遥感调查技术装备

航空地球物理测量是地质填图、矿产勘查、环境调查及许多其他技术体系的组成部分，其发展首先依赖于仪器设备、软件和方法的不断完善。当前，全球航空地球物理技术处于较高水平，并在采矿、油气工业、环境调查以及工程设施状态遥感监测中日益普及，这在很大程度上得益于技术装备的持续改进，其方向是提高观测质量和精细程度，同时降低作业成本。

除整个工业领域普遍存在的技术更新过程外，航空地球物理还具有一些特殊性，因为使用航空平台会在一定程度上影响航空地球物理仪器研发人员的设计思路。这是由于航空业历来采用最先进的技术，而这一传统也影响着航空地球物理仪器制造。只需回顾卫星导航系统、激光无线电高度计、工业个人计算机等最初在航空地球物理中的应用便可理解：这些最新设备一经上市，便被纳入航空地球物理系统。

GNPP Aerogeofizika经营和发展的重要战略原则之一，是采用可获得的最先进技术装备和技术开展航空测量，并邀请公司内部或国内领先专家参与其升级改进。这种做法早在苏联时期就已形成。即使在行业技术改造计划的集中拨款停止之后，Aerogeofizika仍将大部分利润用于现代技术装备和技术的研发、购置与应用。

遥感方法仪器设备

航空磁力测量是航空地球物理勘查中的传统方法，用于解决范围十分广泛的地质及其他问题。过去十年中，量子传感器（主要为铯传感器）的大量应用显著提高了仪器灵敏度和测量频率。目前，在每秒10次测量时达到0.001 nT的灵敏度，实际上已成为全球行业标准。

20世纪70年代，GNPP Aerogeofizika使用国产BTM、KAM-28量子磁力仪和YaMB-3质子磁力仪，以及Geometrics公司的G-801/3B质子磁力仪和Zander公司的质子磁力仪，在每秒1次测量时达到1 nT的灵敏度。所采用的方案包括配备模拟补偿器的刚性安装磁传感器，以及置于拖曳吊舱内的磁传感器。

1994年，GNPP Aerogeofizika在我国首次购置并在生产测量中使用了Scintrex公司最新型航空磁力仪，该仪器配备CS-2铯传感器，分辨能力为0.001 nT，测量频率为每秒10次。随后，Aerogeofizika出资研发了同等级的自主航空磁力仪，命名为AEROMAG。目前，这类仪器不仅在本公司使用，还向Almazy Rossii–Sakha公司交付了两台，成功用于金伯利岩勘查。

为开展油气勘探测量，GNPP Aerogeofizika于1996年使用L-410飞机进行了多次试验性和方法研究飞行，采用刚性安装的磁力仪传感器及加拿大磁通门磁偏差补偿器。利用本公司开发的补偿器数据后处理软件，将飞机机动引起的磁偏差补偿至百分之一纳特量级。飞机磁清理与这种数字磁偏差补偿器相结合，使油气勘探航空磁测能够满足国内外领先石油公司最严格的要求。

除机载仪器外，GNPP Aerogeofizika还开发并使用了与GPS接收机集成的地磁变化基站。其优良的使用性能达到、甚至超过了同类产品当前的国际水平。

航空伽马能谱测量曾在国内外广泛用于勘查能够产生较明显伽马场异常的放射性矿产。目前，该方法主要面向克拉克值水平的放射性元素分布高可靠性填图，以解决多种地质和环境问题。

GNPP Aerogeofizika自1972年起开展航空伽马能谱测量，并与全苏矿物原料研究所合作研制了AGS-4k / AGS-10k系列航空伽马能谱仪。这些仪器采用128道和256道谱分析器。探测器由多个圆柱形NaI(Tl)晶体组成，总体积可达15升，在0.662 MeV谱线处的能量分辨率为14–15%。五个差分能窗中的伽马射线强度、高度计数据及其他辅助信息记录在穿孔纸带上。能谱仪还配有专用单元，可实时进行高度校正，并通过控制台方便地编程，执行各种解释运算（天然放射性元素含量比、优势元素及放射化学特征计算），将结果输出到记录纸带上。当时，这一功能是及时决定对有利异常进行详查，并使用空投标志物在地面标定异常中心所必需的。此外，自1972年起还使用了Exploranium公司的Digrs-3001航空伽马能谱仪，但其若干参数不及上述国产能谱仪。

