低空高分辨磁法測量在金屬礦勘查中的應(yīng)用

0磁法測量系統(tǒng)磁法測量是為了測量不同地區(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,能夠引起地球磁場的局部強(qiáng)磁異常,在磁法測量中可以被快速圈定出來成為勘查靶區(qū)。國際上許多著名礦床的發(fā)現(xiàn)都始于磁法測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,國內(nèi)通過航磁測量發(fā)現(xiàn)的磁鐵礦床占到總數(shù)的80%。磁法測量可分為航空磁法測量和地面磁法測量。航空磁法測量是將探測儀器安裝在固定翼飛機(jī)或直升機(jī)上,按一定高度沿測線飛行并記錄磁場變化。由于地質(zhì)體導(dǎo)致的磁異常強(qiáng)度隨探測距離增加快速衰減,航空磁法測量容易識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)航磁測量難以對淺部礦體目標(biāo)直接開展高精度的磁法測量;并且各國航空管制政策和工作條件,傳統(tǒng)航空磁法測量工作的部署常常難度較大、成本較高,無法滿足商業(yè)性礦產(chǎn)勘查靈活機(jī)動的需求。地面磁法測量可以開展大比例尺(如1∶1萬)高精度的填圖工作,識別淺部磁異常體,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,高精度的磁法測量已經(jīng)成為主要的填圖和找礦手段。但地面磁法測量工作效率較低,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)難以開展地面磁法測量。為了適應(yīng)在勘查區(qū)大面積范圍內(nèi)快速開展大比例尺磁法測量填圖和直接找礦的的實(shí)際需求,國內(nèi)出現(xiàn)了三類超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)。一是以有色地質(zhì)系統(tǒng)研制的載人動力三角翼滑翔機(jī)載超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng);二是以江蘇省地礦局研制的無人飛艇載超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng);三是以中國科學(xué)院研制的無人機(jī)載超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)。三類超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)經(jīng)與已知礦區(qū)的地面磁法測量結(jié)果對比,基本可以替代地面磁法測量,進(jìn)行快速高精度的磁法填圖和直接找礦工作。1無人利益測量系統(tǒng)組成(1)載人動力三角翼滑翔機(jī)載超低空磁測系統(tǒng)主要由RS-GB10型氦光泵航磁測量系統(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)無人飛艇載超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)主要是由飛艇、氦光泵航磁測量系統(tǒng)、氦光泵地磁儀和GPS儀等組成。(圖2)(3)無人機(jī)超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)主要由高精度氦光泵磁力儀、高性能無人機(jī)等組成。(圖3)2超低空分辨率航磁測量系統(tǒng)性能分析各超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)除飛行載體有所差別外,配備的航磁測量儀器、磁力儀等測量儀器將基本相同。由于飛行載體有所差別導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)有所差別(見表1)。從表1可以看出,超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)有著傳統(tǒng)方式不可比擬的優(yōu)勢,該類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輕便,安全系數(shù)高,可長時間持續(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)和精度能滿足有關(guān)規(guī)范要求,非常適合在野外復(fù)雜條件下開展工作。可在沼澤地、沙漠、海灘等地面工作難開展的地區(qū)工作。3試驗(yàn)比較了已知區(qū)域內(nèi)低空磁度測量的結(jié)果3.1地面磁測實(shí)驗(yàn)結(jié)果滑翔機(jī)載超低空磁測系統(tǒng)在完成空中動態(tài)噪聲測試和磁補(bǔ)償測試,效果滿足要求后,在內(nèi)蒙雙合旺地區(qū)進(jìn)行了超低空航磁測量試驗(yàn)。該區(qū)南北長5km,東西寬3.6km,總計18km2,已經(jīng)開展過1∶1萬的地面磁法測量。區(qū)內(nèi)高度差為200m,測區(qū)南北部為海拔1550~1600m的高山,中間為1400m的臺地?，F(xiàn)以該工區(qū)航飛測區(qū)為例,對比超低空航磁測量和地面磁測的結(jié)果,該測區(qū)東西長3.6km,南北長2km。航磁測量的測線坐標(biāo)與地面磁測一致,線距為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)測數(shù)據(jù)首先進(jìn)行了磁補(bǔ)償、日變和地磁場改正等。為了便于與地面磁測數(shù)據(jù)對比,進(jìn)行了正常場調(diào)整和圖件顯示的色階比例調(diào)整。