無人機航磁測量技術在滄州火山巖調查中的應用

摘" 要：為了滿足國家重點工程在滄州東部沿海地區基巖選址需求，該文基于該區域火山巖及其磁性特征，結合1∶10萬無人機高精度航磁測量技術對火山巖分布進行研究。通過對比研究多方法數據處理結果，針對實測航磁數據先利用剩余異常開展解析信號、正則化傾斜角處理大致圈定工作區中玄武巖、火山巖的范圍，最后結合磁場特征圈定火山通道。結果表明，在小山地區有6片玄武巖、香坊地區有6片強磁性玄武巖區和多片中等磁性火山巖區，且香坊地區的火山通道為長軸北東向展布的橢圓狀，中間為強磁性火山巖。

關鍵詞：滄州東部；航磁測量；火山巖；火山通道；調查

中圖分類號：P587" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）05-0163-06

Abstract： In order to meet the site selection needs of key national projects in the eastern coastal area of Cangzhou， this paper studied the distribution of volcanic rocks based on volcanic rocks and their magnetic characteristics in the area， combined with 1：100，000 drone high-precision aeromagnetic measurement technology. By comparing and studying the data processing results of multiple methods， based on the measured aeromagnetic data， the remaining anomalies are used to analyze the signals and regularize the tilt angle processing to roughly delineate the range of basalt and volcanic rocks in the work area， and finally the volcanic channel is delineated based on the characteristics of the magnetic field. The results show that there are 6 basalt sheets in the Xiaoshan area， 6 strong magnetic basalt sheets and multiple isomagnetic volcanic rock sheets in the Xiangfang area， and the volcanic channel in the Xiangfang area is elliptical with its long axis spreading in the northeast direction， with strong magnetic volcanic rocks in the middle.

Keywords： eastern Cangzhou; aeromagnetic survey; volcanic rock; volcanic channel; investigation

河北境內第四紀火山巖主要分布在滄州、孟村-鹽山、海興-小山、海興南-大山及黃驊東部等地的更新世地層中[1-2]。其中除海興小山由基性火山碎屑巖組成及高出地表36 m的錐狀火山外，其余均隱伏于平原之下，層位較穩定。由于國家重點工程選址需求，需要了解滄州東部的黃驊、海興、鹽山一帶隱伏火山巖分布情況[3]。

近年來，無人機航測技術憑借無人機體積小、機動靈活、易于操作等特點逐漸在工程應用領域得到廣泛使用，成熟的數據校正和調平技術、航磁數據計算處理方法進一步推動了無人機航測技術的大范圍應用[4-6]。

因此，本文基于滄州東部既有巖石磁參數特征，結合1∶10萬無人機高精度航磁測量技術，對滄州東部地區進行航磁數據采集并校正和調平，磁化極轉換、剩余異常提取、總水平梯度（THDR）和解析信號（ASM）計算、正則化傾斜角（R-Ta）處理等，對研究區域火山巖的分布范圍及玄武巖的邊界、火山通道的具體位置進行了大致圈定，為工程選址、設計施工提供了重要的借鑒意義和參考價值。

1" 地質及巖石磁參數特征

1.1" 區域地質背景

針對滄州東部的研究區域（工作區）主要位于：華北地臺（Ⅰ）東北部的渤海灣裂陷盆地（Ⅱ）的中東部，跨黃驊坳陷（Ⅱ5）和埕寧－沙壘田隆起（Ⅱ6）2個三級構造單元。

該地區除河北海興小山、山東無棣大山一帶、山東有第四紀火山巖出露地表外，其他全部為第四系覆蓋區的平原區。黃驊坳陷為古生界沉積巖基底，埕寧－沙壘田隆起為太古界變質巖基底。

1.2" 巖石磁參數特征

巖石磁物性參數是航磁測量資料解釋的重要依據，巖石磁參數依靠收集前人的物性測量數據和項目實測磁參數為主。表1展示的是收集以往工作區域的巖石磁性參數統計數據[7-8]。從磁物性參數可以看出，工作區的重要磁性巖石主要是太古界的變質巖和第四紀的火山巖。

對工作區鉆孔72段巖心實測巖石磁性參數進行統計，見表2[9]。從實測巖心的磁化率可以看出致密塊狀玄武巖磁化率在（855～1 476）×10-5 SI，多數在1 100×10-5 SI以上。氣孔狀玄武巖磁化率在（330～1 715）×10-5 SI，孔大孔多的磁化率較小，孔小孔少的磁化率高。B7#孔的晶屑凝灰巖磁化率在3 053×10-5 SI。BK02孔的沉火山角礫巖磁化率在（141～2 460）×10-5 SI，也具有較強的磁性。黏土、泥巖類巖石磁化率在25×10-5 SI以下，基本為無磁性。

從收集和實測巖石磁化率數據可以看出，工作區東南部為較強磁性的太古界變質巖基底。第四紀玄武巖、火山角礫巖均與中新生界蓋層有明顯的磁性差異，這為在該區域開展航磁測量提供了物理基礎。

