萬建華,熊盛青,范正國,賀 顥

(1.中國地質大學 (北京),北京100083;2.中國國土資源航空物探遙感中心,北京100083;3.中國地質調查局,北京100037)

我國航空物探工作主要由中國國土資源航空物探遙感中心 (簡稱航遙中心,下同)、核工業(yè)航測遙感中心 (簡稱航測遙感中心,下同)完成。冶金航測大隊 (簡稱航測大隊,下同)、中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所 (簡稱物化探所,下同)及20世紀90年代之前部分省建立的省航測隊完成了部分工作。全國航空物探工作以航空磁力測量 (簡稱航磁測量)為主,航空放射性測量 (簡稱航放測量)次之,少部分地區(qū)開展過航空電磁測量 (簡稱航電測量)工作,航空重力測量 (簡稱航重測量)工作尚在起步階段。航空物探工作在我國礦產資源調查評價中發(fā)揮了不可磨滅的作用。

隨著我國工業(yè)化進程的加快,對礦產資源的需求量大增,國際市場礦產資源價格的不斷飆升,已經嚴重地威脅到了我國經濟建設的可持續(xù)發(fā)展。立足國內找礦、充分利用國內市場,已勢在必行。在這種形勢下新一輪找礦計劃在全國已經拉開序幕,必須在新形勢下重新審視我國航空物探工作現狀,聯(lián)合全國航空物探力量,進行統(tǒng)一部署,為實現找礦突破獲取基礎性資料。

1 我國航空物探工作現狀

1.1 航空物探工作程度

航磁測量方面,50多年來,全國共完成各種比例尺航磁測量2246.81萬km2,其中包括小比例尺 (1∶50萬～1∶100萬)995.70萬 km2,中比例尺 (1∶10萬～1∶25萬)819.86萬km2,大比例尺 (≥1∶5萬)431.25萬km2。全國的航磁測量工作以小比例尺和中比例尺測量為主,大比例尺測量工作量相對較少。按覆蓋面積計算,全國約930萬km2的陸域和約210萬km2的海域覆蓋有航磁測量工作 (包括覆蓋有小比例尺、中比例尺或大比例尺測量),基本實現了全國航磁測量覆蓋。小比例尺覆蓋面積約680萬km2,主要圍繞早期油氣勘查展開。目前缺少小比例尺航磁測量工作的大興安嶺、武夷山及阿爾泰等地區(qū)已實現了更大比例尺航磁測量覆蓋。中比例尺覆蓋面積約560萬km2,基本上全國各重要成礦區(qū)帶均有分布,但在西北地區(qū)覆蓋程度偏低。大比例尺覆蓋面積約320萬km2,主要分布在東經110°以東及北部的天山-北山-大興安嶺一帶地形條件良好的地區(qū),中部及西部地區(qū)嚴重缺少大比例尺的航磁測量工作。

航放測量方面,我國航放測量工作總共完成了484.69萬km2,包括中比例尺318.96萬km2,大比例尺165.73萬km2。無小比例尺測量,以中比例尺測量為主,大比例尺測量程度偏低。受地形條件的制約,全國適合開展航放測量的地區(qū)大約有540萬km2。目前,這些可測區(qū)約覆蓋有250萬km2航放資料 (包括中比例尺或大比例尺),占可測面積的一半稍弱。其中,覆蓋有中比例尺約180萬km2,大比例尺120萬km2。這些航測區(qū)主要分布在東南、華北及西北地區(qū),圍繞鈾礦普查展開,基本覆蓋了贛杭鈾成礦帶、桃山-諸廣鈾成礦帶、燕遼鈾成礦帶、武夷山鈾成礦帶、二連盆地、鄂爾多斯盆地、準噶爾盆地,部分覆蓋了北天山鈾成礦帶、北秦嶺鈾成礦帶、雪峰-九萬大山鈾成礦帶、松遼盆地、滇西鈾成礦區(qū)等主要鈾成礦區(qū)帶。

航電測量方面,我國航電測量工作程度相當低,總測量面積僅約51.11萬km2,以大中比例尺為主,無小比例尺測量工作,包括中比例尺20.28萬km2,大比例尺30.83萬km2。同樣,受地形條件的制約,我國約有100萬km2的航電可測區(qū)。目前,這些地區(qū)的航電覆蓋程度也不到一半。航電測量多圍繞多金屬找礦展開,主要分布在北山成礦帶、大興安嶺成礦帶的部分地區(qū),另外在東北白城等地布置有部分以地下找水為目標的航電測量工作。

