[科普中國(guó)]-航空磁力測(cè)量

簡(jiǎn)介

我國(guó)航空物探工作始于1953年，通過(guò)50多年的發(fā)展，航磁測(cè)量從方法理論、儀器研制、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)解釋與應(yīng)用等已形成具我國(guó)特色的完整的技術(shù)體系。主要包括：經(jīng)改裝的多種型號(hào)(固定翼飛機(jī)、直升機(jī))的專(zhuān)業(yè)勘查飛機(jī)；多種型號(hào)的航空磁力儀、磁力梯度儀、實(shí)時(shí)數(shù)字磁干擾補(bǔ)償系統(tǒng)和數(shù)據(jù)收錄系統(tǒng)；高精度導(dǎo)航定位系統(tǒng)與技術(shù)；先進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)集成技術(shù)；先進(jìn)的飛行測(cè)量技術(shù)，尤其是大比例尺測(cè)量技術(shù);成套的專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理、解釋與成圖軟件系統(tǒng)等1。

航空磁力測(cè)量是將航空磁力儀（光泵式、核旋式和磁通門(mén)式）系統(tǒng)安裝在飛機(jī)或其他飛行器中通過(guò)觀測(cè)地磁場(chǎng)的總強(qiáng)度T或總磁場(chǎng)異?！鱐或其梯度，來(lái)尋找磁性或與磁性有關(guān)的礦體，了解地質(zhì)構(gòu)造、進(jìn)行磁性填圖、解決城市和工程穩(wěn)定性和考古等問(wèn)題。根據(jù)服務(wù)領(lǐng)域不同，分成區(qū)域構(gòu)造填圖、油氣構(gòu)造勘查、固體礦產(chǎn)勘查和其他應(yīng)用類(lèi)型。根據(jù)工作研究程度分成概查（工作比例尺1:100萬(wàn)~1:50萬(wàn)）、普查（1:25萬(wàn)～1:10萬(wàn)）、詳查（1:5萬(wàn)～1:2 5萬(wàn)），隨著儀器靈敏度和定位精度提高，發(fā)展到精細(xì)勘查（1:1萬(wàn)或更大）。

航空磁力測(cè)量是應(yīng)用最廣的航空物探方法，它用的儀器有兩類(lèi)，一類(lèi)是測(cè)總磁場(chǎng)模數(shù)的變化△T,另一類(lèi)是測(cè)總磁場(chǎng)模數(shù)變化的梯度。目前在生產(chǎn)中應(yīng)用的測(cè)總磁場(chǎng)模數(shù)變化的儀器主要是核子旋進(jìn)磁力儀和光泵磁力儀，也有用磁通門(mén)磁力儀的（見(jiàn)磁法勘探）。測(cè)總磁場(chǎng)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(gè)磁力儀探頭（如光泵磁力儀探頭），同時(shí)測(cè)量地磁場(chǎng)并記錄其差值（即磁力梯度，可測(cè)垂直梯度或水平梯度），一般靈敏度約達(dá)~納特/米。

發(fā)展航空磁測(cè)(Airborne Magnetometry)是在第二次世界大戰(zhàn)中由于探測(cè)潛水艇的需要而發(fā)展起來(lái)的。戰(zhàn)后，即用于普查石油和天然氣以及其他礦產(chǎn)，在地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)普查和地球科學(xué)研究工作中發(fā)揮著重要的作用，是航空地球物理的一種主要的方法。另一方面，它仍然是探測(cè)潛水艇的重要方法之一，在現(xiàn)代反潛飛機(jī)和反潛直升機(jī)上，磁異常探測(cè)儀器MAD(Magnetie Anomaly Detector(Deviee)，MAD)是必備的裝置。直到如今，研究和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的MAD，使探測(cè)距離更遠(yuǎn)，探測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確可靠，是各國(guó)軍方的一個(gè)重要任務(wù)，也是推動(dòng)航空磁測(cè)技術(shù)向前發(fā)展的一股動(dòng)力。

磁通密度是一個(gè)矢量。最初，航空磁測(cè)測(cè)量總磁場(chǎng)強(qiáng)度TMx(Total Magnetie Intensity，TMD或其差值，即測(cè)量地磁場(chǎng)矢盤(pán)的模童(標(biāo)量)或其差值。在進(jìn)行TMI測(cè)童時(shí)，使用磁通門(mén)磁力儀、質(zhì)子磁力儀、光泵磁力儀(氦一4、枷、艷、鉀)測(cè)量地磁場(chǎng)的模量；磁通門(mén)磁力儀測(cè)量磁場(chǎng)在一定方向上的分量，在作TMI測(cè)量時(shí)，利用自動(dòng)控制的方法使其靈敏元件的靈敏軸隨時(shí)保持在地磁場(chǎng)方向上。后來(lái)，為了提高分辨力，為了推斷解釋工作的需要，為了消除區(qū)域磁場(chǎng)和隨時(shí)間變化磁場(chǎng)的影響、提高磁異常圖的質(zhì)量等目的，研究開(kāi)發(fā)并推廣應(yīng)用了梯度磁測(cè)，利用光泵磁力儀測(cè)量地磁場(chǎng)模量的水平和垂直梯度。最近，在世紀(jì)之交的幾年里，有的國(guó)家進(jìn)行了航空磁場(chǎng)分量測(cè)量的試驗(yàn)工作。更值得注意的是，德國(guó)、美國(guó)和澳大利亞正在積極進(jìn)行利用超導(dǎo)磁力儀進(jìn)行航空全張量磁力梯度測(cè)量的試驗(yàn)工作，測(cè)量地磁場(chǎng)矢量三個(gè)分量在三個(gè)方向上的空間變化率。有的地球物理學(xué)家認(rèn)為，磁法勘探下一次突破很可能是全張t磁力梯度的測(cè)盆和解釋?xiě)?yīng)用。