1980年，购置了Exploranium公司的512道Spectra-2航空伽马能谱仪（作为McPhar系统的组成部分），配备总体积可达48升的棱柱形NaI(Tl)闪烁探测器，在0.662 MeV谱线处的能量分辨率为9%。公司研发人员和程序员对现代电子元器件的熟练掌握及其较高专业水平，使航空伽马能谱仪得以大幅升级，使用性能得到改善。目前，GNPP Aerogeofizika拥有三台基于优良Polyscin晶体的现代伽马能谱仪。与最初购置的设备相比，这些仪器采用了包含现代模数转换器的新型电子系统、4096道谱分析器和Pentium个人计算机，数据采集与记录系统也进行了根本性改造。

开发了一项独特的计算机校正技术，可根据空气中惰性气体放射性同位素氡-222的含量校正“铀”道。该技术无需使用所谓的“大气探测器”，即可明确改善铀数据质量，并识别紧邻逸出源的氡浓度升高区。在鞑靼斯坦、图拉州、梁赞州及莫斯科州部分地区开展航空伽马能谱测量时，该技术的实际应用使研究人员能够从全部已填绘的断裂中识别出开放性（可渗透）断裂。

航空电磁勘探也是航空地球物理勘查的传统方法，过去主要用于识别和填绘具有异常电子电导率的岩石和矿石。随着测量和解释能力的提高，该方法现已用于解决广泛的实际问题，包括在找矿和地质调查中开展平面与剖面的岩性岩相填图、地下剖面含水饱和度填图，以及识别作为成矿标志或油气从藏中运移所致次生矿化标志的岩石次生蚀变带。

多年来，GNPP Aerogeofizika成功开发了DIP-A固定翼航空电磁系统（航空偶极感应剖面法）。该项工作由乌克兰苏维埃社会主义共和国科学院物理力学研究所和TsNIGRI的工作人员主持并直接参与。采用谐波源信号及“非局部”收发间距的偶极感应剖面法，根据B. S. Svetov提出的算法，通过测量磁场极化椭圆的半轴获得二次场信息。最早的DIP-A仪器一次只能在一个固定频率上测量。如需获得更高或更低频率的信息，必须重新调谐发射机并重复飞行。该仪器成功用于诺里尔斯克型铜镍矿床和黑色页岩层系中金矿床勘查时的高导电矿体识别，也用于乌拉尔地区铝土矿勘查时沥青质灰岩与礁灰岩接触带的填图。此前，加拿大McPhar公司的F-400航空电磁系统也曾用于这些任务。

1996年，根据本公司技术要求并由本公司出资研制的新型三频DIP仪器投入生产使用。这套现代化全数字系统标志着机载电磁系统发展中的又一步。目前，独联体境内尚无与新型DIP相当的设备。该系统同时发射273、1092和4368 Hz的谐波场，垂直磁偶极矩分别为8000、4000和3000 A m²。测量量为极化椭圆各半轴在观测平面上投影的比值。通过采用不变量测量方案、自动校准系统、涡流补偿以及吊舱位置跟踪系统，实现高测量精度。

计划于1998年推出下一代更先进的型号。同时，GNPP Aerogeofizika持续改进自主开发的航空电磁数据计算机处理与解释专用软件。

航空热红外成像用于遥感研究地表热场，在环境与地质调查以及工程设施和自然对象状态遥感研究中发挥着重要作用。该技术长期用于军事目的，自20世纪70年代末开始成功应用于实验性工作，随后进入生产作业，以解决广泛的实际问题。鉴于该技术在GNPP Aerogeofizika开发并成功投入生产，且目前仍在该公司得到最积极的持续发展，本期刊另设专文介绍这一技术，包括仪器研发。

总体而言，这一领域吸收了大量科学发现和最新技术成果，其应用潜力甚至尚未得到充分认识。在主要研发过程中，还形成了一些附带的技术成果，为相关领域带来了明显的经济效益，例如通用数据采集与记录系统、具有主动切入航线功能的新型导航处理器，以及数字补偿器数据后处理程序等。

