航空重(磁)多參量梯度探測與反演技術(shù)研究進(jìn)展

馬國慶,王君楠,孟慶發(fā),孟兆海,秦朋波,王泰涵,李麗麗

1.吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,長春 130026

2.天津航海儀器研究所,天津 300131

3.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510000

0 引言

近些年,我國資源勘探開始趨向大區(qū)域、深部勘探。而常規(guī)地面測量在交通不便、人跡罕至的區(qū)域難以實(shí)施,還存在測量精度不能滿足要求、效率低等問題。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的逐漸成熟,航空重磁勘探開始投入實(shí)際應(yīng)用。航空重磁勘探是指將測量儀器(重力儀、磁力儀等)和一些輔助設(shè)備裝載在飛行器上,在測定區(qū)域上按照固定的測線對(duì)重力(梯度)數(shù)據(jù)或者磁(梯度、張量)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量的地球物理方法。與地面重磁勘探相比,航空重磁勘探具有特殊優(yōu)勢(shì):1)在一些對(duì)于地面重磁勘探來說探測困難的地區(qū)(森林、山脈、沙漠、沼澤等),航空重磁勘探仍然可以獲得高精度數(shù)據(jù);2)對(duì)于較大的探測區(qū)域,航空重磁勘探方法效率更高;3)航空重磁勘探的覆蓋區(qū)域更加完整。近些年,為了更加準(zhǔn)確地描述地下構(gòu)造,航空重磁勘探開始走向高精度、多參量測量發(fā)展,為地球多圈層、深部資源探測和國防等領(lǐng)域提供技術(shù)支撐[1-4]。

20世紀(jì)90年代,我國開始關(guān)注重磁多參量梯度探測技術(shù)的發(fā)展,各單位研制重力梯度儀和磁梯度儀[3, 5-10]。航空重磁多參量梯度探測將儀器搭載在飛行平臺(tái)上,在測量過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種誤差,影響后續(xù)的反演和解釋結(jié)果,為了提升測量結(jié)果的精度,更多學(xué)者對(duì)航空重磁多參量梯度探測的數(shù)據(jù)處理展開研究[3-4]。針對(duì)單獨(dú)反演的多解性問題,開始進(jìn)行重力和磁數(shù)據(jù)聯(lián)合反演。由于梯度數(shù)據(jù)有更高的水平分辨率,重磁及其梯度的協(xié)同反演可以更好地反映地下物性結(jié)構(gòu)[11]。

基于航空重(磁)多參量梯度探測技術(shù)的研究背景,本文首先系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外探測裝備的研究進(jìn)展,然后針對(duì)航空重磁梯度和張量數(shù)據(jù)的特點(diǎn),簡單介紹了數(shù)據(jù)處理流程和反演方法,接著結(jié)合應(yīng)用實(shí)例,分析了航空重(磁)多參量梯度探測技術(shù)的應(yīng)用前景,最后提出展望,以期推動(dòng)我國航空重磁梯度探測技術(shù)向?qū)嵱没l(fā)展。

1 航空重磁多參量梯度探測技術(shù)

1.1 航空磁力探測

航空磁力探測是最早發(fā)展起來、應(yīng)用最廣泛的航空物探方法。航空磁力探測方法通常是在飛機(jī)的前方或者四周伸出一個(gè)探桿,探桿上裝有磁力儀,在飛機(jī)內(nèi)部搭載日變儀、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行測高儀等輔助設(shè)備進(jìn)行測量。最早的航空磁測出現(xiàn)在1936年,蘇聯(lián)使用了旋轉(zhuǎn)線圈感應(yīng)式航空磁力儀開展探測工作,但是其結(jié)果精度不滿足要求[3]。二戰(zhàn)期間,美國因?yàn)樘綔y潛水艇的需要,發(fā)明了磁通門式航空磁力儀,靈敏度在1 nT左右,二戰(zhàn)結(jié)束后,航空磁測開始應(yīng)用于地質(zhì)探測領(lǐng)域,包括地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)探測等方面[3,6]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展逐步發(fā)展成熟,航空磁測技術(shù)目前已經(jīng)成功應(yīng)用于商業(yè)勘探[3,5]。

航空磁測的測量對(duì)象主要包括:1)地球總磁場強(qiáng)度(T)及其梯度(Tx、Ty、Tz);2)磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量(Bx、By、Bz);3)磁全張量梯度(Bxx、Bxy、Bxz、Byx、Byy、Byz、Bzx、Bzy、Bzz)。總磁場強(qiáng)度梯度代表磁場模量的空間變化率,磁全張量梯度代表磁感應(yīng)強(qiáng)度三分量的空間變化率(圖1)。與傳統(tǒng)的航磁總場測量相比,航磁梯度測量有以下優(yōu)點(diǎn):1)消除地磁日變影響,提高空間分辨率;2)提供更多的地下磁場信息,提高測量結(jié)果質(zhì)量[5]。

圖1 磁梯度及其張量梯度測量數(shù)據(jù)示意圖

1.2 航空重力測量

航空重力測量是以飛機(jī)為載體,綜合應(yīng)用重力儀或者加速度計(jì)和輔助設(shè)備,包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和測高、測姿設(shè)備來測定近地空重力加速度的測量方法[4]。航空重力勘探主要得到的測量數(shù)據(jù)有重力異常(gz)和重力張量梯度(gxx、gxy、gxz、gyx、gyy、gyz、gzx、gzy、gzz)。常規(guī)重力勘探得到的結(jié)果是重力位垂向一階導(dǎo)數(shù),用來表示重力異常,而重力梯度測量得到的是重力位的二階導(dǎo)數(shù),即重力張量,用來表示重力異常的變化率(圖2)。

