Аэрогеофизические методы

В связи с необходимостью геологического обеспечения геополитических интересов России на основе уточнения положения границы расширенного континентального шельфа в Северном Ледовитом океане в районе хребтов Менделеева и Ломоносова в 2005 и 2007 гг. соответственно выполнены комплексные геолого-геофизические исследования: сейсморазведка методом ГСЗ и МОВ, сейсмоакустическое профилирование, геологическое опробование, наледная гравиметрическая съемка, комплексная аэрогеофизическая съемка.

Для выполнения аэрогеофизических работ использовался тяжелый и дальний аэроноситель типа ИЛ-18Д. Для решения поставленных задач была создана комплексная аэрогеофизическая лаборатория МАГНИТ на самолете типа ИЛ-18Д, в состав которой вошли магнитометрическая, гравиметрическая и навигационная системы.

Основные факторы, влияющие на точность определения местоположения с применением системы спутниковой навигации, - число наблюдаемых (не менее четырех) спутников, геометрия их расположения и ионосферные помехи, влияющие на прохождение сигналов от спутников. В высоких широтах эти факторы имеют самое большое влияние.

Наклон орбит спутников обеих систем - GPS Навстар (Navstar) и Глонасс - от 50 до 65°, это значит, что в зените на полюсе не будет ни одного спутника и соответственно геометрический фактор будет наихудшим, интенсивность ионосферных помех - наибольшей. Исходя из этого, для проведения работ нужно использовать приемники, работающие с двумя системами GPS Навстар и Глонасс, что позволяет увеличить количество видимых спутников, отобрать надежные сигналы, улучшить геометрический фактор, а работа с двумя частотами L1 и L2 позволяет снизить влияние ионосферных помех и повысить точность позиционирования.

Использование постдиффобработки позволяет еще больше повысить точность привязки, избавиться от ряда помех и увязать результаты по системе координат базовой станции.

При проведении аэрогеофизических исследований система спутникового позиционирования предназначалась для обеспечения работы гравиметра «Чекан-АМ», синхронизации записи информации по спутниковому времени и геодезической привязки полученных аэрогеофизических данных.

В качестве приемника информации GPS использовалась аппаратура фирмы JAVAD Navigation Systems™ - Lexon GGD 112- Т и для ее обработки – программное обеспечение EnsembIe_Pinnacle и PCView_PCCDU той же фирмы. Использовалось два идентичных комплекта аппаратуры в полной конфигурации, работающей со спутниковыми системами GPS Навстар и Глонасс на частотах L1 и L2.

Измерения проводились с частотой 10 раз в секунду в системе координат WGS 84.

Один приемник был смонтирован на борту самолета и обеспечивал геодезической информацией и единым временем (UTC) гравиметр и магнитометр, а также запись спутниковой информации в файлы с расширением * .jps на отдельный компьютер для дальнейшей обработки.

Второй приемник был установлен на магнитовариационной станции для получения данных, необходимых для проведения постдиффкоррекции и увязки по времени вариаций магнитного поля.

При проведении постдиффобработки по L1 (что связано с большим расстоянием между базовой станцией и воздушным судном) учитывались данные в среднем девяти спутников (минимум семи) и средний РDОР не превышал 1,7. Ошибка определения местоположения 2dRMS не превышала в среднем 2,2 м по полученным данным.

При проведении аэрогеофизической съемки использовалась отечественная магнитогравиметрическая аппаратура.

Аэромагнитометр является модернизацией аэроградиентометра МГМ-05 (НПП «Геологоразведка»). В его состав входят: четыре трехячейковых датчика с обогревом по переменному току, установленных в хвостовом коке самолета-лаборатории ИЛ-18; блок измерительный четырехканальный - БИ-4 (ИМ-4); цифровой регистратор (компьютер).

В качестве дублирующей системы аэромагнитных измерений использовался измеритель ПЧК (преобразователь «частота-код») со своим регистратором.

Основным фактором, влияющим на проведение магнитной съемки в высоких широтах, являются вариации магнитного поля. Для их изучения использовались наземные магнитовариационные станции, укомплектованные одноканальным магнитометром, аналогичным аэромагнитометру с ПЧК.

Большая протяженность рабочих маршрутов (свыше 600 км) и удаленность начала участка от аэропорта базирования (900 км) обусловили необходимость дублировать аппаратуру, а различие метеоусловий на съемочных маршрутах привело к появлению различных помех, так как прогнозировать метеоусловия на таком удалении (до 84° с.ш.) невозможно.

