Перед началом стоит сказать, что опыта использования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) при выполнении магниторазведочных работ наша организация (ООО «Нерюнгригеофизика») не имела, поэтому первые аэромагниторазведочные работы были выполнены нами на уже изученном ранее объекте – железорудном месторождении Южной Якутии. В 2015 году на этом месторождении нами были выполнены наземные магниторазведочные работы, что позволяло достоверно установить работоспособность полётного комплекса, сопоставив имеющиеся данные наземных магниторазведочных работ с данными аэромагниторазведочных работ.
Первые полёты комплекса «Геоскан-401» с квантовым магнитометром были выполнены в июне 2017 года (рис. 1). За один полёт по сети профилей с шагом 100 м был изучен участок площадью 1 км2. Полётное время составило немногим более 20 мин.
Для сравнения – изучение этой же площади посредством наземных работ в 2015 году потребовало более одного месяца времени и труда двух бригад – топографической, для подготовки сети профилей, и геофизической – для наземных магниторазведочных работ.
На рис. 2 приведены аномальные магнитные поля, построенные по данным наземной магниторазведки 2015 года и опытно-методических полётов комплекса «Геоскан-401» с квантовым магнитометром в 2017 году.
Анализ полей показал полную идентичность полученных аномалий. Более того, на северо-востоке участка (самый дальний угол трёхмерного изображения) в 2015 году была выделена слабая аномалия. Буровые работы, выполненные в площади этой аномалии, результатов не дали. Если взглянуть на аномальное магнитное поле, построенное по данным аэромагниторазведки, можно увидеть, что относительная интенсивность этой аномалии увеличилась по сравнению с аномалией наземной магниторазведки. Пересчёт вертикального градиента магнитного поля позволил определить, что аномалия обусловлена слепым рудным телом, верхняя кромка которого располагается на глубине 200-250 м. от земной поверхности.
Опытно-методические работы продемонстрировали ещё одно немаловажное достоинство полётного комплекса: частота отсчётов магнитометра составляет 1000 Гц., частота отсчётов встроенного GPS-приёмника составляет 10 Гц. Таким образом, на одну точку позиционирования приходится 100 отсчётов напряжённости полного вектора магнитного поля. Производителем решён вопрос суммирования и осреднения значений в точке позиционирования «на уровне железа». Подобный подход позволяет получать график изменения магнитного поля близкий к идеальному. Если говорить подробно: для потенциальных полей характерно достаточно плавное изменение значений поля, это относится как к магнитному, так и гравитационному полю. Ранее уменьшение шага отсчётов по профилю было связано с резким возрастанием стоимости полевых работ, поэтому наиболее распространённым был шаг 5 – 10 м., в особых случаях, при производстве микромагнитной съёмки, шаг сгущали до 2 м., что было сопряжено с существенным увеличением затрат на топографические работы.
Наглядной иллюстрацией сказанного служит график, приведённый на рис. 3. На графике отображено сравнение аномальных магнитные полей по данным наземной магниторазведки и воздушной. Крестами обозначены отдельные отсчёты. Отсчёты аэромагниторазведки расположены настолько плотно, что с трудом различаются даже на увеличенном фрагменте графика. На этом же фрагменте очень хорошо видно, насколько плавнее изменяется градиент поля на графике аэромагниторазведки по сравнению с графиком аномального магнитного поля по данным наземной магниторазведки.
При рассмотрении графика может возникнуть вопрос об отсутствии высокочастотных аномалий на графике, построенном по данным аэромагниторазведки. Во-первых, стоит рассмотреть природу этих аномалий. Участок работ в буквальном смысле завален валунами магнетита, именно эти валуны и обуславливают наличие этого высокочастотного шума приповерхностных аномалий. Во-вторых, высота полёта при производстве опытно-методических работ была задана равной 100 м. – из соображений безопасности. При необходимости высоту можно снизить, что позволит более контрастно регистрировать аномалии малых амплитуд.
Приятным бонусом работы с полётным комплексом «Геоскан-401» стала возможность съёмки ортофотопланов, топопланов, трёхмерных моделей местности – в зависимости от потребностей – последовательно с выполнением магниторазведочных работ. На рис. 4 приведён фрагмент плотного облака точек программы Agisoft Photoscan Pro, на котором отображена одна из разведочных выработок на участке работ. Помимо очевидной практичности – возможности подготовки топографических планов вплоть до масштаба 1:500 - у исполнителей работ появляется возможность серьезно повысить презентабельность результатов работ, что немаловажно в наше время.
После успешного завершения опытно-методических работ, впервые в Южной Якутии (и, возможно, во всём Дальневосточном федеральном округе) комплекс «Геоскан-401» с квантовым магнитометром был использован при производстве промышленных геологоразведочных работ на Сутамской железорудной площади, расположенной в труднодоступном районе Республики Саха (Якутия).
