全国航空物探工作现状及未来工作重点浅析

万建华,熊盛青,范正国,贺 颢

(1.中国地质大学 (北京),北京100083;2.中国国土资源航空物探遥感中心,北京100083;3.中国地质调查局,北京100037)

我国航空物探工作主要由中国国土资源航空物探遥感中心 (简称航遥中心,下同)、核工业航测遥感中心 (简称航测遥感中心,下同)完成。冶金航测大队 (简称航测大队,下同)、中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所 (简称物化探所,下同)及20世纪90年代之前部分省建立的省航测队完成了部分工作。全国航空物探工作以航空磁力测量 (简称航磁测量)为主,航空放射性测量 (简称航放测量)次之,少部分地区开展过航空电磁测量 (简称航电测量)工作,航空重力测量 (简称航重测量)工作尚在起步阶段。航空物探工作在我国矿产资源调查评价中发挥了不可磨灭的作用。

随着我国工业化进程的加快,对矿产资源的需求量大增,国际市场矿产资源价格的不断飙升,已经严重地威胁到了我国经济建设的可持续发展。立足国内找矿、充分利用国内市场,已势在必行。在这种形势下新一轮找矿计划在全国已经拉开序幕,必须在新形势下重新审视我国航空物探工作现状,联合全国航空物探力量,进行统一部署,为实现找矿突破获取基础性资料。

1 我国航空物探工作现状

1.1 航空物探工作程度

航磁测量方面,50多年来,全国共完成各种比例尺航磁测量2246.81万km2,其中包括小比例尺 (1∶50万～1∶100万)995.70万 km2,中比例尺 (1∶10万～1∶25万)819.86万km2,大比例尺 (≥1∶5万)431.25万km2。全国的航磁测量工作以小比例尺和中比例尺测量为主,大比例尺测量工作量相对较少。按覆盖面积计算,全国约930万km2的陆域和约210万km2的海域覆盖有航磁测量工作 (包括覆盖有小比例尺、中比例尺或大比例尺测量),基本实现了全国航磁测量覆盖。小比例尺覆盖面积约680万km2,主要围绕早期油气勘查展开。目前缺少小比例尺航磁测量工作的大兴安岭、武夷山及阿尔泰等地区已实现了更大比例尺航磁测量覆盖。中比例尺覆盖面积约560万km2,基本上全国各重要成矿区带均有分布,但在西北地区覆盖程度偏低。大比例尺覆盖面积约320万km2,主要分布在东经110°以东及北部的天山-北山-大兴安岭一带地形条件良好的地区,中部及西部地区严重缺少大比例尺的航磁测量工作。

航放测量方面,我国航放测量工作总共完成了484.69万km2,包括中比例尺318.96万km2,大比例尺165.73万km2。无小比例尺测量,以中比例尺测量为主,大比例尺测量程度偏低。受地形条件的制约,全国适合开展航放测量的地区大约有540万km2。目前,这些可测区约覆盖有250万km2航放资料 (包括中比例尺或大比例尺),占可测面积的一半稍弱。其中,覆盖有中比例尺约180万km2,大比例尺120万km2。这些航测区主要分布在东南、华北及西北地区,围绕铀矿普查展开,基本覆盖了赣杭铀成矿带、桃山-诸广铀成矿带、燕辽铀成矿带、武夷山铀成矿带、二连盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地,部分覆盖了北天山铀成矿带、北秦岭铀成矿带、雪峰-九万大山铀成矿带、松辽盆地、滇西铀成矿区等主要铀成矿区带。

航电测量方面,我国航电测量工作程度相当低,总测量面积仅约51.11万km2,以大中比例尺为主,无小比例尺测量工作,包括中比例尺20.28万km2,大比例尺30.83万km2。同样,受地形条件的制约,我国约有100万km2的航电可测区。目前,这些地区的航电覆盖程度也不到一半。航电测量多围绕多金属找矿展开,主要分布在北山成矿带、大兴安岭成矿带的部分地区,另外在东北白城等地布置有部分以地下找水为目标的航电测量工作。