圖2 重力梯度及其張量梯度測量數(shù)據(jù)示意圖

航空重力梯度測量技術(shù)始于19世紀(jì)末,匈牙利物理學(xué)家厄缶發(fā)明了扭秤,重力梯度測量開始進(jìn)入地球物理勘探鄰域[7]。20世紀(jì)90年代后,航空重力梯度測量開始逐步實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。隨著儀器精度的不斷提升,航空重力梯度測量技術(shù)因其高分辨率、高效率的優(yōu)勢(shì)快速發(fā)展。而重力全張量梯度測量最開始是為了滿足美國海軍的需要,繪制水下潛艇和導(dǎo)彈的位置。重力全張量梯度測量在20世紀(jì)90年代中期開始發(fā)展,隨著冷戰(zhàn)的結(jié)束,全張量梯度系統(tǒng)技術(shù)被允許商業(yè)化[8-9]。

重力梯度測量相比于重力測量,具有以下優(yōu)點(diǎn):1)重力梯度數(shù)據(jù)有更高的分辨率,可以反映地質(zhì)體的細(xì)節(jié);2)重力測量得到的是重力場的鉛垂分量,重力梯度測量可以獲得重力梯度張量中相互獨(dú)立的5個(gè)參數(shù),蘊(yùn)含更多的地下信息;3)重力梯度測量有較強(qiáng)的抗動(dòng)態(tài)干擾的能力,不易受到梯度儀搭載平臺(tái)加速度的影響,可以在運(yùn)動(dòng)情況下進(jìn)行測量,更適用于航空和海洋重力測量[10-11]。

2 航空重磁多參量梯度探測裝備

2.1 航空磁梯度儀

按照發(fā)展歷史,航空磁法探測技術(shù)可以分為3個(gè)階段[12-15](表1):1)航磁總場測量階段(20世紀(jì)40—70年代),學(xué)者們主要采用感應(yīng)式磁力儀等磁力儀進(jìn)行航磁總場測量(圖3);2)航磁總場以及三分量測量階段(20世紀(jì)70—90年代),此階段開始出現(xiàn)航磁三分量測量,學(xué)者們一般采用光泵磁力儀測量地磁場的水平和垂直梯度(圖4);3)航磁全張量梯度測量階段(20世紀(jì)90年代至今),除了航磁三分量測量,學(xué)者們開始進(jìn)行全張量梯度測量,一般采用磁通門磁力儀、高溫超導(dǎo)磁力儀、低溫超導(dǎo)磁力儀進(jìn)行。

表1 航空磁測發(fā)展歷程

據(jù)文獻(xiàn)[12]修改。

據(jù)文獻(xiàn)[12]修改。

2.1.1 國外發(fā)展

航磁梯度測量儀包括航磁三分量測量儀和航磁全張量梯度測量儀。航磁三分量測量系統(tǒng)包括吊艙式和硬架式兩種。吊艙式航磁三分量測量系統(tǒng)包含三軸梯度測量系統(tǒng)和水平梯度測量系統(tǒng),主要用來尋找與弱磁梯度異常相關(guān)的金、銀等貴金屬礦床,進(jìn)行地質(zhì)填圖和工程地質(zhì)測繪等工作。目前進(jìn)入商業(yè)化階段的三軸梯度測量系統(tǒng)包括3-axis AMG系統(tǒng)和Bluebird系統(tǒng):3-axis AMG系統(tǒng)來自于加拿大Geotech公司,靈敏度在4 pT左右,絕對(duì)測量精度小于3 nT[16];Bluebird系統(tǒng)由加拿大GEM公司研制,靈敏度可以達(dá)到0.7 pT。硬架式航磁三分量測量系統(tǒng)有直升機(jī)硬架式航磁總場水平梯度測量系統(tǒng)和固定翼航磁總場梯度測量系統(tǒng),前者適合在山地等復(fù)雜地形區(qū)使用,后者搭配于固定翼飛機(jī),更適合遠(yuǎn)程的高海拔作業(yè)。

航磁全張量梯度測量系統(tǒng)的研究是當(dāng)前的熱點(diǎn)問題,相比于總磁場梯度測量,航磁全張量梯度測量的結(jié)果包含更多信息。航磁全張量梯度測量工作一般采用磁通門磁力儀和超導(dǎo)磁力儀(SQUID),美國、澳大利亞、德國、俄羅斯等國正在積極地研究和開發(fā)超導(dǎo)磁力儀[17-20]。超導(dǎo)磁力儀可以分為高溫超導(dǎo)磁力儀(HTS-SQUID)和低溫超導(dǎo)磁力儀(LTS-SQUID)兩種,均使用液氮冷卻,溫度分別在77和4 K左右[9]。2004年,德國IPHT(institute for physical high-technology)首次采用低溫超導(dǎo)磁力儀(圖5)在南非進(jìn)行了飛行實(shí)驗(yàn)[21-23];同年,美國Oak Ridge國家實(shí)驗(yàn)室和Tristan技術(shù)公司開始將高溫超導(dǎo)磁力儀作為航空探測儀器。世界上第一臺(tái)高溫超導(dǎo)磁力儀設(shè)備于2010年被研發(fā)出來,澳大利亞CSIRO(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization)和五礦公司聯(lián)合研制了航空張量磁梯度儀GETMAG,而后澳大利亞DSTO(Defence Science and Technology Organisation)和CSIRO聯(lián)合研制了新型Mad系統(tǒng),命名為MAGSAFE[23]。該設(shè)備裝載的高溫超導(dǎo)磁探頭有較高的信噪比,可以測量極其微弱的磁場,而且具有較高的靈敏度,因此可以用來探測金剛石、鐵礦等稀有金屬礦床。該套系統(tǒng)被應(yīng)用于2013年南非探測中,測得的梯度數(shù)據(jù)噪聲水平達(dá)到10 pT/m[23]。

據(jù)文獻(xiàn)[17]修改。

航空磁測的搭載平臺(tái)分為有人機(jī)和無人機(jī)[24-28]。有人機(jī)飛行難度高、成本高、不適合低空工作;隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟,無人機(jī)(unmanned aerial vehicle, UAV)開始應(yīng)用于航空磁測(圖6)。近年來,無人機(jī)航磁測量系統(tǒng)因其安全性高、成本低、續(xù)航能力強(qiáng)等特點(diǎn)發(fā)展迅速。相比于有人機(jī),無人機(jī)航磁測量可以保持極低的飛行高度,獲得更高分辨率的磁及其梯度數(shù)據(jù)。許多國家都開展了無人機(jī)航磁測量設(shè)備技術(shù)的研發(fā),并取得了顯著成果[29]。

