2017, Vol. 32
2. 长安大学 地质工程与测绘学院, 西安 710054
2. College of Geology Engineering and Geomatics, Chang'an University, Xi'an 710054, China
航空电磁法(Airborne Electromagnetic，简称AEM)作为一种极具前景的物探方法是近年来的研究热点.AEM系统具有经济、快速、通行性好的显著优点，在我国西北部高寒山区、沙漠、戈壁及东北部高山森林覆盖区、西南部岩溶发育区等地质地形复杂地区有着广阔的应用前景.1948年固定翼AEM系统的成功试验首飞标志着航空电磁系统的诞生，自此航空电磁系统迅速发展.在这近70年的时间里，AEM系统的应用领域已从最初的矿产资源勘查发展到油气资源评价、海洋地质调查、地下水勘查、工程地质和环境调查、海洋地形与极地海冰探测、军事与国防等诸多领域(雷栋等, 2006; 殷长春等, 2015)，成为当代地质勘查的重要手段.
航空电磁系统可以分为频率域(AFEM)与时间域(ATEM)测量两种类别.本文主要针对时间域航空电磁系统(航空瞬变电磁系统)进行阐述，针对近年来国内外ATEM系统的发展现状、主要测量系统的技术指标及应用前景等方面进行了阐述，对其研究重点进行分析总结并在此基础上对其发展做出展望.
1 航空瞬变电磁工作方式及基本原理 1.1 基本探测原理对于航空瞬变电磁法的工作原理如图 1所示(Grant and West, 1965).通过发射线圈发射一次脉冲信号，当线圈中电流趋稳时关断电流，此时发射线圈中电流瞬间变化，由此在其周围产生一次场信号并被接收线圈接收；当一次场信号遇到地下异常体时会在其内部激发产生感应电流，该感应电流称为涡流或二次电流，涡流随时间发生变化在异常体周围产生二次场，并被接收线圈接收；由于二次场是无源激发，加之异常体内感应电流存在热损耗，二次场随时间推移逐渐衰减.通过分析地下介质所产生的电磁场，就可以进一步得到地下的电性构造信息.
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图 1 时间域航空电磁工作原理 Figure 1 Sketch map of time-domain airborne electromagnetic technology |
时间域航空电磁法按照系统配置可以分为硬架式系统(发射与接收线圈均安装在同一刚性的硬架上)与吊舱式系统(接收线圈与发射线圈置于机后的吊舱中)；按照测量平台的不同又可以分为固定翼系统与直升机系统(Fountain, 1998; 张昌达, 2006; Thomson et al., 2007).
固定翼系统具有以下优点：1)发射磁矩大，能够取得较大的探测深度；2)飞行姿态稳定，能有效抑制飞行突变所引起的干扰；3)续航时间长、勘探成本低.但固定翼系统由于其飞行器的机动性较差，难以适应地形较为复杂的地区(仅适用于平原或低丘陵地区)；且由于固定翼飞行必须使用固定机场作为基地，对于远离机场的测区，多次的往返将增加测量成本并降低勘探效率.目前受到飞行高度、速度与操控性的影响，固定翼系统主要应用于小比例尺探测，对于大比例尺的探测能力较弱.
直升机作为航空电磁系统平台的主要优点有：1)机动灵活，能够有效的在地形较为复杂的地区开展工作；2)具有低速、大角度转弯及空中悬停等特性，飞行高度低、具有更好的空间分辨能力；3)作业基地选择灵活、无需固定机场，能够提高效率、减少不必要的开支.然而直升机平台仍存在不足之处，如续航时间短、数据噪声较大、数据处理及调平工作量大、勘探成本高等.实际勘探中应根据实际地形地质条件、勘探目标、成本要求等因素合理选取适合的测量系统.
2 时间域航空电磁系统国外发展现状时间域航空电磁系统相较于频率域系统发展稍晚，最早的时间域固定翼系统INPUT于20世纪50年代末期问世，自此，航空瞬变电磁迅速发展，特别是在欧美、加拿大、澳大利亚等国其发展已较为成熟.