我国航重测量尚处于起步阶段,完成工作量约20万km2,主要部署在海域,以油气调查和地质构造研究为目标,陆地的航重测量工作几乎为空白。

1.2 取得的主要成果

几十年来,航空物探在基础地质调查、金属矿产调查/勘查、油气调查等领域的应用方面取得了丰富的成果,在国民经济发展中发挥了重要作用。尤其是国土资源大调查以来,航空物探作为一种快速、经济、有效的决策支持手段进一步得到重视,在方法技术研究方面也得到了长足的发展。

在基础地质调查方面,利用已完成的航空物探资料,全国逐步完成了1∶500万、1∶400万航空△T磁场图编制及综合研究,完成了青海中北部、东北、上扬子、青藏高原东部等地区1∶100万航磁编图和综合研究,完成了华北北缘、秦巴地区、长江中下游地区、华南、郯庐、桐柏-大别6大片区1∶50万重磁编图和综合研究,完成天山-北山、大兴安岭等成矿区带约150余幅1∶25万标准图幅航磁系列图编制。这些基础图件和综合研究成果为我国基础地质研究提供了宝贵的区域地球物理资料。

在金属矿产调查/勘查方面,通过航空物探发现具有找矿意义的航磁异常4万余处,航空伽玛能谱异常5000余处,为后续地质找矿提供了大量的找矿信息和重要线索。通过航空物探异常发现的矿床在1100处以上,尤其是航磁对找铁矿、航放对找铀矿效果显著。据不完全统计,我国大中型铁矿床近80%是通过航磁资料直接发现或在对航磁异常进行地面查证的基础上发现。近年来发现的辽宁桥头铁矿、安徽泥河铁矿、山东济宁铁矿、河南新蔡铁矿、西藏尼雄铁矿等大型和特大型铁矿,基本都是通过对航磁异常地面查证发现,并被钻孔结果验证。全国近25%的铀矿床与航放测量发现的异常有关,中国最大的相山铀矿田的发现是其中的典型代表。

在油气调查方面,利用航磁资料,初步查明了我国重要含油气沉积盆地的范围、基底岩相、沉积层厚度和区域构造特征,圈定局部构造3500余处,在全国油气调查中起到了显著作用,尤其为大庆等油田的发现做出了杰出的贡献。近年来,航空物探在油气调查工作中的重点已经由陆域向海域发展。

航空物探在水工环调查中的应用近年来也有所涉及,利用航空物探查明了珠海-深圳地区天然放射性辐射水平及人为活动造成的影响,对大亚湾核电站和朝鲜核试验区域的我国毗邻地区开展了航放环境监测。在东北地区和西北地区开展了航电测量找水应用研究。

在技术方法及仪器研究方面,航磁等部分仪器实现了国产化,研制水平甚至达到国际领先。自主研制的氦光泵航磁仪一直处于国际同类产品的领先水平,新近研制成功的航磁全轴梯度仪同样达到国际先进水平;航空伽玛能谱仪已基本实现国产化,仪器性能有待进一步验证;已研制成功了国产的三频航电仪。数据处理与解释方法方面,开发了专业的航空物探处理解释软件系统,彩色成图系统等,提高了航空物探数据处理的效率。近年来研制的变磁化倾角化极技术、2.5D及3D人机交互重磁拟合技术、人机交互航磁异常深度计算切线法等方法技术提供了更精细的解释手段,提高了解释的精度。

3 我国航空物探工作存在的主要问题

3.1 资料质量方面

在过去的50多年时间里,由于航空物探技术发生了显著的提高,以20世纪80年代中后期第二代航空物探系统的集成为分水岭,将我国航空物探资料划分成了高、低精度两大类。低精度的航空物探资料在我国航空物探工作尚处于空白阶段的时期,为我国的油气调查、金属找矿发挥了巨大的作用。随着找矿程度的加深及找矿难度的加大,就需要研究更微弱的矿致信息,对航空物探资料精准度也就提出了更高的要求。这些20世纪80年代中期之前完成的低精度资料,难于满足新一轮找矿工作的技术要求。与高精度资料相比,低精度资料主要存在测量总精度差、定位精度差、无数字化收录等问题。

根据对386个工区的质量记录统计结果,高、低精度资料的测量总精度有明显的差异。高精度资料测量总精度一般优于2.0n T,而低精度资料测量总精度一般劣于10n T。