據(jù)文獻(xiàn)[28]修改。

目前用于航空磁力測量的無人機(jī)類型包括固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)等(圖7),其中固定翼無人機(jī)和多旋翼無人機(jī)較為常用[30]。

a. 單電機(jī)固定翼;b. 單旋翼直升機(jī);c. 四旋翼直升機(jī);d. 六旋翼直升機(jī)。據(jù)文獻(xiàn)[30]修改。

固定翼無人機(jī)具有續(xù)航時(shí)間長、速度快等優(yōu)點(diǎn),適用于大面積的快速測量,但是,它需要跑道才能起飛和降落,不適合低速和高分辨率測量;多旋翼無人機(jī)可以自動(dòng)執(zhí)行任務(wù),并且易于操作,具有地形跟隨功能,適用于小規(guī)模、高分辨率的測量,與中型和大型固定翼無人機(jī)相比,它相對(duì)便宜,但有效載荷能力差,飛行時(shí)間短;無人直升機(jī)可以垂直起降,可以根據(jù)任務(wù)需要改變飛行速度,適用于復(fù)雜地形或危險(xiǎn)區(qū)域執(zhí)行任務(wù),但因其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu),發(fā)生故障時(shí)會(huì)帶來更高的操作風(fēng)險(xiǎn)和維護(hù)成本。

英國Magsurvey公司在2003年首次進(jìn)行了無人機(jī)航磁測量,開發(fā)了Prion無人機(jī)航空磁力測量系統(tǒng)[29]。此后,全球許多公司開發(fā)了基于無人機(jī)平臺(tái)的航磁測量系統(tǒng),如荷蘭Fugre公司的GeoRanger-I[31]、加拿大UWG公司的Venturer[32]、日本YamahaMotor Co. Ltd公司的RMAX-G1[33]、瑞士和德國聯(lián)合開發(fā)的Scout B1-100[32]、德國的MD4-1000[34]以及加拿大女王大學(xué)集成的GJI S900[35-36]等(表2)。

表2 各國無人機(jī)航磁測量系統(tǒng)

2.1.2 國內(nèi)發(fā)展

建國初期,我國開始重視地學(xué)儀器研制事業(yè),1959年我國第一個(gè)地質(zhì)儀器專業(yè)生產(chǎn)廠——北京地質(zhì)儀器廠成立[37]。1960年,長春地質(zhì)學(xué)院開立了地質(zhì)儀器系,研制了我國第一臺(tái)航空核子旋進(jìn)式磁力儀和光泵磁力儀。而后,學(xué)者們?cè)?970年開始研發(fā)地球物理超導(dǎo)儀器,在1987年進(jìn)行了高溫超導(dǎo)磁力儀的研究[38]。

雖然我國的航磁全張量梯度測量起步較晚,與世界先進(jìn)水平差距較大,但是也在逐步開展工作。目前國內(nèi)有多家機(jī)構(gòu)在進(jìn)行超導(dǎo)磁力儀的研究,低溫超導(dǎo)磁力儀的研制較多。在國家重大科研裝備研制項(xiàng)目“深部資源探測核心裝備研發(fā)”支持下,中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息研究所研制出了航空低溫超導(dǎo)磁全張量測量系統(tǒng),在內(nèi)蒙古某區(qū)域進(jìn)行了飛行試驗(yàn),獲得了全張量磁梯度分布圖[39-40]。而高溫超導(dǎo)磁力儀研制難度較高,國內(nèi)研究較少,只有吉林大學(xué)和中國自然資源航空物探遙感中心組成的科研團(tuán)隊(duì)在開展工作,研發(fā)了吊艙式高溫超導(dǎo)全張量磁梯度測量儀,該儀器適用于直升機(jī),在江蘇省某區(qū)域開展了飛行試驗(yàn),獲得了全張量磁梯度分布圖,精度優(yōu)于±30 pT/m[2, 39-40]。

對(duì)于無人機(jī)航磁測量,為了滿足無人機(jī)對(duì)小型輕型航空磁力計(jì)的需求,Lu等[41]在2020年開發(fā)了國內(nèi)首個(gè)功能性固定翼和多旋翼無人機(jī)航空地球物理測量系統(tǒng)——微型航空磁力系統(tǒng)(圖8),并于2021年應(yīng)用于CH-3無人機(jī),成功完成了中國南方已知銅金礦床周圍的實(shí)驗(yàn)測量,測量結(jié)果為礦區(qū)周邊的探礦工作提供了直觀有效的信息。微型航空磁力系統(tǒng)由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(global navigation satellite system,GNSS)天線、微型航空磁力系統(tǒng)(the miniature aerial magnetic system of IGGE (institute of geophysical and geochemical exploration), iMAMS)、遙控天線、雷達(dá)高度計(jì)、磁通門磁力儀等組成,其中iMAMS是一個(gè)自行設(shè)計(jì)的系統(tǒng),包括以下主要組件:前端模擬組件、信號(hào)轉(zhuǎn)換組件、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的同步和觸發(fā)組件、主卡和電源組件。

2.2 航空重力梯度儀

2.2.1 國外發(fā)展

截止到現(xiàn)在,國際上正處于研究階段的航空重力梯度儀可以分為旋轉(zhuǎn)加速計(jì)重力梯度儀、超導(dǎo)重力梯度儀、冷原子重力梯度儀等[42-44]。

1970年,為了響應(yīng)美國軍方號(hào)召,美國Hughes公司、Draper實(shí)驗(yàn)室和Bell Aerospace公司參與了動(dòng)態(tài)重力梯度儀的競標(biāo),分別研制出旋轉(zhuǎn)重力梯度儀、液浮重力梯度儀和旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀,最終Bell Aerospace公司在競爭中勝出。從此旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)航空重力梯度儀成為近地表移動(dòng)平臺(tái)重力梯度測量系統(tǒng)(圖9)。

a. 重力梯度儀及慣性平臺(tái);b. 全套重力梯度儀;c. 重力梯度儀航空測量平臺(tái)。據(jù)文獻(xiàn)[42]修改。

旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀有4個(gè)加速度計(jì),它們到中心的距離相等,位置相對(duì)的2個(gè)加速度計(jì)敏感軸方向相反,2對(duì)加速度計(jì)連線正交,圓盤以固定的角速度旋轉(zhuǎn)。2個(gè)相對(duì)的加速度計(jì)輸出求和可以消除共模線加速度的影響,再對(duì)輸出的和信號(hào)求差可以消除角速度的影響,對(duì)重力梯度儀輸出信號(hào)進(jìn)行濾波和解調(diào),就可以得到重力梯度分量[45]。

