无人机航空磁测技术在多宝山整装勘查区的应用试验

胥值礼， 李军峰， 崔志强， 李　飞， 李文杰， 孟庆敏， 刘俊杰， 刘莹莹

(中国地质科学院　地球物理地球化学勘查研究所，廊坊　065000)



无人机航空磁测技术在多宝山整装勘查区的应用试验

胥值礼， 李军峰， 崔志强， 李飞， 李文杰， 孟庆敏， 刘俊杰， 刘莹莹

(中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，廊坊065000)

首次利用自主研发集成的中型无人机航空磁测系统在多宝山整装勘查区成功开展了区域性测量，取得了高质量的数据。这里简要介绍了此次测量的数据质量及一些典型的航磁区域和局部异常，结合测区的地质环境和成矿规律，提出了利用无人机航磁在该区找矿的基本思路，为地面勘查工作的进一步开展提供借鉴。

无人机航磁； 多宝山整装勘查区； 应用试验

0　引言

无人机航空磁测系统具有费用低、小型化、智能化、续航能力强、人员伤亡少等特点，特别适合于小区域大比例尺航磁高精度测量，在航空物探领域具有广阔的应用前景，日益受到世界各航空地球物理勘探部门的广泛关注。在国外，英国Magsurvey公司[1]、加拿大Fugro公司[2-3]、加拿大万能翼地球物理公司[4]、日本[5-6]等先后开展了此领域的研究工作，并取得了较好的应用效果。在国内，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所等单位正在开展该领域的研究工作，但到目前为止均未实现系统的实用化。

在无人机航空磁测系统研发和应用试验中，解决了无人机改装与系统集成、超低空自主导航及飞行控制、航磁仪远程测控、无人机磁补偿等关键技术难题，基于国产 CH-3 中型无人机平台，成功研发集成了一套航空磁测系统(图1)。系统采用CS-VL高精度铯光泵磁力仪，飞行高度可在120 m～180 m范围内设定，测控范围约 250 km(视距内)，续航时间达到约7 h～10 h，可夜间作业[7]。2013年6月至9月，在黑龙江省嫩江县多宝山整装勘查区，利用该系统成功开展了国内首次区域性测量，实现了全自主飞行和远程监控。测量共飞行7架次(其中4架次为夜航)，完成测线总长度约 2 980 km。根据此次测量的数据质量，分析典型的航磁区域异常和局部异常，提出在该区利用无人机航磁找矿的基本思路。

图1　CH-3无人机航空磁测系统Fig.1　CH-3 UAV airborne magnetic survey system

1　航磁原始数据质量

测量的比例尺以1∶50 000为主，部分区段加密到1∶10 000，测线方向为130°，测线间距为500 m，加密区段测线间距为100 m，设计飞行高度为120 m。

主要实测质量指标：①磁补偿后标准差为0.054 nT；②磁补偿后最大方向差为0.9 nT；③地面静态噪声水平为18.07 pT；④空中平均动态噪声水平为51.7 pT；⑤平均飞行高度为120.29 m，小于150 m的占98.36%；⑥平均偏航距为14.8m，小于30m的占98.15%；⑦同一测线的两次重复观测的航迹和航磁曲线的一致性和重复性均很好(图2)；⑧全区航磁原始数据总精度为2.5 nT(图3)，从图3可以看出，没有因航迹、飞行方向及飞机本身磁场造成的条带状干扰，原始数据总精度高。

图2　重复测线的航磁(ΔT)剖面对比图Fig.2　Comparison profile (ΔT) of repetition lines

图3　全区航磁原始数据(T)阴影图Fig.3　Shadow map of raw data (T)

上述质量指标表明，测量系统的测控精度高、稳定性好，各指标均优于现有航磁技术规范中的指标，所测数据准确可靠。

2　地质及矿化蚀变概况

多宝山地区位于蒙古鄂霍茨克斑岩型铜矿成矿带内[8]，多宝山岛弧是大兴安岭弧盆系中次一级构造单元，北西侧为海拉尔-呼玛弧后盆地，东南侧为贺根山-黑河蛇绿混杂岩带(图4)。