1959年，全球首个时间域固定翼系统INPUT(Induced Pulse Transient)系统开始进行作业飞行，这标志着时间域航空电磁系统正式进入历史舞台.在之后的数年中，INPUT系统经过不断地升级与改进，于20世纪70年代承担了全球范围内的大部分(超过70%)航空电磁勘探任务，但是受到全球对基本金属与铀矿需求下降的影响，80年代INPUT系统的应用大幅度减少.由于全球经济形势的变化，国际市场对金矿、金刚石与地下水资源需求激增，航空电磁系统转而向能够适应起伏地形探测且具有较高空间分辨能力的直升机系统发展.1982年，当时的Questor Surveys公司设计了HeliINPUT时间域航空电磁系统，该系统将发射线圈固定于直升机上，接收线圈则置于机后的吊舱之中；然而，HeliINPUT系统装置的不对称性给数据解释造成困难加之探测成本太高，该系统只短暂应用于生产调查.到了90年代，全球航空电磁系统主要是时间域固定翼系统与频率域直升机系统.进入21世纪，时间域直升机电磁系统得到长足的发展，大量先进的时间域直升机航空电磁系统应运而生，并向着高信噪比、高精度、高分辨率的方向进一步发展.以下就几种典型的直升机时间域电磁系统做简单的介绍.
2.1 直升机时间域航空电磁系统 2.1.1 AeroTEM1998年，Wally Boyko创立了Aeroquest公司(2012年被Geotech公司收购).自创立以来，凭借Boyko在地球物理勘查尤其是金属矿产勘查领域的丰富经验，公司发展迅速并曾拥有十多套时间域航空电磁系统.其中最出名且应用最广的要数AeroTEM系统，其是针对较大深度(400 m或者以上)金属矿、金刚石、石油和天然气等资源调查而设计的新型时间域直升机电磁系统，已更新了数代(AeroTEM Ⅰ、AeroTEM Ⅱ、AeroTEM Ⅲ、AeroTEM Ⅳ).AeroTEM系统的接收线圈位于发射线圈中部，采用中心回线装置，这样的装置形式获得目标体的异常清晰、简单，对高导覆盖层不敏感，探测深度大(AeroTEM Ⅳ可达800m).AeroTEM系统的发射功率大、离地间距较小，这就保证了其具有较强的二次场响应和良好的空间分辨率.AeroTEM系统电流波形采用三角波发射，可实现on/off-time全波形探测；并且由于on-time时段内的二次场信号对高导目标体十分敏感，可进一步增强其探测精度.对于一次场的消除，AeroTEM系统采用两步方式进行处理：首先利用补偿线圈可有效抵消Z轴上接收线圈内的一次场，接着在数据后处理中采用适当算法将剩余的一次场予以去除(沿X轴布置的接收线圈对发射线圈起平衡作用，接收不到一次场信号)(Balch et al., 2003; Allard, 2007).经过近20年的不断创新与升级，AeroTEM系统已广泛的应用于金属矿(Balch, 2004a, b)、金刚石(Jansen and Witherly, 2004)、油气等重要资源的勘探工作中，并保持着国际领先水平(系统具体装置参数见表 1).
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表 1 AeroTEM、HeliGEOTEM系统主要参数 Table 1 Main parameters of the AeroTEM and HeliGEOTEM system |
SkyTEM系统是由丹麦奥胡斯大学的HGG(Hydro Geophysics Group)研究小组针对近地表的水文地质调查与环境勘察所研发的直升机时间域航空电磁系统.SkyTEM是一个独立的系统，其发射机、接收机、GPS、激光高度计等设备均吊挂于直升机下方，自成一体.整个观测的过程只需要一名飞行员即可完成，并不需要人员在直升机上操作仪器，由此便进一步减轻了直升机的载重(Sørensen and Auken, 2004).该系统自2003年投产以来，根据用户的不同需求，已研制了数种不同的系统(见表 2)以满足不同勘查目标的需要.SkyTEM301系统是一款针对近地表浅层探测的系统，由于其具有快速的关断时间(4 μs)，可以测量到很早期的off-time数据，由此可进一步得到高精度的浅表信息；由于该系统发射面积较小且载重较轻，其工作的飞行效率可达140 km/h.自2004年以来，SkyTEM304系统已在全球范围内的地下水、金属矿、油气资源勘查中得到了较为广泛的应用.该系统关断时间为7 μs，最晚期时间道可观测到10 ms，因此该系统是SkyTEM系列中唯一集浅表及较深层探测能力为一体的系统(可提供自浅表几米到地下350 m深度范围内准确数据).SkyTEM312系统具有较大的发射磁距，最大探测深度可达500m.SkyTEM516是针对深部测量而研发的系统，其较大的发射磁距与超高的信噪比使得其最大探测深度可达600 m以上，是目前SkyTEM系列中探测深度最大的系统.
