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俄罗斯航空地球物理的莫斯科学派

作者:Babayants P.S., Kontarovich O.R.
 

俄罗斯航空地球物理莫斯科学派的发展,与国营科研生产企业Aerogeofizika这一研究领域的形成和发展直接相关。自1970年起,该企业以前身专业航空地球物理部门的形式隶属于苏联地质部的不同机构;1992年,根据俄罗斯联邦政府地质与地下资源利用委员会的命令,组建为独立的国家直属机构。

GNPP Aerogeofizika在25年多的发展历程中,很大程度上以迅速将国内外仪器制造、计算机硬件与技术领域的最新成果应用于实践为导向,同时在上述及其他领域开展自主研发。GNPP Aerogeofizika在国内航空地球物理实践中率先采用航空地球物理数据数字编码记录(1974年)、多普勒主动直升机导航系统(1981年)及卫星导航系统(1991年)。GNPP Aerogeofizika不断改进和开发新的航空地球物理方法及新型航空地球物理仪器。将新技术应用于大面积航空测量,本身就已经并仍在取得对国民经济具有重大意义的成果。

地质用途的工作始于1971年。为发现具有工业价值的铝土矿床而开展的综合航空地球物理找矿(磁力测量、伽马能谱测量、航空电磁勘探),采用1:25000和1:50000比例尺,并辅以地面调查和异常验证,持续至1978年。调查范围包括中、北、南季曼,以及北乌拉尔、亚极地乌拉尔和极地乌拉尔的东西两坡,总面积约4万km²。首要任务是开发适用于上述地区条件的高效、快速工业铝土矿床勘查技术。

这些工作在季曼—伯朝拉地区发现了新的含铝土矿区;大幅增加了中季曼铝土矿床的储量;在北乌拉尔伊夫杰利地区发现了优质铝土矿的Natalovskoye矿床;扩大了极地乌拉尔卡拉地区铝土矿的预测资源量;并在其他地区发现了不具工业价值的矿点。1977年还在中季曼地区圈定了三个局部磁异常,后来证实为俄罗斯地台北部最早发现的金伯利岩筒。此外,还在任务范围之外圈定了具有工业矿化前景(金、铂、多金属)的异常和异常区。

同期还改进了利用地震勘探资料开展找矿的地面地球物理方法:圈定了铝土矿远景区,并首次证明别尔哥罗德州(库尔斯克磁异常区)广泛分布着含富弱磁性铁矿的厚层覆盖型风化壳。钻探验证了这一预测,发现了独特的Razumenskoye铁矿床。

1979年至1988年,Aerogeofizika在阿尔汉格尔斯克州和雅库特西部开展了1:10000、1:25000和1:50000比例尺的金刚石矿床综合航空地球物理找矿(磁力测量、伽马能谱测量、航空电磁勘探),并辅以地面调查和异常验证,累计完成不同测量比例尺的航空调查约20万测线公里。这里的初期工作同样着重完善针对金刚石矿床的目标性航空地球物理勘查技术。

在阿尔汉格尔斯克州Zimneberezhny地区圈定的局部磁异常内开展钻探,发现了具有工业价值的金刚石矿床。总体而言,GNPP Aerogeofizika与其他企业共同参与了罗蒙诺索夫金刚石矿床及阿尔汉格尔斯克州其他金伯利岩体的发现。R.S. Kontarovich(时任野外队长)获颁“矿床发现者”证书和徽章。1982年编制并向当地机构提交了雅库特西部Malo-Botuobinsky地区原生金刚石矿产预测图,经过少量修订,该图至今仍为当地勘查工作的主要用图。多个地段的远景得到证实,发现了新的镁铝榴石、镁钛铁矿及金伯利岩碎屑分散晕。同时改进了验证远景区和异常的地面地球物理方法。Amakinskaya勘探队在雅库特应用其中的井间无线电波透射法,发现了六个新的金伯利岩筒。

1975年至1985年,为寻找金银矿床开展了大规模调查,面积约2万km²。在中亚、马加丹州、外贝加尔、滨海边疆区及楚科奇开展了1:25000和1:50000比例尺的航空地球物理找矿及航空地球物理测量(磁力测量、伽马能谱测量),辅以地面调查和异常验证(后者仅限找矿区)。几乎在所有调查地区,已知金矿床的远景均得到扩展,并圈定了新的矿产远景区和地段。

总体而言,1971年至1985年是取得具体、积极地质成果最多的时期。需要强调的是,这一时期主要开展的是航空地球物理找矿,除航空测量外,还包括目标性预测解释及大量地面验证工作。

自20世纪80年代后半期至今,Aerogeofizika根据客户要求,将工作重点主要放在航空地球物理测量本身,为地质填图和找矿工作提供支持。

为给地质填图提供详细、高精度的地球物理基础,自1993年至今,已在俄罗斯联邦莫斯科州、梁赞州、图拉州和卡卢加州完成约9万km²的1:25000和1:50000比例尺综合及单方法航空地球物理测量(磁力测量、伽马能谱测量、电磁勘探),相关工作仍在继续。

1979–1990年,在蒙古中部和北部以及古巴完成了1:25000、1:50000、1:100 000和1:200 000比例尺的综合航空地球物理测量(磁力测量、伽马能谱测量、电磁勘探),总面积约35万km²。驻蒙古人民共和国苏联地质考察队(乌兰巴托)领导高度评价了所完成工作的技术与方法水平、地质效果、团队专家的专业素养,以及其对蒙古矿产资源基础建设所作出的重要贡献。

