CC BY
35
УДК 551.558.1
УНИКАЛЬНАЯ АЭРОГЕОФИЗИЧЕ СКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ «МАГНИТ» ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ АЭРОГЕОФИЗИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЛЯРНЫХ АКВАТОРИЙ И ТЕРРИТОРИЙ
© 2013 г. В.К. Паламарчук, Н.В. Глинская, С.Н. Кирсанов, В.М. Макаров, К.П. Субботин, Е.В. Бурдакова, О.Н. Мищенко
Паламарчук Василий Климентъевич - заведующий лабораторией, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail: palvas@mail. ru.
Глинская Надежда Викторовна - старший научный сотрудник, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail: palvas@mail. ru.
Кирсанов Сергей Николаевич - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail:palvas@mail.ru.
Макаров Владимир Михайлович - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121,e-mail: palvas@mail.ru.
Субботин Константин Петрович - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121,e-mail: palvas@mail.ru.
Бурдакова Елена Владиславовна - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail: palvas@mail. ru.
Мищенко Оксана Николаевна - ведущий инженер, Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана им. И.С. Грамберга, Английский пр., 1, г. Санкт-Петербург, 190121, e-mail: yami_13@mail. ru.
Palamarchuk Vasily Kliment'evich - Head of the Laboratory, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121,e-mail: palvas@mail.ru.
Glinskaya Nadezda Viktorovna - Senior Scientific Researcher, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121,e-mail: palvas@mail.ru.
Kirsanov Sergei Nikolaevich - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: pal-vas@mail.ru.
Makarov Vladimir Mikhaylovich - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121,e-mail: pal-vas@mail.ru.
Subbotin Konstantin Petrovich - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121,e-mail: pal-vas@mail.ru.
Burdakova Elena Vladislavovna - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121,e-mail: pal-vas@mail.ru.
Mischenko Oksana Nikolaevna - Leading Engineer, All-Russian Research Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean named after I.S. Gramberg, Angliysky Ave, 1, St.-Petersburg, 190121, e-mail: ya-mi13@mail.ru.
Описан аппаратурно-методический комплекс современной уникальной установки «Аэрогеофизическая лаборатория "МАГНИТ"» (УСУ «МАГНИТ», рег. № 2-1.8) ФГУП «ВНИИ Океангеология им. И.С. Грамберга», созданной на базе дальнего носителя самолета-лаборатории Ил-18Д б/н 75713. Представлены некоторые результаты, полученные с помощью использования УСУ «МАГНИТ». Аэрогеофизическая лаборатория предназначена для выполнения комплекса магнитных и гравиметрических съемок в условиях высоких широт и обеспечена современными способами навигации, учета вариаций, обработки и интерпретации данных. В опытном порядке может выполняться векторная магнитная съемка.
Ключевые слова: аэрогеофизический комплекс, уникальные стенды для изучения полярных акваторий и территорий.
This article dedicated to description of instrument-methodological complex of unique unit «Aerogeophysical Laboratory "MAGNET"» (UU «MAGNET», reg. № 2—1.8) of FSUE «VNII Okeangeologia named after I.S. Garmberg», which was created on the base of longdistance airplane-laboratory Il-18D №75713. Article demonstrates some results obtained by UU «MAGNET» implementation. Aerogeophy-sical laboratory serves to carry out the complex of magnetometric and gravimetric surveys in conditions of the Arctic Ocean region and contents the newest methods of navigating, magnetic variations accounting, data processing and interpretation. Vector magnetic survey could be implemented as experimental survey.
Keywords: aerogeophysical complex, unique units for polar aquatories and territories researches.
Высокоточная аэромагнитная съемка (АМС) является современным методом геофизической разведки, позволяющим решать широкий круг геологических задач. Особое значение АМС имеет при изучении геологического строения труднодоступных территорий: полярных акваторий и побережий арктических морей, где АМС зарекомендовала себя одним из наиболее эффективных (оперативных и дешевых) и высокопроизводительных геофизических методов при геологическом картировании, поисках и разведке месторождений полезных ископаемых и для решения задачи геологического обеспечения геополитических интересов Российской Федерации на основе уточнения положения границы расширенного континентального шельфа в Северном Ледовитом океане, головным исполнителем которой является ФГУП «ВНИИ-Океангеология им. И.С. Грамберга».
