航空地球物理勘探

航空地球物理勘探aerogeophysical prospecting 簡稱航空物探，是物探方法的—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構造和礦產的一種物探方法。

基本介紹

• 中文名：航空地球物理勘探
• 外文名：aerogeophysical prospecting
• 起始時間：20世紀30年代
• 中國航空物探：1953年開始

介紹

簡介

航空地球物理勘探目前已經套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）等。航空物探具有速度快，不受地麵條件（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工作等優點。特別是自動控制和電子計算技術的發展，使航空物探綜合化，從而提高了航空物探觀測數據的計算和整理的速度及解釋推斷的水平，有力地促進了航空物探的發展。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。

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，從而了解地下地質和礦藏分布情況的作業，簡稱航空物探。它是第二次世界大戰期間利用遙感技術發展起來的一種快速找礦和地質調查的方法。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，如磁鐵礦。探礦時的飛行高度一般為50～200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γ射線），以尋找放射性元素礦藏。飛行高度一般為30～120米。航空物探與地面探礦方法比較具有一系列優點。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、陡峭山區、原始森林、沼澤湖泊等人員難以到達的地區尋找礦藏和進行地質調查。航空物探速度快、效率高、使用勞力少，能在短期內取得大面積區域的探測資料。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，為解釋地質現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150～200公里/時為宜。對飛機的要求是爬升性能好、轉彎半徑小、操縱靈活、低空和超低空性能好，以適應複雜的山區、丘陵地形的條件。飛機上應有便於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，以保證飛機在指定空域作精確的掃描飛行。用於航空物探的飛機通常需要在結構上進行適當的改裝或進行專門的設計。

發展情況

運用飛機（或其他飛行器）裝載物探儀器在飛行中進行地球物理勘探，簡稱航空物探。它的優點是短時間內能在大面積地區上（包括地面難以通行的地區，如沙漠、森林、海洋、高山區等）進行連續的測量，在許多情況下，經濟效益高、地質效果好。缺點是受飛機性能的限制，有些地區難以保證必須的低飛高度；並且需要有導航、定位設備，否則不能把空中測得的數據與地面位置聯繫起來，詳細勘查的精度在很大程度上取決於定位的精確度。

航空物探開始於20世紀30年代。1936年，蘇聯用旋轉線圈感應式航磁儀進行航空物探，靈敏度約達100納特。第二次世界大戰中，美國發明了靈敏度近1納特的磁通門式航空磁力儀，在海上偵察敵國的潛艇，1946年開始用於地質勘探。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，第一台航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展。中國航空物探開始於1953年，首先套用航空磁法，以後陸續增加了航空放射性等方法，不斷有新的進展。航空物探綜合站現已進行工作。（見彩圖）

方法

航空磁法

套用最廣的航空物探方法，又稱航空磁測或航空磁力勘探(Airborne electromagnetic surveys)，簡稱航磁(AEM)。目前航空磁測用的儀器有兩類，一類是測總磁場模數的變化△T，另一類是測總磁場模數變化的梯度。目前在生產中套用的測總磁場模數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（見磁法勘探）。測總磁場模數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（如光泵磁力儀探頭），同時測量地磁場並記錄其差值（即磁力梯度，可測垂直梯度或水平梯度），一般靈敏度約達3×10-4～5×10-4納特/米。　航空磁法在地質工作中套用較為廣泛，用於以下幾個方面的地質效果較好。

地質製圖和研究大區域構造

在大片研究程度很低的地區和海上，可用小比例尺的航空磁測研究地質構造。許多火成岩和老變質岩都具有磁性。根據磁異常場的特徵可以區分並圈定它們的範圍，包括在沉積蓋層下伏的部分。它們的分布、排列、組合有一定的規律，並且常可見到一些線形特徵。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，異常場區域性特徵的線形分界線等，據此可以發現或追索各種斷裂、斷裂帶、褶皺構造等，然後劃分地質構造單元。沉積岩一般磁性很小，但其下常有磁性岩體組成基底。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，就可得到沉積岩層的估計厚度，從而圈出沉積盆地的範圍，並研究它的特點。

找金屬礦和其他固體礦藏

直接找強磁性礦體（例如磁鐵礦）是航空磁法套用的重要方面。要求發現幾十萬噸至幾億噸的不同規模礦藏，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，然後進行地面磁測（見磁法勘探）。

普查石油和天然氣

根據小比例尺磁測研究區域構造和沉積盆地的特點，結合其他資料，可以提出找油的遠景地區；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造的二級構造帶；如沉積岩中夾有穩定的磁性岩層，還可直接發現可能儲油的構造。