Работы выполнялись полевой группой ООО «Нерюнгригеофизика» совместно со специалистами компании заказчика – геологами с огромным стажем полевых работ. Статья повествовательного характера, поэтому позволю себе привести цитату одного из геологов: «Впервые в жизни я завидовал геофизикам – вместо того, чтобы, высунув язык, носиться с магнитометром по горам, ребята в рубашках, под навесом, чтобы солнце не напекло, налётывали сотни километров».
Как показали результаты обработки данных, помимо очевидного комфорта при производстве работ, аэромагнитная съёмка в исполнении полётного комплекса «Геоскан-401» позволила получить весомые практические результаты. Трудность изучения месторождения, помимо труднодоступности самого участка работ, состояла в сильной пересечённости участка работ (перепады высот от 600 до 1400 метров) и в заболоченности низинных участков. Север участка работ был заболочен полностью и поэтому предшественники, работавшие на участке в 70-е – 80-е годы прошлого века просто не смогли пройти этот участок.
Прогнозные ресурсы всей Сутамской рудной площади на момент проведения работ 2017 года составляли примерно 3 млрд. тонн руды. Сегодня мы с гордостью (и это не преувеличение, для настоящего геолога и геофизика это очень важно) можем говорить – по результатам аэромагниторазведочных работ прирост прогнозных ресурсов Сутамской площади составил примерно 200-300 млн.тонн – 10 % от уже опоискованных ранее.
На рис. 5 приведён план аномального магнитного поля участка работ. На северо-западе участка выделены две аномалии, не обнаруженные предшественниками. Следует пояснить ещё раз, что значит: «не обнаруженные предшественниками». При производстве предшествующих работ геофизики выполняли только наземную съёмку, или аэромагнитку – но по очень редкой сети профилей – из-за очень высокой стоимости производства работ. Наземная съёмка на некоторых площадях месторождения была физически невозможна – вследствие тотальной заболоченности участка. Именно из-за полной непроходимости участок на северо-западе месторождения был не изучен поисковыми работами.
Комплекс «Геоскан-401» с квантовым магнитометром позволил изучить ранее не исследованный участок за один день полётов. Результаты работ этого дня – существенный прирост прогнозных ресурсов огромного железорудного месторождения.
Когда-то давно, ещё подростком, я представлял себе, что бы было, если бы у наших воинов во время Бородинской битвы были пулемёты и танки, как бы повернулась история, если бы у северных народов XVIII – XIX веков были средства передвижения и орудия труда века двадцатого. В прошлом, 2017 году, я почувствовал себя подростком – на собственном опыте я знаю, что такое проходить 15 – 20 км. магниторазведочных профилей в день. И лёгкость получения информации, которую обеспечивает комплекс «Геоскан-401» - это из области наличия пулемётов у русских войск при Бородинской битве – фантастика, но в реальной жизни.
В заключение статьи необходимо осветить ещё один немаловажный аспект – воспроизводимость измерений, проще говоря – контроль. Позволю себе привести цитату из производственного отчёта по Сутамской площади: «Среднеквадратическая погрешность, вычисленная для массива данных без градиентных интервалов, составила 1,01 нТл. На практике автора отчёта это первый случай настолько низкой среднеквадратической погрешности измерений, выполненных в настолько большом объёме».
Среднеквадратическая погрешность для всего массива контрольных измерений составила 2,63 нТл, при допустимых 5 нТл. Среднее значение абсолютных погрешностей составило 0,022 нТл, что свидетельствует об отсутствии систематической ошибки измерений. На рис. 6 результаты контрольных замеров представлены в графическом виде. Рабочие измерения отображены синей линией на центральном графике, контрольные – в виде красных маркеров на этом же графике. Погрешность измерений настолько мала, что разницу в замерах можно увидеть только на выноске-увеличителе. На верхнем графике представлены значения абсолютной погрешности измерений, на нижнем графике – отклонение контрольных точек наблюдения от рабочих по трём осям координат. По графику абсолютной погрешности измерений (верхнему) очень хорошо видно, что максимальные погрешности измерений зафиксированы в интервалах высокого градиента магнитного поля и обусловлены погрешностями позиционирования контрольных замеров относительно рабочих. С учётом рекомендации «Инструкции по магниторазведке…» избегать выполнения контрольных замеров в высокоградиентных зонах, данные этих интервалов были удалены из таблицы контроля и среднеквадратическая погрешность вычислена заново.
В результате, как указывалось выше, среднеквадратическая погрешность, вычисленная для массива данных без градиентных интервалов, составила 1,01 нТл.
В завершение статьи, следует привести факты – за три месяца эксплуатации комплекса «Геоскан-401» с квантовым магнитометром были открыты три неизвестных ранее рудных тела на железорудных месторождениях Южной Якутии. Два из этих рудных тел могут соперничать по прогнозным ресурсам со средним месторождением. Без работ аэромагнитного комплекса подобные результаты были бы недостижимы – как с экономической точки зрения, так и физически.
Сясько А.А., горный инженер-геофизик, к.т.н., ООО «Нерюнгригеофизика»
О других способах применения технологий Геоскан в сфере горного дела можно узнать в соответствующем разделе.