Description:

"Практика, проблемы и новые разработки в магнитной аэроградиентометрии Practicalities, pitfalls and new developments in airborne magnetic gradiometry Скотт Ногг (Scott Hogg), владелец компании Scott Hogg&Associates, Торонто, Канада, дает обзор новшеств в возрождающейся магнитной аэроградиентометрии при решении рудных задач. Азведка на нефть и газ стимулировала создание первых магнитных аэроградиентометров. В последние годы интерес к магнитной градиентометрии значительно возрос. Некоторые послужило желание применить уравнение Эйлера к преимуществам градиента имеют веские основания, результатам измерения вертикального градиента для расчета глубины источников магнитного поля. В 1960-х годах авиаторы предложили системы как для вертолетов, так и для подвески под крыло. Интерес к теории Эйлера для анализа данных магниторазведки при решении рудных задач возродился около 20 лет назад и до сих пор лежит в основе многих новых методов интерпретации. В 1970-х годах канадская компания GSC разработала вертикальный градиентометр. В начале 1980-х началось выполнение национальной программы картирования, и некоторые еще недооцениваются, а многие - не до конца понятны. Результаты съемки градиента дают преимущество при интерпретации. Карты вертикального градиента, карты расчетных полей, эйлеровские методы - для всего этого нужна информация о градиенте. Эта информация может быть получена расчетным путем или путем измерений. В этом обзоре речь идет о методах основанных на измерениях, а не на расчете. В настоящее время есть три области применения таких методов: борьба с суточными вариациями, расчет поправок в поле за высоту полета, и значительное увеличение точности и разрешения карт магнитного поля. Канадские исполнители аэрогеофизических работ создали ряд подкрыльных и вертолетных систем. В рудной отрасли интерес к аэроградиентометрии был связан в основном с возрастающим пространственным разрешением и детальностью: легко обнаруживались малые аномалии по краям крупных структур. Карты градиента, рассчитанные по полному магнитному полю простой фильтрацией, казалось, дают при меньших затратах почти те же преимущества, что и построенные по результатам измерений, и коммерческий спрос на измерение вертикального градиента почти исчез. В 1983 году компания Geometrics представила горизонтальный градиентометр. Эта разработка имела особое значение, поскольку включала методику НабигьянаХансена (Nabighian and Hansen) для расчета аномального "псевдо-полного поля" (pseudo total field) по измеренному горизонтальному градиенту. С закрытием изыскательского подразделения Geometrics горизонтальный градиент на время исчез с горизонта. Десять лет спустя тот же подход использовал Нельсон (Nelson) из компании NRC, а также в ряде недавних разработок De Beers и других компаний. Первый трехкомпонентный градиентометр применялся в начале 1990-х компанией Geodass (ныне - Fugro) в Ботсване. При измерении градиента с этим прибором были возможны различные режимы для решения различных задач, для которых нужна такая информация. В Канаде первый горизонтальный градиентометр изготовила компания Terraquest, а первый трехкомпонентный градиентометр с подвеской под крыло - компания Goldak. В настоящее время почти все исполнители аэрогеофизических работ имеют системы измерения горизонтального градиента, а несколько компаний могут выполнять трехкомпонентные съемки с одновременным измерением вертикального и горизонтального градиента. Суточные вариации и градиент Уже 40 лет утверждение, что данные градиентометрии не подвержены влиянию суточных вариаций, приводится в качестве мотива для проведения работ по съемке градиента. Однако внедрение идеи в практику до сих пор затруднительно. Идея проста: разность одновременно измеренных значений даст значение градиента и исключит влияние вариаций, которое должно быть одинаковым на обоих датчиках. Далее, интегрируя градиент, можно получить полное поле, свободное от суточных вариаций. Градиент всегда можно рассчитать по карте полного поля, а градиент всегда можно проинтегрировать, получив карту "полного псевдополя". Приставка "псевдо-" отражает тот факт, что по градиенту нельзя определить постоянную составляющую (уровень значений) поля, а на практике - и компоненты с большими пространственными периодами находятся за пределами возможностей измерительной аппаратуры. Слабые мелкие аномалии при съемке градиента также могут быть пропущены просто из-за недостаточной чувствительности и разрешения. Продольный градиент измеряется по направлению полета, вдоль профиля. Такие данные проще всего понять и использовать для иллюстрации идеи учета вариаций. Если построить график продольного градиента в координатах "расстояние в метрах по оси Х - продольный градиент в нТл м по оси Y", то изменение полного поля от точки к точке будет просто приращением площади под графиком. Графики на рис. 1 построены по полевым данным, снятым с подкрыльной системы. Черный график внизу представляет измеренное полное поле после вычитания постоянной составляющей. Синим показан результат интегрирования продольного градиента. Интегрирование продольного градиента отклонение от истинного полного поля интеграла градиента; интеграла градиента, снятого с разворотом Рис. 1. Интегрирование продольного градиента истинное полное поле интеграл градиента; интеграл градиента, снятого с разворота 1 высота по радиовысотомеру абсолютные отметки по GPS с вариациями или с фактическими изменениями полного поля за пределами чувствительности градиентометра? С чем связаны мелкие изменения разности: с вариациями или с внезапным порывом бокового ветра? В этом примере рассмотрен просто продольный градиент, но то же относится ко всем другим составляющим градиента и методам интегрирования. Измерение градиента действительно дает независимые оценки суточных вариаций, но практические ограничения не позволяют безошибочно оценивать или устранять влияние вариаций. Следует принять, что результат