如果不算蘇聯(lián)在20世紀(jì)30年代用感應(yīng)式航空磁力儀進(jìn)行最初的航空磁測(cè)工作(測(cè)量△Z，圈定基性、超基性巖體，我國(guó)于20世紀(jì)50年代初，也曾進(jìn)行過(guò)這種工作)，航空磁測(cè)已有近60年的歷史。從航空磁測(cè)技術(shù)角度看，可以將這60年的歷史劃分為3個(gè)階段：大約從20世紀(jì)40年代末到70年代中約30年，為第一階段，先后采用磁通門(mén)磁力儀、質(zhì)子磁力儀和光泵磁力儀測(cè)量TMI；從20世紀(jì)70年代中到90年代中約20年，為第二階段，除了測(cè)量TMI之外，還利用光泵磁力儀測(cè)量地磁場(chǎng)模盆的水平和垂直梯度，現(xiàn)在幾乎所有擔(dān)任航空磁測(cè)的公司和單位都可進(jìn)行水平梯度測(cè)量，有的可進(jìn)行水平梯度和垂直梯度的測(cè)量，梯度的測(cè)量很受重視，從20世紀(jì)90年代中到現(xiàn)在，為第三階段，這一階段剛剛開(kāi)始，出現(xiàn)了航空磁場(chǎng)分量測(cè)t(航空矢量磁測(cè))和航空全張量磁力梯度測(cè)量技術(shù)2。

測(cè)量對(duì)象航空磁測(cè)測(cè)量的對(duì)象是：

（1）地球磁場(chǎng)的總磁場(chǎng)強(qiáng)度B的大小或模量(TMI，|B|)，或模量的差值。一般使用質(zhì)子磁力儀或光泵磁力儀，多使用光泵磁力儀；

（2）模量|B|的空間變化率或梯度(有垂直梯度，橫向梯度/翼尖探頭，橫向和縱向梯度/翼尖和尾錐探頭，全部梯度/三軸系統(tǒng))；

（3）地球磁場(chǎng)的三個(gè)分量(Bx，By，Bz)。使用磁通門(mén)磁力儀或超導(dǎo)量子干涉磁力儀(SQUID)，由于定向要求很?chē)?yán)，很少進(jìn)行；

（4）Bx，By，Bz的空間變化率，共計(jì)9個(gè)要素，Bxx，Bxy，Bxz，Byx，Byy，Byz，Bzx，Bzy，Bzz構(gòu)成二階張量梯度。使用低溫SQUID或高溫SQUID(LTS-SQUID或HT-SSQUID)，是研究開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)2。

航空磁力測(cè)量系統(tǒng)航遙中心在國(guó)產(chǎn)Y-12、Y-11、Y-8和國(guó)外生產(chǎn)的Citation-Ⅱ（獎(jiǎng)狀）、An-12、Twin Otter(DHC-6雙水獺)、Cessna-208（賽斯納）等固定翼飛機(jī)或者在米-8等直升飛機(jī)上安裝航空磁力儀、數(shù)字補(bǔ)償儀和數(shù)字收錄系統(tǒng)以及全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、無(wú)線電測(cè)高儀、氣壓測(cè)高儀，組成航空磁力測(cè)量系統(tǒng)。上述測(cè)量系統(tǒng)可以在世界任何地區(qū)（包括中-高山區(qū)、沙漠、沼澤、湖泊及海域）承擔(dān)從1：5000~1：1000000各種比例尺的高精度航空磁法飛行測(cè)量工作。測(cè)量總精度一般可以好于2nT。

（1）以AS350B2“松鼠”型直升機(jī)平臺(tái)的硬架式航空磁放測(cè)量系統(tǒng)，適合在復(fù)雜地形區(qū)進(jìn)行中大比例尺高精度航磁測(cè)量。

（2）以Y-12、Y-11、Cessna-208（賽斯納）為平臺(tái)的航空磁力測(cè)量系統(tǒng)適合在平原、沙漠、沼澤、湖泊、近海海域、灘涂、丘陵及中低山區(qū)進(jìn)行中--大比例尺高精度航磁測(cè)量。

（3）以Y-8、安-12為平臺(tái)的航空磁法測(cè)量系統(tǒng)適合在海域及其它距機(jī)場(chǎng)較遠(yuǎn)的平原、丘陵和山區(qū)進(jìn)行大跨度中-小比例尺高精度航磁測(cè)量。

（4）以Citation-Ⅱ（獎(jiǎng)狀）為平臺(tái)的航空磁法測(cè)量系統(tǒng)適合在中、高山地區(qū)進(jìn)行中小比例尺高精度航磁測(cè)量。

（5）以米-8直升機(jī)為平臺(tái)的航空磁法測(cè)量系統(tǒng)適合在復(fù)雜地形區(qū)進(jìn)行中大比例尺高精度航磁測(cè)量3。