需要指出，热红外航空成像最初的民用应用源于20世纪60年代解决地质问题的尝试。在现代火山和热液活动对象的研究中，即在热场差异十分显著的地区，获得了令人满意的结果。当时仪器和调查技术的计量性能十分有限，因而无法将该方法推广到热场变化反差较小（通常水平）的地区及相应地质问题。GNPP Aerogeofizika对该方法装备和技术的改进成果（地面光学分辨率为0.1–0.2 m，灵敏度为0.1°C）表明，在不久的将来，有望在热场反差处于通常水平的地区实现高效的地质应用。可以有把握地预期，航空红外成像将很快作为一种信息丰富的方法，加入地质领域广泛使用的传统航空地球物理方法组合。

航空气溶胶测量采用小型过滤装置，将大气气溶胶采集在专用滤膜上。这些高纯度滤膜为直径40 mm的圆片，在0.5至1.5 m/s的采样气流速度下，对大气气溶胶的捕集效率不低于95%。采样方法使每张滤膜代表一个面积网格，例如1×1或2×2 km。采用耦合等离子体原子发射光谱法分析样品的化学组成，可在较宽含量范围内，以较高精度同时测定多种化学元素的浓度，检出限为0.1至0.002 μg/滤膜。

实验室分析结果以μg/滤膜表示，结合抽气体积和金属背景含量，换算为以μg/m³表示的体积浓度。根据气溶胶测量结果编制大气气溶胶中相应元素的分布图。

航空气体测量采用机载相关光学气体分析仪，实时测定飞行高度以下光路上自由大气中二氧化氮（NO₂）和二氧化硫（SO₂）的浓度，并采用光学红外激光吸收气体分析仪测定甲烷（CH₄）。气态杂质含量的遥感光学测定方法基于气体吸收光谱分析。

导航

过去，航空地球物理测量的坐标定位通过拍摄基准地标，并将地标从航空照片转绘至地形图实现。飞机定位精度尤其在地标之间的区域，不优于±100–200 m。按预定航线飞行的质量在很大程度上取决于领航员的技能，只有少数情况下能够达到1:25,000比例尺测量的要求。

1979年，我们从加拿大McPhar公司购置了导航设备，可主动引导飞机和直升机飞行，并显著提高航空地球物理测量坐标确定的精度和连续性。GNPP Aerogeofizika在原苏联首次将配有多普勒测速系统（DISS）和陀螺系统的航向导航系统用于机载系统。这些系统每秒确定一次坐标，精度为±40–60 m，充分满足了1:25,000比例尺测量对预定航线保持的要求。

此后，GNPP Aerogeofizika在国内率先使用远程无线电导航系统（RSDN）和国产GLONASS卫星导航系统多通道接收显示器（A-735）；最后，GPS NAVSTAR卫星系统接收机也首次由GNPP Aerogeofizika安装于飞机和直升机上。

1996年，GNPP Aerogeofizika在全球率先应用ASHTECH公司的最新产品——24通道GG-24接收机，同时接收GLONASS和GPS NAVSTAR两个系统的信号。直到我们于1996年11月在丹佛国际展览与会议上公布成果后，国外主要航空地球物理设备制造商才迅速将基于GG-24的导航系统列入产品目录。采用GPS和GLONASS卫星的导航系统以最高5 Hz的频率确定实时坐标，精度不低于±10 m。

以现代工业计算机为基础、配备独特机载软件的数据采集与记录系统，可保证飞行时间的高效利用，并获取高质量的测量数据。

数据处理与解释技术装备

大量现代计算机和外围设备使所获地球物理数据的日常现场处理与最终处理能够快速、高质量地完成。这些设备包括最新一代PC兼容个人计算机、ALPHA工作站、多种彩色和黑白宽幅绘图仪与打印机、扫描仪等。

采用自主研发及国际领先公司提供的优质软件（ARC/INFO、CorelDRAW、GEOSOFT等），能够按照现行最优俄罗斯及国际标准，形成满足国内外矿业和石油公司最高要求的成果。

