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21世纪门槛上的航空地球物理

作者:Kontarovich R. S.
 

“智能系统只有以所获信息为基础,才能比随机行为更进一步。”
Norbet Wiener。控制论的基本定律。

航空地球物理始终以极高的效率、几乎不受限制的可达性、经济性、环境友好性、统一的方法体系、相对容易的方法综合,以及数据极高的统计代表性,区别于其他地质调查技术。然而,测量精度较低和地面测点定位精度很不理想,长期以来一直是航空地球物理的不足。此外,航空地球物理方法本身也主要局限于磁法勘探和伽马能谱测量。

前苏联航空地球物理的发展,与许多其他科学技术领域一样,走过一条独特的道路。在西方,纯粹务实的取向促成了狭窄的专业分工,并首先着力改进仪器设备的性能;而我国同时还重视所获数据的一般解释和目标性解释方面的理论研究。众所周知,我国科学家和专家的许多思想是在国外得到技术实现的。

众所周知,在前苏联、澳大利亚、加拿大、非洲、中国、美国及其他国家和地区,利用航空地球物理发现特大型铀、铁、金刚石、金及其他矿床,是在其技术发展水平相对不高的时期实现的。然而,到了20世纪80年代,当技术水平已达到非常高的程度时(多道大体积闪烁伽马能谱测量、质子和量子磁力仪、各种电磁勘探设备、数字记录系统等),航空地球物理的找矿成效却开始下降。

其原因在于:在简单地质地球物理环境下,具有显著指示特征对比的大型勘查目标被发现后,航空地球物理转而面向低对比度目标,并进入复杂自然环境。在这种条件下,仅仅识别在多项参数上与介质背景变化所致异常十分相似的地球物理异常,已不再有效。仅针对最终勘查目标的异常进行识别的勘查方案,即所谓“缩短式”勘查方案,已不能取得预期的积极地质成果。

摆脱这一局面的明显途径是提高测量精度,并在同一航空器上综合多种方法。然而,正是在国内实践中,尤其是在GNPP Aerogeofizika,除上述途径之外,还发展了向所谓“分阶段”作业方案转变并应用目标性航空地球物理地质调查技术的方向。这种方法的实质是识别具有自然层级关系的一系列中间勘查目标及相应的工作阶段,为每一阶段确定各自的前提条件和标志,并按照景观地质勘查条件及已完成勘查的可靠程度进行区域划分。早在20世纪70—80年代,GNPP Aerogeofizika就已在金刚石、金、铝土矿及其他矿产勘查中证明了这一方法的有效性。

目前,遥感方法的范围已显著扩大,首先纳入了各种航空电磁勘探形式、多分量磁力测量、航空重力勘探和热红外成像。用于多种遥感调查的现代设备,在精度上已经跨越了航空地球物理测量与地面测量之间的界限;对于磁力测量和伽马能谱测量,测量精度与作业质量指标已超过相应的地面测量。

近年来,航空地球物理测量的地面定位精度发生了根本性的质的飞跃。现代卫星导航系统可确定实时坐标,精度不劣于10 m,必要时可达到数米。

可以说,航空地球物理目前已成为一种研究地表及地下的全新技术。考虑到最常见、应用广泛的航空地球物理测量每测线公里的成本,比相应地面测量低一个数量级,因此对于大多数地质调查任务(地质填图、矿产勘查、环境监测等),航空地球物理技术在经济性、成果质量和可靠性方面优于地面方法。

在当今世界实践中,航空地球物理是发展最快的技术之一。利用这一技术,在北美、南美和非洲取得了显著成果。即使是欧洲的小国(奥地利、芬兰、捷克等),尽管通过地面方法对其国土进行了极为详细的地质调查,也越来越重视依靠本国力量开展航空地球物理勘查。仅1997年,澳大利亚政府就向私营企业拨款超过1000万美元,用于改造现有和开发新的航空地球物理系统。1996年,全球航空地球物理服务市场总规模约为2.5亿美元。

俄罗斯地域辽阔、距离遥远、基础设施不发达,因此航空地球物理技术自诞生以来就始终具有重要意义。俄罗斯联邦当前经济状况还具有一系列其他特点:一方面源于前苏联地质行业和采矿业经济与管理的特殊性,另一方面源于该行业所选择的市场转型机制及其初步结果的特殊性。

