客户案例
5月10日至14日,在河北大白阳金矿有限公司综合研究项目中,北京金有地质勘查有限责任公司首次采用了多旋翼无人机搭载光泵磁力仪进行航磁测量,获得成功,仅用5个工作日就完成了1∶5000的17.4平方千米航磁测量工作。在相同地形条件下,同时开展3组地面磁测工作,至少需要38个工作日。
随着科技的发展,各种新的地球物理勘探方法和技术手段层出不穷。尤其是在航空物探、外空物探、水文地灾监测物探等方面,新技术不断推陈出新。在航空物探中,超低空的高精度航磁测量是其中的先行者。相较传统地面磁测,超低空高精度航磁测量优点显著,无论是在精度方面,还是在效率方面,都是地面磁测无法企及的。2019年,在内蒙古太平矿业有限公司地质科研工作中,北京金有地质勘查有限责任公司曾采用了动力三角翼搭载磁力仪进行航磁测量,效果良好。
近年来,在老矿山采矿及人文活动加强的情况下,地面220伏和380伏电线遍布各大小村庄城镇,矿石、矿体围岩及其他各类岩石的转石大面积散露,导致地面“高频”磁场信号突出,对地面磁测结果容易形成“高频”信号干扰。地面磁测还受GPS定位精度、点距(一般使用1∶10000比例尺,点距为20米和40米)等误差及地形因素影响,在老矿山矿权及周边进行高精度磁测时细节往往不够。
连续采样、点距小、细节多,在无人机进行超低空飞行磁测时,进行的是短点距连续采样测量方式,点距能达1米~5米,相较地面磁测会体现更多细节,如本次航磁使用5赫兹采样频率,无人机飞行速度约8米/秒,即采样点距约1.6米。
光泵型磁力仪、精度高,超低空无人机航磁测量一般采用光泵型磁力仪,其原理是在外磁场作用下,原子核外电子进行塞曼分裂(电子能级分裂),电子由高能级向低能级跃迁时会释放特定频率的辐射光。由于其频率与磁场能级间的能量差成正比,故通过测量辐射光的频率就可得到外部磁场强度,一般使用的元素有钾(K39)、铷(Rb87,Rb85)、铯(Cs133)、氦(He4,He3)等。本次使用的磁力仪为铷光泵磁力仪测量精度0.02nT(20pT)。而地面磁测中,目前大多使用质子磁力仪,其是利用原子核内的质子在外磁场下进行旋进产生的感应电压测量磁场,因质子体积大约是电子的3000倍,且一个为旋进,一个为能级跃迁,所以就所测磁场的精度而言,光泵型磁力仪要明显优于质子磁力仪(精度为0.2nT)。
因受地形及地表“高频”信号干扰小,光泵型磁力仪没有零点掉格及温度影响,工作时不需准确定向,且由于为超低空飞行,故其受地表浮尘、转石及电线等“高频”信号干扰小,本次无人机为仿地形飞行,相对飞行高度为90米,基本避免了地表干扰。
速度快、效率高、节约成本,由于使用的是电动无人机飞行,故其工作效率较地面磁测高很多,能及时反馈各类地质体的磁异常特征,同时也能节省大量人力物力成本。
首先,大白阳地区地形较陡,多数山体坡度超过30度,在17.4平方千米的工作区内最高与最低地形高差超过600米。在这种地形条件下,无人机自起飞后的大部分时间都与飞控系统中断连接,处于“盲飞”状态,使得不可控因素变得更多。
其次,大白阳地区为张家口市宣化区的东北角,在5月换季期间,阵风强度较大,甚至在预报3级风力的情况下还可能出现七八级强度的阵风,且每到中午均会出现风力增强的情况,这对无人机的平衡性和飞行姿态控制提出了很大的挑战。
再其次,由于大白阳矿区是以构造控矿为主,且目前已发现的控矿构造规模相对较小,(钾长)石英脉最小宽度甚至只有十几厘米,因此需要无人机进行高采样率的仿地形“盲飞”,以提高勘查精度,提供更多的磁异常场细节特征。
面对诸多困难,金有公司项目组早出午归,充分利用凌晨到早上的风力相对平静期进行航磁测量,通过选择多处起飞点、测线裁割组合等方式,提前设置飞行高度、姿态,保证无人机在“盲飞”过程中能有效采集数据,提高飞行安全系数,有效降低了出现事故的概率,并严格按照《航空磁测技术规范(DZ/T 0142-2010)》规范要求进行工作,确保工作质量达标。
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