无人机航磁测区位于多宝山岛弧带中的铜山铜(钼)矿床和争光岩金矿床所处区域(见图4)。区内地质构造错综复杂，地层分布明显受构造控制。区内上古生代地层发育，与斑岩型铜(钼)、铜(铁)矿床有关的为中奥陶世多宝山组(O2d)及铜山组(O1-2t)，多宝山组的安山岩及其碎屑岩是斑岩型铜矿的重要矿源层，多宝山组及铜山组火山沉积岩系最发育的地区，也正是斑岩型铜矿床(点)密集分布区。对于以金为主的矿种来说，受地层的控制因素并不明显，它可存在于任何地层中。区内岩浆活动频繁，花岗岩类分布广泛、复杂多样，与矿产关系密切。加里东侵入期是本区最重要的岩浆活动期，加里东晚期花岗闪长岩及花岗闪长斑岩是本区铜、钼、金矿及镍矿化的最重要的成矿母岩，燕山侵入期形成的酸性花岗闪长岩是金矿(化)床的重要成矿母岩[9]。

3　岩(矿)石磁性特征

从岩(矿)石物性测量来看，本区碎屑岩地层的磁化率相对较弱，磁化率小于 500×10-6SI，火山岩系地层的磁化率较大，平均值超 1 000×10-6SI，是引起磁异常的主要地层单元。剩磁强度的变化趋势与磁化率相同，古生界至新生界的沉积地层为无磁性或弱磁性，磁化率一般小于 50×10- 6SI。

对侵入岩体而言，白垩纪花岗闪长岩磁性最强，磁化率均值高达 3 515×10-6SI；其次为奥陶纪花岗闪长斑岩-闪长岩-花岗岩和三叠纪-侏罗纪二长花岗岩，磁化率分别为 1 759×10-6SI、1 200×10-6SI；最弱的是石炭纪的花岗岩，磁化率仅为 170×10-6SI。

对矿区/矿点而言，大治铁矿点(赤铁矿化、镜铁矿化、磁铁矿化)磁性最强，磁化率均值高达 2 773×10-6SI，铜山铜(钼)矿区的磁化率分别 1 457×10-6SI，争光岩金矿区的磁化率为 1 144×10-6SI。

图4　测区地质矿产图Fig.4　Geological & mineral map of the survey area

4　航磁异常综合解释

4.1航磁区域场特征及解释

从航磁ΔT的整体分布特征来看，区内的地质结构较复杂，可大致分为三个一级场区Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ(图5)。

1)Ⅰ区。磁场以宽缓强正磁异常特征为主，磁场强度范围为-80 nT～1 420 nT，宽缓强磁场上叠加有几条线性异常，走向呈北东或北西，推断为线性构造引起。

2)Ⅱ区。磁场以较平静负场中的跳跃窄陡正磁异常特征为主，正负场值相间，磁场强度范围为-196 nT～402 nT。宏观上看，区内呈现出两个环形和多条线性航磁异常，线性异常的走向呈北东、北西或东西，推断为线性构造引起，两个环形异常推断为隐伏(次)火山机构引起。

根据构造和岩浆的活动程度，该区又可分为Ⅱ-1和Ⅱ-2两个二级场区，Ⅱ-1区的磁场特征表现为跳跃、梯度变化较大，以略显升高的正场为主，Ⅱ-2区的磁场特征表现为平稳低缓磁场，以略显降低的负场为主，反映出Ⅱ-1区的构造和岩浆活动较Ⅱ-2区强烈。

3)Ⅲ区。磁场以宽缓负磁场为主，磁场强度范围为-497 nT～214 nT，区内具有一个环形和几条线性航磁异常，线性异常的走向呈北东或北西，推断为线性构造所引起，环形正磁异常反映了早白垩世火山机构。

4.2航磁局部异常解释

通过高精度航磁测量，反映出该区存在多个非常明显的磁异常(图6、图7)，这些异常对该区进一步开展地质找矿工作具有一定的指导意义。航磁局部异常主要有：

4.2.1与已知矿区/矿点对应的航磁异常

异常 C-15，位于奥陶纪多宝山组(O2d)中，为负背景场中升高的正磁异常带，走向北西约50°，长约 2.0 km，宽约 0.8 km，异常中心相对强度为65 nT。与已知铜山铜(钼)矿床对应，矿体位于异常北侧梯度带上，推断该异常为地层中的脉岩引起，矿体位于脉岩与地层的接触带中。