интегрирования градиента свободен от влияния вариаций, но не обязательно свободен от ошибок. Разработка систем трехмерной навигации; их применяла компания GSC при съемках в некоторых гористых районах на западе Канады. Будучи надежной, эта практика не получила широкого распространения при решении рудных задач, возможно, из-за увеличения затрат и усложнения транспортных проблем. Измерение вертикального градиента может быть полезно при исправлении ошибок, связанных с изменениями высоты полета; GSC пользовалась этим способом при выполнении своих работ. На рис. 2 показан пример данных, снятых над местностью с умеренно изрезанным рельефом. Слева вверху представлена карта расстояний от летательного аппарата до поверхности по данным радиовысотомера. Вверху справа - карта абсолютных высот аппарата над уровнем моря по данным GPS. Внизу слева представлена сглаженная карта абсолютных отметок, смещенная в сторону меньших высот. Она соответствует тому, как можно было бы пролететь в идеальных условиях и считается идеальной огибающей поверхностью. Внизу справа показана разность высот идеальной огибающей и фактической высоты полета. Расчет поправок за высоту полета Проверенная область практического применения результатов съемки вертикального градиента - расчет поправок в полное поле за изменение высоты полета. В условиях средне и сильно изрезанного рельефа расстояние от летательного аппарата до поверхности может значительно меняться от профиля к профилю. В значительной степени это связано с тем, что летательный аппарат снижается быстрее, чем набирает высоту. Чтобы летчики могли вести машину по гладкой огибающей, Рис. 2. Изменение высоты полета при съемке Синий график вверху представляет разность измеренного и расчетного полного поля. Теоретически эта разница соответствует суточным вариациям, но практике это не всегда так. При измерении полного поля источником ошибок являются суточные вариации; при измерении градиента могут быть свои источники ошибок. При боковом ветре летательный аппарат будет несколько развернут относительно направления полета. Направление оси аппарата и, следовательно, направление измерения продольного градиента не будут совпадать с направлением профиля съемки. Внизу красным показан результат интегрирования градиента, который был бы получен при угле разворота 10 градусов. Это может случиться на скорости 200 км ч при боковом ветре 35 км ч. Красный график вверху представляет разность измеренного и расчетного полного поля для этого случая. Проблема очевидна. При измерениях градиента суточные вариации не влияют, но появляются другие специфические источники ошибок и неточностей. С чем связаны обширные изменения разности: разработаны системы трехмерной навигации; их применяла компания GSC при съемках в некоторых гористых районах на западе Канады. Будучи надежной, эта практика не получила широкого распространения при решении рудных задач, возможно, из-за увеличения затрат и усложнения транспортных проблем. Рис. 4. Ввод поправок за высоту полета и суточные вариации полное поле, исправленное за вариации полное поле, исправленное за высоту преимущества расчета поправок за высоту полета по вертикальному градиенту полное поле по контрольному профилю разность полных полей по контрольному и секущим профилям разность значений, исправленных только за вариации полное поле, исправленное за высоту вертикальный градиент вертикальный градиент высота над идеальной огибающей полное поле, исправленное за высоту разность значений, исправленных за вариации и высоту Рис. 4. Ввод поправок за высоту полета и суточные вариации полное поле, исправленное за вариации аномалия уединенного магнитного полюса Рис. 3. Эффект поправки за высоту полета На нижнем графике рис. 3 красной линией показан график полного поля, исправлен" Ключевые слова: измерение, сильный, измерить, работа, равный, полёт, вертикальный, показанный, глубина объект, горизонтальный, слева, меридиональный, летательный аппарат, уединённый, мочь, вертикальный градиент, снятый, полный поле, точка, продольный, съемка, способ, область, суточный вариация, градиент полный, равный глубина, расчёт, результат, градиентометр, год, линия, съёмка градиент, полезный, применительный, расчет поправка, графика, график, высота, измеренный поле, обычный, тензор, исправить, пересчёт, применение, профиль, высота полет, горизонтальный градиент, компания, интеграл, значение, набор, минимальный кривизна, поверхность, прямоугольный сеть, линейный, рудный, съёмка, контрольный профиль, магнитный, расчёт поправка, поправка, значительный, поле, результат измерение, тензор градиент, псевдополь, тема рудный, справа, параметр, разность измеренный, июль, полный магнитный поле, информация, контрольный, пропущенный, особый тема, карта построенный, п л, процесс, магнитный поле, идеальный, подвеска, идея, нельсон, влияние вариация, магнитный полюс, вверху, градиент карта, система, ввод поправка, решение, идеальный огибать, уединённый магнитный полюс, абсолютный отметка, нужный, изменение, построенный, суточный, особый, карта, истинный, должный, полет, трехкомпонентный градиентометр, отметка, приведенный, экстремум, уровень, объект, съемка градиент, расчётный, измерение градиент, сплайн, путь, градиент, расстояние, рудный задача, красный, разработка, интерпретация, высота полёт, преимущество, практика, простой, рис, рисунок, ряд, амплитуда, изменение высота, одинаковый, прямоугольный, малый, задача, огибать, условие, магниторазведка, секущий, продольный градиент, ошибка, тема, показанный результат, увеличение расстояние, аппарат, точность, ось, пересчет, три карта, разрешение, аномалия, пример, предел, расстояние профиль, связанный, увеличение, измеренный, разворот, структура, полный, линейный аномалия, глубина, форма, направление, проблема, поле исправить, интегрирование, разность, источник, нельсон-набигьян, сеть, измеренный полный поле, сигнал, подход, увязка, влияние, поправка высота, составляющий градиент, полюс, вариация