我國航重測量尚處于起步階段,完成工作量約20萬km2,主要部署在海域,以油氣調查和地質構造研究為目標,陸地的航重測量工作幾乎為空白。

1.2 取得的主要成果

幾十年來,航空物探在基礎地質調查、金屬礦產調查/勘查、油氣調查等領域的應用方面取得了豐富的成果,在國民經濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。尤其是國土資源大調查以來,航空物探作為一種快速、經濟、有效的決策支持手段進一步得到重視,在方法技術研究方面也得到了長足的發(fā)展。

在基礎地質調查方面,利用已完成的航空物探資料,全國逐步完成了1∶500萬、1∶400萬航空△T磁場圖編制及綜合研究,完成了青海中北部、東北、上揚子、青藏高原東部等地區(qū)1∶100萬航磁編圖和綜合研究,完成了華北北緣、秦巴地區(qū)、長江中下游地區(qū)、華南、郯廬、桐柏-大別6大片區(qū)1∶50萬重磁編圖和綜合研究,完成天山-北山、大興安嶺等成礦區(qū)帶約150余幅1∶25萬標準圖幅航磁系列圖編制。這些基礎圖件和綜合研究成果為我國基礎地質研究提供了寶貴的區(qū)域地球物理資料。

在金屬礦產調查/勘查方面,通過航空物探發(fā)現具有找礦意義的航磁異常4萬余處,航空伽瑪能譜異常5000余處,為后續(xù)地質找礦提供了大量的找礦信息和重要線索。通過航空物探異常發(fā)現的礦床在1100處以上,尤其是航磁對找鐵礦、航放對找鈾礦效果顯著。據不完全統(tǒng)計,我國大中型鐵礦床近80%是通過航磁資料直接發(fā)現或在對航磁異常進行地面查證的基礎上發(fā)現。近年來發(fā)現的遼寧橋頭鐵礦、安徽泥河鐵礦、山東濟寧鐵礦、河南新蔡鐵礦、西藏尼雄鐵礦等大型和特大型鐵礦,基本都是通過對航磁異常地面查證發(fā)現,并被鉆孔結果驗證。全國近25%的鈾礦床與航放測量發(fā)現的異常有關,中國最大的相山鈾礦田的發(fā)現是其中的典型代表。

在油氣調查方面,利用航磁資料,初步查明了我國重要含油氣沉積盆地的范圍、基底巖相、沉積層厚度和區(qū)域構造特征,圈定局部構造3500余處,在全國油氣調查中起到了顯著作用,尤其為大慶等油田的發(fā)現做出了杰出的貢獻。近年來,航空物探在油氣調查工作中的重點已經由陸域向海域發(fā)展。

航空物探在水工環(huán)調查中的應用近年來也有所涉及,利用航空物探查明了珠海-深圳地區(qū)天然放射性輻射水平及人為活動造成的影響,對大亞灣核電站和朝鮮核試驗區(qū)域的我國毗鄰地區(qū)開展了航放環(huán)境監(jiān)測。在東北地區(qū)和西北地區(qū)開展了航電測量找水應用研究。

在技術方法及儀器研究方面,航磁等部分儀器實現了國產化,研制水平甚至達到國際領先。自主研制的氦光泵航磁儀一直處于國際同類產品的領先水平,新近研制成功的航磁全軸梯度儀同樣達到國際先進水平;航空伽瑪能譜儀已基本實現國產化,儀器性能有待進一步驗證;已研制成功了國產的三頻航電儀。數據處理與解釋方法方面,開發(fā)了專業(yè)的航空物探處理解釋軟件系統(tǒng),彩色成圖系統(tǒng)等,提高了航空物探數據處理的效率。近年來研制的變磁化傾角化極技術、2.5D及3D人機交互重磁擬合技術、人機交互航磁異常深度計算切線法等方法技術提供了更精細的解釋手段,提高了解釋的精度。

3 我國航空物探工作存在的主要問題

3.1 資料質量方面

在過去的50多年時間里,由于航空物探技術發(fā)生了顯著的提高,以20世紀80年代中后期第二代航空物探系統(tǒng)的集成為分水嶺,將我國航空物探資料劃分成了高、低精度兩大類。低精度的航空物探資料在我國航空物探工作尚處于空白階段的時期,為我國的油氣調查、金屬找礦發(fā)揮了巨大的作用。隨著找礦程度的加深及找礦難度的加大,就需要研究更微弱的礦致信息,對航空物探資料精準度也就提出了更高的要求。這些20世紀80年代中期之前完成的低精度資料,難于滿足新一輪找礦工作的技術要求。與高精度資料相比,低精度資料主要存在測量總精度差、定位精度差、無數字化收錄等問題。

根據對386個工區(qū)的質量記錄統(tǒng)計結果,高、低精度資料的測量總精度有明顯的差異。高精度資料測量總精度一般優(yōu)于2.0n T,而低精度資料測量總精度一般劣于10n T。

