低空高分辨磁法測(cè)量在金屬礦勘查中的應(yīng)用

低空高分辨磁法測(cè)量在金屬礦勘查中的應(yīng)用

0磁法測(cè)量系統(tǒng)磁法測(cè)量是為了測(cè)量不同地區(qū)巖石和土壤磁強(qiáng)引起的地球磁強(qiáng)變化。在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域,許多類(lèi)型的礦床如斑巖型銅礦床、鐵氧化物-銅-金礦床(IOCG)[2~3]和各種磁鐵礦床,由于富含磁性礦物如磁鐵礦和磁黃鐵礦等,能夠引起地球磁場(chǎng)的局部強(qiáng)磁異常,在磁法測(cè)量中可以被快速圈定出來(lái)成為勘查靶區(qū)。國(guó)際上許多著名礦床的發(fā)現(xiàn)都始于磁法測(cè)量所圈定的磁異常靶區(qū),如澳大利亞的奧林匹克壩IOCG型銅多金屬礦床和智利的一些大型斑巖型銅礦床,國(guó)內(nèi)通過(guò)航磁測(cè)量發(fā)現(xiàn)的磁鐵礦床占到總數(shù)的80%。磁法測(cè)量可分為航空磁法測(cè)量和地面磁法測(cè)量。航空磁法測(cè)量是將探測(cè)儀器安裝在固定翼飛機(jī)或直升機(jī)上,按一定高度沿測(cè)線(xiàn)飛行并記錄磁場(chǎng)變化。由于地質(zhì)體導(dǎo)致的磁異常強(qiáng)度隨探測(cè)距離增加快速衰減,航空磁法測(cè)量容易識(shí)別深部較大的磁異常地質(zhì)體,如與成礦有關(guān)的侵入巖體,或者區(qū)域上的大的構(gòu)造斷裂帶。但是,由于飛行高度的限制,傳統(tǒng)航磁測(cè)量難以對(duì)淺部礦體目標(biāo)直接開(kāi)展高精度的磁法測(cè)量;并且各國(guó)航空管制政策和工作條件,傳統(tǒng)航空磁法測(cè)量工作的部署常常難度較大、成本較高,無(wú)法滿(mǎn)足商業(yè)性礦產(chǎn)勘查靈活機(jī)動(dòng)的需求。地面磁法測(cè)量可以開(kāi)展大比例尺(如1∶1萬(wàn))高精度的填圖工作,識(shí)別淺部磁異常體,直接尋找礦體目標(biāo)。特別是工作區(qū)位于原始森林植被和土壤覆蓋區(qū),缺少地表露頭的情況下,高精度的磁法測(cè)量已經(jīng)成為主要的填圖和找礦手段。但地面磁法測(cè)量工作效率較低,難以快速完成大面積的掃面工作;且受地形限制較大,像高山、深谷、河湖、沼澤和密林等地區(qū)難以開(kāi)展地面磁法測(cè)量。為了適應(yīng)在勘查區(qū)大面積范圍內(nèi)快速開(kāi)展大比例尺磁法測(cè)量填圖和直接找礦的的實(shí)際需求,國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了三類(lèi)超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)。一是以有色地質(zhì)系統(tǒng)研制的載人動(dòng)力三角翼滑翔機(jī)載超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng);二是以江蘇省地礦局研制的無(wú)人飛艇載超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng);三是以中國(guó)科學(xué)院研制的無(wú)人機(jī)載超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)。三類(lèi)超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)與已知礦區(qū)的地面磁法測(cè)量結(jié)果對(duì)比,基本可以替代地面磁法測(cè)量,進(jìn)行快速高精度的磁法填圖和直接找礦工作。1無(wú)人利益測(cè)量系統(tǒng)組成(1)載人動(dòng)力三角翼滑翔機(jī)載超低空磁測(cè)系統(tǒng)主要由RS-GB10型氦光泵航磁測(cè)量系統(tǒng)、航空載體系統(tǒng)和地面GB-4A型氦光泵磁力儀等組成。(圖1)(2)無(wú)人飛艇載超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)主要是由飛艇、氦光泵航磁測(cè)量系統(tǒng)、氦光泵地磁儀和GPS儀等組成。(圖2)(3)無(wú)人機(jī)超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)主要由高精度氦光泵磁力儀、高性能無(wú)人機(jī)等組成。(圖3)2超低空分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)性能分析各超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)除飛行載體有所差別外,配備的航磁測(cè)量?jī)x器、磁力儀等測(cè)量?jī)x器將基本相同。由于飛行載體有所差別導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)有所差別(見(jiàn)表1)。