吉林大学-航空地球物理报告

1、地球探测科学与技术学院航空地球物理报告姓名学号班级专业：勘查技术与工程（应用地球物理）2012.04.15前言航空地球物理勘探简称航空物探，是物探方法的一种。它是通过飞机上装备的专用物探仪器在航行过程中探测各种地球物理场的变化，研究和寻找地下地质构造和矿产的一种物探方法。装有专门探测仪器的飞机从空中测量地球各种物理场（如磁场、重力场、导电性等）的变化，从而了解地下地质和矿藏分布情况的作业，简称航空物探。它是第二次世界大战期间利用遥感技术发展起来的一种快速找矿和地质调查的方法。主要方法有航空磁法、航空放射性法、航空电法、航空重力法等。常用的是前两种方法。航空磁法主要用来勘探具有磁性的矿藏，如磁铁

2、矿。探矿时的飞行高度一般为50200米。航空放射性法用航空能谱仪等测量地球放射性射线强度（如Y射线），以寻找放射性元素矿藏。飞行高度一般为30120米。航空物探与地面探矿方法比较具有一系列优点。它能克服种种不利地形条件和气候条件的限制，如在高寒地区、陡峭山区、原始森林、沼泽湖泊等人员难以到达的地区寻找矿藏和进行地质调查。航空物探速度快、效率高、使用劳力少，能在短期内取得大面积区域的探测资料。利用航空物探还能了解地球物理场在不同高度的变化情况，为解释地质现象和找矿提供更多的信息。航空物探通常使用低速性能好的小型飞机，飞行速度以150200公里/时为宜。对飞机的要求是爬升性能好、转弯半径小、操纵灵

3、活、低空和超低空性能好，以适应复杂的山区、丘陵地形的条件。飞机上应有便于安装各类探测仪器的部位，保证对不同仪器的磁场、电场、放射性干扰为最小。飞机上还应装有导航和无线电定位系统，以保证飞机在指定空域作精确的扫描飞行。用于航空物探的飞机通常需要在结构上进行适当的改装或进行专门的设计。航空物探开始于20世纪30年代。1936年，苏联用旋转线圈感应式航磁仪进行航空物探，灵敏度约达100纳特。第二次世界大战中，美国发明了灵敏度近1纳特的磁通门式航空磁力仪，在海上侦察敌国的潜艇，1946年开始用于地质勘探。1948年，加拿大首先试验航空放射性法成功，美国和英国同年也完成了类似的试验。1950年，第一台航

4、空电磁仪在加拿大试用成功。1955年，瑞典和美国相继试验成功新类型的航空电磁仪，各种航空物探方法相继迅速发展。中国航空物探开始于1953年，首先应用航空磁法，以后陆续增加了航空放射性等方法，不断有新的进展。航空物探综合站现已进行工作。航空地球物理勘探目前已经应用的航空物探方法有，航空磁测、航空放射性测量、航空电磁测量（航空电法），航空重力测量等。航空物探具有速度快，不受地面条件（如海、河、湖，沙漠）的限制，大面积工作精确度比较均一，可在一些地形条件比较困难的地区工作等优点。特别是自动控制和电子计算技术的发展，使航空物探综合化，从而提高了航空物探观测数据的计算和整理的速度及解释推断的水平，有力地

5、促进了航空物探的发展。它的缺点是：对一些异常值较小的异常体反映不够清楚，分辨力要低些；其次是异常体的定位目前还不够十分准确，需要地面物探进行必要的补充工作。第一章航空重力法基本原理【10】航空重力测量是利用机载重力仪、定位传感器组合系统进行空中重力测量，通过测量地球重力场研究地球构造及寻找矿产资源的一种地球物理方法。航空重力测量是一种重要的航空物探方法，是陆地重力和海洋重力测量的拓展和补充，也是重力测量的发展方向之一。航空重力测量的基础就是万有引力定律，其基本原理是：通过机载重力仪测量出航迹上采样点处重力仪读数相对于地面基准重力点读数的差值，解算出采样点机载重力仪的加速度值；机载GPS接收机与

6、地面固定站GPS接收机同步接收GPS信号，差分处理后求得飞机飞行的位置矢量，计算出飞机飞行的速度矢量和加速度；将机载重力仪测到的加速度值与机载GPS获得的垂向加速度求差，即可得到米样点重力值。航空重力测量分为航空标量重力测量、航空矢量重力测量和航空梯度重力测量3种类型，其观测信息分别为重力的大小、重力加速度和重力梯度张量。从测量参数上可分为重力加速度测量和重力加速度梯度测量两大类。航空标量重力测量技术相对较成熟，是目前应用较广泛的一种技术。航空重力测量的发展方向是航空矢量重力测量和航空梯度重力测量，利用它们可探测更高精度、更高分辨率的地球重力场。勘探应用：用于寻找陆地和海洋中与石油和天然气有关