航空放射性法

航空物探中套用較早的一種方法，簡稱航放。用它直接普查放射性礦藏的效果是顯著的。

套用最多的儀器，是閃爍式γ能譜儀和多道能譜儀（見放射性勘探）。套用較廣的是四道能譜儀。它所測的元素和特徵譜線是：鉀道40K-1.46 MeV，鈾道214Bi-1.76 MeV，釷道208Th-2.62 MeV，總計數道0.4-3MeV。還有測五道、六道的。為了使每道都能有足夠的靈敏度，晶體體積必須足夠大，例如30000立方厘米或更大，從而使測量道能增加到500道以上，並且有微處理機安排分道取樣和數據收錄。　航放用於找尋放射性礦藏、含放射性礦物的非放射性礦和地質製圖。　找各种放射性礦 　用航空放射性法找尋各類型鈾礦、鈾-釷礦、釷礦、釷-稀土礦的效果是顯著的。由於放射性強度在空氣中隨高度按指數衰減，因此要求飛機低飛，航測的有效高度與儀器的靈敏度（晶體的大小）和航速（必需的回響時間）有關，飛行高度一般要求在幾十至一百多米。　找非放射性礦 　有些非放射性礦體含有某些放射性礦物，可根據航放異常找到它們。例如：稀土、稀有金屬，金、銀、鎢、錫、鋁、鋁土、汞、磷灰石、磷塊岩、多金屬、油頁岩等。金伯利岩上放射性強度低，航放可幫助分辨航磁異常。　地質製圖 　按γ輻射的強度只能分辨少數幾種岩石。而γ能譜的數據經過各種改正和換算以後，可以得出地表物質中幾种放射性物質（鉀、鈾、釷）的百分比含量，從而可分辨各種岩石和進行地質製圖。因為迄今發現的有工業價值的鈾礦，都在“高鈾區”或其邊緣，用帶大晶體的γ多道能譜儀先以較寬的線距（5～8公里）和較高航高（120～150米）圈出“高鈾區”，它鑑別鈾、釷含量變化的能力可達1～2ppm，然後在最有遠景的地段布置大比例尺普查的航放工作。

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，如果按工作原理結合工作特點可分為以下6類。

硬架式和直升飛機電磁系統

飛機上帶有發射器，發射連續電磁波（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生的二次場。一般把發射和接收線圈固定在硬架上，為取得更大的探測深度，二者相距要儘可能遠，因此安裝在飛機的頭尾或機翼的兩端。若用直升飛機，則採用特製的拖吊式大吊艙（長至 9米），在其兩頭安放發射、接收線圈，稱為直升飛機電磁系統，它可在山區作低飛勘探。測量與一次場同相（實）和異相（虛或正交）分量。為提高找礦效果，可同時發射和接收幾種頻率的電磁波。發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，根據不同的探測目標和條件選用。

異相（虛分量）系統

工作原理與上類同。由於異相分量不受發射、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。　瞬變脈衝 (INPUT）和瞬變相關（COTRAN）系統 　為避免一次場的干擾，在一次場（脈衝波）發射時不作測量，而測一次場斷開後二次場衰減的情況（按一定時間間隔分道取樣），稱為瞬變脈衝系統，又稱時間域系統。為取得足夠強的回響，必須用比上兩類大得多的發射場強，儀器也較複雜。但由於這一系統探測深度大和便於分辨地表導電層的干擾，仍得到廣泛的套用。

為將頻率域和時間域的優點結合起來，現正試驗用富含多種頻率諧波的波形發射脈衝波，在發射時和斷開後都進行接收測量，從發射與接收波形之差，檢出有用信息，並與各種地質體模型的典型回響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。

甚低頻和天然音頻電磁系統

甚低頻 (VLF）和天然音頻電磁系統 (AFMAG)

飛機不帶發射裝置，只帶接收裝置，稱為被動式系統，是用世界各地的甚低頻（超長波）導航台或遠處雷電作為一次場源。也有用長波台或廣播電台的長波和中波系統的。因所測參數不同，可分為電相位、無線電相位、測磁等方法。這種電磁系統的成本最低，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、電阻率低的岩石）的反映弱，所以通常只作為找礦的輔助手段，或用於找水和地質製圖。由於電磁波的趨膚效應，甚低頻所能反映的只是地表下數十米內的電磁性差異，中波反映的只幾米。天電法則因天電的規律較複雜，使用受到限制，套用不廣泛。

無限長導線法和土萊爾系統

無限長導線法 （Б.Д.К.) 和土萊爾（Turair）系統

在地面布設一長導線（10公里以上）或一個大線圈（每邊長數公里）發射一次場，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。由於緊貼地面用大功率發射，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。

超導電磁系統

一個線圈既作發射用又作接收用。二次場的回響表現為線圈電阻的微弱變化。這種微弱變化只有線上圈本身處於超導狀態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射和接收線圈間的許多複雜關係，且電耗小。但超低溫技術複雜，還處於試驗階段。

套用

航空電磁法常用於找尋良導性礦體、地質填圖、找地下水，以及分辨航磁異常。

①找各種良導性礦　航空電磁法主要套用於尋找銅、鉛、鋅、鉬等的硫化礦。除能直接發現礦體外，還能利用找控礦構造，間接找礦，包括找鈾和其他一些金屬礦。

②地質填圖、找地下水、解決工程地質問題　均勻布置的航電測量結果，可以推算出地表（一定深度內）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，用以填制地質圖，研究包括地表覆蓋層在內的幾層的地質情況。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，採用此法能得到清楚的顯示。

③幫助分辨航磁異常　影響電磁回響的因素之一是地質體的磁導率。磁性礦體與強磁性岩體的磁異常有時難以分辨，但岩體常有較強的剩餘磁性，而礦體常有較高的磁導率，用航空電磁法有時可以區分這兩種情況。

航空重力法

航空重力測量從1957年開始試驗以來，遇到了許多困難。首先要克服運動著的飛機所產生的擾動，這種擾動的加速度可以比有意義的重力異常值大10萬甚至 100萬倍。其次要作厄缶效應改正（即飛機繞地球飛行時產生的離心力的變化）。這種厄缶效應與飛行速度、航向和所處緯度位置有關。例如，在中緯度地區，當飛行速度為300公里/小時時，東西向飛行的厄缶改正值約1000毫伽，南北向飛行的厄缶改正值約130毫伽。因此航空重力法的觀測精度不高，而成本較高，除非很特殊的情況，一般還不能大面積套用。半航空的方法是較易實現的，一般將海底重力儀用直升飛機懸掛在選定的測點上，將重力儀吊落到地面進行讀數。在海濱、湖濱、沼澤地區試用已有成效，將來也可望在浩瀚的沙漠地區套用。