無人機航空磁測技術在多寶山整裝勘查區(qū)的應用試驗

胥值禮， 李軍峰， 崔志強， 李　飛， 李文杰， 孟慶敏， 劉俊杰， 劉瑩瑩

(中國地質(zhì)科學院　地球物理地球化學勘查研究所，廊坊　065000)

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無人機航空磁測技術在多寶山整裝勘查區(qū)的應用試驗

胥值禮， 李軍峰， 崔志強， 李飛， 李文杰， 孟慶敏， 劉俊杰， 劉瑩瑩

(中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所，廊坊065000)

首次利用自主研發(fā)集成的中型無人機航空磁測系統(tǒng)在多寶山整裝勘查區(qū)成功開展了區(qū)域性測量，取得了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。這里簡要介紹了此次測量的數(shù)據(jù)質(zhì)量及一些典型的航磁區(qū)域和局部異常，結(jié)合測區(qū)的地質(zhì)環(huán)境和成礦規(guī)律，提出了利用無人機航磁在該區(qū)找礦的基本思路，為地面勘查工作的進一步開展提供借鑒。

無人機航磁； 多寶山整裝勘查區(qū)； 應用試驗

0　引言

無人機航空磁測系統(tǒng)具有費用低、小型化、智能化、續(xù)航能力強、人員傷亡少等特點，特別適合于小區(qū)域大比例尺航磁高精度測量，在航空物探領域具有廣闊的應用前景，日益受到世界各航空地球物理勘探部門的廣泛關注。在國外，英國Magsurvey公司[1]、加拿大Fugro公司[2-3]、加拿大萬能翼地球物理公司[4]、日本[5-6]等先后開展了此領域的研究工作，并取得了較好的應用效果。在國內(nèi)，中國地質(zhì)科學院地球物理地球化學勘查研究所等單位正在開展該領域的研究工作，但到目前為止均未實現(xiàn)系統(tǒng)的實用化。

在無人機航空磁測系統(tǒng)研發(fā)和應用試驗中，解決了無人機改裝與系統(tǒng)集成、超低空自主導航及飛行控制、航磁儀遠程測控、無人機磁補償?shù)汝P鍵技術難題，基于國產(chǎn) CH-3 中型無人機平臺，成功研發(fā)集成了一套航空磁測系統(tǒng)(圖1)。系統(tǒng)采用CS-VL高精度銫光泵磁力儀，飛行高度可在120 m～180 m范圍內(nèi)設定，測控范圍約 250 km(視距內(nèi))，續(xù)航時間達到約7 h～10 h，可夜間作業(yè)[7]。2013年6月至9月，在黑龍江省嫩江縣多寶山整裝勘查區(qū)，利用該系統(tǒng)成功開展了國內(nèi)首次區(qū)域性測量，實現(xiàn)了全自主飛行和遠程監(jiān)控。測量共飛行7架次(其中4架次為夜航)，完成測線總長度約 2 980 km。根據(jù)此次測量的數(shù)據(jù)質(zhì)量，分析典型的航磁區(qū)域異常和局部異常，提出在該區(qū)利用無人機航磁找礦的基本思路。

圖1　CH-3無人機航空磁測系統(tǒng)Fig.1　CH-3 UAV airborne magnetic survey system

1　航磁原始數(shù)據(jù)質(zhì)量

測量的比例尺以1∶50 000為主，部分區(qū)段加密到1∶10 000，測線方向為130°，測線間距為500 m，加密區(qū)段測線間距為100 m，設計飛行高度為120 m。

主要實測質(zhì)量指標：①磁補償后標準差為0.054 nT；②磁補償后最大方向差為0.9 nT；③地面靜態(tài)噪聲水平為18.07 pT；④空中平均動態(tài)噪聲水平為51.7 pT；⑤平均飛行高度為120.29 m，小于150 m的占98.36%；⑥平均偏航距為14.8m，小于30m的占98.15%；⑦同一測線的兩次重復觀測的航跡和航磁曲線的一致性和重復性均很好(圖2)；⑧全區(qū)航磁原始數(shù)據(jù)總精度為2.5 nT(圖3)，從圖3可以看出，沒有因航跡、飛行方向及飛機本身磁場造成的條帶狀干擾，原始數(shù)據(jù)總精度高。