影響資料質量的定位及數據收錄方式這兩個因素,沒有一個定量化的指標。從統(tǒng)計的結果來看,低精度資料早期以目視領航為主。這時的定位精度在1～2km,后期采用布標及照相技術,定位精度提高到數百米。所有低精度資料采用模擬紙卷記錄,不少工區(qū)存在無高度數據的問題。高精度資料早期采用多譜勒無線電及 GPS導航,定位精度50～20m。到20世紀90年代后期,采用GG-24GPS導航定位,定位精度優(yōu)于10m。高精度數據全部采用數字收錄系統(tǒng)收錄,數據項齊全。近年來集成的以直升機平臺和實時DGPS導航為標志的航空物探系統(tǒng),定位精度達到亞米級,可用于礦區(qū)的精細勘探,代替部分地面物探工作。

由于低精度資料存在上述不足,在新一輪找礦工作中,對20世紀80年代中期之前完成的低精度資料應該區(qū)別對待,并盡快更新。

3.2 工作程度方面

1999年開展國土資源大調查以來,我國加快了帶有公益性質的航空物探工作步伐,利用國家投資、省部合作投資等方式先后在青藏鐵路沿路、大興安嶺成礦帶、天山-北山成礦帶等地優(yōu)先部署了大中比例尺的高精度航空物探工作,但是與新一輪的全國性找礦形勢對大比例尺的高精度航空物探資料的需求相比仍存在巨大的缺口。這種缺口主要表現在兩方面,一方面是飛行條件較差的、難于大面積開展大比例尺航空物探工作的中西部地區(qū)缺少中比例尺航空物探覆蓋;另一方面是以中東部地區(qū)為主體的大比例尺低精度航空物探覆蓋區(qū)的資料急需更新,尤其是重要成礦區(qū)帶嚴重缺少高精度大比例尺航空物探覆蓋?？傮w上就新一輪的全國性找礦工作而言,我國的大中比例尺航空物探工作先行性程度不夠。

從20世紀90年代以后,像美國、加拿大等國在大型的公益性地質工作計劃部署之前,一般先行開展以大比例尺為主的航空物探工作,進行部署區(qū)的航空物探資料補充和更新。我國目前高精度的大中比例尺航磁測量覆蓋程度約30%。根據初步統(tǒng)計,中西部地區(qū)仍有約250萬km2中比例尺航磁測量空白區(qū),全國需要更新大比例尺航磁測量的面積達450萬km2以上。全國優(yōu)選出的19個重點成礦區(qū)帶近80%的面積缺少大比例尺的高精度航空物探工作。全國鈾礦資源重要成礦區(qū)帶和遠景區(qū)帶近70%的區(qū)域是空白或低精度航放測量覆蓋區(qū)。全國的主要油氣盆地的航重測量工作處于完全空白狀態(tài)。

3.3 科技研究方面

經過幾十年的努力,我國航空物探技術及航空物探資料的綜合研究利用取得了可觀的成績,是保障我國礦產勘查工作順利進行的不可或缺的一部分,但與現實需求及與國際航空物探技術水平相比還有不少的差距。主要表現在:①投入到航空物探方法技術等研究領域的經費相對不足;②航空物探儀器國產化程度不高,儀器研發(fā)能力有限且研究方向單一;③數據處理與解釋方法技術與國際水平有不少的差距;④綜合研究力度不夠,應用領域有限。

經費投入方面,以國土資源大調查經費為例,共投入到航空物探工作中的總經費約1.66億元,用于基礎地質調查、礦產勘查、油氣調查、水工環(huán)調查等調查及勘查領域的經費為1.32億元,而用于基礎圖件制作及綜合研究、儀器研發(fā)與集成、新方法技術研究等科技研究領域的經費僅為0.34億元,用于科技研究領域的經費只占總經費的四分之一不到,投入科技研究領域經費不足顯而易見。

儀器研發(fā)方面,除航磁儀外,其余高性能儀器均要通過進口獲得。同時,我國對航空物探儀器的研發(fā)思路較為單一。銫光泵、鉀光泵航磁儀,溴化鑭、高純鍺探測器航空伽瑪能譜儀這些與我國現在研發(fā)的儀器有著相同或相近的原理,但有其特定優(yōu)點的儀器的研究很少。缺少跟蹤國際前緣新動向的能力,基于超導技術的航空物探儀器的研發(fā)工作處于空白階段,對于具有提高探測分辨率的、被廣泛用于礦區(qū)精細勘查的梯度測量技術的研究明顯落后于國際水平。

