Трусов Алексей Андреевич1, Бабаянц Павел Суренович1,
Контарович Олег Рафаилович1
1 АО «ГНПП «Аэрогеофизика»
Введение
Горнорудные компании и предприниматели, занятые в сырьевом бизнесе, постоянно сталкиваются с необходимостью оперативной оценки перспектив лицензированной территории с целью оптимизации горно-буровых работ и одновременно – повышения их эффективности. При этом часто требования лицензионного соглашения накладывают весьма жесткие временные рамки на работы, направленные на геологическое изучение площади. В этих условиях практически безальтернативным является использование дешевых и мобильных аэрогеофизических технологий, позволяющим в кратчайшие сроки выполнить обследование значительных площадей, причем без какой-либо техногенной нагрузки на изучаемую территорию. Их эффективному использованию способствует развитие ускоренными темпами как аппаратурно-технической базы, так и технологий обработки и интерпретации данных.
В последние годы активно развивается направление в аэрогеофизике, связанное с применением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и сверхлегких пилотируемых носителей, что позволяет в большинстве случаев удешевить решение задачи оперативной оценки перспектив лицензированной территории. Однако каждый из этих типов носителей имеет свои слабые и сильные стороны.
Преимущества и ограничения съемок с БПЛА и сверхлегких пилотируемых носителей
Сегодня активно используются БПЛА мультироторного и самолетного типов, реже встречаются системы с вертикальным взлетом и посадкой (например, конвертопланы). Широкое распространение находят носители с электродвигателями благодаря простоте эксплуатации, однако БПЛА c двигателями внутреннего сгорания (ДВС) или гибридными установками позволяют существенно увеличить продолжительность полета.
Используемые на сегодняшний день БПЛА с взлетной массой до 30 кг накладывают жесткие ограничения на массу полезной нагрузки и, соответственно, набор геофизической аппаратуры, доступной к установке.
В последние годы появились дополнительные возможности выполнения детальных аэрогеофизических съемок, связанные с разработкой сверхлегких пилотируемых летательных аппаратов. Их использование не лимитируется такими жесткими ограничениями, как БПЛА, они имеют гораздо более высокую грузоподъемность и энерговооруженность, при этом не требуют использования специальных взлетно-посадочных полос, легко транспортируются к месту работ и обладают высокими летными качествами.
В качестве примера можно привести один из легких самолетов, доступный к использованию в настоящее время, который в сложенном состоянии размещается в прицепе, буксируемом легковым автомобилем (рис. 1), может летать без дозаправки до 6 часов со скоростью 100 км/ч и способен выполнять съемки на малых высотах.
Пилотируемые сверхлегкие самолеты сопоставимы с беспилотными носителями с ДВС по допустимой высоте полета, скорости и продолжительности полета. Однако превосходят их по скороподъемности, что позволяет их использовать в холмистой и слаборасчлененной местности. Но наиболее важное преимущество заключается в массе полезной нагрузки, которая позволяет устанавливать целый комплекс геофизических методов – т.е. набор геофизической аппаратуры, которая позволяет за один пролет получать информацию о различных свойствах горных пород.
В качестве важных преимуществ съемок с легкими БПЛА выдвигается возможность выполнения измерений на сверхнизких высотах и полеты с максимально детальным огибанием рельефа, что позволяет выдерживать постоянную высоту измерительных датчиков над земной поверхностью. Выполнение аэромагнитных съемок на предельно низких высотах действительно позволяет максимально приблизить их результаты к данным наземной съемки и исключить тем самым возможность пропуска слабых магнитных аномалий. Однако влияние приповерхностных магнитных образований (например, моренные отложения) во многих случаях просто вредит, затушевывая и искажая аномалии от целевых объектов. Подъем же на бОльшую высоту позволяет заметно снизить их влияние.
Таким образом, выбор оптимальной высоты полета должен осуществляться осознанно, с учетом особенностей геологического строения территории и характеристик целевого объекта. Важно отметить также, что при всем желании выполнять полеты ниже уровня вершин деревьев, растущих в районе работ, не удастся, а это зачастую 25-30 м.