20世紀(jì)90年代,澳大利亞BHP Billiton公司和美國Lockheed Martin公司聯(lián)合研制了基于加速度計(jì)的部分張量航空重力梯度測量系統(tǒng)FALCON(圖10),其旋轉(zhuǎn)軸接近垂直,并在1999年投入實(shí)際使用[46-47]。自重力梯度測量實(shí)際應(yīng)用以來的第二個(gè)突破是FALCON系統(tǒng)的小型化。2005年,FALCON系統(tǒng)升級(jí)為數(shù)字電子設(shè)備,因此重量和尺寸大大減少,使FALCON系統(tǒng)成功地在小型直升機(jī)、單引擎和多引擎固定翼飛機(jī)(圖10)上進(jìn)行了常規(guī)飛行,測量結(jié)果的靈敏度和空間分辨率顯著提高,對(duì)陡峭崎嶇地形的適用性更高[46-48]。

a. 塞斯納大篷車;b. Dash-7;c.Aerospatiale 350-B3直升機(jī)。據(jù)文獻(xiàn)[46]修改。

2002年,Lockheed Martin公司研制了全張量重力梯度測量系統(tǒng)Air-FTG,而后美國Bell Aerospace公司在2003年首次將其用于商業(yè)勘探[48-49]。英國ARKeX公司于2005年從Lockheed Martin公司獲得了重力梯度全張量(full tensor gradient,FTG)技術(shù),研制了全張量重力梯度測量系統(tǒng)FTGeX[42, 50]。

20世紀(jì)90年代,來自美國斯坦福大學(xué)的Paik等人開始研制航空超導(dǎo)重力梯度儀。為了突破旋轉(zhuǎn)加速計(jì)梯度儀的分辨率極限,馬里蘭大學(xué)(圖11)和加拿大的Gedex公司等多家機(jī)構(gòu)在2002年競相研制航空超導(dǎo)重力梯度儀,然而過程并不順利,迄今為止,各家機(jī)構(gòu)都處于攻關(guān)階段,航空超導(dǎo)重力梯度儀的研制仍具有廣闊的發(fā)展前景[52-53]。

據(jù)文獻(xiàn)[51]修改。

冷原子重力梯度儀在近些年迅速發(fā)展,它以冷原子干涉技術(shù)為核心,可以測量出重力梯度絕對(duì)值,具有高精度、無偏差、低漂移、自校準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)[51-54]。

美國斯坦福大學(xué)于1991年首次實(shí)現(xiàn)冷原子物質(zhì)波干涉,先后研制了冷原子重力儀和冷原子重力梯度儀。

2.2.2 國內(nèi)發(fā)展

航空重力梯度儀遭到了國外全面的技術(shù)封鎖,在國內(nèi)發(fā)展較慢,在國家“十三五”被列為重點(diǎn)項(xiàng)目[55-56]。目前,航空重力梯度儀的研制效仿國外的路線,現(xiàn)在有多家單位參與研制,包括華中科技大學(xué)、天津航海儀器研究所和北京航天控制儀器研究所等。天津航海儀器研究所研發(fā)了基于旋轉(zhuǎn)式加速度計(jì)的重力梯度儀樣機(jī),在2017—2021年對(duì)黑龍江哈爾濱、內(nèi)蒙古鄂托克前旗、海南三亞、內(nèi)蒙古通遼等地開展了航空重力測量試驗(yàn)(圖12),實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到國家先進(jìn)水平[57-59]。隨后華中科技大學(xué)在2022年也成功研制了旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)式重力梯度儀樣機(jī),實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)條件下達(dá)到了10 E分辨率[60]。

據(jù)文獻(xiàn)[57]修改。

3 航空重磁多參量梯度探測數(shù)據(jù)處理技術(shù)

3.1 航空磁梯度數(shù)據(jù)處理技術(shù)

航磁全張量梯度數(shù)據(jù)處理流程主要包括噪聲濾波、數(shù)據(jù)調(diào)平、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、航磁補(bǔ)償、姿態(tài)校正等步驟(圖13)。

圖13 航磁全張量梯度數(shù)據(jù)處理流程圖

航磁補(bǔ)償是指去除地磁場和載體平臺(tái)的磁干擾以及傳感器誤差的過程。磁力儀搭載在飛機(jī)上,飛機(jī)本身就是磁性體,不可避免地會(huì)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生磁干擾。在航磁測量中,飛機(jī)自身姿態(tài)變化也會(huì)產(chǎn)生磁干擾。磁干擾的頻率在磁力儀的測量范圍內(nèi),不能通過濾波的方式解決,因此必須補(bǔ)償?shù)暨@部分磁干擾的影響值。航磁補(bǔ)償包含3個(gè)部分:1)飛行器上磁性物質(zhì)的干擾;2)飛行器產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的干擾;3)飛行器閉合電路切割地磁場產(chǎn)生的渦流干擾[60-67]。

航磁總場的補(bǔ)償公式可以表示為

Ht=H1+H2+H3。

(1)

式中:Ht為磁干擾的總強(qiáng)度;H1、H2、H3分別為恒定磁場、感應(yīng)磁場、渦流磁場的強(qiáng)度。H1、H2、H3可以分別表示為

H1=c1cosX+c2cosY+c3cosZ;

(2)

(3)

(4)

