Оглавление
Введение 3
1. Расчет вектора магнитного поля 6
2. Технические особенности покомпонентной магниторазведки 16
3. Особенности измерения поля с помощью дронов 20
4. Трехмерная инверсия по данным прямой задачи 26
5. Применение векторной съемки с БПЛА 40
6. Заключение 44
Список литературы 46
Современная технология измерения аномального магнитного поля для изучения геологических структур, то, что называют магниторазведкой, сделала большой скачок в своем развитии. Это связано с интеграцией различных областей техники (микроэлектроники, программно-математического обеспечения) и новых, более точных способов анализа данных.
Наиболее прорывным направлением развития стало использование роботизированных систем сбора данных, а именно установка высокоточных магнитометров на автономные мобильные платформы, беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Это существенно увеличило производительность съемки. Это позволило увеличить плотность сети наблюдений, повысить разрешающую способность магниторазведки.
Магниторазведка может быть использована как для геологического картирования, выделения и дифференцирования геологических тел, структур и разломов по типам в зависимости от интенсивности и формы аномалий, так и для получения точной формы геологических объектов, которые создают магнитные аномалии. Результаты структурного анализа аномального магнитного поля могут быть использованы для выделения прямых и косвенных признаков месторождений полезных ископаемых.
Также магниторазведка используется в смежных инженерно-прикладных областях, например, для поиска и картирования погребенных металлоконструкций, для задач археологии, и поиска неразорвавшихся боеприпасов, что будет очень актуально в ближайшее время.
Традиционная технология изменения магнитного поля Земли предполагает изменения модуля вектора индукции магнитного поля (|В|) . Для этих целей используют протонные, оверхаузеровские и квантовые магнитометры, которые позволяют измерять модуль вектора магнитного поля с высокой точностью. Однако модульные измерения имеют существенный недостаток, в них нет информации о направлении вектора поля.
Математическая теория магниторазведки во многом построена на допущении о том, что аномалии от геологических объектов составляют лишь незначительную долю (<10%) от общей интенсивности магнитного поля Земли, и что тела намагничиваются в основном по направлению современного вектора магнитного поля Земли. То есть наибольший вклад вносит индукционная намагниченность тел. Во многом такое 3
допущение было оправдано, поскольку оно существенно упрощает математический аппарат решения прямой задачи и позволяет построить технологию решения обратной задачи с соотносительно небольшими вычислительными затратами. При этом модульные изменения вполне удовлетворяют существующему подходу к обработке и анализу данных магниторазведки.
По мере накопления сведений о магнитных свойствах горных пород и покрытия магнитными съемками районов с различным геологическим строением выяснялось, что существует целые регионы, где намагниченность пород определяется остаточной (коэффициентом Кенигсбергера Q>>1), а не индукционной намагниченностью (например Байкало-Патомское нагорье, Тунгусская синеклиза, залитая палатобазальтами, районы сложены вулканитами основного состава и мезо- кайнозойского возраста). Ориентировка вектора остаточной намагниченности (Jr) сама по себе является важными параметром. Получение направление по данным магнитной съемки существенно бы расширило круг решаемых геологических задач. Более того решение обратной задачи (инверсии) в с учетом направления вектора Jr в 3D варианте намного точнее отображает геометрию геологических тел.
Однако решение обратной задачи с восстановлением ориентировки вектора остаточной намагниченности почти невозможно при использовании скального параметра -аномальное магнитное поле (ДТа), из-за слишком высокой неоднозначности такого решения. Очевидно, что в какой-то мере неоднозначность инверсии может быть снижена за счет использования аномального вектора магнитной индукции (Ва). В магниторазведке также значимы и технологические особенности, которые можно подразделить на инструментальные (как и чем измерять?) и транспортировочные (на чем?).
К измерителю относится магнитометр любого типа, однако наиболее часто встречающимся в производстве оказался квантовый и протонный. Их важной особенностью с точки зрения геофизики является измеряемый параметр — модульное измерение векторного поля B. При измерении магнитного поля в модульном варианте теряются соотношения компонент поля, в следствие чего могут быть сильно искажены результаты после инверсии и, как следствие, конечная геолого-геофизическая интерпретация. Существует два типа магнитометров, которые измеряют компоненты магнитного поля B, — квантовые СКВИД-магнитометры и более компактные
феррозондовые магнитометры — fluxgate. Эти магнитометры позволяют учесть остаточную намагниченность, что способно улучшить конечный результат интерпретации....
В заключительной главе данной работы можно сделать выводы о применимости векторной съемки на сегодняшний день. В ходе работы сделаны следующие выводы о векторном измерении магнитного поля с использованием БПЛА:
а) Сложности, которые возникаю при компенсации ориентировки положения феррозондовых магнитометров в моменте измерения с использованием БПЛА, перекрываются большей информативностью в сравнении с модульной аэромагнитной съемкой.
б) В трехмерной инверсии обратной задачи по данным векторной магнитной съемки возрастает вычислительная мощность кратно количеству использованных компонент
в) Предложенная методика плотности пересечения нормальных к измеренным векторам плоскостей имеет зависимость от условий ориентирования внешнего поля или, что эквивалентно, к ориентировке магнитного тела. Это требует учёта при интерпретации полученных трехмерных карт решений.
г) Точность деконволюция Эйлера возрастает при использовании векторных данных и отсекает необходимость учитывать остаточное намагничение
д) Применение векторной модификации магниторазведки при использовании дронов дает ряд преимуществ, главная из которых больший спектр дополнительной информации по результату съемки, такие как Xa, Ya, Za, Ha, Da, Ia, что дает более широкий спектр возможностей для обработки и интерпретации данных.
Полученные выводы после выполнения поставленных задач дают понимание необходимости более широкого применения векторных измерений поля для решения различных геологических и инженерных задач. На сегодняшний день четко прослеживается необходимость в отечественном развитии производства векторных феррозондовых магнитометров и расширении объемов производства БПЛА самолетной типа с ДВС для увеличения площади и скорости измерений потенциально рудоносных районов.
Автор выражает благодарности ООО "НШ1 ВИРГ-Рудгеофизика" за предоставленные информационные ресурсы для обработки модельных данных, компанию "Radai Ltd." за возможность проанализировать качество векторных измерений с использованием БПЛА по полевым исследованиям и лично Андрея Вячеславовича Тарасова за постоянную консультацию и помощь в ходе работы....