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表 2 SkyTEM系统主要参数(High moment) Table 2 Main parameters of the SkyTEM system |
VTEM系统由Geotech公司研发，于2002年底开始投入商业使用，至今该系统的应用范围已遍及六大洲，并取得了众多成功找矿案例(Witherly et al., 2004; Witherly and Irvine, 2006).VTEM系统采用典型的中心回线装置，收发装置位置相对固定，这样可以避免测量过程中由于装置形变对数据产生的影响.该系统具有高信噪比、大发射磁矩的特点，最大系统磁矩可达865000 Am2(VTEM-Max)，因此具有较大的勘探深度和良好的空间分辨率.该系统发射波形采用三角波发射，可测量on/off-time数据，基频一般为25/30 Hz(表 3).此外该系统设计灵活、操作简单、易于组装与运输，这样的设计即保证了较强的目标适应性同时降低了勘探成本.VTEM系统能够有效勘探并圈定高导异常的靶区，可以通过查明控矿构造破碎带的深部展布特征或与金属伴生的导体来进一步查明多金属矿的有利区域(Witherly et al., 2004; 骆燕等, 2014).
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表 3 VTEM等系统的主要参数 Table 3 Main parameters of the VTEM system |
HeliGEOTEM系统2005年由Fugro Airborne Survey公司(2015年被CGG收购)开发研制，是一种宽频带、大功率的直升机时间域航空电磁系统，其主要特征借鉴了固定翼GEOTEM系统的成熟技术，但是利用直升机平台使其更加灵活机动、空间分辨率更高(Fountain et al., 2005).HeliGEOTEM系统采用半正弦波作为发射电流波形，发射装置采用分离装置，接收机位于发射回线上端，该系统的最大磁距可达到750000 Am2，并且可以实现x、y、z三分量全波形(on/off-time)的B、dB/dt的测量(表 1).前人通过将该系统与固定翼系统进行对比发现，对于探测浅层的良导体，HeliGEOTEM系统的幅值与异常幅度都比固定翼系统(MEGATEM)更强，甚至是固定翼系统的十倍，但随着异常体埋深加深，固定翼系统响应增强(Smith et al., 2009).自2005年HeliGEOTEM系统问世以来，其得到了不断地改进与升级：增大了带宽使得可以观测到较早期衰减信号；发射磁距由第一代的235000 Am2提高到了750000 Am2；增强了系统信噪比，从而提高该系统对深部异常体及小目标的探测能力.
HeliTEM系统也是由Fugro公司研发并在HeliGEOTEM系统的基础上进行了改进，其减轻了发射系统自重并增大了发射磁距，由此可进一步提高对深部矿体及低阻覆盖层区域的有效勘探.该系统的发射电流波形同样采用半正弦波，基频25 Hz，发射线圈脉宽4 ms，可实现三分量全波形测量并具有B场探测能力.
2.1.5 其他系统简介HoisTEM系统由澳大利亚的Normandy Mining公司设计研制，其最初设计的目的是针对澳大利亚大部分地区存在高导覆盖层的地质环境进行有效勘探，因此该系统在澳大利亚本土得到较为广泛的应用，仅2002—2005年间，其测量航线已达50000 km，应用遍及矿产资源勘查、水文地质、工程与环境调查等多个领域.HoisTEM系统也是中心回线系统，发射回线直径为24 m，在中心点处接收二次场dBz/dt数据.该系统采用方波发射，峰值电流340 A，基频采用25 Hz，载重380 kg(表 3).