對比地磁測量等值線平面圖和低空航磁測量等值線平面圖(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狀異常和兩個高值中心;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)中的二個小正異常也對應(yīng)比較好。這說明兩種磁測方法對磁性體的分辨能力差別不大。只是因?yàn)榈涂蘸酱艤y量有了一定測量高度,磁性體傾向上異常寬度略有增加,而相對磁異常的幅值則略有降低。因而,1∶1萬超低空航磁異常反映了地面1∶1萬磁測的結(jié)果,可以用來替代地面磁測作為大比例詳查資料使用。3.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計和質(zhì)量評價無人飛艇載超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)完成空中磁補(bǔ)償測試,效果滿足要求后,在大西洋北岸邊進(jìn)行了超低空航磁測量試驗(yàn)。該工區(qū)超低空氣流極不平穩(wěn),又加上時值雨旱季交界,氣候條件多變,試驗(yàn)飛行時發(fā)現(xiàn)飛艇飛行過程中高度起伏較大,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。飛行測量采用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位,飛行前將所有測線端點(diǎn)及地形特征點(diǎn)的坐標(biāo)和飛行高程輸入飛艇自動導(dǎo)航儀。測量過程中飛艇實(shí)施自駕并實(shí)時記錄航跡。無人飛艇載超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)質(zhì)量評價采用單項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)和總精度相結(jié)合的評價方法,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)測測點(diǎn)偏離設(shè)計測線位置的距離來評價。本次試驗(yàn)統(tǒng)計了每條測線的最大偏航距,最大值為22.1m,完全滿足設(shè)計中不大于50m的要求;航磁測量數(shù)據(jù)是根據(jù)航磁儀動態(tài)噪聲水平來評價。測區(qū)每條測線的動態(tài)噪聲水平最大±0.35nT,滿足設(shè)計要求;磁日變觀測采用和航磁儀同精度的GB-4A磁力儀,磁日變質(zhì)量評價主要依據(jù)日變觀測的噪聲水平確定,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。磁日變的觀測時間始于每架次飛艇起飛前30min,止于飛艇落地后10min的時間范圍。實(shí)際測量中,采樣率為1次/s,滿足資料處理需要。日變噪聲水平最大為±0.035nT,滿足設(shè)計要求。無人飛艇載超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)航空磁測總精度是航空磁測系統(tǒng)的測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、磁日變校正和整架次或每條測線整線粗略水平調(diào)整后,航空磁測總精度采用計算控制線與測線交點(diǎn)上磁場差值之均方差σ來衡量。在試驗(yàn)區(qū)選取數(shù)據(jù)計算,全區(qū)的航空磁測總精度達(dá)到工作要求。4超低空分辨率航磁測量系統(tǒng)在地質(zhì)遙感現(xiàn)場測量的應(yīng)用隨著資源的不斷開發(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贊比亞為例,許多中資企業(yè)在該國投資找礦,依據(jù)該國礦業(yè)政策,探礦權(quán)每兩年要縮減一半面積,并且每年有4~5個月左右的雨季時間,不適宜開展野外作業(yè),因此,可供利用開展勘查工作的時間十分寶貴。而該國多數(shù)地區(qū)為熱帶叢林或草原覆蓋,風(fēng)化層厚度較大,難見露頭,傳統(tǒng)地面勘查工作很難有效開展。這些情況在國內(nèi)外都十分普遍,超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)以其機(jī)動靈活且成本低廉的優(yōu)勢,可以快速的對探礦權(quán)區(qū)進(jìn)行大面積的磁法測量填圖工作,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)省時間?？梢灶A(yù)見,超低空高分辨率航磁測量系統(tǒng)在礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。當(dāng)然,該磁測系統(tǒng)仍有很大改進(jìn)的空間,依賴于航磁測量技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。航磁測量技術(shù)的一個主要發(fā)展趨勢是測量的空間分辨率,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量系統(tǒng)就是通過降低飛行高度、增加測線密度等方式來實(shí)現(xiàn)航磁測量分辨率的提升,在保證航磁測量高效率的同時,獲得接近地面磁法測量的高分辨率。其次,在測量總磁場強(qiáng)度的同時,可以通過測量磁場梯度,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梯度測量儀器的直升機(jī)航磁測量系統(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儀器,實(shí)現(xiàn)一次飛行同步測量包括磁、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)際需求和航磁測量技術(shù)的不斷進(jìn)步,超低空高分辨率航