圖2　重復測線的航磁(ΔT)剖面對比圖Fig.2　Comparison profile (ΔT) of repetition lines

圖3　全區(qū)航磁原始數(shù)據(jù)(T)陰影圖Fig.3　Shadow map of raw data (T)

上述質(zhì)量指標表明，測量系統(tǒng)的測控精度高、穩(wěn)定性好，各指標均優(yōu)于現(xiàn)有航磁技術規(guī)范中的指標，所測數(shù)據(jù)準確可靠。

2　地質(zhì)及礦化蝕變概況

多寶山地區(qū)位于蒙古鄂霍茨克斑巖型銅礦成礦帶內(nèi)[8]，多寶山島弧是大興安嶺弧盆系中次一級構(gòu)造單元，北西側(cè)為海拉爾-呼瑪弧后盆地，東南側(cè)為賀根山-黑河蛇綠混雜巖帶(圖4)。

無人機航磁測區(qū)位于多寶山島弧帶中的銅山銅(鉬)礦床和爭光巖金礦床所處區(qū)域(見圖4)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造錯綜復雜，地層分布明顯受構(gòu)造控制。區(qū)內(nèi)上古生代地層發(fā)育，與斑巖型銅(鉬)、銅(鐵)礦床有關的為中奧陶世多寶山組(O2d)及銅山組(O1-2t)，多寶山組的安山巖及其碎屑巖是斑巖型銅礦的重要礦源層，多寶山組及銅山組火山沉積巖系最發(fā)育的地區(qū)，也正是斑巖型銅礦床(點)密集分布區(qū)。對于以金為主的礦種來說，受地層的控制因素并不明顯，它可存在于任何地層中。區(qū)內(nèi)巖漿活動頻繁，花崗巖類分布廣泛、復雜多樣，與礦產(chǎn)關系密切。加里東侵入期是本區(qū)最重要的巖漿活動期，加里東晚期花崗閃長巖及花崗閃長斑巖是本區(qū)銅、鉬、金礦及鎳礦化的最重要的成礦母巖，燕山侵入期形成的酸性花崗閃長巖是金礦(化)床的重要成礦母巖[9]。

3　巖(礦)石磁性特征

從巖(礦)石物性測量來看，本區(qū)碎屑巖地層的磁化率相對較弱，磁化率小于 500×10-6SI，火山巖系地層的磁化率較大，平均值超 1 000×10-6SI，是引起磁異常的主要地層單元。剩磁強度的變化趨勢與磁化率相同，古生界至新生界的沉積地層為無磁性或弱磁性，磁化率一般小于 50×10- 6SI。

對侵入巖體而言，白堊紀花崗閃長巖磁性最強，磁化率均值高達 3 515×10-6SI；其次為奧陶紀花崗閃長斑巖-閃長巖-花崗巖和三疊紀-侏羅紀二長花崗巖，磁化率分別為 1 759×10-6SI、1 200×10-6SI；最弱的是石炭紀的花崗巖，磁化率僅為 170×10-6SI。

對礦區(qū)/礦點而言，大治鐵礦點(赤鐵礦化、鏡鐵礦化、磁鐵礦化)磁性最強，磁化率均值高達 2 773×10-6SI，銅山銅(鉬)礦區(qū)的磁化率分別 1 457×10-6SI，爭光巖金礦區(qū)的磁化率為 1 144×10-6SI。

圖4　測區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)圖Fig.4　Geological & mineral map of the survey area

4　航磁異常綜合解釋

4.1航磁區(qū)域場特征及解釋

從航磁ΔT的整體分布特征來看，區(qū)內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復雜，可大致分為三個一級場區(qū)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ(圖5)。