NEWTEM系统由美国的Newmont Mining公司研制，第一代系统于20世纪90年代末期问世，第二代系统于2006年研制成功.由于该公司与澳大利亚的Normandy Mining公司进行合作，故NEWTEM与HoisTEM有许多相似之处.NEWTEM系统载重较小，可适用于中型直升机拖曳；其快速的关断时间与高采样率使该系统的探测电阻率范围广、探测深度大(NEWTEM Ⅱ超过500 m)并能够对弱异常进行探测.自1999年以来，该系统已在多处高海拔地质复杂条件地区展开勘探工作，勘探目标包括火山岩型高硫化金矿、造山型金矿、卡林型金矿、斑岩型铜-金矿床等(Eaton et al., 2013).
ORAGS-TEM是由一款由美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)研制，专门针对未爆炸弹(Unexlpoded Ordnance，简称UXO)探测的直升机时间域系统.该系统采用小线框、低空(1~2 m)飞行模式，具有比大线框更高的信噪比，能够探测到直径小至60 mm的照明弹.利用直升机系统探测UXO经济快捷、可实现大范围探测，并能够有效的提供测区内较高分辨率的UXO分布情况；ORAGS-TEM系统不仅可应用于查找UXO还可利用于探测浅埋的金属管道等其他基础设施(Beard et al., 2004, 2008).2008年间，在ORAGS-TEM系统的基础之上，Battelle研发了一款新型的针对UXO探测的直升机时间域航空系统—TEM-8系统.该系统的发射线圈为3 m×4 m的两个矩形线框，分别安装于一个12 m×3 m的矩形框架的两端，发射框内两端分别布置有四个水平线框接收器，接收器之间间隔0.75 m分布在平行于发射框长轴的框架上.由于装置结构的限制，为了能够有效的覆盖整个观测区域，其采用交错飞行的飞行路径.TEM-8系统的发射电流采用梯形波、峰值电流60 A、基频为90/270 Hz.到目前为止，TEM-8系统已在多个军事基地中应用，结果证明在存在中高强度地质噪声的情况下，该系统也能够有效探测UXO，并能提供高精度的位置信息，且存在较少的假异常.该系统可以有效补充传统磁力仪观测的不足，使观测结果更加准确(Doll et al., 2010).
21世纪时间域直升机系统发展迅速，问世并投入生产的系统共有数十种之多，上文主要将目前应用较为广泛并且典型的系统做了简要介绍，实际生产中还有许多系统在不同的勘探领域发挥着重要的作用.
2.2 固定翼时间域航空电磁系统固定翼时间域航空电磁系统(FTEM)的发展比直升机系统更早，并向着宽频带、大磁距、三分量、全波形与B场测量的方向逐渐发展，FTEM能够有效的在大范围区域内展开探测与填图等工作(胡平等, 2012).近年来国际上商用的时间域固定翼系统主要有GEOTEM、TEMPEST、MEGATEM、QUESTEMR、SPECTREM等系统.以下对其中几种系统做简要的介绍.
2.2.1 TEMPESTTEMPEST是由Fugro Airborne Surveys公司于20世纪90年代开发的一款轻型时间域固定翼航空电磁系统，其集成了高频近地表瞬变系统(如SALTMAP系统)和低频正弦波瞬变系统(如QUESTEM系统)的优势，已被应用于铀矿、基本金属勘探，地下水与盐碱度测量，风化层、古河道地质填图等方面.该系统采用方波发射，发射基频25 Hz，接收机吊挂在直升机下方，离发射线圈有40 m的高程差.在确定目标体位置时，特别是在目标体的层状反演中，为提高对目标体的探测能力，接收机的位置信息是至关重要的(Lane et al., 2000).自TEMPEST系统问世以来，为了增加目标体的探测能力并进一步提高探测的分辨率，该系统进行了不断地改进，其改进包括降低系统噪声水平，增强接收线圈的稳定性，避免姿态变化对数据造成不必要的影响等.
2.2.2 GEOTEMGEOTEM系统最早由加拿大Geoterrex公司(后并入Fugro)开发，是全球首个全数字航空电磁系统，该系统经过不断地发展与升级，已在全球范围内的多个国家与地区开展了大量的探矿工作，探测目标主要为黑色金属、金刚石、金矿、石油等.GEOTEM是一款吊舱式的固定翼时间域航空电磁系统，水平接收线框吊挂于CASA-212型双引擎飞机的下方.其发射电流采用脉宽为4 ms的半正弦波形、使用频率范围为6.5~150 Hz等，峰值电流1340 A，发射磁矩为690000 Am2，接收机可测量三分量的B、dB/dt数据(Annan and Lockwood, 1991; Mulè et al., 2012).近年来该系统也逐渐应用于环境与工程勘探方面，如利用基频为12.5、25 Hz的GEOTEM系统观测并采用CDI方法成像来估测浅海海水深度(Vrbancich et al., 2005).
