi)可完成傳統(tǒng)重力調(diào)查要花25a做的工作量;成本可以降低310倍。第二章航空磁法基本原理：航空磁法是應用最廣的航空物探方法之一，又稱航空磁測或航空磁力勘探，簡稱航磁。目前航空磁測用的儀器有兩類，一類是測總磁場模數(shù)的變化厶T，另一類是測總磁場模數(shù)變化的梯度。目前在生產(chǎn)中應用的測總磁場模數(shù)變化的儀器主要是核子旋進磁力儀和光泵磁力儀，也有用磁通門磁力儀的。測總磁場模數(shù)變化梯度的是航空磁力梯度儀。它用距離固定的兩個磁力儀探頭(如光泵磁力儀

11、探頭)，同時測量地磁場并記錄其差值(即磁力梯度，可測垂直梯度或水平梯度)，一般靈敏度約達3X10-45X10-4納特/米?？碧綄ο螅?、地質(zhì)制圖和研究大區(qū)域構(gòu)造在大片研究程度很低的地區(qū)和海上，可用小比例尺的航空磁測研究地質(zhì)構(gòu)造。許多火成巖和老變質(zhì)巖都具有磁性。根據(jù)磁異常場的特征可以區(qū)分并圈定它們的范圍，包括在沉積蓋層下伏的部分。它們的分布、排列、組合有一定的規(guī)律，并且?？梢姷揭恍┚€形特征。例如，串珠狀或雁行排列的局部異常，條帶形或弧形的異常帶，異常帶的錯動，異常場區(qū)域性特征的線形分界線等，據(jù)此可以發(fā)現(xiàn)或追索各種斷裂、斷裂帶、褶皺構(gòu)造等，然后劃分地質(zhì)構(gòu)造單元。沉積巖一般磁性很小，但其下常有磁性巖

12、體組成基底。對航空磁測資料進行定量計算，可以算出磁性體頂面距飛機的高度，減去航高，就可得到沉積巖層的估計厚度，從而圈出沉積盆地的范圍，并研究它的特點。2、找金屬礦和其他固體礦藏直接找強磁性礦體（例如磁鐵礦）是航空磁法應用的重要方面。要求發(fā)現(xiàn)幾十萬噸至幾億噸的不同規(guī)模礦藏，飛機的飛行高度為幾十米到上千米。有些礦藏雖然不能用航空磁法直接勘探，但可用它快速圈定成礦的遠景區(qū)，然后進行地面磁測。3、普查石油和天然氣根據(jù)小比例尺磁測研究區(qū)域構(gòu)造和沉積盆地的特點，結(jié)合其他資料，可以提出找油的遠景地區(qū)；在進一步的詳細工作中，當條件有利的時候，用航空磁法能圈出控制儲油構(gòu)造的二級構(gòu)造帶；如沉積巖中夾有穩(wěn)定的磁性巖

13、層，還可直接發(fā)現(xiàn)可能儲油的構(gòu)造。優(yōu)缺點【1】：優(yōu)點：1，工作速度快。一架飛機做十萬分之一比例尺的測量，每年可以作3,4萬平方公里?？梢缘饺藷熛∩倩虻孛娌灰椎竭_的地區(qū)進行工作?？梢约仁∪肆Γ冶鹊孛娲艤y還方便。2,航空磁法永遠是在離地面有相當高度上進行工作，它受地面起伏影響小，可以說一般不受地形影響。3，航空電磁法可以在各種不同的高度上進行工作，而且這一高度變化的范圍是很大的，其大小足以以與局部地質(zhì)構(gòu)造的大小相比擬，而且可以測量三度空間內(nèi)磁場的分布情況。缺點：航空磁法有空中與地面的聯(lián)系問題一如何準確的按照既定的測線飛行測量，然后把測量結(jié)果投到地形圖上。應用實例【2】淮北地區(qū)是個高度覆蓋地區(qū)，1

14、957年曾完成了1；100萬的航空磁測工作。根據(jù)航磁資料研究的結(jié)果，認為這里基巖埋深不大，后期構(gòu)造運動強烈，再加上有下古生代灰?guī)r大面積分布，故被認為是矽卡巖型鐵礦的找礦遠景區(qū)。1959年布置了1:20萬的航空磁測，發(fā)現(xiàn)了多處局部異常,經(jīng)地面檢查驗證為隱伏礦體所引起，1966年又進一步布置了1:5萬的航空磁測，儀器精度由原來的25r提高到10r,磁異常面貌就更為清晰了，進一步圈定了磁異常的面積和范圍。經(jīng)過大量的地面地球物理勘探和鉆探驗證，逐步揭示了這是一個有價值的礦區(qū)。在發(fā)現(xiàn)和查明淮北礦區(qū)的過程中，航空磁測是起了重大作用的。闿2淮北地區(qū)魄空歿瀏雖T第面乎而圖第三章航空電磁法基本原理：不同的水質(zhì)和