Рис 1. Легкомоторный самолет: а – в сложенном состоянии, для транспортировки на автоприцепе; б – в рабочем состоянии.
Доступные аэрогеофизические методы
Магнитная съемка является наиболее простым и доступным геофизическим методом. Для получения высококачественных материалов используются квантовые датчики как зарубежного, так и отечественного производства. Современные их версии при тех же высоких характеристиках чувствительности, обладают более компактными размерами и имеют меньший вес. Сейчас используются различные аппаратурно-технические средства выполнения таких съемок со всеми видами носителей (самолеты, вертолеты, мультироторные БПЛА) (рис. 2).
С учетом технических особенностей БПЛА (ограниченная грузоподъемность и малая энерговооруженность), адаптация гамма-спектрометрии к съемкам с дронов основывается на использовании детекторов гамма-излучения существенно меньших (по сравнению с традиционной аэрогамма-спектрометрией) размеров. При этом снижение скоростей счета, связанное с малым объемом детектора, частично компенсируется снижением высоты наблюдений, уменьшением скорости полета вплоть до измерения с зависанием. В большинстве случаев на БПЛА используются детекторы объемом 0.4 – 0.6 л, в то время как на легкомоторные самолеты можно устанавливать блоки с объемом кристаллов 16 л. Небольшая статистическая представительность данных, полученных с помощью детекторов малого объема (0.4 л) вынуждает выполнять осреднение измерений вдоль маршрута, что существенно снижает детальность итоговых моделей содержаний естественных радионуклидов. Выполнение же съемки с зависанием при использовании в качестве носителя мультироторных систем очевидно резко снижает производительность работ.
Рис. 2. Магнитометрия на БПЛА мультироторного типа
Автономные аэроэлектроразведочные системы (без наземных установок) сводятся пока к пассивным методам - вариант VLF, который в России известен как радиокип или СДВР. В качестве источника используются навигационные и широковещательные сверхдинноволновых радиостанции. Современная реализация данного метода достаточно компактна и позволяет использовать оборудование как на БПЛА любого типа, так и пилотируемой авиации. Этот метод позволит в большинстве случаев выделить приповерхностные тектонические зоны.
Наиболее перспективными, по нашему мнению, являются направления, связанные с размещением источника поля в форме замкнутого контура или линейного на дневной поверхности и измерением компонент вторичного поля с воздуха. В такой форме можно реализовать метод переходных процессов и незаслуженно забытые в последние годы технологии низкочастотной индуктивной электроразведки (методы незаземленной петли и бесконечно длинного кабеля) с измерениями в т.ч. в зарамочном пространстве.
С появлением бесплатформенных гравиметров нового поколения, обладающих компактными размерами, стало возможно выполнение аэрогравиметрии с использованием сверхлегких самолетов и вертолетов. Поскольку отличительной особенностью данного класса приборов является сохранение работоспособности при больших вертикальных ускорениях, появляется возможность более точного обтекания рельефа и одновременного выполнения аэрогамма-спектрометрии и магнитометрии. Получаемые в результате модели поля силы тяжести помогают картировать интрузивные комплексы, дизъюнктивные и блоковые структуры.
Дополнительная аэрофотосъемка позволяет получать ортофотопланы местности, которые могут быть использованы при планировании поисковых маршрутов, проектировании наземных геофизических и геохимических работ, дешифрировании геологических объектов. Кроме этого, в последние годы активно развиваются алгоритмы фотограмметрии, которые дают возможность строить достаточно точные модели рельефа местности.
Заключение
Комплекс аэроегофизических методов необходимо выбирать исходя из эффективности решения поставленной геолого-поисковой задачи. При этом имеющие на сегодняшний день сверхлегкие летательные аппараты имеют ряд особенностей и ограничений, которые необходимо учитывать при проектировании аэрогеофизических работ. Выбор оптимального носителя должен определяться не только выбранным комплексом, но и конкретными геоморфологическими условиями и размерами исследуемой площади.