2.2.3 MEGATEM由于GEOTEM系统的CASA-212双引擎飞机在高海拔地区(>2400 m)并不稳定，如南美安第斯山的阿蒂普拉诺高原(Altiplano)，存在安全隐患.因此，1998年Fugro公司采用四引擎的Dash7飞机作为测量平台，开发了MEGATEM系统，该系统发射磁矩后来达到两百万Am2(MEGATEM Ⅱ)，飞行高度超过4500 m，创造了新的记录(Smith et al., 2003).2002年人们将MEGATEM两代系统与GEOTEM系统在Reid-Mahaffy地区进行对比试验，试验结果显示MEGATEM系统对于异常的反映比GEOTEM系统更加明显，特别是MEGATEM Ⅱ系统，其异常响应在早期与晚期均显示更加清晰(Smith and Lee, 2002).
3 时间域航空电磁系统国内发展现状我国的航空电磁法起步早，兴起于20世纪50年代末期，但是由于种种原因发展并不顺利.最早由原地矿部物化探研究所牵头，北京地院、航空物探大队等八家单位进行了长导线法航电仪器的研制，但项目中途终止.随后(1965—1971年)物化探研究所与原航空物探大队(国土资源部航空物探遥感中心)将单频补偿I型航电仪装载在Y5型飞机上，进行了试飞与试生产.1970—1974年间，航空物探大队利用Y5型飞机开展过天电系统的研制，但因空难事故而中止.1974—1983年间长春地质学院(吉林大学)进行了时域固定翼系统(M-1)的研制与试飞，黑龙江省与湖北省地矿局应用该系统在黑龙江、湖北、吉林、湖南、江西、安徽等数省进行了试飞.1976年北京地质仪器厂进行了直升机脉冲式航电系统的研制，但试飞后中途停止.1980年，物化探研究所以国产Y-11型飞机为平台，成功研制HDY-302双频翼尖硬架式航空电磁系统，成为国内唯一应用于科研和较长期承担正式勘查任务的全部国产化的航空物探(电磁/磁)综合测量站，年平均飞行一万测线千米左右.1981—1983年间原长春地质学院在原M-1系统的基础上研制了改进型的脉冲Ⅱ型(M-2)航电仪器，但因缺少经费被迫中途停止.1997年，在原地矿部重大科研项目资助及物化探研究所专家们的不懈努力下，Y-11B飞机HDY401型三频航空电磁系统样机研制成功，该系统的主要技术指标达到了世界同类系统的先进水平，其中部分技术指标超过国际同类系统.然而，该系统仍停留在原理样机阶段，还存在一些问题，并未投入大规模生产使用.同年，Y-11B航空物探(电/磁)综合站研制成功.2001年，物化探研究所研制成功Y-12航空物探(电/磁)综合站.2006年，在该综合工作站的基础之上增加了放射性探测仪，实现电、磁、放多种技术结合的新型航空物探综合站，并承担了内蒙古大面积铜多金属矿产普查任务.2003年国土资源部航空物探遥感中心引进了加拿大IMPULSE系统，开始用于小范围的试验及生产测量，先后在广东、内蒙、吉林完成了多个监测和普查项目.依托于国家科技部国家高技术研究发展计划(863)，经过国土资源部航遥中心、吉林大学等多家单位的不懈努力，我国首套部吊舱式时间域航空电磁系统(CHTEM)研制成功，并于2012年成功试飞，填补了我国在这一领域的空白.2011年底, 经过近4年多的科研攻关, 物化探研究所在众多关键核心技术上取的突破性进展，研制成功了具有完全自主知识产权的固定翼时间域航空电磁系统空中样机，并完成了半航空试验试飞，各项指标得到验证(胡平等, 2012；殷长春等, 2015).2015年4月核工业航测遥感中心与加拿大Geotech公司合作，利用VTEM系统完成了青海省石头坑德—五龙沟地区1:1万的航空电磁法测量项目.这是我国在海拔5000 m以上地区开展时间域航空电磁测量的成功首飞，并形成了全球高海拔地区第一份高精度航空时间域电磁测量原始资料.