影响资料质量的定位及数据收录方式这两个因素,没有一个定量化的指标。从统计的结果来看,低精度资料早期以目视领航为主。这时的定位精度在1～2km,后期采用布标及照相技术,定位精度提高到数百米。所有低精度资料采用模拟纸卷记录,不少工区存在无高度数据的问题。高精度资料早期采用多谱勒无线电及 GPS导航,定位精度50～20m。到20世纪90年代后期,采用GG-24GPS导航定位,定位精度优于10m。高精度数据全部采用数字收录系统收录,数据项齐全。近年来集成的以直升机平台和实时DGPS导航为标志的航空物探系统,定位精度达到亚米级,可用于矿区的精细勘探,代替部分地面物探工作。

由于低精度资料存在上述不足,在新一轮找矿工作中,对20世纪80年代中期之前完成的低精度资料应该区别对待,并尽快更新。

3.2 工作程度方面

1999年开展国土资源大调查以来,我国加快了带有公益性质的航空物探工作步伐,利用国家投资、省部合作投资等方式先后在青藏铁路沿路、大兴安岭成矿带、天山-北山成矿带等地优先部署了大中比例尺的高精度航空物探工作,但是与新一轮的全国性找矿形势对大比例尺的高精度航空物探资料的需求相比仍存在巨大的缺口。这种缺口主要表现在两方面,一方面是飞行条件较差的、难于大面积开展大比例尺航空物探工作的中西部地区缺少中比例尺航空物探覆盖;另一方面是以中东部地区为主体的大比例尺低精度航空物探覆盖区的资料急需更新,尤其是重要成矿区带严重缺少高精度大比例尺航空物探覆盖。总体上就新一轮的全国性找矿工作而言,我国的大中比例尺航空物探工作先行性程度不够。

从20世纪90年代以后,像美国、加拿大等国在大型的公益性地质工作计划部署之前,一般先行开展以大比例尺为主的航空物探工作,进行部署区的航空物探资料补充和更新。我国目前高精度的大中比例尺航磁测量覆盖程度约30%。根据初步统计,中西部地区仍有约250万km2中比例尺航磁测量空白区,全国需要更新大比例尺航磁测量的面积达450万km2以上。全国优选出的19个重点成矿区带近80%的面积缺少大比例尺的高精度航空物探工作。全国铀矿资源重要成矿区带和远景区带近70%的区域是空白或低精度航放测量覆盖区。全国的主要油气盆地的航重测量工作处于完全空白状态。

3.3 科技研究方面

经过几十年的努力,我国航空物探技术及航空物探资料的综合研究利用取得了可观的成绩,是保障我国矿产勘查工作顺利进行的不可或缺的一部分,但与现实需求及与国际航空物探技术水平相比还有不少的差距。主要表现在:①投入到航空物探方法技术等研究领域的经费相对不足;②航空物探仪器国产化程度不高,仪器研发能力有限且研究方向单一;③数据处理与解释方法技术与国际水平有不少的差距;④综合研究力度不够,应用领域有限。

经费投入方面,以国土资源大调查经费为例,共投入到航空物探工作中的总经费约1.66亿元,用于基础地质调查、矿产勘查、油气调查、水工环调查等调查及勘查领域的经费为1.32亿元,而用于基础图件制作及综合研究、仪器研发与集成、新方法技术研究等科技研究领域的经费仅为0.34亿元,用于科技研究领域的经费只占总经费的四分之一不到,投入科技研究领域经费不足显而易见。

仪器研发方面,除航磁仪外,其余高性能仪器均要通过进口获得。同时,我国对航空物探仪器的研发思路较为单一。铯光泵、钾光泵航磁仪,溴化镧、高纯锗探测器航空伽玛能谱仪这些与我国现在研发的仪器有着相同或相近的原理,但有其特定优点的仪器的研究很少。缺少跟踪国际前缘新动向的能力,基于超导技术的航空物探仪器的研发工作处于空白阶段,对于具有提高探测分辨率的、被广泛用于矿区精细勘查的梯度测量技术的研究明显落后于国际水平。