Методика выполнения аэрогравиметрической съемки учитывала опыт работ 2005 г. на акватории в районе хребта Менделеева, где работы проводились со струнными гравиметрами и барометрическим способом определения вертикальных инерциальных ускорений. Вертикальные ускорения оказались предельно высокими (около 15 Гал) для данной методики измерений и обработки. Поэтому в 2007 г. для выполнения работ была использована новая аппаратура: гравиметр «Чекан-АМ» на инерциальной платформе маятникового типа. Гравиметр разработан и изготовлен ФГУП ЦНИИ «Электроприбор». Он является модифицированным для аэрогеофизических работ вариантом морского гравиметра с постоянной времени -40 с. Одна из особенностей этого прибора, обусловленная принципами работы самой платформы и чувствительного элемента гравиметра, заключалась в медленном выходе на рабочий режим после разворота самолета. Время успокоения гравиметра после разворота составляет 3-5 мин, кроме того, по 2 мин с каждого конца маршрута необходимо оставлять на сглаживающий фильтр. Учитывая все это, самолет выходил на маршрут заблаговременно, за 5-7 мин до начала участка.

Привязка обеспечивалась двумя комплектами спутниковой навигации: бортовым и базовым. Поправки Этвеша, за вертикальные ускорения и высоту полета вычислялась по данным спутниковой навигации. Все измерения велись с частотой 10Гц. Учитывая недостаточный опыт использования гравиметра «Чекан-АМ» при аэрогеофизических работах в высоких широтах (на широтах выше 75° он не эксплуатировался), было принято решение установить на борту самолета еще и комплект струнных гравиметров с приборами барометрического способа определения вертикальной поправки. Барометрический канал был усовершенствован за счет установки на самолете отдельного малошумящего приемника воздушного давления ПВД-18.

Работы проводились в мае 2007 г. при температуре воздуха от 0 до -20°С. Чтобы поддерживать нормальную для работы гравиметра температуру (порядка 15-20°С), салон самолета обогревался в течение всего периода работ электрическими тепловыми вентиляторами от аэродромной электросети. Для поддержания непрерывного электропитания гравиметров во время переключения электросетей или временного отключения питания использовался источник бесперебойного питания (UPS) с дополнительными батареями.

Так как основным методом были магнитные измерения, то выбор погоды и режим полетов определялись в основном исходя из требований магнитной съемки, которые не всегда благоприятны для гравиметрии. В результате помехи (вертикальные и горизонтальные ускорения самолета) оказались большими. Точность съемки, полученная по данным комплекса «Чекан-АМ» + «Javad», по результатам предварительной обработки составила около ±3 мГал. Ожидаемая окончательная погрешность не больше 1,5-2,0 мГал

Измеренное поле оказалось весьма изрезанным. Средний перепад аномалий Dg Фая составил около 30 мГал. Средний градиент поля равен примерно 0,7 мГал/км при максимальных значениях до 4,0 мГал/км. Заметна хорошая корреляция подводного рельефа и аномалии Фая. Сравнение наблюденного поля с полученным в рамках международного Арктического гравиметрического проекта АркГП гридом поля силы тяжести (http:// earth-iпfonima. mil/GraпdG/wgs84/- agp/index. html) показала его большую детальность и лучшую корреляцию с рельефом.

Полученные в районе хребтов Ломоносова и Менделеева точности магнитной и гравиметрической съемок и погрешность навигации позволяют с высокой надежностью решать важные народно-хозяйственные задачи в Арктике, в том числе:

- поиски месторождений нефти и газа и твердых полезных ископаемых на акваториях и прибрежных территориях;

- уточнение положения границы континентального шельфа РФ;

- региональное геологическое картирование на геотраверсах;

- обеспечение геофизической основы для листов Госгеолкарты третьего поколения;

- осуществление НИР и ОКР при разработке современной технологии комплексных аэрогеофизических съемок;

- внедрение наиболее информативных векторных магнитных съемок;

- задачи магнитной картографии;

- выполнение аэрогеофизических съемок на высотах от 500 м до 9 км в масштабе 1 : 500 000 и мельче и детализацией в масштабе 1 : 50000 1 : 200 000 на высотах от 100-200 м и более.

Дальнейшие научно-исследовательские и геологоразведочные работы в 2008-2012 гг. следует направить на совершенствование методики и выполнение комплексной аэрогеофизической съемки акватории морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и др. с целью:

- оценить перспективы нефтегазоносности в пределах шельфа и уточнить границы шельфа РФ; картировать аномалии типа «залежь»;

- обосновать новые методы поиска месторождений нефти и газа и поиска новых высокоперспективных объектов.

Выполнение работ на акватории моря Лаптевых позволит оценить запасы в качестве мощного дополнительного и долгосрочного источника сырья для заполнения второй очереди ВСТО («Восточная Сибирь и Тихий океан»), так как этот вопрос сегодня остается открытым и для его решения потребуется политическая воля Роснедра и значительные инвестиции Минприроды в геологоразведку. Это существенно увеличит роль указанных морей в долгосрочном планировании загрузки ВСТО.

Следует заметить, что с вводом в строй ВСТО появится много «белых» пятен в бизнес-проекте ВСТО и запасы морей Лаптевых и Восточно-Сибирского могут стать отличным подспорьем для заполнения второй очереди ВСТО.