中国地质GEOLOGY IN CHINA
第36卷第6期
2009年12月Vol．36，No．6Dec.，2009
航空地球物理探测，简称航空物探，是地球物理勘探技术与航空技术相结合的一门高新技术，其实质是将航空飞行器作为运载工具，装载地球物理探测仪器在空中完成地球物理信息采集的方法，是一种快速获取并研究地球岩石圈、特别是与地壳有关的多种地球物理场信息（如磁场、电磁场、重力场、放射性场）的方法。目前常用的航空物探方法有磁、电磁、重力和伽马能谱测量，构成对地探测技术的重要组成部分。航空物探是军民两用技术。 航空物探具有效率高、成本较低、便于大面积工作、探测深度较大等优点，是基础性和公益性地质调查、战略性矿产勘查的重要手段，是地质勘查现代化的标志之一。航空物探在国民经济建设中发挥着重要作用：可为矿产资源与油气资源调查评价、海洋地质调查、地下水勘查、工程地质和环境调查、基础地质与研究、军事与国防建设提供信息和解释成果。
经过五十多年的发展，已形成具有中国特的航空物探技术体系（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），形成了从海洋到高原全地域覆盖的航空物探作业能力。外师造化中得心源
中国航空物探技术水平总体上与国际先进水平差距不大。
“十一五”以来，随着矿产资源供需矛盾的突出，进口石油和铁铜等国家急需的大宗矿产品持续不断的大幅度提价，国内兴起了矿产勘查热，利用航空物探方法寻矿产资源，尤其是铁矿资源的工作又得到蓬勃发展，国家和社会对航空物探的需求迅速增大。在不少地区开展了大规模的高精度航空物探测量工作，同时加大了对航空物探异常的查证力度，异常查证取得了突破性进展，相继发现了一批在全国产生重大影响的铁矿，如辽宁桥头铁矿和弓长岭铁矿、河北迁安铁矿、山东济宁铁矿、安徽泥河铁矿、河南新蔡铁矿、山西呼延庆铁矿、西藏尼雄铁矿、新疆松湖南铁矿和坎苏西铁矿等。
一方面，需求的激增刺激了航空物探技术的快速发展。另一方面，航空物探的勘查能力受多种因素
发展中国航空物探技术有关问题的思考
熊盛青
（中国国土资源航空物探遥感中心，北京100083）
提要：本文概要介绍了中国航空物探（航磁、航空电磁、航空重力、航空伽马能谱）技术现状，近年来在仪器研制、测量技术、数据处理、解释方法与软件研发等方面的最新进展，分析了中国航空物探技术发展存在的主要问题。对中国航空物探技术的发展趋势进行了探讨，预测航空物探技术将向提高
对探测目标的分辨能力和探测深度的方向发展，航空重力测量技术将得到广泛的应用。提出了以国家需求为导向，重点发展航磁多参数测量方法技术、航空重力测量和重力梯度测量技术、大探测深度时间域航空电磁测量技术，突破高温超导探测器研制的关键技术，发展航空重、磁、电的各种反演技术与三维可视化技术，建立物探仪器重点实验室，完善航空物探动态试验场，加快标准化建设，加快发展与航空物探相关行业（如通用航空）等建议。关
键
词：航空物探；技术发展；战略思考
中图分类号：P631
文献标志码：A
文章编号：1000-3657（2009）06-1366-09
收稿日期：2009-03-12；改回日期：2009-06-08基金项目：863计划（2006AA06A208）课题资助。
作者简介：熊盛青，男，1963年生，博士，教授级高级工程师，博士生导师，长期从事航空物探和遥感技术研究和技术管理工作；
E-mail ：xsq@agrs 。
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的限制，尤其是高分辨率、大探测深度的航空物探技术难以满足社会的需求。国家863计划重大项目“航空地球物理勘查技术系统”等的实施，在航空物探测量系统研制和集成、测量方法和信息处理技术、成果解释应用等方面取得了许多创新性成果，促进了中国航空物探技术进步。然而，随着研究工作的不断深入，先进实用的航空物探测量系统的研制所遇到的技术难题比预期的大，发展中国航空物探技术任重道远，还有待国家的持续支持。
本文拟简要介绍国际航空物探技术现状与中国取得的最新成果，分析中国航空物探技术发展中存在的主要问题，探讨中国航空物探技术发展的趋势，并提出发展中国航空物探技术的建议。
1近年来航空物探技术的主要进展
1.1国际航空物探技术的最新进展
近年来，随着国际矿业的复苏，航空物探得到了快速发展，主要表现在如下几方面。
1）高分辨率、超高分辨率航空物探技术得到快速发展，在直接矿尤其是寻隐伏矿产方面取得了良好的效果[1，2]。
在澳大利亚、加拿大和美国等发达国家开发出了直接为矿和环境监测服务的高分辨率、超高分辨率航空物探技术。其方法要点主要包括高灵敏度测量仪器组成的测量系统、大比例尺高精度航空勘查技术、精细的数据处理和解释方法等。通常采用直升机、无人机、飞艇为运载工具，可以实现低空飞行，飞行高度一般为几十米，甚至10m；采用高灵敏度磁力仪、电磁仪和伽马能谱仪器组成的测量系统，采样间距一般为几米；采用差分GPS精确定位，定位精度可达米级，甚至十几厘米；测量线距200～10m。由于时间和空间分辨率的提高，采集的信息丰富，解释技术的改进，其解决地质矿问题的能力大大提高，应用于矿时可根据对异常定量解释的结果直接布钻，从而可降低成本，缩短矿周期。在许多地方可替代地面物探工作。