從表1可以看出,超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)有著傳統(tǒng)方式不可比擬的優(yōu)勢(shì),該類(lèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輕便,安全系數(shù)高,可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)平穩(wěn)地進(jìn)行低空飛行,能獲得高分辨率、高密度的航磁數(shù)據(jù),而且采集效率高,可控性強(qiáng),地面無(wú)漏點(diǎn)、受各種干擾小的優(yōu)點(diǎn),在試驗(yàn)和實(shí)踐應(yīng)用中也驗(yàn)證了該類(lèi)系統(tǒng)采集的航磁數(shù)據(jù)可靠,性能穩(wěn)定,技術(shù)指標(biāo)和精度能滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)范要求,非常適合在野外復(fù)雜條件下開(kāi)展工作?？稍谡訚傻?、沙漠、海灘等地面工作難開(kāi)展的地區(qū)工作。3試驗(yàn)比較了已知區(qū)域內(nèi)低空磁度測(cè)量的結(jié)果3.1地面磁測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果滑翔機(jī)載超低空磁測(cè)系統(tǒng)在完成空中動(dòng)態(tài)噪聲測(cè)試和磁補(bǔ)償測(cè)試,效果滿(mǎn)足要求后,在內(nèi)蒙雙合旺地區(qū)進(jìn)行了超低空航磁測(cè)量試驗(yàn)。該區(qū)南北長(zhǎng)5km,東西寬3.6km,總計(jì)18km2,已經(jīng)開(kāi)展過(guò)1∶1萬(wàn)的地面磁法測(cè)量。區(qū)內(nèi)高度差為200m,測(cè)區(qū)南北部為海拔1550~1600m的高山,中間為1400m的臺(tái)地?，F(xiàn)以該工區(qū)航飛測(cè)區(qū)為例,對(duì)比超低空航磁測(cè)量和地面磁測(cè)的結(jié)果,該測(cè)區(qū)東西長(zhǎng)3.6km,南北長(zhǎng)2km。航磁測(cè)量的測(cè)線(xiàn)坐標(biāo)與地面磁測(cè)一致,線(xiàn)距為100m。飛行方式主要采用單向俯沖飛行,飛行高度約為50m。飛行獲得的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)首先進(jìn)行了磁補(bǔ)償、日變和地磁場(chǎng)改正等。為了便于與地面磁測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比,進(jìn)行了正常場(chǎng)調(diào)整和圖件顯示的色階比例調(diào)整。對(duì)比地磁測(cè)量等值線(xiàn)平面圖和低空航磁測(cè)量等值線(xiàn)平面圖(圖4a和b)可以看出,磁異常的位置和形體基本一致,異常細(xì)節(jié)也基本相同,東部的M1-2異常都顯示為北東向線(xiàn)狀異常和兩個(gè)高值中心;西南角的M1-1異常也都顯示為短軸異常;M1-2異常西負(fù)異常區(qū)中的二個(gè)小正異常也對(duì)應(yīng)比較好。這說(shuō)明兩種磁測(cè)方法對(duì)磁性體的分辨能力差別不大。只是因?yàn)榈涂蘸酱艤y(cè)量有了一定測(cè)量高度,磁性體傾向上異常寬度略有增加,而相對(duì)磁異常的幅值則略有降低。因而,1∶1萬(wàn)超低空航磁異常反映了地面1∶1萬(wàn)磁測(cè)的結(jié)果,可以用來(lái)替代地面磁測(cè)作為大比例詳查資料使用。3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和質(zhì)量評(píng)價(jià)無(wú)人飛艇載超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)完成空中磁補(bǔ)償測(cè)試,效果滿(mǎn)足要求后,在大西洋北岸邊進(jìn)行了超低空航磁測(cè)量試驗(yàn)。該工區(qū)超低空氣流極不平穩(wěn),又加上時(shí)值雨旱季交界,氣候條件多變,試驗(yàn)飛行時(shí)發(fā)現(xiàn)飛艇飛行過(guò)程中高度起伏較大,將平均離地飛行高度調(diào)整至180m。飛艇飛行速度約36~54km/h,采樣率為10次/s。飛行測(cè)量采用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位,飛行前將所有測(cè)線(xiàn)端點(diǎn)及地形特征點(diǎn)的坐標(biāo)和飛行高程輸入飛艇自動(dòng)導(dǎo)航儀。測(cè)量過(guò)程中飛艇實(shí)施自駕并實(shí)時(shí)記錄航跡。無(wú)人飛艇載超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)質(zhì)量評(píng)價(jià)采用單項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)和總精度相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法,單項(xiàng)質(zhì)量主要包括導(dǎo)航定位精度、航磁數(shù)據(jù)收錄質(zhì)量、磁日變記錄質(zhì)量。導(dǎo)航定位精度用偏航距即實(shí)測(cè)測(cè)點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)測(cè)線(xiàn)位置的距離來(lái)評(píng)價(jià)。本次試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)了每條測(cè)線(xiàn)的最大偏航距,最大值為22.1m,完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)中不大于50m的要求;航磁測(cè)量數(shù)據(jù)是根據(jù)航磁儀動(dòng)態(tài)噪聲水平來(lái)評(píng)價(jià)。