JEEG航空地球物理简介

以下为文章摘要,如需全文,请订阅我们的产品。

毫无疑问,航空地球物理学是在适当情况下进行地球物理勘探和填图的一种很有用的、具有成本效益的方法。根据目标的不同,选择常规航空地球物理方法对覆盖一定区域的项目进行勘测,可能会节省大量资金。一般来说,航空调查可以在几天内完成很大面积,而同样的地面调查可能需要几周或几个月才能测量同样的面积。某些项目十分适合于采用航空方法。如地下水勘查的目标可能覆盖多达数百平方公里的地区,有些事情在空中比在地面更容易做到。已经使用专门的低空飞行器成功地进行了大面积的军械(如弹药、军车等)评估。某些地形,如沼泽和湿地,相对于用地面方法,空中测量可能更合适。在本期JEEG专辑所报道的研究案例中,航空地球物理学提供了关于水深、含水层位置的精确信息,并圈出了关键性的地质结构;当然也有一个案例,只将航空地球物理学用于纯粹的岩土工程技术方法研究。在本期中所描述的航空系统都是直升机机载系统,但其中一篇论文描述了使用无人直升机的地球物理系统。此外,还有更多理论性的论文,探讨了在机载电磁数据的前向和反向建模方面的进展。下面,将按照出现在本期刊物中的顺序对七篇论文进行归纳介绍。

Karshakov等描述了一个被称为EQUATOR的机载地球物理系统,并讨论了如何利用该系统来解决一些工程和环境方面的问题。该系统可同时测量时间域和频率域的电磁响应,以便发现电磁异常,其意图是最大限度地利用两方面的特征来揭示有关近地表的详细信息。迄今为止,有关EQUATOR系统的最新应用是2014年和2015年在西伯利亚用于地下水勘查。作者介绍了在西伯利亚地台和西非的结晶质地盾环境中所作的案例研究。

Yin等采用一种原创的新方法来处理关于EM数据的三维建模问题。随着AEM在许多应用中的广泛传播,其应用范围越来越广,对快速而精确地建模的需求就变得越来越严格。他们的研究表明,谱元(Spectral Element)方法可以成功应用于频率域AEM数据的反演。其优点是能够适应任意的几何形状,并保持很高的精度。通过与半解析解进行对比发现,他们提出的这种新方法可作为EM三维建模的一种有效替代方案。

Eadie等描述了在加拿大艾伯塔省的一处矿权地使用VTEM系统进行的案例研究。该地区是一个很好的研究地点,可用于绘制近地表电阻率的变化图,特别是Pemmican山谷中的含水层的位置和几何形状。首先从VTEM衰减曲线的最早时间通道的Tau常数分析开始,该曲线能够反映Pemmican山谷含水层的侧向变化,并揭示了一个较浅的、以前未被发现的呈东西向展布的含水层。这也得到通过数据集开展的一维反演所证实。与电阻率测井和地面直流电阻率测量相比,一维反演模型能够精确地识别出在Aspen矿权地中的主要的近地表地电单元。分析经过马赛克拼合的一维反演图,可以得到很有用的电阻率图,后者能够用来验证地质模型。

由于航空物探系统和技术的不断完善以及日益成熟的数据处理、反演和解释方法,在科学文献中有关航空EM应用于工程项目中的成功实例也越来越多。 Anschutz等就提供了这样一个有趣的例子,即SkyTEM数据在挪威铁路规划中的应用。尽管缺乏从钻孔中获得的岩土工程数据,但它们依然能够为基础设施的正确规划提供重要信息,比如基岩深度。他们的结论是,完全自动化的基岩识别工具具有严重的局限性。除了用户自主的手工识别方式以外,他们还提出了一种新的很有前景的工具,被称为“本地化智能识别”。

Vignoli等描述了空间约束反演(SCI)的一种变化形式,被称为尖锐的SCI。虽然传统的平滑SCI在恢复复杂构造方面比较成功,但有时也会产生不好的结果,如地层界限模糊,并且与下伏地质情况真实的、突然的变化不相匹配。为了克服这个问题,通过包括基于最小支持向量机的尖锐边界重建在内的方法,拓展了平滑SCI算法。尖锐的SCI提供了对块状边界进行重建的新方法。作者将这种方法应用于不同类型的机载电磁数据集,并将所获得的模型与其他地球物理和地质学证据进行对比,从而证实了该方法在提高尖锐特征识别与重建方面的能力。Paine和Collins在美国西南部流域省份的东部边缘进行了高分辨率的航空地球物理调查,以检查胡科•博尔森(Hueco Bolson)的水文地质情况,并确定该干旱地区可能存在的地下水资源。2001年在德克萨斯州埃尔帕索以东372公里的地区开展调查,获得了时间域电磁感应(TDEM)和磁场数据,用于绘制至少200米深度范围内的电导率变化趋势图,该数值与岩性、含水量和水化学(EM数据)的横向和垂向变化,和盆地的几何形状以及盆地内断层(磁数据)的位置等都有关。通过前期的地面TDEM测量已经确定了可探测的勘查深度,发现相对较深的(80〜120 m)地下水对瞬态信号有显著影响,但仍处可以探测的深度范围内。由航空EM和磁场数据确定了影响盆地内部充填沉积物的盆地内断层。由航空TDEM数据构建的电导率深度剖面,可以绘制出水质和岩性的横向变化图,从而有助于预测这些被冲积物、湖相和风尘堆积物所充填且被断层所围限的盆地里的地下水资源的总量。

无人机系统(UAS)近年来已经成功地获得多种地球物理应用。当然,对于UAS来说,有效载荷的大小通常是一个很大的限制,因而被动的EM方法显得更有吸引力。在这方面,Eröss等展示了甚低频(VLF)方法的有效性,因为它能够实现精确的近地表填图。作者报道了两个案例的研究结果,在瑞士探测出了已被掩埋的基础设施,在德国绘制出了盐–淡水界面分布图。作者使用辐射电磁测量来获得电阻率的背景值,这是VLF所无法做到的。

未经允许不得转载:地学情报 » JEEG航空地球物理简介

赞 (0)