从20世纪50年代至今，基于历史原因及国外发达国家对于高新技术的封锁及垄断，我国航空电磁系统发展缓慢，不论在设备研制还是解释技术方面仍与国外有着相当大的差距.然而随着国家经济的快速发展与科学技术的不断进步，加之相关政府部门对于航空物探的高度重视，在不远的将来，航空电磁勘探技术必将成为我国矿产资源勘查、油气探查、水文地质调查等众多领域的主力军.
4 时间域航空电磁系统的应用 4.1 矿产资源勘察的应用目前，矿产资源勘查仍是航空瞬变电磁应用最早也是应用最多的一个领域.源于1971年利用Mark Ⅵ Input时间域航空系统对于火山块状硫化物矿床的调查，1974年人们在加拿大魁北克省的西北部发现了锌-铜-银多金属矿床(Reed, 1981).此后，航空瞬变电磁系统在矿产勘查方面得到了更加广泛的应用.90年代末期，采用GEOTEM系统人们发现了西澳大利亚的Harmony、Maggie Hays North硫化镍矿床及坦桑尼亚的Kabanga硫化镍矿床(Wolfgram and Golden, 2001)；Hashemi和Meyers(2004)采用HoistEM系统，通过对数据进行电导率深度成像(Conductivity Depth Image，简称CDI)及EMFlow反演处理解释，在西澳大利亚皮尔巴拉的WoodieWoodie锰矿区发现了风化层覆盖下的高品位锰矿.Reid和Viezzoli(2007)采用SkyTEM对澳大利亚西部进行铀矿探测.同年三月Geotech公司利用VTEM系统对西澳大利亚库尔加迪镇的Nepean镍矿区进行了勘探，并将结果与HoistEM系统(均观测z分量)及地面装置在同一地区的勘探结果进行对比，结果表明VTEM系统在晚期的信噪比较HoistEM系统更高，能够有效识别目标矿体(Combrinck et al., 2008, 2009).之后Smith等(2009)利用HeliGEOTEM系统在同一地区进行探测，观测结果显示该系统最晚可观测到14 ms、晚期信噪比高，并且利用x与z分量联合测量能够更好地确定目标体的位置信息.Chaturvedi等(2010)将VTEM系统与磁法、Y能谱法相结合，成功在印度西部的拉贾斯坦邦划定了铀矿靶区，这是印度史上首次地面TEM在航空系统(VTEM)所划定的靶区内进行勘探，并且航空观测数据与地面解释结果吻合较好，为后期开展钻孔勘探提供了有价值的信息.此外，在金矿找矿勘探中，Geotech公司的VTEM及ZTEM系统在非洲、加拿大、澳大利亚等地已有相当多成功的案例(Thomas, 2010; Legault et al., 2015).
4.2 水文地质探查的应用瞬变电磁系统能够有效的提供地下含水层的结构信息与矿化度情况，而航空瞬变电磁系统因其一次覆盖范围广、工作效率高及相对较低的成本，被越来越多的应用于地下水资源调查之中.2001年，人们采用Fugro公司的MEGATEM Ⅱ固定翼时间域电磁系统在美国德克萨斯州西部进行了两次成功的地下水调查，对该地区的地下水盐碱化程度进行了有效地识别与评估，并找到了良好的地下淡水资源(Paine and Collins, 2003).同年，Smith等(2004)利用GEOTEM系统对丹麦尼堡自治市的地下淡水与盐水分界面的深度进行测定，其结果与地面TEM响应吻合良好.Vrbancich等(2001)利用QUESTEM 450固定翼系统对西澳大利亚州Geographe海湾地区进行观测，采用层状反演与CDI方法对该地区海水深度进行估测并进一步定位沉船.2004年奥胡斯大学的HGG(Hydro Geophysics Group)研究小组利用其针对近地表及地下水环境勘查所研发SkyTEM系统对丹麦日德兰半岛北部地区超过300 m2范围内的地下含水层进行了初步划定，并与后期的钻孔数据吻合较好(Siemon et al., 2009).2010年，Viezzoli等(2010)利用SkyTEM直升机瞬变电磁系统对意大利威尼斯潟湖南缘的海水入侵效应进行了深入调查，有效识别了该地区地下水的矿化度及地下淡水沉积物-地表海水之间的相互作用；其指出航空电磁法有对于人们全面认识湿地、潟湖及三角洲等大面积海水入侵环境的水文地质特征是一种极具前景的有效手段.2015，澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)的研究人员将航空电磁方法与地面核磁共振方法(SNMR)相结合，有效划定东帝汶包考省地区孔隙度约为20%~30%的含水层(Ley-Cooper and Davis, 2015).