2" 無人機航磁測量技術

無人機作為全新的航空物探測量、遙感、測繪等設備的機載平臺，已逐步應用于航磁、航放、航電、航空高光譜和航空遙感等領域。

隨著無人機載重的不斷提高，無人機航磁測量技術在機型的選擇，儀器設備的集成、小型化等方面都日漸成熟和完善。該項技術較常規的固定翼飛機、直升機等有人機航磁測量具有自動化程度高、小型輕便靈活、小范圍測量綜合成本較低的特點，尤其適合小范圍大比例尺航磁測量。

2.1" 無人機載平臺

本次無人機航空磁法測量機載平臺為圖1所示的CW-25E純電動垂直起降固定翼無人機。其采用固定翼結合四旋翼的復合翼布局的形式，兼具固定翼無人機航時長、速度快、載荷大、距離遠、結構穩定、可靠性高的優點和旋翼無人機垂直起降的功能。在選定的無人機起降點起飛降落無需跑道，全程自主飛行，無需操作人員干預就可以完成巡航、飛行狀態轉換、垂直起降等飛行階段。

2.2" 航磁測量系統

如圖1所示的航磁測量采用垂起固定翼無人機探桿式硬連接航磁系統，包括銫光泵磁力儀（CS-VL）、收錄系統、雷達高度計、GPS導航系統、2.4G無線傳輸電臺、電源、數據采集器和磁通門等集成。該測量系統體積小、重量輕，且具備飛行時實時采集高精度磁測數據及數據記錄等功能。

3" 航磁數據處理

3.1" 數據校正與調平處理

根據無人機獲取到的航磁數據先進行磁數據校正，包括地球正常磁場校正、飛行海拔高度校正、磁日變校正、方向差和延遲校正[10]。受到測量方向和高度等的影響，實測數據和校正后的測線數據在相鄰區域的測線方向往往呈現出“條帶狀”，還需進行數據調平。

調平方法采用切割線統調法，通過計算每條測線和切割線交點處的測量差值，將每條測線統一歸算到切割線水平。切割線調平后再利用微調平功能進行網格數據的微調，校正及調平處理結果如圖2所示。

3.2" 航磁數據轉換

航磁數據進行校正和調平之后，進一步對航磁數據進行轉換處理，包括磁化極轉換、剩余異常提取、總水平梯度（THDR）和解析信號（ASM）計算以及正則化傾斜角（R-Ta）處理等。

3.2.1" 磁化極轉換

為消除斜磁化對磁性體的影響，對航磁數據進行化極處理，化極參數為磁傾角57.1°、磁偏角-7.5°。圖3為工作區航磁異常化極轉換后等值線平面圖，化極前后異常中心向北偏西移250 m左右。

3.2.2" 剩余異常提取

航磁剩余異常提取是去除背景場突出淺部磁性體航磁異常信息比較常用的方法之一。而小波變換與帶通濾波能較好地分離出斷陷內火山巖引起的磁異常，通過帶通濾波提取的磁異常與鉆遇火山巖的鉆井位置吻合度較為高[11]。

4" 工作區火山巖推斷

4.1" 火山巖分布范圍

根據地質概況和巖石磁性特征分析可知，工作區內的火山巖主要為第四紀火山巖，分布于更新世地層中，并且第四紀玄武巖、火山角礫巖均與中新生界蓋層有明顯的磁性差異，屬接近地表的淺部磁性體。

選擇合適的濾波窗口對工作區航磁數據進行帶通濾波處理，除掉地表磁高頻干擾信息和深部磁性基底的磁低頻信息后提取的剩余異常，基本上是淺部火山巖引起的磁異常信息。根據對剩余異常進行解析信號（ASM）、正則化斜傾角（R-Ta）處理結果可以圈定工作區火山巖的分布范圍及玄武巖的邊界。

由利用航磁解析信號圈定的火山巖分布區圖（圖8）可以看出，第四系火山巖主要分布在測區東南部的羊二莊-海興-趙毛陶鄉-高灣鎮以東地區。與收集以往見火山巖機井資料位置對比分析，見到較厚的火山巖機井如海農3、滄14、滄16、滄13、海農9、海農6、8-17和黃農10等位置基本在圈定的火山巖區范圍內或邊部。由于海2、海農5、海農4、黃農3和黃6僅見到薄層火山巖，磁性層體規模小引起的航磁異常也比較弱，其位置位于ASM圈定的異常區外。由此也可以看出，ASM異常圈定的火山巖是具有一定規模和厚度的火山巖分布區。

另外，測區西南部的鹽山縣至趙毛陶鄉區域有鹽山縣城建筑物、北西向高壓線塔及風力發電風車的干擾，這些地表干擾物引起的強磁異常即使采取了高通濾波也很難消除，但從圈定的大范圍異常分析，也不排除該區域有火山巖分布。在測區的中部及北部有4片工業園區存在工業建筑物干擾，但在8-17井至黃農10井區域可以確定有火山巖分布，只是受工業園區的干擾因素，其范圍會有不準確性。

