[科普中国]-航空磁力测量

简介

我国航空物探工作始于1953年，通过50多年的发展，航磁测量从方法理论、仪器研制、系统集成、数据采集、数据处理、数据解释与应用等已形成具我国特色的完整的技术体系。主要包括：经改装的多种型号(固定翼飞机、直升机)的专业勘查飞机；多种型号的航空磁力仪、磁力梯度仪、实时数字磁干扰补偿系统和数据收录系统；高精度导航定位系统与技术；先进的测量系统集成技术；先进的飞行测量技术，尤其是大比例尺测量技术;成套的专用数据处理、解释与成图软件系统等1。

航空磁力测量是将航空磁力仪（光泵式、核旋式和磁通门式）系统安装在飞机或其他飞行器中通过观测地磁场的总强度T或总磁场异常△T或其梯度，来寻找磁性或与磁性有关的矿体，了解地质构造、进行磁性填图、解决城市和工程稳定性和考古等问题。根据服务领域不同，分成区域构造填图、油气构造勘查、固体矿产勘查和其他应用类型。根据工作研究程度分成概查（工作比例尺1:100万~1:50万）、普查（1:25万～1:10万）、详查（1:5万～1:2 5万），随着仪器灵敏度和定位精度提高，发展到精细勘查（1:1万或更大）。

航空磁力测量是应用最广的航空物探方法，它用的仪器有两类，一类是测总磁场模数的变化△T,另一类是测总磁场模数变化的梯度。目前在生产中应用的测总磁场模数变化的仪器主要是核子旋进磁力仪和光泵磁力仪，也有用磁通门磁力仪的（见磁法勘探）。测总磁场模数变化梯度的是航空磁力梯度仪。它用距离固定的两个磁力仪探头（如光泵磁力仪探头），同时测量地磁场并记录其差值（即磁力梯度，可测垂直梯度或水平梯度），一般灵敏度约达~纳特/米。

发展航空磁测(Airborne Magnetometry)是在第二次世界大战中由于探测潜水艇的需要而发展起来的。战后，即用于普查石油和天然气以及其他矿产，在地质调查、矿产普查和地球科学研究工作中发挥着重要的作用，是航空地球物理的一种主要的方法。另一方面，它仍然是探测潜水艇的重要方法之一，在现代反潜飞机和反潜直升机上，磁异常探测仪器MAD(Magnetie Anomaly Detector(Deviee)，MAD)是必备的装置。直到如今，研究和开发先进的MAD，使探测距离更远，探测结果更准确可靠，是各国军方的一个重要任务，也是推动航空磁测技术向前发展的一股动力。

磁通密度是一个矢量。最初，航空磁测测量总磁场强度TMx(Total Magnetie Intensity，TMD或其差值，即测量地磁场矢盘的模童(标量)或其差值。在进行TMI测童时，使用磁通门磁力仪、质子磁力仪、光泵磁力仪(氦一4、枷、艳、钾)测量地磁场的模量；磁通门磁力仪测量磁场在一定方向上的分量，在作TMI测量时，利用自动控制的方法使其灵敏元件的灵敏轴随时保持在地磁场方向上。后来，为了提高分辨力，为了推断解释工作的需要，为了消除区域磁场和随时间变化磁场的影响、提高磁异常图的质量等目的，研究开发并推广应用了梯度磁测，利用光泵磁力仪测量地磁场模量的水平和垂直梯度。最近，在世纪之交的几年里，有的国家进行了航空磁场分量测量的试验工作。更值得注意的是，德国、美国和澳大利亚正在积极进行利用超导磁力仪进行航空全张量磁力梯度测量的试验工作，测量地磁场矢量三个分量在三个方向上的空间变化率。有的地球物理学家认为，磁法勘探下一次突破很可能是全张t磁力梯度的测盆和解释应用。

如果不算苏联在20世纪30年代用感应式航空磁力仪进行最初的航空磁测工作(测量△Z，圈定基性、超基性岩体，我国于20世纪50年代初，也曾进行过这种工作)，航空磁测已有近60年的历史。从航空磁测技术角度看，可以将这60年的历史划分为3个阶段：大约从20世纪40年代末到70年代中约30年，为第一阶段，先后采用磁通门磁力仪、质子磁力仪和光泵磁力仪测量TMI；从20世纪70年代中到90年代中约20年，为第二阶段，除了测量TMI之外，还利用光泵磁力仪测量地磁场模盆的水平和垂直梯度，现在几乎所有担任航空磁测的公司和单位都可进行水平梯度测量，有的可进行水平梯度和垂直梯度的测量，梯度的测量很受重视，从20世纪90年代中到现在，为第三阶段，这一阶段刚刚开始，出现了航空磁场分量测t(航空矢量磁测)和航空全张量磁力梯度测量技术2。

测量对象航空磁测测量的对象是：

（1）地球磁场的总磁场强度B的大小或模量(TMI，|B|)，或模量的差值。一般使用质子磁力仪或光泵磁力仪，多使用光泵磁力仪；

（2）模量|B|的空间变化率或梯度(有垂直梯度，横向梯度/翼尖探头，横向和纵向梯度/翼尖和尾锥探头，全部梯度/三轴系统)；

（3）地球磁场的三个分量(Bx，By，Bz)。使用磁通门磁力仪或超导量子干涉磁力仪(SQUID)，由于定向要求很严，很少进行；

（4）Bx，By，Bz的空间变化率，共计9个要素，Bxx，Bxy，Bxz，Byx，Byy，Byz，Bzx，Bzy，Bzz构成二阶张量梯度。使用低温SQUID或高温SQUID(LTS-SQUID或HT-SSQUID)，是研究开发的热点2。

航空磁力测量系统航遥中心在国产Y-12、Y-11、Y-8和国外生产的Citation-Ⅱ（奖状）、An-12、Twin Otter(DHC-6双水獭)、Cessna-208（赛斯纳）等固定翼飞机或者在米-8等直升飞机上安装航空磁力仪、数字补偿仪和数字收录系统以及全球卫星导航定位系统、无线电测高仪、气压测高仪，组成航空磁力测量系统。上述测量系统可以在世界任何地区（包括中-高山区、沙漠、沼泽、湖泊及海域）承担从1：5000~1：1000000各种比例尺的高精度航空磁法飞行测量工作。测量总精度一般可以好于2nT。

（1）以AS350B2“松鼠”型直升机平台的硬架式航空磁放测量系统，适合在复杂地形区进行中大比例尺高精度航磁测量。

（2）以Y-12、Y-11、Cessna-208（赛斯纳）为平台的航空磁力测量系统适合在平原、沙漠、沼泽、湖泊、近海海域、滩涂、丘陵及中低山区进行中--大比例尺高精度航磁测量。

（3）以Y-8、安-12为平台的航空磁法测量系统适合在海域及其它距机场较远的平原、丘陵和山区进行大跨度中-小比例尺高精度航磁测量。

（4）以Citation-Ⅱ（奖状）为平台的航空磁法测量系统适合在中、高山地区进行中小比例尺高精度航磁测量。

（5）以米-8直升机为平台的航空磁法测量系统适合在复杂地形区进行中大比例尺高精度航磁测量3。