1)Ⅰ區(qū)。磁場以寬緩強正磁異常特征為主，磁場強度范圍為-80 nT～1 420 nT，寬緩強磁場上疊加有幾條線性異常，走向呈北東或北西，推斷為線性構(gòu)造引起。

2)Ⅱ區(qū)。磁場以較平靜負場中的跳躍窄陡正磁異常特征為主，正負場值相間，磁場強度范圍為-196 nT～402 nT。宏觀上看，區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)出兩個環(huán)形和多條線性航磁異常，線性異常的走向呈北東、北西或東西，推斷為線性構(gòu)造引起，兩個環(huán)形異常推斷為隱伏(次)火山機構(gòu)引起。

根據(jù)構(gòu)造和巖漿的活動程度，該區(qū)又可分為Ⅱ-1和Ⅱ-2兩個二級場區(qū)，Ⅱ-1區(qū)的磁場特征表現(xiàn)為跳躍、梯度變化較大，以略顯升高的正場為主，Ⅱ-2區(qū)的磁場特征表現(xiàn)為平穩(wěn)低緩磁場，以略顯降低的負場為主，反映出Ⅱ-1區(qū)的構(gòu)造和巖漿活動較Ⅱ-2區(qū)強烈。

3)Ⅲ區(qū)。磁場以寬緩負磁場為主，磁場強度范圍為-497 nT～214 nT，區(qū)內(nèi)具有一個環(huán)形和幾條線性航磁異常，線性異常的走向呈北東或北西，推斷為線性構(gòu)造所引起，環(huán)形正磁異常反映了早白堊世火山機構(gòu)。

4.2航磁局部異常解釋

通過高精度航磁測量，反映出該區(qū)存在多個非常明顯的磁異常(圖6、圖7)，這些異常對該區(qū)進一步開展地質(zhì)找礦工作具有一定的指導意義。航磁局部異常主要有：

4.2.1與已知礦區(qū)/礦點對應的航磁異常

異常 C-15，位于奧陶紀多寶山組(O2d)中，為負背景場中升高的正磁異常帶，走向北西約50°，長約 2.0 km，寬約 0.8 km，異常中心相對強度為65 nT。與已知銅山銅(鉬)礦床對應，礦體位于異常北側(cè)梯度帶上，推斷該異常為地層中的脈巖引起，礦體位于脈巖與地層的接觸帶中。

異常 C-23，位于奧陶紀多寶山組中，為平穩(wěn)負背景場中升高的低緩弱負磁異常，走向北西約30°，長約 0.57 km，寬約 0.41 km，異常中心相對強度 為15 nT，異常與已知大治鐵礦點對應。由于該弱異常處于1∶10 000加密測量區(qū)段，因此能細致地反映出異常形態(tài)，推斷該異常為已知礦致異常。

圖5　航磁區(qū)域異常解釋圖Fig.5　Explanation map of aeromagnetic regional anomalies

圖6　航磁局部異常(上延200 m的剩余異常)解釋陰影圖Fig.6　Explanation shadow map of aeromagnetic local anomalies(residue from upward continuation 200 m)

圖7　航磁局部異常解釋剖面平面圖Fig.7　Explanation profile map of aeromagnetic local anomalies

異常 C-26，位于多寶山期安山巖脈(αO2d)中，為負磁場中升高的正磁異常帶，走向北東約 35°，長為2.2 km，寬為1.4 km，異常中心相對強度78 nT。爭光巖金礦床位于該異常東側(cè)的接觸帶上，此金礦與安山巖脈直接相關，推斷該異常為奧陶系安山巖脈引起，利用航磁發(fā)現(xiàn)并圈定此類巖脈，對進一步尋找該類型金礦較為有利。

4.2.2侵入巖體的航磁異常

Ⅰ區(qū)北東部邊緣的強磁異常帶，推斷為具有較強磁性的早白堊世花崗閃長巖體(K1γδ)引起。已知地質(zhì)資料顯示該帶上有三處花崗閃長巖體出露，但航磁數(shù)據(jù)顯示這三處巖體在覆蓋層下相互連接，且向南東方向有一定延伸，Ⅰ區(qū)北西部的強磁異常區(qū)推斷為具有較強磁性的晚三疊世-早侏羅世二長花崗巖(T3J1ηγ)引起。