4.2" 玄武巖邊界圈定

從剩余磁異常正則化斜傾角（R-Ta）處理結果（圖7）可知，利用R-Ta零值線圈定玄武巖分布區域，除北部和西南部的地表磁干擾區外，測區的玄武巖主要有3片分布區，分別是小泊頭鎮東部的大山玄武巖、小山鄉附近的玄武巖和香坊鄉附近的玄武巖。其中，大山玄武巖和小山玄武巖在地表局部有出露。香坊鄉附近的玄武巖為本次航磁測量新發現的隱伏玄武巖區。

大山附近僅在碣石山風景區有玄武巖出露，而利用航磁R-Ta零值線圈定玄武巖的范圍比出露的范圍要大，呈規則的圓形直徑接近2 km。沿玄武巖外航磁R-Ta呈現明顯的環狀負值區，推測為大山火山巖區的火山通道位置。圍高灣鎮至小泊頭鎮周圍航磁R-Ta零值線圈定磁性體，推測為該區域基底磁性層的邊界范圍（如圖9所示）。

小山鄉西側地表有火山巖出露，巖性為凝灰巖、凝灰砂巖、凝灰角礫巖，呈層狀產出實測巖石磁化率在（38～72）×10-5 SI，局部凝灰角礫巖磁化率可達100×10-5SI以上，大部分為弱磁性層（見表1）。該區域利用航磁R-Ta零值線圈定出6片玄武巖區，主要分布在小山鄉的西南側和南側（如圖10所示）。該區域最大的Ⅰ號玄武巖區位于小山鄉西側，呈西寬東窄的帶狀，東西長約5 km，寬約1～1.6 km，面積約5.6 km2。推測玄武巖厚度較大，頂面埋深較淺。李良志村東側Ⅱ號玄武巖區呈橢圓形，東西長約2 km，南北寬約1.5 km，面積約2 km2，推測其頂面埋深與Ⅰ號玄武巖區接近。在南部還分布有4片玄武巖區，推測其厚度較北側玄武巖較薄，頂面埋深較深。資料顯示，該區域中李村附近海農3、滄14號機井在鉆井施工中見到了隱伏于地下的火山巖，巖性主要是玄武巖、凝灰巖。海農3、滄14號機井位置基本位于Ⅲ號和Ⅳ玄武巖區邊界附近，由此也證明圈定的玄武巖范圍較為可靠。

香坊鄉西北側地表全部為第四系覆蓋區，從收集的地質資料可知該區域基底為太古界變質巖基底，航磁測量以正磁背景場為主，其上疊加了由第四系火山巖（玄武巖、凝灰巖、凝灰角礫巖）引起的局部磁異常，求取剩余磁異常發現火山巖分布較為集中分布區域，利用航磁R-Ta零值線圈定出6片較為明顯的玄武巖區和多片火山巖分布區段（如圖11所示）。在劉莊子北部區域，圈定出的大范圍放磁性體推測為基底強磁性體。該區域最大的Ⅰ號玄武巖區位于邊莊西北側，呈西北東向展布的橢圓狀，長約3.5 km，寬約1.5 km，面積約4.7 km2，推測玄武巖厚度較大，頂面埋深較淺。經實際鉆探驗證，在埋深30 m處見玄武巖。參照大山已知玄武巖的航磁R-Ta特征，沿玄武巖外圍航磁R-Ta呈現明顯的環狀負值區，推測為該火山巖區的火山通道位置。

劉莊子北側圈定的Ⅱ號玄武巖區呈圓形，直徑約2 km，面積約2.6 km2，推測其為疊加在強磁性基底之上的玄武巖區。香坊鄉西北側圈定的Ⅲ號玄武巖區內的海農9號機井在鉆井施工中見到了隱伏于地下的火山巖。在青先農場東側的Ⅳ號及趙高莊東側圈定的Ⅴ、Ⅵ號3片玄武巖區，推測玄武頂面埋深較深，圈定的范圍可能包括一些凝灰角礫巖。除此以外，圈定的范圍推測有火山巖（玄武巖、凝灰巖、凝灰角礫巖和凝灰質砂巖等）分布的區段，火山巖的厚度可能較薄。

5" 結論

本文基于高精度無人機航磁測量技術，對航磁數據進行校正和調平后，再分別進行磁化極轉換，采用巴特沃斯帶通濾波方法對航磁剩余異常信息進行提取，對剩余異常進行正則化傾斜角處理。

對地表高頻磁干擾信號和深部磁性基底的低頻磁信號進行不同程度的消減，有效突出了淺部第四紀火山巖的航磁異常特征。圈定出了工作區中等磁性火山巖及強磁性玄武巖的范圍，在小山地區圈定玄武巖6片，香坊地區圈定6片強磁性玄武巖區和多片中等磁性火山巖區。結合大山出露玄武巖及火山通道的磁場特征，大致圈定了香坊地區火山通道位置及范圍：香坊地區的火山通道為長軸北東向展布的橢圓狀，中間為強磁性火山巖。

本次航磁測量采用1∶10萬比例尺，測線間距較大，對火山巖區解釋精度存在一定影響，今后將重點開展1∶1萬無人機航磁測量及三維反演，進一步探究玄武巖等火山巖的空間分布特征。

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