測(cè)區(qū)每條測(cè)線(xiàn)的動(dòng)態(tài)噪聲水平最大±0.35nT,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;磁日變觀(guān)測(cè)采用和航磁儀同精度的GB-4A磁力儀,磁日變質(zhì)量評(píng)價(jià)主要依據(jù)日變觀(guān)測(cè)的噪聲水平確定,為保證工作精度,探頭位置和高度確定后,保持不變。探頭到磁力儀主體間的距離為20m,探頭到電源間距離為30m。磁日變的觀(guān)測(cè)時(shí)間始于每架次飛艇起飛前30min,止于飛艇落地后10min的時(shí)間范圍。實(shí)際測(cè)量中,采樣率為1次/s,滿(mǎn)足資料處理需要。日變?cè)肼曀阶畲鬄椤?.035nT,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。無(wú)人飛艇載超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)航空磁測(cè)總精度是航空磁測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量和定位誤差及各項(xiàng)校正不充分或不準(zhǔn)確等形成的誤差的總和。在完成正常場(chǎng)、磁日變校正和整架次或每條測(cè)線(xiàn)整線(xiàn)粗略水平調(diào)整后,航空磁測(cè)總精度采用計(jì)算控制線(xiàn)與測(cè)線(xiàn)交點(diǎn)上磁場(chǎng)差值之均方差σ來(lái)衡量。在試驗(yàn)區(qū)選取數(shù)據(jù)計(jì)算,全區(qū)的航空磁測(cè)總精度達(dá)到工作要求。4超低空分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)在地質(zhì)遙感現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的應(yīng)用隨著資源的不斷開(kāi)發(fā)和利用,找礦主體將由出露礦、淺表礦向隱伏礦、深部礦轉(zhuǎn)移;超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)必將在隱伏礦、深部礦找礦中發(fā)揮重要作用。以非洲中部銅礦大國(guó)贊比亞為例,許多中資企業(yè)在該國(guó)投資找礦,依據(jù)該國(guó)礦業(yè)政策,探礦權(quán)每?jī)赡暌s減一半面積,并且每年有4~5個(gè)月左右的雨季時(shí)間,不適宜開(kāi)展野外作業(yè),因此,可供利用開(kāi)展勘查工作的時(shí)間十分寶貴。而該國(guó)多數(shù)地區(qū)為熱帶叢林或草原覆蓋,風(fēng)化層厚度較大,難見(jiàn)露頭,傳統(tǒng)地面勘查工作很難有效開(kāi)展。這些情況在國(guó)內(nèi)外都十分普遍,超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)以其機(jī)動(dòng)靈活且成本低廉的優(yōu)勢(shì),可以快速的對(duì)探礦權(quán)區(qū)進(jìn)行大面積的磁法測(cè)量填圖工作,圈定鐵銅多金屬礦找礦靶區(qū)進(jìn)行實(shí)地驗(yàn)證,提高找礦效率,節(jié)省時(shí)間?？梢灶A(yù)見(jiàn),超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。當(dāng)然,該磁測(cè)系統(tǒng)仍有很大改進(jìn)的空間,依賴(lài)于航磁測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。航磁測(cè)量技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展趨勢(shì)是測(cè)量的空間分辨率,從而獲取更詳細(xì)的磁異常體信息,擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。像超低空高分辨率航磁測(cè)量系統(tǒng)就是通過(guò)降低飛行高度、增加測(cè)線(xiàn)密度等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)航磁測(cè)量分辨率的提升,在保證航磁測(cè)量高效率的同時(shí),獲得接近地面磁法測(cè)量的高分辨率。其次,在測(cè)量總磁場(chǎng)強(qiáng)度的同時(shí),可以通過(guò)測(cè)量磁場(chǎng)梯度,獲取更多磁異常體的細(xì)節(jié)信息。例如,裝備有多組平行的垂向磁場(chǎng)梯度測(cè)量?jī)x器的直升機(jī)航磁測(cè)量系統(tǒng),能夠分辨出地表幾米內(nèi)的磁異常目標(biāo),其精度甚至可以用來(lái)進(jìn)行掃雷作業(yè)。其他方面,可根據(jù)技術(shù)和飛行條件選擇安裝多種探測(cè)儀器,實(shí)現(xiàn)一次飛行同步測(cè)量包括磁、電和放射性等多種數(shù)據(jù),提高找礦效率,節(jié)約成本?？傊?隨著勘查工作的實(shí)際需求和航磁測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步,超低空高分辨率航