7、的地质构造和断层，推断盆地和隆起的形状、类型和基底深度,划分断裂构造，圈定盐丘的位置和形态，区分火成岩，分析地质体的密度，确定油气远景区及钻探井位等。目前，航空重力梯度测量已进人生产实用阶段，美国、加拿大、澳大利亚和俄罗斯等国家，在探测油和天然气构造方面均取得了很好的效果。图为公司使用在南非某地区得到的经地形改正后的Tzz,Txy,Txz和Tyz分量图，图中黑色的椭圆区域为与地下空穴相对应的异常，白线为推断的区域线性构造。图？南非某地区经地形改正后的TTg頊和匚分量固体矿产资源勘探以及水文和工程地质等方面的应用。为了提高解释精度，国外一些公司将航空重力测量与航空磁测相结合进行推断解释。如澳大利

8、亚公司的航空重力梯度测量系统已在澳大利亚开展了大面积的航空重力测量，并发现了多处异常区域田，图为在非洲某地区观测所得的孔平面等值线图，图中清晰地反映出尺度为350m见方的异常图因非洲某地区G平面等值线用于区域地质填图，包括确定区域构造形态、类型和分布，划分断裂构造,区分火成岩和地下地质体密度等巨川。目前均采用航空重力测量与航空磁测相结合的方式。优缺点：航空重力测量具有测量速度快、覆盖范围大等优点，可用于大范围重力普查、无人区重力测量、远程武器发射区快速重力测量等。航空重力勘探解决地质问题所依据的基本要素并非一个点的重力场，而是重力场在空间的分布，特别是由地质构造及矿产资源这些密度分布不均匀因素

9、引起的重力变化，即航空重力异常。应用实例【11】：2001年春，澳大利亚BHP公司(BrokenHillProprietaryCo)进行了航空重力梯度仪测量实验。在2架飞机上安装了Falcon航空物探测量系统,它包括传统的航磁及重力梯度系统，该系统是从Bell公司(LockheedMartinCorp)研制的FTG(FullTen2sorGradiometer)全张量梯度系统改装而成。FTG系统由在3个盘上的12个加速度计组成，每个盘上成对正交地安装2对加速度计，每个加速度计对重力振幅是灵敏的,而每对加速度计的差值与重力梯度成比例，从而实现3个方向的重力梯度张量。而Falcon系统仅包括安装在

10、一个的水平园盘上的8加速度计，只测量水平梯度Uxx、Uyy,而垂直梯度Uzz可通过计算获得。Falcon系统具有省时、省钱、精度可与传统地面测量相比拟的优点，通常3个月内可完成传统重力调查要花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：航空磁法是应用最广的航空物探方法之一，又称航空磁测或航空磁力勘探，简称航磁。目前航空磁测用的仪器有两类，一类是测总磁场模数的变化厶T，另一类是测总磁场模数变化的梯度。目前在生产中应用的测总磁场模数变化的仪器主要是核子旋进磁力仪和光泵磁力仪，也有用磁通门磁力仪的。测总磁场模数变化梯度的是航空磁力梯度仪。它用距离固定的两个磁力仪探头(如光泵磁力仪

11、探头)，同时测量地磁场并记录其差值(即磁力梯度，可测垂直梯度或水平梯度)，一般灵敏度约达3X10-45X10-4纳特/米。勘探对象：1、地质制图和研究大区域构造在大片研究程度很低的地区和海上，可用小比例尺的航空磁测研究地质构造。许多火成岩和老变质岩都具有磁性。根据磁异常场的特征可以区分并圈定它们的范围，包括在沉积盖层下伏的部分。它们的分布、排列、组合有一定的规律，并且常可见到一些线形特征。例如，串珠状或雁行排列的局部异常，条带形或弧形的异常带，异常带的错动，异常场区域性特征的线形分界线等，据此可以发现或追索各种断裂、断裂带、褶皱构造等，然后划分地质构造单元。沉积岩一般磁性很小，但其下常有磁性岩

12、体组成基底。对航空磁测资料进行定量计算，可以算出磁性体顶面距飞机的高度，减去航高，就可得到沉积岩层的估计厚度，从而圈出沉积盆地的范围，并研究它的特点。2、找金属矿和其他固体矿藏直接找强磁性矿体（例如磁铁矿）是航空磁法应用的重要方面。要求发现几十万吨至几亿吨的不同规模矿藏，飞机的飞行高度为几十米到上千米。有些矿藏虽然不能用航空磁法直接勘探，但可用它快速圈定成矿的远景区，然后进行地面磁测。3、普查石油和天然气根据小比例尺磁测研究区域构造和沉积盆地的特点，结合其他资料，可以提出找油的远景地区；在进一步的详细工作中，当条件有利的时候，用航空磁法能圈出控制储油构造的二级构造带；如沉积岩中夹有稳定的磁性岩