式中:T為地球總磁場強(qiáng)度;ci為待定系數(shù),i=1,2,…,18;X、Y、Z分別為地磁場矢量與飛機(jī)軸橫向、縱向、垂向的夾角,可以通過慣導(dǎo)系統(tǒng)求得; (cosX)′、(cosY)′、(cosZ)′分別為夾角相對(duì)于基準(zhǔn)面的微分算子。從航磁總場的補(bǔ)償公式可以推得航磁三分量測量和航磁張量梯度測量的補(bǔ)償公式。當(dāng)確定ci后,得到補(bǔ)償值,從測量值中減去該值,即完成飛機(jī)姿態(tài)補(bǔ)償校正[68]。

航磁全張量梯度測量的數(shù)據(jù)處理不需要做日變改正。指航磁總場數(shù)據(jù)會(huì)受到周日變化、短周期擾動(dòng)的變化磁場的影響,為了消除這種影響,航磁總場數(shù)據(jù)需要做日變改正[67-71]。全張量磁梯度數(shù)據(jù)幾乎不受日變干擾的影響,所以不需要做日變改正。

數(shù)據(jù)調(diào)平是指磁場水平調(diào)整。在測量過程中,飛行器飛行高度和方向改變、起算點(diǎn)磁場選擇誤差等因素會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾,調(diào)平可以將數(shù)據(jù)值范圍調(diào)整到正常水平,調(diào)平結(jié)果會(huì)直接影響反演和解釋的精度?，F(xiàn)在全張量磁梯度數(shù)據(jù)調(diào)平的相關(guān)研究較少,主要采用切割線調(diào)平、微調(diào)平和偽切割線調(diào)平等方法[69-71]。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是指地理坐標(biāo)系、地心坐標(biāo)系、導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的互相轉(zhuǎn)換,目的是將不同坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一坐標(biāo)系,方便后續(xù)計(jì)算[71]。

3.2 航空重力梯度數(shù)據(jù)處理技術(shù)

航空重力梯度測量是通過飛行平臺(tái)上的重力梯度儀進(jìn)行測量工作,測量得到的重力張量梯度結(jié)果會(huì)受到載體側(cè)線誤差、載體姿態(tài)誤差、重力梯度儀觀測誤差以及載體自引力誤差等誤差的影響。為了減小測量結(jié)果誤差,航空重力梯度數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)檢查、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、偏心校正、地形改正、數(shù)據(jù)濾波等[72-76](圖14)。

圖14 航空重力數(shù)據(jù)處理示意圖

常用坐標(biāo)系有實(shí)用慣性坐標(biāo)系、地固坐標(biāo)系、當(dāng)?shù)厮阶鴺?biāo)系、載體坐標(biāo)系等,它們之間可以進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。如果采用GPS定位,需要將GPS WGS84坐標(biāo)系的坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到用戶目標(biāo)坐標(biāo)系[77-83]。

在航空重力梯度測量過程中,載體的姿態(tài)很難穩(wěn)定,三方向姿態(tài)角極易發(fā)生變化[84-88]。由于位于穩(wěn)定平臺(tái)上的重力梯度儀并不隨著飛機(jī)飛行姿態(tài)的改變發(fā)生方向變化,因此在飛行過程中,飛行姿態(tài)改變和燃油消耗會(huì)導(dǎo)致梯度儀周圍產(chǎn)生體積分布和質(zhì)量分布的變化,使得重力梯度儀的周圍梯度發(fā)生改變,嚴(yán)重影響重力梯度測量的精度和準(zhǔn)確性。因此,需要對(duì)飛機(jī)的姿態(tài)變化和燃油消耗產(chǎn)生的梯度變化值進(jìn)行計(jì)算和補(bǔ)償,即偏心校正,使航空重力梯度儀的結(jié)果更接近實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)[1,89-92]。

航空重力梯度測量以高速飛行器作為測量支持,這意味著數(shù)據(jù)采集是在飛機(jī)移動(dòng)時(shí)進(jìn)行的,因此數(shù)據(jù)或多或少會(huì)受到各種外部因素的干擾,例如飛機(jī)的起伏、外部氣流、內(nèi)部電流不穩(wěn)定等[93-94]。同時(shí),在長時(shí)間測量中,傳感器在溫度等環(huán)境因素的影響下可能會(huì)發(fā)生變化。數(shù)據(jù)處理也會(huì)產(chǎn)生額外噪聲,包括地形校正、調(diào)平和網(wǎng)格化的誤差。因此,航空重力異常數(shù)據(jù)不可避免地包含大量噪聲,這些噪聲大多數(shù)是高頻噪聲。地球表面的重力梯度為3 500～4 500 E,而地下異常體引起的重力梯度異常大約為10 E,為了保證測量數(shù)據(jù)的可用性,重力梯度儀的噪聲不能超過14 E/Hz,所以需要對(duì)重力梯度儀的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。目前采用的濾波方法有FIR(finite impulse response)數(shù)字帶通濾波、卡爾曼濾波、克里金分析方法等[93-96]。FIR濾波器是航空重力梯度測量的數(shù)據(jù)處理常用的低通濾波器,可以用于去除重力梯度異常信號(hào)的所有高頻信息,以便僅保留低頻信號(hào)。FIR濾波器的原理可以用差分方程表示:

(5)

式中:x(n-k)為輸入序列;y(n)為濾波器系列;h(k)為濾波器系數(shù);N為濾波器長度。如果有用的重力信號(hào)和噪聲之間沒有明顯的過渡,就很難消除重疊部分的噪聲。為了保留更多有用信息,Zou等[92]在2016年加入卡爾曼濾波器,通過和FIR低通濾波器級(jí)聯(lián)處理重力異常數(shù)據(jù),提高了計(jì)算精度。傳統(tǒng)的低通濾波器需要選擇參數(shù),而克里金分析方法對(duì)于地質(zhì)特征明顯的區(qū)域處理效果較好。趙德軍等[96]在2021年將該方法首次應(yīng)用于重力梯度數(shù)據(jù)降噪,明顯提高了精度。

4 重(磁)原始及其張量梯度的多參量數(shù)據(jù)協(xié)同反演技術(shù)