В рамках этой задачи в 2005 г. были проведены комплексные геолого-геофизические работы на поднятии Менделеева и зоне его сочленения с прилегающим шельфом Восточно-Сибирского и Чукотского морей, а в 2007 г. такие же работы были выполнены в зоне сочленения хребта Ломоносова с шельфом морей Лаптевых и Восточно-Сибирского.
Концепция развития современных дистанционных методов исследования территорий и акваторий основывается на том, что решение различных геолого-геофизических задач выполняется с помощью аэрогеофизических комплексов, устанавливаемых на самолетах и вертолетах дальней, средней и ближней авиации.
Скоростные дальние носители незаменимы при исследованиях на геотраверсах, выполнении мелкомасштабных съемок в Арктике, Антарктиде, на акваториях Мирового океана, в других труднодоступных регионах Земного шара и/или при отсутствии аэропортов базирования вблизи съемочных площадей. Использование тяжелых самолетов дальней авиации предусматривается при выполнении съемок на акватории на высотах от 200-500 м до 9-10 км. Такие съемки необходимы для исследования горных районов, центральной части Антарктиды, для изучения глубинного строения земной коры, регионального геолого-геофизического картирования, решения задач сейсмологии, экологии, изучения верхних слоев атмосферы и ионосферы, при исследованиях состояния озонового слоя, для прогноза катастроф и их последствий. В этом плане дальние носители типа Ил-18 необходимы в настоящее время и в будущем.
Преимуществом геофизических лабораторий на тяжелых носителях является их большая грузоподъемность. Это позволяет устанавливать любой комплекс аппаратуры в зависимости от поставленных задач и одновременно решать различные задачи геологии. Кроме того, решается вопрос транспортировки экспедиционного груза и персонала к месту работ, так как, к примеру, самолеты типа Ил-18 и их модификации могут перевозить до 10 т груза и до 25 человек.
В 1985-1991 гг. комплексные высотные опытно-методические и производственные съемки, включающие измерения магнитного и гравитационного полей и толщины ледового покрова (Ипатов и др., 1988; Па-ламарчук и др., 1988), впервые в истории исследований Антарктиды выполнялись на самолете Ил-18Д (рис. 1). С 1996 г. самолет Ил-18 (г. Пушкин, НПП «МИР») был выделен специально для аэрогеофизических исследований, а впоследствии оборудован в качестве аэрогеофизической лаборатории «МАГНИТ» и сертифицирован в качестве самолета-лаборатории.
Современные аэрогеофизические лаборатории, предназначенные для региональных и высотных исследований Арктики, СЛО и других акваторий, Антарктиды, должны быть по-прежнему ориентированы на дальние самолеты, позволяющие совершать беспосадочные полеты на расстояния до 6,5-7 тыс. км. Анализ дальностей различных носителей показывает, что наиболее эффективным для аэрогеофизических съемок удаленных акваторий, в том числе для картирования границ континентального шельфа, является самолет типа Ил-18.
Рис. 1. Самолет-лаборатория, свидетельство № 303 от 25.01.2006
Кроме того, самолет-лаборатория б/н 75713, на базе которого построена уникальная установка «Аэрогеофизическая лаборатория "МАГНИТ" (рег. № 021.8), оборудован не только стандартными для таких аэрокомплексов модульным магнитометром и гравиметром, но и не имеющими ни на одной аэролаборатории векторным магнитометром, а в опытном порядке - аэроэлектроразведкой - для оценки проводимости осадочного чехла по вариациям геомагнитного поля, и аппаратурой метода СДВР.
Состав аэрогеофизической лаборатории «МАГНИТ»
1. Навигационная система (штатная и специализированная) для координирования носителя по привязке измеряемых полей.
2. Магнитометрическая система: модульные и векторные магнитометры.
