航空电磁法(AirborneElectromagnetic简称AEM),是航空物探常用的测量方法之一。

AEM具有速度快、成本低、通行性好、可大面积覆盖、可用于海域等优势,尤其是在运积层或植被发育的覆盖地区。

更具有一般勘探手段难以达到的效果。由于各种介质电性差异很大,在AEM的解释水平得到很大提高后,广泛用于矿产资源勘查、基础地质调查(区域岩性和构造地质填图)、油气勘查,以及水文、工程、环境勘查等各个领域。

世界AEM测量技术取得了巨大的技术进步。1948年夏季,Stanmac和McPhar公司在加拿大进行了固定翼飞机AEM系统的首次成功试验飞行,标志着勘探地球物理的新分支———AEM的诞生。50年代是测量平台(直升机和固定翼飞机)和系统配置(硬架式发射、接收系统,大间距双吊舱系统等)的创新时期;60年代,系统品种增多,技术不断改进;70年代,航电技术进一步完善;80年代,航电系统朝着多线圈、多频率、高分辨率的直升机系统或者朝着大穿透深度、时间域、固定翼飞机系统的方向发展;90年代,固定翼飞机系统一般测量3个分量,并选择合适的脉冲宽度和脉冲频率,以期在导电地层中有更大的有效穿透深度。直升机系统一般是5个线圈对和5个频率,或者是更多的线圈对,以期获得更高的分辨率。最近几年AEM在测量系统、数据处理和数据解释技术方面都有了新的发展。应用领域也在不断发生着变化,尤其是欧美、加拿大、澳大利亚等国将AEM广泛用于环境,土壤土质等领域。

中国的AEM的研究起始于20世纪50年代末。我国AEM发展并不顺利,70年代末中国才开始引进国外先进的仪器设备。80年代中国物探工作者总结了历史经验,把注意力转向应用AEM进行地质填图、间接找矿、水文和农业生态地质调查、环境等领域。AEM数据处理及解释相对比较复杂。虽然中国AEM发展不顺利,但中国物探工作者对该方法的数据质量评价、数据处理、图示、反演、解释等还是开展了必要的研究工作。在高度校正、零漂校正、区域场图示、相位标差异常计算、二层电阻率反演、边界元数值模拟方面取得的进展,基本上适应了工作发展需要,达到了比较先进的水平。但是总体来说中国航空电法与国际发展水平还有想当大的差距。

AEM测量系统包括观测系统、导航定位、运载工具等几部分。分为频率域电磁测量(FEM)和时间域电磁测量(TEM)两种类别。在上述两类AEM测量中,由于时间域AEM具有勘探深度相对较大等优点,因此该方法使用稍广。在航空技术方面,导航和定位技术由于采用了全球定位系统(GPS),导航和定位精度得到了极大提高,在使用实时差分GPS系统时,导航和定位精度可达米级;而飞行器形式多种多样,性能也有很大改进。由于电子和计算机技术的发展,各种观测仪器的精度有很大提高,体积大大减小,加上各种数据处理技术的发展,使压制干扰的能力和微弱信息提取能力得到加强。国际上新一代最先进的AEM系统是:澳大利亚WGC公司研制的Tempest固定翼飞机吊舱式数字时间域AEM测量系统和加拿大Geoterrex2dighem公司生产的GEOTEMdeep数字时间域固定翼飞机吊舱式电磁系统。Tempest系统性能极佳,分辨率高,适用范围广,是金刚石勘探、金矿勘探、风化层和古河道填图、地下水和含盐度测量、以及金属勘探的理想工具。

①方波发射,改进了地面响应和数据处理;

②宽脉冲提高了对导电体的鉴别能力;

③提高了对系统几何形态变化的监视能力;

④数据处理中清除了由于系统几何形态变化带来的影响;

⑤地层深度反演。

GEOTEMdeep是在GEOTEM系统基础上发展起来的一套数字时间域固定翼飞机吊舱式电磁系统。新系统的脉冲宽度、偶极矩更大,大大增加了穿透深度。系统功能进一步增强。可以记录到导电覆盖层下深部目标的微小响应。由于穿透深度增加了,新系统的信噪比也提高了10倍。 是世界上发射偶极矩和有效穿透深度最大的航电系统;飞机安全可靠,航程远,可在偏远山区作业。GeoterrexDighem公司的航电技术另一项新进展是5个共面线圈对的频率域直升机吊舱系统(DighemVRES),该系统有很宽的脉冲[2]。另外,THEM地球物理公司研制的THEM数字时间域直升机AEM系统。该系统的几何形状结构非常稳定。加拿大McPhar公司和Geotech公司共同设立的航空物探公司的HummingbirdAEM系统也有新的技术进步,主要是将该系统的噪声和零漂都降到了极低的水平。国际上研究工作主要是对AEM测量系统的改进。Lee等人(2002)用液氮冷却超导量子干涉装置(superconductingquantuminterferencedevice,SQUID)的磁力传感器代替传统的时间域AEM的收发感应线圈。这种方法明显改善了时间域AEM的灵敏度,尤其是在风化层覆盖区这种改进的优越性更是明显。但是由于这种装置在工作中要求一个低噪的屏蔽环境、高回转率和较大的带宽,所以给实际应用带来了些不便,不过可以通过降低工作频率和对这种装置进行改进来克服这些不足。Peter等(2000)对SpectremAEM测量系统做了改进,加大了发射功率,使该系统的抗干扰能力进一步加强。James等(2004)研究了一种监视AEM系统状况的简单方法。在地面布设一个闭合线圈,通过该线圈来测量AEM工作时的感应电流。这种方法可用来监测AEM的发射波形、飞行高度和路径、接收线圈的几何位置以及整个系统的线性响应和相位或时间。该方法简单高效,将有很好应用前景。