綜合研究及方法技術研究方面,我國已經開展了不同尺度的航空物探基礎圖件的編制 (以航磁測量資料為主)及一些綜合研究工作,但是針對如油氣盆地、重要成礦區(qū)帶、熱點地質構造單元等的綜合研究工作不足。在數據處理和解釋方法方面,與國際相比,在區(qū)域性資料的快速處理解釋、三維可視化與反演技術等方面均顯得不足。另外,我國航空物探在水工環(huán)調查領域的應用還相當不受重視,在城市密集區(qū)、重要經濟區(qū)、重要生態(tài)環(huán)境保護區(qū)、重大工程區(qū)等地區(qū)的環(huán)境調查、穩(wěn)定性評價工作中少有開展航空物探工作。

4 今后航空物探工作重點淺析

4.1 調查應用方面

根據對我國航空物探工作程度現狀的分析,我國今后一段時期內的航空物探工作重點將集中在兩個方面。一個是填補全國中比例尺航空物探空白區(qū),一個是更新重要成礦區(qū)帶的低精度航空物探資料。這兩方面的工作偏重點不同?？瞻讌^(qū)的航空物探工作以中比例尺為主 (可根據地形條件及找礦潛力條件采用1∶20萬或1∶10萬),只開展單一航磁測量,應優(yōu)先考慮部署在航空物探工作程度偏低的西部地區(qū),并逐步向中部地區(qū)推進。重要成礦區(qū)帶的航空物探工作以大比例尺為主,除采用航磁測量外,在地形條件允許的情況下,要求根據找礦的有效性開展航電、航放綜合測量,以便從不同的物性角度獲取礦致異常信息,增強找礦效果,測量比例尺以1∶5萬的大比例尺為主,局部可考慮采用1∶2.5萬?？紤]到我國今后一段時期內,地質找礦工作將主要圍繞優(yōu)選的19個重點成礦區(qū)帶來展開,這些地區(qū)也將是今后我國大比例尺航空物探工作的重點。

航重測量技術的成功引進并迅速形成生產力,為航空物探提供了一種新的勘查手段,今后一段時期內的重點是在重力測量空白區(qū)或工作程度低的地區(qū)開展針對油氣調查的中比例尺測量,為礦產資源勘查和油氣調查評價提供新的基礎資料。同時,逐步實現全國范圍的1∶20萬航空重力掃面。

4.2 科技研究方面

航空物探科技研究的主要方向要圍繞找礦需求來開展,解決現階段找礦工作中碰到的問題為新形勢下的找礦工作作好技術支撐。我國東部地區(qū)找礦工作程度高,地表及近地表找礦難度相當大,而且不少礦山開采年代已久,資源儲備日漸枯竭,急需找到新的礦產后備基地。圍繞東部深部找礦課題,加強大探測深度、高分辨率的航空物探系統(tǒng)的研究,集成以高性能時間域電磁儀、磁梯度儀為主要標志的新一代航空物探系統(tǒng),同時加強配套的數據處理與解釋方法技術的研究,尤其是地質體反演技術及三維可視化技術的研究。我國西部地區(qū)地形條件復雜,且幅員遼闊,開展復雜地形區(qū)大起伏航空物探數據處理技術及大區(qū)域數據的自動快速處理解釋技術的研究對于提高西部找礦效果具有重要意義,重點是加強曲面數據處理技術、快速物性反演技術、區(qū)域成礦預測技術等的研究。

航空物探科技的研究除了要解決找礦工作中碰到的具體問題外,還應重視對航空物探技術發(fā)展起到支撐作用的基礎性科研工作的研究。重視航空物探技術標準、規(guī)范的制定和修訂工作,使得新有技術進步能及時地在標準、規(guī)范中得到體現促進航空物探整體水平的提高。航空物探實驗場的建設是一項具有長遠意義的基礎性工作,能為各種新儀器的測試、新方法技術的驗證提供一個客觀的參考標準場,因此,投入充足的經費支持已經啟動的航空物探實驗場建設也是下一步航空物探工作的一個重點。

4.3 綜合研究和跟蹤部署方面

以成礦區(qū)帶為單元,在完成了各區(qū)航空物探覆蓋后,組織力量進行成礦區(qū)帶的綜合研究工作,編制航空物探基礎圖件,歸納總結成礦區(qū)的地球物理場特征,地質、礦產分布規(guī)律,圈定找礦遠景區(qū),為在地面開展區(qū)域礦產調查做好準備。另一個重要工作是進行跟蹤部署研究,提出下一步的工作建議,確保航空物探工作的持續(xù)性,包括航空物探異常的地面詳細查證工作的安排、找礦遠景區(qū)、找礦靶區(qū)的航空物探工作部署等。

致謝:感謝航測中心韓長青總工,航測大隊郭玉鋒總工,物探所胡平所長提供各單位的航空物探工作程度資料。

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