15、土質(zhì)的導電性又各不相同，航空電磁法正是通過探測其電性來達到劃分水質(zhì)和土質(zhì)的目的【5】。航空電磁法簡稱航電。主要是音頻電磁法，儀器有幾十種，可以有多種分類法，如果按工作原理結(jié)合工作特點可分為以下幾類。1、硬架式和直升飛機電磁系統(tǒng)飛機上帶有發(fā)射器，發(fā)射連續(xù)電磁波（一次場），另有接收器，用補償法去掉所接收到的一次場，接收從地面導體感應產(chǎn)生的二次場。一般把發(fā)射和接收線圈固定在硬架上，為取得更大的探測深度，二者相距要盡可能遠，因此安裝在飛機的頭尾或機翼的兩端。若用直升飛機，則采用特制的拖吊式大吊艙（長至9米），在其兩頭安放發(fā)射、接收線圈，稱為直升飛機電磁系統(tǒng)，它可在山區(qū)作低飛勘探。測量與一次場同相（實）

16、和異相（虛或正交）分量。為提高找礦效果，可同時發(fā)射和接收幾種頻率的電磁波。發(fā)射線圈和接收線圈有水平的或垂直的，或二者兼有，加上它們不同的組合方式，可以有許多變型，根據(jù)不同的探測目標和條件選用。2、異相（虛分量）系統(tǒng)工作原理與上類同。由于異相分量不受發(fā)射、接收線圈距離變化的影響，只測異相分量時，可將接收線圈遠遠拖出機外（100米或更多）以加大探測深度。缺點是不能測同相分量，常用多個頻率工作來彌補。瞬變脈沖（INPUT）和瞬變相關（COTRAN）系統(tǒng)為避免一次場的干擾，在一次場（脈沖波）發(fā)射時不作測量，而測一次場斷開后二次場衰減的情況（按一定時間間隔分道取樣），稱為瞬變脈沖系統(tǒng)，又稱時間域系統(tǒng)。為

17、取得足夠強的響應，必須用比上兩類大得多的發(fā)射場強，儀器也較復雜。但由于這一系統(tǒng)探測深度大和便于分辨地表導電層的干擾，仍得到廣泛的應用。為將頻率域和時間域的優(yōu)點結(jié)合起來，現(xiàn)正試驗用富含多種頻率諧波的波形發(fā)射脈沖波，在發(fā)射時和斷開后都進行接收測量，從發(fā)射與接收波形之差，檢出有用信息，并與各種地質(zhì)體模型的典型響應用計算機進行相關處理，提出推斷意見，這就是“瞬變相關”系統(tǒng)。3、甚低頻和天然音頻電磁系統(tǒng)飛機不帶發(fā)射裝置，只帶接收裝置，稱為被動式系統(tǒng)，是用世界各地的甚低頻（超長波）導航臺或遠處雷電作為一次場源。也有用長波臺或廣播電臺的長波和中波系統(tǒng)的。因所測參數(shù)不同，可分為電相位、無線電相位、測磁等方法。

18、這種電磁系統(tǒng)的成本最低，但它對不大的良導體（礦體）的反映時常比對大塊的導體（如含水的斷裂帶、電阻率低的巖石）的反映弱，所以通常只作為找礦的輔助手段，或用于找水和地質(zhì)制圖。由于電磁波的趨膚效應，甚低頻所能反映的只是地表下數(shù)十米內(nèi)的電磁性差異，中波反映的只幾米。天電法則因天電的規(guī)律較復雜，使用受到限制，應用不廣泛。4、無限長導線法和土萊爾系統(tǒng)在地面布設一長導線（10公里以上）或一個大線圈（每邊長數(shù)公里）發(fā)射一次場，在空中用小型直升飛機在其附近測實、虛分量或振幅、相位梯度，實為半航空法。由于緊貼地面用大功率發(fā)射，探測深度可較大。缺點是長導線或大線圈布設的工作量太大。5、超導電磁系統(tǒng)一個線圈既作發(fā)射用

19、又作接收用。二次場的響應表現(xiàn)為線圈電阻的微弱變化。這種微弱變化只有在線圈本身處于超導狀態(tài)而電阻很小時才有可能被檢測出來。它可以避免上述各種發(fā)射和接收線圈間的許多復雜關系，且電耗小。但超低溫技術(shù)復雜，還處于試驗階段?？碧綉茫汉娇针姶欧ǔＳ糜谡覍ち紝缘V體、地質(zhì)填圖、找地下水，以及分辨航磁異常。1）找各種良導性礦航空電磁法主要應用于尋找銅、鉛、鋅、鉬等的硫化礦。除能直接發(fā)現(xiàn)礦體外，還能利用找控礦構(gòu)造，間接找礦，包括找鈾和其他一些金屬礦。2）地質(zhì)填圖、找地下水、解決工程地質(zhì)問題均勻布置的航電測量結(jié)果，可以推算出地表（一定深度內(nèi)）的視電阻率圖，有的還可以得出幾種深度或幾層的視電阻率圖，用以填制地質(zhì)圖