2）航空重力测量和重力梯度测量技术、时间域航空电磁测量技术发展较快，已形成实用化技术并在油气与固体矿产勘查方面取得良好的效果[1-2，4-7]。
（1）航空重力测量技术：航空重力测量的概念最早出现在20世纪50年代末，但是由于受当时重力仪、导航定位设备以及垂直加速度测量精度的影响，当时得到的精度在10×10-5m/s2以上，不能满足实际应用要求。直到20世纪90年代初期，由于动态差分GPS定位（DGPS）技术的发展，实现了高精度飞机导航定位，从而使航空重力测量所必需的垂直扰动加速度修正的精度和厄特渥斯改正的精度有可能达到1×10-5m/s2的量级，航空重力测量技术试验获得成功。在世纪之交，伴随着科学技术的不断进步以及某些军用技术转为民用，航空重力测量又得到了更加快速的发展，并成为勘探能源和矿产资
源的最重要地球物理勘探技术之一。
就实用型的航空重力仪来说，国际上航空重力仪主要为三种类型：一种是二轴阻尼惯性稳定平台型航空重力仪，以LaCoste&Romberg公司的Ⅱ、Ⅲ型海/空重力仪为代表。另一种是三轴惯性稳定平台型航空重力仪，它属于惯导（INS）+GPS组合型，以俄罗斯的GT-1A和Sander公司的AIRGrav重力仪为代表。它是20世纪90年代后期发展起来的新型航空重力仪，测量精度和分辨率较前一种重力仪有所提高。第三种是捷联式航空重力仪，它不用物理稳定平台，直接将惯性导航系统INS与DGPS结合在一起，构成一套新型的航空重力测量系统SINS/ GPS。加拿大的SINS/DGPS系统和德国的SAGS系统就是捷联式航空重力仪系统，俄罗斯也正在抓紧研制这种系统。它是近十年发展起来的新型航空重力仪，具有一定的发展潜力。另外，航空重力梯度测量系统的研制也取得重要进展，BHP Billiton公司的FalconTM系统已应用于商业飞行，英国ARKeX地球物理公司已研制出BlueQube(TM)系统样机，近期即将进行试验飞行。
理查兹目前，航空重力测量技术的服务领域涉及到基础地质研究、石油、天然气及固体矿产资源勘探、大地测量等方面。大部分测量精度达到（1～2）×10-5m/s2，分辨率好于10km。好的系统精度达到0.5×10-5m/s2，分辨率好于2.5km。
刃天青
（2）时间域航空电磁测量技术：20世纪90年代末期时间域固定翼航空电磁勘查技术已逐渐成熟，先
后有多家公司用于实际勘查，主要系统有：GeoTEM、TEMPEST、MegaTEM。这些系统已被广泛用于多金属勘探、水资源调查、地质填图，探测深度可达500～800m。21世纪开始，吊舱式时间域直升机电磁勘查系统发展迅速，2003年一些公司的系统已成熟，并开始用于商业勘查，如Fugro的HeliGEOTEM系统，
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中国地质2009年
第一部落
Geotech公司的VTEM系统，Aeroquest公司的AeroTEM系统，GPX公司使用的HoistEM等等。到2008年，Geotech公司已制造出数十套VTEM系统，每年工作量数十万测线千米，矿效果和商业成就突出，探测深度一般可达300～500m，甚至更大。
总之，国外航空重力测量、重力梯度测量和时间域航空电磁测量的技术发展正处于方兴未艾之势。相信在不久的将来会有性能更加优良、探测深度更大的测量系统问世，并得到更广泛的应用。
此外，超导技术在航空物探领域的应用研究发展快，超导磁探测器、电磁探测器和重力梯度探测器的研制取得较大进展。定量解释和三维可视化技术发展迅速，进一步提高了航空物探解决地质矿问题的能力。
1.2中国航空物探技术创新与进展
通过国家“十一五”863计划“航空地球物理勘查技术系统”重大项目以及国家有关专项的实施，中国航空物探技术取得了长足的进步。开发集成了新型的航磁总场测量系统、航磁梯度测量系统、航空伽马能谱测量系统、航空频率域电磁测量系统和航空重力测量系统，与不同类型的运载飞机构成了各有特的不同方法组合，并且配套建立了包括磁日变、差分GPS等多参数的地面同步观测系统，可承担中国全地域实施不同目标、不同尺度的航空物探任务，每年工作量在40～50万km。
1.2.1自行研制和集成了具有国际先进水平的多种
航空物探测量系统
（1）航磁测量技术方面，研制成功新一代数字式航空氦光泵磁力仪，多通道实时软补偿、数字收录一体机，航磁水平梯度仪、航磁全轴梯度仪等[2，3，8]。此外，还研制了新型磁化率仪和标准化的地面日变站测量系统。航磁三分量测量技术研究取得新的进展，正在进行仪器的方案设计。