4.1 磁及其梯度協(xié)同反演

磁總場數(shù)據(jù)可以很好地保留深源場的異常特征,磁梯度數(shù)據(jù)能夠突出淺源地質(zhì)體特征,而且具有更高的水平分辨率。金屬礦產(chǎn)資源一般具有較高的磁異常響應(yīng),因此在金屬資源勘察中常常采用磁及其梯度的協(xié)同反演方法。磁及其梯度協(xié)同反演主要包含2種方法:第一種是數(shù)據(jù)約束,將原始磁總場數(shù)據(jù)和磁梯度數(shù)據(jù)放在同一個(gè)矩陣中,通過改變權(quán)重來提升反演精度;第二種是結(jié)構(gòu)約束,一般是在目標(biāo)函數(shù)中加入磁梯度的交叉梯度項(xiàng),可以提高結(jié)果分辨率[2, 97-98]。常規(guī)的磁總場和梯度協(xié)同反演的目標(biāo)函數(shù)為

(6)

式中:dΔT為磁總場數(shù)據(jù);dΔTx、dΔTy、dΔTz分別為x、y、z方向的磁總場梯度數(shù)據(jù);GΔT、GΔTx、GΔTy、GΔTz為連接磁總場數(shù)據(jù)、磁總場梯度數(shù)據(jù)和物性參數(shù)的核函數(shù)矩陣;δ為正則化系數(shù);κ為磁化率;W為磁總場及其梯度協(xié)同反演的模型加權(quán)矩陣。W可以表示為

(7)

對(duì)于磁及其梯度的結(jié)構(gòu)約束,相當(dāng)于在目標(biāo)函數(shù)中加入自結(jié)構(gòu)約束項(xiàng),可以寫為

(8)

4.2 重力及其梯度協(xié)同反演

航空重力勘探可以得到重力和重力梯度兩種數(shù)據(jù),雖然兩者都反映地質(zhì)體密度,但是重力數(shù)據(jù)反映深層信息,重力梯度數(shù)據(jù)反映淺層信息,因此將兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同反演可以提高對(duì)地質(zhì)體的分辨率。對(duì)于重力及其梯度的協(xié)同反演,現(xiàn)在多基于數(shù)據(jù)約束來實(shí)現(xiàn)協(xié)同反演,將兩種數(shù)據(jù)放在同一個(gè)矩陣內(nèi)[99]。

Zhadanov等[100]在2002年提出一種基于正則化聚焦反演的重力張量梯度反演方法。Capriotti等[101]在2014年將自適應(yīng)加權(quán)函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)協(xié)同反演。2017年,Zhdanov等[102]提出了基于共軛梯度的正則化反演方法。而后張镕哲[98]在2021年實(shí)現(xiàn)了三維重力及其梯度協(xié)同反演方法。2019年,高秀鶴[2]等實(shí)現(xiàn)了基于協(xié)克里金的重力及其梯度協(xié)同反演方法。但是數(shù)據(jù)聯(lián)合的方式會(huì)使得結(jié)果分辨率偏低,所以Ma等[103]在2021年推導(dǎo)了重力及其梯度協(xié)同密度反演方法(圖15),并將其應(yīng)用于廬樅實(shí)際地區(qū)。

據(jù)文獻(xiàn)[104]修改。

基于交叉梯度的重力及其梯度協(xié)同反演方法的目標(biāo)函數(shù)可以表示為

(9)

式中:m(1)和m(2)分別為重力及其梯度的密度參數(shù);G(1)和G(2)分別為重力及其梯度的核函數(shù)矩陣;d(1)和d(2)分別為重力及其梯度異常;Wd和Wm分別為重力和重力梯度數(shù)據(jù)的權(quán)矩陣;λ為交叉梯度項(xiàng)系數(shù),在每次迭代時(shí)進(jìn)行優(yōu)化;Φcross(m(1),m(2))為交叉梯度項(xiàng)。首先經(jīng)過密度反演得到2個(gè)模型。然后采用取平均值、波數(shù)域轉(zhuǎn)換等方法將兩個(gè)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。對(duì)于波數(shù)域方法,小波變換需要人為選擇階數(shù),可以采用傅里葉變換方法。最后對(duì)融合模型進(jìn)行正則化,也可以直接將兩種模型取平均值。與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)組合聯(lián)合反演方法相比,重力及其梯度的協(xié)同密度反演方法可同時(shí)獲得更高分辨率、更精確的深層目標(biāo)密度分布[104]。

5 航空重磁數(shù)據(jù)聯(lián)合反演技術(shù)

對(duì)不同的航空地球物理測量數(shù)據(jù)進(jìn)行反演,可以得到不同的地質(zhì)信息,例如重力數(shù)據(jù)可以反映密度信息,磁性數(shù)據(jù)可以反映磁性信息;但是由于實(shí)際應(yīng)用中觀測點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于剖分塊數(shù),會(huì)導(dǎo)致反演的多解性問題。針對(duì)地球物理數(shù)據(jù)單獨(dú)反演的多解性問題,可以通過聯(lián)合反演來解決。對(duì)比單獨(dú)反演,聯(lián)合反演的多種數(shù)據(jù)所包含的噪聲也可以互補(bǔ)[105-107]。

聯(lián)合反演根據(jù)下降方法可以分為同時(shí)聯(lián)合反演和順序聯(lián)合反演。將兩種觀測數(shù)據(jù)的影響項(xiàng)加入到同一目標(biāo)函數(shù),共同下降,此方法稱為同時(shí)聯(lián)合反演(圖16);也可以選擇把觀測數(shù)據(jù)分為兩種目標(biāo)函數(shù),交替下降,此方法被稱為順序聯(lián)合反演方法(圖17)[108-110]。

據(jù)文獻(xiàn)[108]修改。

據(jù)文獻(xiàn)[108]修改。

以重磁兩種觀測數(shù)據(jù)為例,同時(shí)聯(lián)合反演的目標(biāo)函數(shù)公式為

(10)

式中:m1和m2為不同的物性參數(shù);Φd1和Φd2為數(shù)據(jù)擬合項(xiàng);Φm1和Φm2為模型約束項(xiàng);Φj為聯(lián)合反演的結(jié)構(gòu)耦合項(xiàng);λm1、λm2、λj1、λj2、λd1、λd2、λj分別為各項(xiàng)約束的所占比重。順序聯(lián)合反演公式為:

(11)

聯(lián)合反演根據(jù)不同類觀測數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的物理模型是否相同、相關(guān),可以分為3類。首先,地球物理數(shù)據(jù)聯(lián)合反演的實(shí)現(xiàn)必須保證不同觀測數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的是同源場。最簡單的聯(lián)合反演就是不同地球物理數(shù)據(jù)反映的物性相同,例如重力及其梯度聯(lián)合反演都是密度屬性,磁及其梯度聯(lián)合反演都是磁化強(qiáng)度屬性。但是很多時(shí)候需要建立對(duì)應(yīng)不同物性參數(shù)觀測數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演,這類聯(lián)合反演根據(jù)耦合方式可以分為2類:巖石物理耦合方式和結(jié)構(gòu)耦合方式。巖石物理耦合的聯(lián)合反演是指不同測量數(shù)據(jù)雖然對(duì)應(yīng)不同的物性參數(shù),但是可以建立數(shù)學(xué)相關(guān)性,這種巖石物理來自于經(jīng)驗(yàn)公式、概率統(tǒng)計(jì)、理論關(guān)系;但是此方法有局限性,當(dāng)?shù)叵陆Y(jié)構(gòu)過于復(fù)雜時(shí),很難建立準(zhǔn)確的物性之間的表達(dá)式?，F(xiàn)在的聯(lián)合反演大多數(shù)是結(jié)構(gòu)耦合的聯(lián)合反演,測量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的物理模型不同,也沒有一定的數(shù)學(xué)相關(guān)性,此時(shí),由于不同的異常產(chǎn)生于同一個(gè)地質(zhì)體,數(shù)據(jù)有結(jié)構(gòu)相關(guān)性,例如基于交叉梯度約束和格拉姆約束的聯(lián)合反演方法[108-111]。

5.1 基于交叉梯度約束的航空重磁聯(lián)合反演

傳統(tǒng)的聯(lián)合反演方法需要提前知道不同物性參數(shù)的關(guān)系式,但是在實(shí)際應(yīng)用中,不同物性參數(shù)的關(guān)系式往往過于復(fù)雜,難以寫出,從而提出基于交叉梯度約束的航空重磁聯(lián)合反演。交叉梯度約束通過使用交叉梯度項(xiàng)最小化參數(shù)函數(shù)來加強(qiáng)不同物理性質(zhì)之間的結(jié)構(gòu)相似性[112]。交叉梯度函數(shù)形式為

t(x,y,z)=?m1(x,y,z)×?m2(x,y,z)。

(12)

交叉梯度方法最初由Gallardo等[113]在2003年引入,用于電阻率斷層掃描和地震數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演,并已成功應(yīng)用于許多其他反演。第一個(gè)用于重力和磁性數(shù)據(jù)的交叉梯度聯(lián)合反演算法由Fregoso等[114]在2009年提出,對(duì)于重力和總磁強(qiáng)度數(shù)據(jù)的交叉梯度聯(lián)合反演,他們結(jié)合了奇異值分解(SVD)和其他常規(guī)正則化約束,以確定密度和磁化率的三維分布,并增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)相似性。而后Fregoso等[115]在2015年將歐拉反卷積方法引入重力和磁數(shù)據(jù)的交叉梯度聯(lián)合反演中,并與單獨(dú)反演結(jié)果進(jìn)行比較,增加了反演結(jié)果的深部分辨率,將該方法成功應(yīng)用于墨西哥Sebastian Vizcaino灣。Joulidehsar等[116]在2018年開發(fā)了一種增強(qiáng)的基于重力和總磁強(qiáng)度數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演算法,提高了計(jì)算效率。2019年Gross[117]介紹了在二維平面上的重力和磁異常數(shù)據(jù)的加權(quán)交叉梯度聯(lián)合反演,正則化項(xiàng)是二階相關(guān)函數(shù),而交叉梯度是四階相關(guān)函數(shù),為了克服交叉梯度項(xiàng)相對(duì)于正則化項(xiàng)衰減更快從而導(dǎo)致失去相關(guān)性的問題,通過交叉梯度的局部加權(quán),顯著提高了結(jié)構(gòu)相似性。為了提高反演效率,Zhang等[118]在2020年通過求解由數(shù)據(jù)加權(quán)項(xiàng)、正則化約束項(xiàng)和由結(jié)構(gòu)耦合引起的交叉梯度項(xiàng)組成的目標(biāo)函數(shù),提出一種重力和磁數(shù)據(jù)快速結(jié)構(gòu)聯(lián)合反演算法,可以有效地提高異常位置反演的準(zhǔn)確性。這些交叉梯度聯(lián)合反演的研究使用不精確的結(jié)構(gòu)相似性方法。

5.2 基于格拉姆約束的航空重磁聯(lián)合反演

Zhdanov等[119]在2012年提出了基于格拉姆約束的正則化重磁聯(lián)合反演方法,該方法不需要先驗(yàn)地了解不同模型參數(shù)和/或其屬性之間的具體經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)關(guān)系,基本思想是通過格拉姆矩陣給出不同物性模型的結(jié)構(gòu)相關(guān)性表達(dá),再對(duì)基于不同物性模型的格拉姆行列式進(jìn)行最小化[109, 120-121]。

Lin等[122]在2018年提出一種基于格拉姆約束的重磁數(shù)據(jù)聯(lián)合反演方法,在密度和磁化率分布中提供統(tǒng)一的空間邊界,有效確定異常體的形狀、位置和物理性質(zhì)。結(jié)果表明,該方法可以有效地應(yīng)用于航空重磁數(shù)據(jù)的聯(lián)合反演。格拉姆行列式表示為

(13)

式中:m(1)和m(2)為不同的物性向量;L為轉(zhuǎn)換因子,可以將模型參數(shù)m(1)和m(2)轉(zhuǎn)到其他空間,表示為Lm(1)和Lm(2);(·,·)代表向量內(nèi)積。當(dāng)L=1時(shí),將物性參數(shù)放入格拉姆矩陣中,此時(shí)為物性格拉姆矩陣;當(dāng)L=?時(shí),將物性求取梯度后放入矩陣,此時(shí)為物性梯度格拉姆矩陣[123-125]。