13、层，还可直接发现可能储油的构造。优缺点【1】：优点：1，工作速度快。一架飞机做十万分之一比例尺的测量，每年可以作3,4万平方公里。可以到人烟稀少或地面不易到达的地区进行工作。可以既省人力，而且比地面磁测还方便。2,航空磁法永远是在离地面有相当高度上进行工作，它受地面起伏影响小，可以说一般不受地形影响。3，航空电磁法可以在各种不同的高度上进行工作，而且这一高度变化的范围是很大的，其大小足以以与局部地质构造的大小相比拟，而且可以测量三度空间内磁场的分布情况。缺点：航空磁法有空中与地面的联系问题一如何准确的按照既定的测线飞行测量，然后把测量结果投到地形图上。应用实例【2】淮北地区是个高度覆盖地区，1

14、957年曾完成了1；100万的航空磁测工作。根据航磁资料研究的结果，认为这里基岩埋深不大，后期构造运动强烈，再加上有下古生代灰岩大面积分布，故被认为是矽卡岩型铁矿的找矿远景区。1959年布置了1:20万的航空磁测，发现了多处局部异常,经地面检查验证为隐伏矿体所引起，1966年又进一步布置了1:5万的航空磁测，仪器精度由原来的25r提高到10r,磁异常面貌就更为清晰了，进一步圈定了磁异常的面积和范围。经过大量的地面地球物理勘探和钻探验证，逐步揭示了这是一个有价值的矿区。在发现和查明淮北矿区的过程中，航空磁测是起了重大作用的。闿2淮北地区魄空歿瀏虽T第面乎而图第三章航空电磁法基本原理：不同的水质和

15、土质的导电性又各不相同，航空电磁法正是通过探测其电性来达到划分水质和土质的目的【5】。航空电磁法简称航电。主要是音频电磁法，仪器有几十种，可以有多种分类法，如果按工作原理结合工作特点可分为以下几类。1、硬架式和直升飞机电磁系统飞机上带有发射器，发射连续电磁波（一次场），另有接收器，用补偿法去掉所接收到的一次场，接收从地面导体感应产生的二次场。一般把发射和接收线圈固定在硬架上，为取得更大的探测深度，二者相距要尽可能远，因此安装在飞机的头尾或机翼的两端。若用直升飞机，则采用特制的拖吊式大吊舱（长至9米），在其两头安放发射、接收线圈，称为直升飞机电磁系统，它可在山区作低飞勘探。测量与一次场同相（实）

16、和异相（虚或正交）分量。为提高找矿效果，可同时发射和接收几种频率的电磁波。发射线圈和接收线圈有水平的或垂直的，或二者兼有，加上它们不同的组合方式，可以有许多变型，根据不同的探测目标和条件选用。2、异相（虚分量）系统工作原理与上类同。由于异相分量不受发射、接收线圈距离变化的影响，只测异相分量时，可将接收线圈远远拖出机外（100米或更多）以加大探测深度。缺点是不能测同相分量，常用多个频率工作来弥补。瞬变脉冲（INPUT）和瞬变相关（COTRAN）系统为避免一次场的干扰，在一次场（脉冲波）发射时不作测量，而测一次场断开后二次场衰减的情况（按一定时间间隔分道取样），称为瞬变脉冲系统，又称时间域系统。为

17、取得足够强的响应，必须用比上两类大得多的发射场强，仪器也较复杂。但由于这一系统探测深度大和便于分辨地表导电层的干扰，仍得到广泛的应用。为将频率域和时间域的优点结合起来，现正试验用富含多种频率谐波的波形发射脉冲波，在发射时和断开后都进行接收测量，从发射与接收波形之差，检出有用信息，并与各种地质体模型的典型响应用计算机进行相关处理，提出推断意见，这就是“瞬变相关”系统。3、甚低频和天然音频电磁系统飞机不带发射装置，只带接收装置，称为被动式系统，是用世界各地的甚低频（超长波）导航台或远处雷电作为一次场源。也有用长波台或广播电台的长波和中波系统的。因所测参数不同，可分为电相位、无线电相位、测磁等方法。

18、这种电磁系统的成本最低，但它对不大的良导体（矿体）的反映时常比对大块的导体（如含水的断裂带、电阻率低的岩石）的反映弱，所以通常只作为找矿的辅助手段，或用于找水和地质制图。由于电磁波的趋肤效应，甚低频所能反映的只是地表下数十米内的电磁性差异，中波反映的只几米。天电法则因天电的规律较复杂，使用受到限制，应用不广泛。4、无限长导线法和土莱尔系统在地面布设一长导线（10公里以上）或一个大线圈（每边长数公里）发射一次场，在空中用小型直升飞机在其附近测实、虚分量或振幅、相位梯度，实为半航空法。由于紧贴地面用大功率发射，探测深度可较大。缺点是长导线或大线圈布设的工作量太大。5、超导电磁系统一个线圈既作发射用