20、，研究包括地表覆蓋層在內(nèi)的幾層的地質(zhì)情況。大片的地下水體，充填有水的斷裂帶，含水的礫石層及褐煤層，采用此法能得到清楚的顯示。3）幫助分辨航磁異常影響電磁響應的因素之一是地質(zhì)體的磁導率。磁性礦體與強磁性巖體的磁異常有時難以分辨，但巖體常有較強的剩余磁性，而礦體常有較高的磁導率，用航空電磁法有時可以區(qū)分這兩種情況。優(yōu)缺點【6】具有速度快、成本低、通行性好、可大面積覆蓋、可用于海域等優(yōu)勢，尤其是在運積層或植被發(fā)育的覆蓋地區(qū)，它更具有一般勘探手段難以達到的效果。測量過程中的飛行高度的變化，系統(tǒng)的零點水平漂移影響數(shù)據(jù)質(zhì)量及圖。應用實例：【6】劃分土壤鹽漬化程度、研究古沉積環(huán)境，下圖是吉林省乾安地區(qū)航空電

21、磁土壤鹽漬化程巖性為中細砂、粗砂，因其垂向和側(cè)向補給道路暢通，地下水循環(huán)速度快，表層的毛細管也不發(fā)育，故為淡水儲水體，地表無鹽漬化；若含水層巖性為細粉砂、亞砂土，則垂向補給和側(cè)向徑流都不如前者，毛細管也較為發(fā)育，多形成過渡類型水儲水體，地表土壤將出現(xiàn)輕鹽漬化和中鹽漬化；若含水層巖性為亞砂土、亞粘土或二者互層以及粘質(zhì)土，則垂向和側(cè)向的補給道路不暢，加之毛細管發(fā)育，蒸發(fā)更強，故多形成咸水儲水體，地表則出現(xiàn)重鹽漬化或鹽堿土。圖1吉林省乾安地區(qū)航空電琥法圈定土壤鹽漬化程度第四章航空電磁法基本原理：航空放射性測量(airborneradioactivesurvey)是航空物探的一種主要方法，是將航空放射

22、性儀系統(tǒng)安裝在飛機或其他飛行器中，測量放射性元素含量的方法。航空放射性測量均使用航空伽馬能譜儀系統(tǒng)進行測量，故航空放射性測量與航空伽馬能譜測量往往通用?？碧綉茫?，在核工業(yè)上應用，勘探放射性資源，尋找鈾礦獲取的航空放射性測量數(shù)據(jù)資料2，核事故應急航空檢測。能在發(fā)生核事故或輻射污染的情況下,快速確定污染范圍和污染程度,為應急措施的實施提供依據(jù)3，環(huán)境輻射水平的航空監(jiān)測。隨著人口劇增和工業(yè)加速發(fā)展,人類社會面臨著礦產(chǎn)資源短缺的嚴重威脅。礦產(chǎn)資源是人類社會文明必需的物質(zhì)基礎,開采礦產(chǎn)資源是人類在生產(chǎn)過程中更加必不可少的生產(chǎn)活動。開發(fā)礦產(chǎn)資源所產(chǎn)生的環(huán)境問題日益引起世界各國的廣泛重視。礦產(chǎn)資源的開發(fā)

23、利用,不僅污染空氣、土壤、水體,導致土地退化、沙漠化、水環(huán)境變化等,而且還會產(chǎn)生局部的放射性污染優(yōu)缺點：航空放射性測量具有測量速度快、覆蓋范圍大等優(yōu)點，可用于大范圍放射性普查、無人區(qū)放射性測量等。應用實例：航空伽馬能譜檢測煤礦放射性污染。圖是新疆某地上空的航空伽馬能譜測量異常剖面,核工業(yè)航測遙感中心在新疆某地區(qū)進行航空放射性測量時相繼發(fā)現(xiàn)了類似的3片異常區(qū)域,分別位于當?shù)氐膸讉€生活區(qū)內(nèi)。這3個地區(qū)異常特征十分相似,總道、鈾道峰形反映明顯,鈾道峰值高出背景值近3倍。A圖2A圖2新疆某地航空放射性測量異常剖面楊光慶朱瑛，航空磁法測量簡介，地質(zhì)知識.楊光慶朱瑛，中國地質(zhì)普查勘探中的航空磁測工作，地球物理學報，1979孟慶敏,高衛(wèi)東,滿延龍,余欽范,鐘清.航空電磁法區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查與評價,物探與化探。28（4），2004.333-340.Nationalairbornegeophysicsproject（NAGP）:nationalreportEB/.au/NAGP/nagp_nr.ht