自1995年起,GNPP Aerogeofizika参与了用于深部填图的区域基准剖面航空地球物理保障工作(磁法勘探、伽马能谱测量)。剖面沿坎达拉克沙—凯姆—彼得罗扎沃茨克—诺夫哥罗德—大卢基展开,共设11条间距2 km的平行测线及1条飞行高度3 km的航线,总计12000测线公里。

自1988年至今,为支持找矿工作,已在总面积约6万km²范围内完成1:25000、1:50 000和1:100 000比例尺的航空地球物理测量(磁力测量、伽马能谱测量,有时包括航空电磁勘探)。覆盖地区包括俄罗斯联邦布良斯克州、卡卢加州和斯摩棱斯克州(金刚石)、科斯特罗马州(金)、诺里尔斯克地区(铜)、新地岛(铜)、乌拉尔山前北部和鞑靼斯坦共和国(石油)。所有项目均向客户提交了地球物理场图及包含预测内容的解释图。

自1982年至今,解决环境和工程技术问题一直是GNPP Aerogeofizika的第二大业务方向。

1986年6月,由A.A. Ursov领导的专业航空地球物理小组被派往负责消除切尔诺贝利核电站事故后果的政府委员会开展工作。小组在极短时间内编制了几乎覆盖乌克兰、摩尔多瓦全境及俄罗斯和白俄罗斯许多地区的放射性核素污染图。负责执行国家计划的牵头机构国家水文气象委员会所属跨部门科学技术专家委员会高度评价了工作成果。多名参与人员获得国家表彰。

完成了国家辐射填图计划,对车里雅宾斯克州和斯维尔德洛夫斯克州境内马亚克联合企业事故、克拉斯诺亚尔斯克-26事故,以及新地岛和塞米巴拉金斯克试验场核试验造成的污染地区进行了制图。所得信息用于评估人工放射性核素(Cs-137、Co-60等)和天然放射性核素(U、Th、K)的污染程度,并确定需采取环境保护措施的地段;

GNPP Aerogeofizika参与编制了《全国放射性污染地图集》,其中纳入了已完成的伽马能谱测量资料。在编制过程中,解决了多项重要的科学与应用问题:开发并验证了考虑核素埋深分布的土层Cs-137累积存量测定方法;开发了无需谱成分先验信息即可从综合能谱中识别任意伽马发射核素的算法与程序包;开发了无需额外“氡”探测器即可校正“游离”氡-222对铀含量测量贡献的方法与软件;实现了核试验时刻伽马辐射剂量率的重建方法。此前世界上尚未开展过类似的科学应用工作。相关成果已发表,并在国际会议上报告。

在莫斯科市和莫斯科州的诺金斯克、埃列克特罗斯塔尔、Remmash居民点等地区发现了多个电离辐射点源。已将Cs-137地表放射性污染区的坐标提交给莫斯科州民防与紧急情况指挥部。在所指位置进行的踏勘发现了一处照射量率超过3000 µR/h的放射性污染区。

1988年,苏联地质部派遣GNPP Aerogeofizika航空测量小组(A.A. Ursov)赴亚美尼亚斯皮塔克地震区开展工作。航空地球物理测量对地震区核电站的状况作出了正面评价,同时指出,在核电站设计和选址阶段,对所选场地构造特征的研究重视不足。小组及时完成了全部任务,受到亚美尼亚领导层及苏联政府的高度评价。

为解决环境与市政公用事业问题而开展的城市群及工程设施遥感监测,是GNPP Aerogeofizika目前的重要业务方向。

13年来,受燃料能源管理部门所属企业及莫斯科、图拉、利佩茨克、基辅、明斯克、巴库、梁赞、莫斯科州加里宁格勒、柳别尔齐、列乌托夫、埃列克特罗斯塔尔等城市市政部门委托,持续利用航空热红外成像(TIKAS)诊断供热管网状况。热红外监测每年开展两次,分别在供暖季开始和结束时进行。该方法可及时评估地下供热管网状况,发现即将发生故障或已经处于事故状态的区段,并修正管网布置图。TIKAS资料是编制和调整应急及计划检修方案的依据。例如,1995年GNPP Aerogeofizika专家在莫斯科调查了约900 km2。仅据其中一家客户的数据,此次航空测量产生的经济效益即达4.5亿卢布。

多年来,开展了热红外测量,用于查明工业和市政污水向河网排放的位置,同时进行了硬质道路路面状况评估。

完成了莫斯科、诺里尔斯克和图拉等大型工业中心的气溶胶航空测量,识别出20余种空气污染化学元素的稳定大气地球化学分散晕。首次发现奥斯坦金诺电视塔附近镉浓度偏高;并首次在该塔开展二氧化氮、二氧化硫及大气气溶胶的垂直分布测量,获得了气体浓度随高度变化特征的独特资料。

对GNPP Aerogeofizika超过四分之一世纪工作历史的简要回顾表明,莫斯科航空地球物理学派在形成过程中,参与开发和完善了用于解决广泛问题的技术。该学派积累了独特的航空地球物理技术及数据处理解释技术,拥有俄罗斯联邦最完备、最先进的航空地球物理仪器设备体系,并持续补充和改进。显著的地质效果与经济效益,是莫斯科航空地球物理工作者努力的必然成果。