Alexey Andreevich Trusov1、Pavel Surenovich Babayants1、
Oleg Rafailovich Kontarovich1
1 GNPP Aerogeofizika股份公司
引言
矿业公司和原材料行业的企业家经常需要快速评价矿业权区块的远景，以优化采掘和钻探工作，同时提高其有效性。矿业权协议的要求又常常对区域地质研究工作规定十分严格的时限。在这些条件下，采用低成本、机动性高的航空地球物理技术几乎没有其他替代选择。这些技术能够在最短时间内完成大面积调查，而且不会对研究区造成任何人为扰动。仪器技术基础以及数据处理和解释技术的快速发展，促进了这些技术的有效应用。
近年来，利用无人驾驶航空器（无人机）和超轻型有人驾驶平台的航空地球物理方向发展迅速，在多数情况下可降低快速评价矿业权区块远景的成本。然而，这两类平台各有优缺点。
采用无人机和超轻型有人驾驶平台开展测量的优势与局限
目前，多旋翼和固定翼无人机已得到广泛应用，垂直起降系统（如倾转旋翼机）则较少见。电动平台因操作简便而日益普及；不过，采用内燃机或混合动力装置的无人机可显著延长续航时间。
目前使用的起飞重量不超过30 kg的无人机，对有效载荷重量以及相应可安装的地球物理仪器组合有严格限制。
近年来，超轻型有人驾驶航空器的发展为精细航空地球物理测量提供了更多可能。其使用不受无人机那样严格的限制，具有高得多的载荷能力和可用动力，同时无需专用跑道，易于运至作业地点，且飞行性能良好。
例如，目前可用的一款轻型飞机折叠后可放入由小汽车牵引的拖车内（图1），无需加油即可按100 km/h的速度飞行最长6小时，并能开展低空测量。
超轻型有人驾驶飞机在允许飞行高度、速度和续航时间方面与内燃机无人平台相当，但爬升率更高，因此可用于丘陵及切割程度较弱的地形。然而，最重要的优势是有效载荷重量，可安装整套地球物理方法所需的仪器，即通过一次飞行就能获取岩石不同性质信息的地球物理仪器组合。
轻型无人机测量的重要优势被认为是能够在超低空测量，并极为精细地跟随地形飞行，使测量传感器保持恒定离地高度。在尽可能低的高度开展航空磁测，确实能使结果最大限度接近地面测量数据，从而避免漏失微弱磁异常。然而，近地表磁性地质体（如冰碛沉积物）的影响在很多情况下实际上是有害的，会掩盖并扭曲目标体引起的异常。提高飞行高度则可显著减小这种影响。
因此，应结合测区地质结构特点和目标体特征，有意识地选择最佳飞行高度。还需指出，即使希望如此，也无法飞到测区树冠顶部以下，而树高往往为25–30 m。
图1. 轻型飞机：а—折叠后可用汽车拖车运输；б—工作状态。
可用的航空地球物理方法
磁法测量是最简单、最容易采用的地球物理方法。为获取高质量资料，使用国外和国内制造的量子传感器。现代型号保持同样高的灵敏度，同时体积更紧凑、重量更轻。目前，已采用多种仪器技术方案，在各种平台（飞机、直升机、多旋翼无人机）上开展此类测量（图2）。
考虑到无人机的技术特点（载荷能力有限、可用动力较低），将伽马能谱测量用于无人机测量，主要依靠尺寸远小于传统航空伽马能谱测量所用探测器的伽马射线探测器。小体积探测器造成的计数率下降，可通过降低观测高度、减慢飞行速度乃至悬停测量部分补偿。无人机大多使用体积为0.4–0.6 L的探测器，而轻型飞机可安装晶体体积为16 L的探测器组。小体积探测器（0.4 L）所得数据的统计代表性有限，必须对沿航线的测量结果求平均，从而显著降低最终天然放射性核素含量模型的精细程度。而采用多旋翼系统作为平台进行悬停测量，显然会大幅降低作业效率。
图2. 采用多旋翼无人机进行磁力测量
独立的航空电磁勘探系统（无地面装置）目前仍限于被动方法，即VLF的一种形式，在俄罗斯称为radiokip或SDVR。其场源为甚低频导航及广播电台。该方法的现代实现形式足够紧凑，可在各类无人机和有人驾驶航空器上使用。在多数情况下，该方法可圈定近地表构造带。
我们认为，最有前景的方向是在地表布置闭合回线或线性场源，并从空中测量二次场分量。以这种形式可实现瞬变电磁法，以及近年来受到不应有忽视的低频感应电磁勘探技术（不接地回线法和无限长电缆法），包括回线外空间的测量。
新一代紧凑型捷联重力仪的出现，使采用超轻型飞机和直升机开展航空重力测量成为可能。此类仪器的显著特点是在较大的垂向加速度下仍可正常工作，因此可更准确地跟随地形，并同时开展航空伽马能谱测量和磁力测量。由此获得的重力场模型有助于填绘侵入杂岩体、断裂构造及块体构造。
附加的航空摄影可获取测区数字正射影像图，用于规划找矿路线、设计地面地球物理和地球化学工作，以及解译地质目标。此外，近年来摄影测量算法发展迅速，使建立较为精确的地形模型成为可能。
结论
应根据解决既定地质找矿任务的效果选择航空地球物理方法组合。同时，目前可用的超轻型航空器具有一系列特点和限制，在设计航空地球物理工作时必须考虑。最佳平台的选择不仅应取决于所选方法组合，还应取决于具体的地貌条件和研究区面积。