技术装备集成与航空平台

因此，GNPP Aerogeofizika目前拥有独联体范围内最先进、其中部分设备在世界范围内也属最先进的技术装备，包括：

1. 量子磁力仪，在10 Hz测量频率下灵敏度为0.001 nT。
2. 1024道伽马能谱仪，配有总体积可达48升的棱柱形NaI(Tl)闪烁探测器，在0.662 MeV谱线处的能量分辨率为9%，并可根据空气中的氡含量对“铀”道进行计算机校正。
3. 采用DIP-A方法的电磁勘探通道，同时发射273、1092和4368 Hz的谐波场，垂直磁偶极矩分别为8000、4000和3000 A m²。
4. 航空热红外成像软硬件系统，采用四个光谱通道，具有较高空间分辨率，数据记录于机载计算机硬盘；在0.1°C灵敏度下，地面光学分辨率为0.1–0.2 m。
5. 基于光学光谱相关器的大气SO₂和NO₂光路积分浓度测量仪。
6. 采用惯性抽吸原理的大气气溶胶颗粒采样器。
7. 采用GPS和GLONASS卫星的导航系统，以最高5 Hz频率确定实时坐标，精度不低于±10 m。

过去，在测量中集成上述设备主要取决于能否将全部仪器安装在同一航空平台上。如今，开发针对性的地质调查技术时，必须为每种作业及其各阶段明确具体的航空地球物理方法组合、航空平台和地球物理传感器安装方案等。在解决这些问题的过程中，自然转向了模块化综合航空地球物理系统，其中各测量单元通过统一的计算机技术进行数据获取、处理与存储控制。

根据调查比例尺、测区自然地理条件及作业类型，将模块化航空地球物理系统安装在不同的航空器上。

An-26飞机用于区域测量（如西西伯利亚和东西伯利亚航空伽马能谱测量、地学断面调查等），或用于大面积1:25,000及更小比例尺的勘查。飞机配有航空伽马能谱仪和磁力仪，磁传感器置于拖曳吊舱中，月工作量可达35,000测线千米。较轻型的L-410飞机用于类似任务，其磁传感器刚性安装在飞机尾部伸杆上，并采用自动数字补偿器消除磁偏差干扰。该系统月工作量可达20,000–25,000测线千米。

三方法航空地球物理测量（磁力测量、伽马能谱测量和电磁勘探）采用两种航空器：平原地区使用十分经济的An-2飞机，山区使用Mi-8MTV直升机。测量比例尺为1:25,000及更小，月工作量为10,000–12,000测线千米。局部地区1:5,000–1:10,000比例尺的详细航空磁测，在测线长度为3–10 km时，采用轻型、经济的Ka-26直升机。磁传感器放置在可放出的吊舱内，由于该直升机的磁性质量极小，悬挂电缆仅长10 m，从而能够在极低高度开展高精度航空磁测。该系统月工作量为7,000–9,000测线千米。

加拿大直升机综合电磁系统领域的最新成果之一——Geotech公司生产的四频HUMMINGBIRD系统，于1996年在GNPP Aerogeofizika投入使用。这是本国航空地球物理发展史上首次将此类系统引入独联体。这类系统在西方十分普及，将多频电磁勘探与高精度磁力测量相结合，能够在偏远山区开展高效的矿产勘查与测量。本公司已成功在Mi-8直升机上将HUMMINGBIRD与高分辨率伽马能谱仪集成，进一步提高了勘查测量效率。

开展城市环境测量时，使用Mi-8或Mi-8MTV直升机，在同一架飞机上同时安装伽马能谱仪、热像仪、大气气溶胶采集器及缆式气体测定仪。这些直升机载重能力大、动力充足，符合在莫斯科、下诺夫哥罗德、图拉等城市群上空飞行的严格安全要求。

GNPP Aerogeofizika近期计划以L-410或An-26飞机（或同级别飞机）为平台，建设多功能航空地球物理实验室，能够执行目前几乎所有类型的测量：DIP和AMPP两种配置的电磁勘探通道；探测器置于可放出吊舱和／或刚性安装的磁力测量；伽马能谱测量；红外成像；重力测量。

最后需要强调，持续完善航空地球物理技术是GNPP Aerogeofizika内部战略不可缺少的组成部分，决定了公司过去和现在的成功，也为未来的良好发展前景提供了充分依据。