由航磁特征可以看出，Ⅱ區(qū)內(nèi)的巖脈發(fā)育。Ⅱ-1區(qū)的珠狀或串珠狀強正磁異常基本反映了多寶山期安山巖脈(αO2d)，其中異常C-26、C-29、C-31、C-34、C-37反映了出露的安山巖脈，C-17、C-25、C-27、C-32、C-35反映了可能存在的隱伏安山巖脈，對尋找隱伏的爭光巖金礦類礦床較為有利；Ⅱ-2區(qū)的帶狀正磁異常反映了可能存在的隱伏閃長巖脈。Ⅱ-2區(qū)左上角的中奧陶世花崗閃長斑巖(O2γδπ)相對多寶山組呈弱正磁反映。

作者使用歐拉反演方法對侵入脈巖的質(zhì)心深度進行了估算(圖8)，埋深較淺的巖體主要分布在測區(qū)的北西部，埋深較深的巖體主要分布在測區(qū)的南東部，圖8中埋深符號點越集中部位的埋深準確度越高。

圖8　航磁歐拉3D反演脈巖質(zhì)心深度平面圖Fig.8　Planar depth map of dike rock inverted by Euler 3D

5　結(jié)束語

1)無人機航磁區(qū)域性測量結(jié)果表明：最新研發(fā)的 CH-3 無人機航磁系統(tǒng)具有測控精度高、穩(wěn)定性好等特點，其測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量指標均優(yōu)于航磁技術規(guī)范指標，取得的數(shù)據(jù)準確可靠。本系統(tǒng)已初步具備開展面積性生產(chǎn)測量的能力，特別適用于小區(qū)域大比例尺的航磁精細測量。

2)該區(qū)白堊紀侵入巖與火山巖、晚三疊世-早侏羅世二長花崗巖、多寶山期安山巖脈均可產(chǎn)生較強磁異常，由于本區(qū)的銅、金礦具有中等磁性，引起的局部航磁異常較弱，但它們與脈巖的關系密切。因此，對利用航磁尋找該類礦床來說，應以查找構(gòu)造帶、隱伏巖脈、礦化帶等控礦因素為主。

3)從航磁反映的構(gòu)造和巖漿活動及已知成礦條件來看，Ⅱ-1區(qū)和Ⅱ-2區(qū)應為尋找熱液蝕變多金屬礦產(chǎn)的有利區(qū)域。若結(jié)合其他資料(如物探、化探等資料)開展地面查證工作，可進一步優(yōu)選可能的礦致異常。

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Application trial of uav aeromagnetic survey technique in the duobaoshan key geological exploration area

XU Zhi-li, LI Jun-feng, CUI Zhi-qiang, LI Fei, LI Wen-jie,MENG Qing-min, LIU Jun-jie, LIU Ying-ying

( Institute of Geophysical and Geochemical Exploration, CAGS, Langfang065000, China )

The medium-sized UAV aeromagnetic survey system developed and integrated by this study is used to carry out regional survey successfully in the Duobaoshan key geological exploration area for the first time, and high-quality data has been acquired. In this paper, the data quality and some typical regional and local anomalies of aeromagnetic in the survey area are introduced. Combining with the geological environment and metallogenic regularity, basic ideas were discussed by using UAV aeromagnetic survey in the area. This provided references to further mineral exploration work on the ground.

unmanned aerial vehicle (UAV) aeromagnetic; duobaoshan key geological exploration area; application trial

2015-05-29改回日期：2015-10-25

中國地質(zhì)調(diào)查局項目(12120113099400)

胥值禮(1967-)，男，高級工程師，主要從事航空物探方法技術研究及數(shù)據(jù)處理與解釋軟件的設計開發(fā)工作，E-mail: xuzhili@igge.cn。

1001-1749(2016)04-0501-06

P 631.2

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.04.10