6 航空重磁及其多參量技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著社會(huì)需求和科學(xué)發(fā)展的不斷增長,地下水、礦產(chǎn)和能源的近地表勘探前景正在迅速變化,幾十年來對(duì)自然資源的不斷探索迫使我們?cè)诟畹牡叵?、海洋和泥火山周圍尋找這些資源。目前對(duì)深層地下資源的認(rèn)識(shí)還很少,特別是對(duì)自然資源的勘探[27,126],航空重磁多參量梯度探測可以幫助我們更好地了解深層構(gòu)造。

航空重力梯度探測在地球物理勘探方面具有廣泛的應(yīng)用,比如可以用來識(shí)別地下構(gòu)造、尋找礦產(chǎn)資源[127]。Zhdanov等[128]在2004年研究了一種基于正則化聚焦反演的張量重力場分量數(shù)據(jù)解釋新方法,并應(yīng)用于澳大利亞昆士蘭州坎寧頓Ag-Pb-Zn礦體的重力梯度數(shù)據(jù),與鉆探結(jié)果的對(duì)比表明重力梯度測量可以顯著提高礦產(chǎn)勘查的結(jié)果分辨率。Beiki[129]在2010年基于張量歐拉反卷積算法研究了南非弗里德堡的撞擊結(jié)構(gòu),估計(jì)了源的位置。王婷一[110]在2021年推導(dǎo)了重力及其垂直梯度交叉約束聯(lián)合密度結(jié)構(gòu)反演方法,對(duì)遼源采空區(qū)應(yīng)用此方法,找出了6個(gè)采空區(qū),與已知采空區(qū)位置一致,同時(shí)對(duì)長白山的航空重力及其梯度數(shù)據(jù)進(jìn)行反演,確立了巖漿囊的位置,與其他地球物理數(shù)據(jù)反演位置大概一致。針對(duì)不同類型的礦床,Dubey等[130]在2023年開發(fā)了一種基于粒子群算法的航空重力和重力梯度聯(lián)合反演方法,分別應(yīng)用于3個(gè)地區(qū):美國路易斯安那州海上鹽丘、加拿大魁北克省諾蘭達(dá)礦區(qū)和瑞典韋斯特曼省的Karrbo地區(qū),并驗(yàn)證了算法的有效性。喬中坤等[131]于2023年使用加拿大CG-6石英彈簧重力儀和美國的Burris重力儀在浙江工業(yè)大學(xué)某處后山進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了重力梯度測量對(duì)地下空間探測的有效性。重力梯度測量也可以應(yīng)用于計(jì)算大地水準(zhǔn)面[132]、檢測地下二氧化碳的分布,以及軍事領(lǐng)域,如航空器和潛水艇的導(dǎo)航系統(tǒng)等。

對(duì)于航空磁梯度探測,磁梯度數(shù)據(jù)可以用于探測小型目標(biāo)體,包括查明水下或者地下鐵磁管線和電纜線路的分布、走向等[133],例如崔海波等[134]在2023年將磁梯度法應(yīng)用于天津某深埋平行燃?xì)夤芫€探測,成功地定位了管線位置。航空磁及其梯度測量也可以用來尋找礦產(chǎn),例如氧化鐵-銅-金(FeO-Cu-Au)礦床、矽卡巖、塊狀硫化物和重礦砂等;還有用于定位有利的母巖或環(huán)境,例如碳酸鹽巖、金伯利巖、斑巖侵入體、斷層和熱液蝕變,以及遠(yuǎn)景區(qū)域的一般地質(zhì)測繪[41]。航空磁及其梯度測量也可以在軍事領(lǐng)域中應(yīng)用,磁性物體定位技術(shù)在航空飛機(jī)或水下航行器等自動(dòng)化監(jiān)視和安全系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用,可以用于定位未引爆彈藥的位置等[135]。Hu等[136]在2018年提出了一種基于磁場矢量及其梯度張量(MGT)的水下多物體定位方法,通過求解一組加權(quán)正則化的非線性方程,自動(dòng)檢測多個(gè)不同磁矩大小的運(yùn)動(dòng)物體的中心位置和多余的磁矩。航空磁測的另一個(gè)重要經(jīng)濟(jì)用途是繪制埋藏火成巖體的地圖,另外,在區(qū)域勘探中,磁梯度探測對(duì)于了解構(gòu)造環(huán)境非常重要[5,137-138]。

7 展望

航空重磁梯度、張量測量能更準(zhǔn)確地描述地質(zhì)體分布,未來重磁勘探會(huì)逐漸走向多參量化測量發(fā)展,因此在設(shè)備研制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)反演和勘探應(yīng)用方面會(huì)迎來諸多挑戰(zhàn)。

1)在設(shè)備研制方面:發(fā)展基于量子、超導(dǎo)、MEMS(micro electromechanical system)等新一代航空重磁多梯度測量裝備,突破關(guān)鍵器件精度和靈敏度的限制;面向便攜化測量,開發(fā)重力和磁張量梯度小型化、輕量化裝備,從而有效搭載在無人機(jī)平臺(tái)開展測量,擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。

2)在數(shù)據(jù)處理方面,針對(duì)運(yùn)動(dòng)環(huán)境下重磁張量梯度數(shù)據(jù)噪聲頻帶范圍大的特點(diǎn),建立智能化數(shù)據(jù)處理方法,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高質(zhì)量獲取。

3)在數(shù)據(jù)反演方面,挖掘重磁張量梯度數(shù)據(jù)反演分辨率的數(shù)據(jù)潛力,突破深度與分辨率的限制,有效實(shí)現(xiàn)反演精度的提升。

4)在勘探應(yīng)用方面,應(yīng)用衛(wèi)星重磁梯度、張量測量,面向深空探測,攻關(guān)衛(wèi)星測量環(huán)境下重磁張量梯度測量設(shè)備以及智能化數(shù)據(jù)處理與反演算法。