3. Гравиметрическая система: гравиметр «ЧеканАМ».
4. Самолет Ил-18Д № 75713, летающая лаборатория «МАГНИТ» (сертификат № 303, выданный Федеральным агентством по промышленности, от 25.01.06 г.).
5. Технология аэрогеофизических съемок: способы разбивки оптимальных сетей наблюдений, учета вариаций и других поправок, построения карт и интерпретация результатов съемок.
Магниторазведка (модульная система)
АМС выполняется с помощью 4 магнитометров типа МЧБ-1 (рис. 2а) (чувствительность - 0,01 нТл), измерителя ИМ-4 и преобразователя частота-код с частотой 10 измерений в секунду. Датчики МЧБ-1 расположены в хвостовом коке самолета Ил-18Д (рис. 2б, в). На случай возможного сбоя используются две независимые регистрационные системы. Сбивка регистраторов по времени осуществляется с помощью локальной сети.
Четыре датчика используются для уменьшения риска потери данных при выполнении съемок на удаленных маршрутах и для использования разности показаний двух датчиков для оценки эффективного магнитного курса и учета девиации носителя.
Магниторазведка (векторная система)
В 2012 г. в состав аэролаборатории включены два магнитометра МТ-4 на базе трехкомпонентных феррозондовых датчиков для оценки градиента помех и поправок на крен-тангаж носителя (рис. 3).
Рис. 3. Магнитометр типа МТ-4
Магнитометр МТ-4 предназначен для измерения трёх ортогональных компонент вектора магнитной индукции постоянного поля.
Гравиразведка
Гравиметр «Чекан-АМ» на инерциальной платформе маятникового типа предназначен для детальной гравиметрической съемки при поиске нефтегазоносных структур на шельфе и региональной съемки (рис. 4). Чувствительность - 0,01 мГал. Гравиметр выполнен в виде единого прибора, состоящего из гравиметрического датчика и гироста-билизатора с встроенной системой управления на базе GPS. Габаритные размеры: 430x638 мм, масса - 72 кг.
в г
Рис. 2. Магнитометры типа М46-1
Рис. 4. Гравиметр «Чекан-АМ»
Гравиметр устанавливается внутри второго салона (рис. 5).
Рис. 5. Установка гравиметра внутри второго салона Навигация
В качестве приемника информации GPS используется аппаратура фирмы Javad - Lexon GGD 112-T (рис. 6). Для ее обработки используется программное обеспечение Ensembte и PC View той же фирмы.
Lexon-GGD
Рис. 6. Приемник информации GPS Lexon GGD 112-T
Используется два идентичных комплекта аппаратуры: на самолете и на базовой станции, работающие со спутниковыми системами Navstar и Glonass на частотах L1 и L2 с частотой позиционирования 10 раз в секунду в координатной системе WGS 84. Система позволяет использовать постобработку.
Точность привязки: по горизонтали - 10mm+ +1,5ppm*D; по вертикали - 30mm+1,5ppm*D, где D -расстояние между базой и приемником, км.
Использование системы спутникового позиционирования предназначается для решения трех задач:
- обеспечения работы гравиметра «Чекан-АМ»;
- синхронизации записи информации;
- геодезической привязки полученных аэрогеофизических данных.
Обработка и интерпретация данных
Обработка и интерпретация данных выполняются по оригинальным алгоритмам: исключение помех носителя, фильтрация помех, учет девиации, учет вариаций геомагнитного поля прямым, косвенным и полукосвенным способами, учет разновысотности
съемки, увязка гравимагнитных данных и другие способы, которые приводят к высокой точности картографического отображения результатов; выделение аномалий, их разделение, построение разрезов, обнаружение локальных объектов и построение карт структурных горизонтов (рис. 7).
Рис. 7. Карты графиков аномального магнитного (Д7\ и гравитационного Ag полей
Для оценки тренда магнитного поля Земли были построены регрессионные поверхности с 1-го по 9-й порядок. Результаты их анализа приводятся в табл. 1.