19、又作接收用。二次场的响应表现为线圈电阻的微弱变化。这种微弱变化只有在线圈本身处于超导状态而电阻很小时才有可能被检测出来。它可以避免上述各种发射和接收线圈间的许多复杂关系，且电耗小。但超低温技术复杂，还处于试验阶段。勘探应用：航空电磁法常用于找寻良导性矿体、地质填图、找地下水，以及分辨航磁异常。1）找各种良导性矿航空电磁法主要应用于寻找铜、铅、锌、钼等的硫化矿。除能直接发现矿体外，还能利用找控矿构造，间接找矿，包括找铀和其他一些金属矿。2）地质填图、找地下水、解决工程地质问题均匀布置的航电测量结果，可以推算出地表（一定深度内）的视电阻率图，有的还可以得出几种深度或几层的视电阻率图，用以填制地质图

20、，研究包括地表覆盖层在内的几层的地质情况。大片的地下水体，充填有水的断裂带，含水的砾石层及褐煤层，采用此法能得到清楚的显示。3）帮助分辨航磁异常影响电磁响应的因素之一是地质体的磁导率。磁性矿体与强磁性岩体的磁异常有时难以分辨，但岩体常有较强的剩余磁性，而矿体常有较高的磁导率，用航空电磁法有时可以区分这两种情况。优缺点【6】具有速度快、成本低、通行性好、可大面积覆盖、可用于海域等优势，尤其是在运积层或植被发育的覆盖地区，它更具有一般勘探手段难以达到的效果。测量过程中的飞行高度的变化，系统的零点水平漂移影响数据质量及图。应用实例：【6】划分土壤盐渍化程度、研究古沉积环境，下图是吉林省乾安地区航空电

21、磁土壤盐渍化程岩性为中细砂、粗砂，因其垂向和侧向补给道路畅通，地下水循环速度快，表层的毛细管也不发育，故为淡水储水体，地表无盐渍化；若含水层岩性为细粉砂、亚砂土，则垂向补给和侧向径流都不如前者，毛细管也较为发育，多形成过渡类型水储水体，地表土壤将出现轻盐渍化和中盐渍化；若含水层岩性为亚砂土、亚粘土或二者互层以及粘质土，则垂向和侧向的补给道路不畅，加之毛细管发育，蒸发更强，故多形成咸水储水体，地表则出现重盐渍化或盐碱土。图1吉林省乾安地区航空电琥法圈定土壤盐渍化程度第四章航空电磁法基本原理：航空放射性测量(airborneradioactivesurvey)是航空物探的一种主要方法，是将航空放射

22、性仪系统安装在飞机或其他飞行器中，测量放射性元素含量的方法。航空放射性测量均使用航空伽马能谱仪系统进行测量，故航空放射性测量与航空伽马能谱测量往往通用。勘探应用：1，在核工业上应用，勘探放射性资源，寻找铀矿获取的航空放射性测量数据资料2，核事故应急航空检测。能在发生核事故或辐射污染的情况下,快速确定污染范围和污染程度,为应急措施的实施提供依据3，环境辐射水平的航空监测。随着人口剧增和工业加速发展,人类社会面临着矿产资源短缺的严重威胁。矿产资源是人类社会文明必需的物质基础,开采矿产资源是人类在生产过程中更加必不可少的生产活动。开发矿产资源所产生的环境问题日益引起世界各国的广泛重视。矿产资源的开发

23、利用,不仅污染空气、土壤、水体,导致土地退化、沙漠化、水环境变化等,而且还会产生局部的放射性污染优缺点：航空放射性测量具有测量速度快、覆盖范围大等优点，可用于大范围放射性普查、无人区放射性测量等。应用实例：航空伽马能谱检测煤矿放射性污染。图是新疆某地上空的航空伽马能谱测量异常剖面,核工业航测遥感中心在新疆某地区进行航空放射性测量时相继发现了类似的3片异常区域,分别位于当地的几个生活区内。这3个地区异常特征十分相似,总道、铀道峰形反映明显,铀道峰值高出背景值近3倍。A图2A图2新疆某地航空放射性测量异常剖面杨光庆朱瑛，航空磁法测量简介，地质知识.杨光庆朱瑛，中国地质普查勘探中的航空磁测工作，地球物理学报，1979孟庆敏,高卫东,满延龙,余钦范,钟清.航空电磁法区域农业生态地质调查与评价,物探与化探。28（4），2004.333-340.Nationalairbornegeophysicsproject（NAGP）:nationalreportEB/.au/NAGP/nagp_nr.ht