综合研究及方法技术研究方面,我国已经开展了不同尺度的航空物探基础图件的编制 (以航磁测量资料为主)及一些综合研究工作,但是针对如油气盆地、重要成矿区带、热点地质构造单元等的综合研究工作不足。在数据处理和解释方法方面,与国际相比,在区域性资料的快速处理解释、三维可视化与反演技术等方面均显得不足。另外,我国航空物探在水工环调查领域的应用还相当不受重视,在城市密集区、重要经济区、重要生态环境保护区、重大工程区等地区的环境调查、稳定性评价工作中少有开展航空物探工作。

4 今后航空物探工作重点浅析

4.1 调查应用方面

根据对我国航空物探工作程度现状的分析,我国今后一段时期内的航空物探工作重点将集中在两个方面。一个是填补全国中比例尺航空物探空白区,一个是更新重要成矿区带的低精度航空物探资料。这两方面的工作偏重点不同。空白区的航空物探工作以中比例尺为主 (可根据地形条件及找矿潜力条件采用1∶20万或1∶10万),只开展单一航磁测量,应优先考虑部署在航空物探工作程度偏低的西部地区,并逐步向中部地区推进。重要成矿区带的航空物探工作以大比例尺为主,除采用航磁测量外,在地形条件允许的情况下,要求根据找矿的有效性开展航电、航放综合测量,以便从不同的物性角度获取矿致异常信息,增强找矿效果,测量比例尺以1∶5万的大比例尺为主,局部可考虑采用1∶2.5万。考虑到我国今后一段时期内,地质找矿工作将主要围绕优选的19个重点成矿区带来展开,这些地区也将是今后我国大比例尺航空物探工作的重点。

航重测量技术的成功引进并迅速形成生产力,为航空物探提供了一种新的勘查手段,今后一段时期内的重点是在重力测量空白区或工作程度低的地区开展针对油气调查的中比例尺测量,为矿产资源勘查和油气调查评价提供新的基础资料。同时,逐步实现全国范围的1∶20万航空重力扫面。

4.2 科技研究方面

航空物探科技研究的主要方向要围绕找矿需求来开展,解决现阶段找矿工作中碰到的问题为新形势下的找矿工作作好技术支撑。我国东部地区找矿工作程度高,地表及近地表找矿难度相当大,而且不少矿山开采年代已久,资源储备日渐枯竭,急需找到新的矿产后备基地。围绕东部深部找矿课题,加强大探测深度、高分辨率的航空物探系统的研究,集成以高性能时间域电磁仪、磁梯度仪为主要标志的新一代航空物探系统,同时加强配套的数据处理与解释方法技术的研究,尤其是地质体反演技术及三维可视化技术的研究。我国西部地区地形条件复杂,且幅员辽阔,开展复杂地形区大起伏航空物探数据处理技术及大区域数据的自动快速处理解释技术的研究对于提高西部找矿效果具有重要意义,重点是加强曲面数据处理技术、快速物性反演技术、区域成矿预测技术等的研究。

航空物探科技的研究除了要解决找矿工作中碰到的具体问题外,还应重视对航空物探技术发展起到支撑作用的基础性科研工作的研究。重视航空物探技术标准、规范的制定和修订工作,使得新有技术进步能及时地在标准、规范中得到体现促进航空物探整体水平的提高。航空物探实验场的建设是一项具有长远意义的基础性工作,能为各种新仪器的测试、新方法技术的验证提供一个客观的参考标准场,因此,投入充足的经费支持已经启动的航空物探实验场建设也是下一步航空物探工作的一个重点。

4.3 综合研究和跟踪部署方面

以成矿区带为单元,在完成了各区航空物探覆盖后,组织力量进行成矿区带的综合研究工作,编制航空物探基础图件,归纳总结成矿区的地球物理场特征,地质、矿产分布规律,圈定找矿远景区,为在地面开展区域矿产调查做好准备。另一个重要工作是进行跟踪部署研究,提出下一步的工作建议,确保航空物探工作的持续性,包括航空物探异常的地面详细查证工作的安排、找矿远景区、找矿靶区的航空物探工作部署等。

致谢:感谢航测中心韩长青总工,航测大队郭玉锋总工,物探所胡平所长提供各单位的航空物探工作程度资料。

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