不必讨论采矿和燃料能源部门对我国的重要性这一显而易见的命题,也不必讨论俄罗斯这些经济部门显然需要大规模投资的事实;需要指出的是,无论行政机构还是潜在投资者,都极其需要具体且高度可靠的信息,了解决定合理投资方向及投资效益的主要因素。政府机构需要这些信息,评估矿产原料产业各部门的总体状况,并制定适当的吸引投资计划。私人投资者同样需要这些信息,以选择最有效(最有利可图)的投资方向。

然而,国家目前向市场经济转型的过程,导致此前列入和未列入储量平衡表的各类资源与储量的商业价值发生了急剧变化。在市场经济条件下,现有或计划中的开采作业成本较高,使国家储量与资源平衡表中各种原料的相当大部分被剔除。

地下实际得到证实的矿产储量,与以科学(工作)假说形式存在的预测资源量之间的差距,已急剧扩大。Р3与Р1类预测资源量估算之间的差距尤其危险:前者是关于大范围区域可能赋存资源的一般理论假设(此类假设一直很多),后者则已是地下实际定位的小型区段和异常成因体,可以进一步研究和评价(遗憾的是,此类对象很少)。

在这些条件下,显然需要采取迅速措施。有必要对新区以及现有采矿企业所在地区的预测资源量进行某种加速清查,即迅速将全部假说和推测落实为地下具体定位的成矿有利构造、区段和异常,使其能够接受实际评价,而非停留于讨论。这项工作的成果应是针对具体矿种和具体地区的地质经济信息包。

国家经济需要关于各类矿产具有商业价值的预测资源量实际结构的足够可靠数据;有效的国家管理需要紧急优化资源与储量的比例,以及后者内部不同类别预测资源量的比例。国家机构极其需要高度可靠的地质经济信息包,以吸引投资进入对国家最重要的地质领域。这些数据自然也为国内外投资者所需。同时,这些信息应具有透明性,即所有组成部分均可理解、可核验,并具有明确而专门的商业目标。因此,信息应包含必要且在量值上可靠的实测数据模块、一般与目标性解释模块,以及成果可靠性评价模块,并采用目前最常用的格式(例如GIS)。

这类信息包对于现有企业所在地区是必要的,可作为清查或复核工作的成果;对于新区——预测资源可能定位的地区——同样必要,以改善其与储量的比例,服务于国家矿产原料平衡。

航空地球物理当前发展的特点,以及上述我国地质行业的状况,使目标性航空地球物理地质调查技术可被视为恢复和发展国家矿产资源基础的主要工具之一,适用于多种乃至大多数矿产。同时,航空地球物理本身——实质上是一种转用于地质领域的技术——也成为具有吸引力的有效投资对象。

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25年多来,联邦国有单一制科研生产企业Aerogeofizika一直沿着独特的道路发展航空地球物理技术。早在20世纪70年代初,就将国外最有前景的仪器成果引入国内航空地球物理作业实践。该企业开发了自己的航空伽马能谱仪和磁力仪系列、自己的航空电磁勘探设备方案,以及用于热红外成像的仪器计算系统。此外,还拥有独特的数据处理和解释技术。最重要的成就是建立了航空地球物理勘查技术,为国家发现了新的矿床,其中包括特大型矿床。

尽管目前国家经济转型时期困难重重,GNPP Aerogeofizika仍保留了多年形成的高水平专业团队,并利用自身利润完成了技术装备更新。

目前,GNPP Aerogeofizika拥有75名员工,能够同时使用五套独特系统开展作业,其中包括固定翼和直升机电磁勘探系统、高精度铯磁力仪、高分辨率多道伽马能谱仪;还能开展航空热红外、气溶胶和气体测量。GNPP Aerogeofizika配备最先进的导航设备、变化观测站,以及用于资料处理、解释和展示的计算系统。

但在我们看来,最重要的是,与国外实践不同,我们如今已经能够向航空地球物理服务市场提供目标性地质调查技术,不仅获取高质量原始信息,还对其含义进行深入解释。

我们希望这一方法将带来新的积极成果,并随着时间推移,不仅在我国,而且在世界范围内得到广泛应用。