С помощью тренд-анализа были выделены пластовые аномалии, созданные структурными глубинными горизонтами. Коэффициент корреляции некоторых из них, например, тренда МПЗ (полином 5-го порядка) с границей М, достигал значения Я=0,92, а граница Н3 (граница верхней коры) (табл. 1) с трендом четвертого порядка Я=0,98. Тренд оценивался с учетом весов.
Таблица 1
Коэффициенты корреляции между глубиной структурных горизонтов и трендом магнитного поля Земли.
Тренд оценивался путем весовой аппроксимации полиномом с 1-го по 9-й порядок (Г1-Т2)
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9
H1 0,49 0,53 0,49 0,59 0,57 0,35 0,28 0,53 0,47
H2 0,84 0,86 0,83 0,88 0,81 0,66 0,62 0,59 0,60
H3 0,82 0,86 0,82 0,98 0,95 0,80 0,72 0,63 0,65
H4 0,10 0,04 0,09 -0,35 0,53 -0,59 -0,52 -0,24 -0,30
H5 0,63 0,69 0,64 0,88 0,92 0,78 0,61 0,37 0,37
Построенные по информативным степеням тренда магнитного и гравитационного полей зависимости позволяют строить по ним глубинные горизонты за пределами опорных (сейсмических) маршрутов (рис. 8).
Если по найденным зависимостям между трендом (Т) и глубинами (Н) построить «новые» магнитные горизонты и сравнить их с сейсмическими, то получим оценку надежности такого прогноза, а значит, и оценку надежности тренда. Оценки ошибки такого прогноза представлены в табл. 2.
Таблица 2
Вычисление погрешности оценки глубин залегания структурных горизонтов по магнитному полю Земли
технологии аэрогеофизических съемок на самолете Ил-18.
УСУ «МАГНИТ» оборудована магнитометрами, гравиметром и всеми современными средствами навигации. Кроме того, на борту аэролаборатории размещены дополнительные приборы и оборудование, которые повышают надежность выполнения аэрогеофизических съемок на акваториях.
Немаловажным фактом является и то, что самолет Ил-18 оборудован 4 двигателями, а это высокая безопасность полетов, тем более что полеты необходимо выполнять на высоте 200-500 м над уровнем моря. Отказ одного из двигателей не влияет на высоту полета, а значит, и на его безопасность. Самолет Ил-18 оборудован надежной антиобледенительной системой, что также способствует повышению безопасности полетов в Арктике.
Кроме перечисленных достоинств УСУ «МАГНИТ» важным фактором является то, что на самолете Ил-18 можно перевозить аэрогеофизический отряд из одного аэропорта базирования в другой без привлечения дополнительного транспорта.
Горизонт Погрешность вычислений, м Среднее значение исходных данных, м Отношение погрешности к средним значениям, %
H1 175,48 -2383,59 -7,36
H2 212,37 -3376,51 -6,29
H3 351,17 -8352,98 -4,20
H4 1000,96 -15648,53 -6,40
H5 619,53 -23563,61 -2,63
Рис. 8. Ком пост
Выводы
Значительная удаленность границ ВГКШ, в том числе перспективных на нефть и газ объектов, от Арктического побережья и, соответственно, от аэропортов базирования требует применения дальнего носителя, который к тому же должен быть оборудован хвостовым коком для установки датчиков магнитометра. Из дальних носителей в настоящее время применяется самолет типа Ил-18, а коком оборудован только один из них - Ил-18Д б/н 75713 - УСУ «МАГНИТ». Это определяет актуальность разработки
Поступила в редакцию_
В 2012 г. аэролаборатория «МАГНИТ» дооборудована дополнительной аппаратурой и оборудованием для выполнения векторных магнитных съемок с целью решения задач поисковой геологии, экологии, прогнозной сейсмологии и других народно-хозяйственных задач, что позволило расширить перспективы применения УСУ «МАГНИТ» в Арктике, Антарктиде и Мировом океане.
Работа подготовлена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного контракта № 16.518.11.7064 от 12 мая 2011 г. по мероприятию 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».
_26 ноября 2012 г.