（2）航空重力测量技术方面，集成了具有国际先进水平的航空重力测量系统并具备实际勘查能力，研究工作取得一定进展[3，9]。在对当今国际上各种先进的航空重力测量系统综合考察研究的基础上，引进并集成了基于GT-1A的航空重力勘查系统。通过在某海域约120000km的试生产，获得了高
精度的实测航空重力测量资料，重力场信息丰富、异常细节明显，且与高精度地面重力测量结果非常吻合。航空重力测量系统的内符合精度能够达到0.612×10-5 m/s2，飞行速度为50m/s时，异常半波长分辨率为2.5km。试生产结果表明，中国航空重力测量技术的应用已形成了实际生产能力，测量精度好于1.0×10-5 m/s2，接近国际先进水平（图1～2）。
图1GT-1A航空重力测量系统重复线测量对比图
Fig.1Comparison of repeated flight lines of the GT-1A airborne gravimeter system 1368
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图2某地区航空布格重力异常图
Fig.2Airborne Bouguer gravity anomaly map of a certain area
与此同时，开展了平台式和捷联式航空重力测量原理、数据处理方法的理论研究，已取得阶段性成果。开展了航空重力梯度关键技术研究，进一步明确了主攻技术方向。液基细胞学
（3）航空电磁测量技术方面，完成了IMPULSE 直升机六频航空电磁测量系统的引进与消化吸收，全面掌握了直升机航空电磁测量与解释技术，编制了相应的技术规程，通过国际合作、863课题和地质调查项目的实施已形成了实际生产能力，并成功应用于矿产勘查和地下煤火探测[10]（图3）。
在时间域航空电磁测量技术方面，全面开展了时间域航空电磁测量系统的研制，目前已完成系统的整体设计，着手发射子系统和接收子系统的研制，已初步攻克了提高发射功率的技术难关。
（4）航空伽马能谱测量技术方面，在引进GR-820航空多道伽马能谱仪的基础上，集成高灵敏度航空伽马能谱测量系统并形成勘查能力，在环境放射性调查和地质填图等方面取得了很好的应用效果。已完成具有自主知识产权的AGS-863航空多道伽马能谱仪研制工作的总体设计，初步完成电路研制工作，预计在2009年下半年研制出科研样机，“十一五”末期基本达到实用化。1.2.2航空物探解释方法技术研究取得可喜进展[11-18]
在位场数据转换计算处理方面：进一步完善了低磁纬度变倾角化极软件，解决了大数据量快速处理问题，计算网格数据量可达16384×16384点；研制了离散数据光滑插值网格化方法与软件，该方法适用于离散随机数据的网格化计算，对测线数据的方向性不敏感；研制完成了剖面测线位场异常空间域非线性多频道带通滤波计算软件（空间域非线形曲率滤波方法通常还用于剖面数据区域和剩余异常的计算）；完成起伏高度位场重磁异常的曲化平和曲面延拓问题研究及软件的开发，采用空间域积分迭代方法实现曲线或曲面延拓计算，对下延计算的干扰压制效果比常规频率域FFT方法要好许多。图4是航空磁测结果曲面延拓到地表的△T磁场与同测量比例尺的地面高精度△T磁场对比图，由图可见两者磁场总体面貌相近，正负异常中心基本吻合。
在场源位置及深度反演计算方面：完成航磁ΔT异常及其梯度反演解释处理软件系统的研制，主要包括：WINDOWS系统下剖面测线ΔT异常总导数法自动计算磁源深度；基于MAPGIS的航磁异常切线法人机交互深度计算；利用平面网格磁异常梯度模极值圈定磁性体边界的方法研究及软件研
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中国地质2009年图3吉林某地区高分辨率航空电磁930Hz转换视电导率平面图
Fig.3Conversed apparent conductivity stacked map of the high resolution airborne
保利红棉小学EM survey at930Hz in a certain area of Jilin Province
制，主要实现了异常梯度带的连续搜索和追踪；平面网格及剖面磁异常欧拉（Euler）褶积反演磁源位置及深度的方法研究及软件研制，主要实现了极值异常位置、范围及构造指数的自动确定、异常位置及深度的连续搜索追踪反演计算；完成平面网格及剖面磁异常梯度数据自动反演磁源参数（深度为主）的SPI（Source Parameter Imaging）及iSPI（improved Source Parameter Imaging）方法程序研制，主要实现了剖面异常场源构造指数、位置及深度的自动反演计算。
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