异常 C-23，位于奥陶纪多宝山组中，为平稳负背景场中升高的低缓弱负磁异常，走向北西约30°，长约 0.57 km，宽约 0.41 km，异常中心相对强度 为15 nT，异常与已知大治铁矿点对应。由于该弱异常处于1∶10 000加密测量区段，因此能细致地反映出异常形态，推断该异常为已知矿致异常。

图5　航磁区域异常解释图Fig.5　Explanation map of aeromagnetic regional anomalies

图6　航磁局部异常(上延200 m的剩余异常)解释阴影图Fig.6　Explanation shadow map of aeromagnetic local anomalies(residue from upward continuation 200 m)

图7　航磁局部异常解释剖面平面图Fig.7　Explanation profile map of aeromagnetic local anomalies

异常 C-26，位于多宝山期安山岩脉(αO2d)中，为负磁场中升高的正磁异常带，走向北东约 35°，长为2.2 km，宽为1.4 km，异常中心相对强度78 nT。争光岩金矿床位于该异常东侧的接触带上，此金矿与安山岩脉直接相关，推断该异常为奥陶系安山岩脉引起，利用航磁发现并圈定此类岩脉，对进一步寻找该类型金矿较为有利。

4.2.2侵入岩体的航磁异常

Ⅰ区北东部边缘的强磁异常带，推断为具有较强磁性的早白垩世花岗闪长岩体(K1γδ)引起。已知地质资料显示该带上有三处花岗闪长岩体出露，但航磁数据显示这三处岩体在覆盖层下相互连接，且向南东方向有一定延伸，Ⅰ区北西部的强磁异常区推断为具有较强磁性的晚三叠世-早侏罗世二长花岗岩(T3J1ηγ)引起。

由航磁特征可以看出，Ⅱ区内的岩脉发育。Ⅱ-1区的珠状或串珠状强正磁异常基本反映了多宝山期安山岩脉(αO2d)，其中异常C-26、C-29、C-31、C-34、C-37反映了出露的安山岩脉，C-17、C-25、C-27、C-32、C-35反映了可能存在的隐伏安山岩脉，对寻找隐伏的争光岩金矿类矿床较为有利；Ⅱ-2区的带状正磁异常反映了可能存在的隐伏闪长岩脉。Ⅱ-2区左上角的中奥陶世花岗闪长斑岩(O2γδπ)相对多宝山组呈弱正磁反映。

作者使用欧拉反演方法对侵入脉岩的质心深度进行了估算(图8)，埋深较浅的岩体主要分布在测区的北西部，埋深较深的岩体主要分布在测区的南东部，图8中埋深符号点越集中部位的埋深准确度越高。

图8　航磁欧拉3D反演脉岩质心深度平面图Fig.8　Planar depth map of dike rock inverted by Euler 3D

5　结束语

1)无人机航磁区域性测量结果表明：最新研发的 CH-3 无人机航磁系统具有测控精度高、稳定性好等特点，其测量数据的质量指标均优于航磁技术规范指标，取得的数据准确可靠。本系统已初步具备开展面积性生产测量的能力，特别适用于小区域大比例尺的航磁精细测量。

2)该区白垩纪侵入岩与火山岩、晚三叠世-早侏罗世二长花岗岩、多宝山期安山岩脉均可产生较强磁异常，由于本区的铜、金矿具有中等磁性，引起的局部航磁异常较弱，但它们与脉岩的关系密切。因此，对利用航磁寻找该类矿床来说，应以查找构造带、隐伏岩脉、矿化带等控矿因素为主。

3)从航磁反映的构造和岩浆活动及已知成矿条件来看，Ⅱ-1区和Ⅱ-2区应为寻找热液蚀变多金属矿产的有利区域。若结合其他资料(如物探、化探等资料)开展地面查证工作，可进一步优选可能的矿致异常。

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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

中国地质调查局项目(12120113099400)

胥值礼(1967-)，男，高级工程师，主要从事航空物探方法技术研究及数据处理与解释软件的设计开发工作，E-mail: xuzhili@igge.cn。

1001-1749(2016)04-0501-06

P 631.2

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.04.10