4.3 油气资源探测的应用地震方法一直以来都是寻找油气资源的有效手段，但是其成本相对较高，并且难以有效确定构造中含油、含水特征，容易造成干井现象并导致成本的增加.由于航空瞬变电磁具有低成本、高分辨的优点，其能够获得地下介质的电阻率信息，提供有效的早期数据，为油气资源的预估及开采提供有力基础.
Kellett和Geoph(2007)利用GEOTEM系统对含有可观经济价值天然气的古河道进行探测，其层状反演结果与地震剖面结果相符，有效的划定天然气通道的位置与深度，为后期进行深部钻孔规避风险提供了保障.2008年初包括挪威石油与天然气勘探公司在内的多家单位采用直升机瞬变电磁系统(AeroTEM)与固定翼磁力梯度仪和光谱仪对莫桑比克中部地区进行了油气探测，勘探结果为成功划定油气渗漏区域提供了十分有效的前期数据(Pfaffhuber et al., 2009).
4.4 环境与工程领域的应用近年来，航空电磁系统被越来越多的应用到环境与工程领域，包括地下管网普查、极地海冰调查、海水深度及浅海地形调查、地下污染物调查、滑坡灾害评估等等.采用航空电磁系统对于浅海海水测深最早的应用是源于美国海军方面的需求，20世纪80年代，美国海军方面迫切要求研制一种快速经济的航空浅海测深方法，作为传统的船载声学测深方法的补充, 甚至取代后者.为此其组织本国及加拿大的有关学者进行了大量的研究工作，并分别于美国马萨诸塞州的Cap Cod海湾及加拿大东海岸的Cap Breton、Pokesudie岛附近开展了频率域与时间域航空电磁法实验.结果证实当海水深度在20 m以下时，反演结果与声呐测试结果基本一致(黄皓平, 1990).Vrbancich等(Vrbancich and Fullagar, 2007; Vrbancich, 2009)采用时间域航空电磁系统先后对澳大利亚地区的海水深度及海底地形进行了有效的探测.
为了更好的完善地下三氯乙烯污染物扩散的水文地质结构，Pellerin等(2010)采用SkyTEM系统对美国犹他州Tooele军械库周边64 km2的范围内进行了勘探，圈定了的一条埋深100多米的狭窄古河道，并进一步推测该古河道即为污染物扩散到西北地区的通道.Pfaffhuber等(2010)采用SkyTEM系统对挪威西部地区的滑坡及隧道灾害进行检测，对于滑动面进行定位，为后期开展地面钻探及电阻率测量提供有力前期条件.
此外，航空瞬变电磁方法因其独特的优势，其应用领域已拓宽到军事、考古、生态等多个领域，未来发展前景无限.
5 结论与展望 5.1我国地域广袤，地质地形条件复杂多变，不同地区的地电条件及调查目标均有很大的差别，直升机系统与固定翼系统各具优势.直升机系统因其测量灵活机动，且能有效适应地形起伏变化，因此在我国东西部广大山区、森林覆盖区、西南岩溶发育等地形条件复杂地区有着十分可观的应用前景.然而直升机系统由于其勘探深度相对较浅，在西部沙漠、盐碱地等环境中受到一定限制.反之固定翼系统适合于我国西部平缓及缓丘地区的矿产及地下水资源勘察.
5.2国内外近年来的航空电磁勘探实践表明，高分辨、高信噪比、大深度、多分量的航空电磁测量与解释技术是航空电磁的发展方向.发展高分辩、高信噪比的航空电磁系统能够有效补充甚至替代现有的地面勘探方法，为我国资源、水文、工程、环境等领域勘探提供全方位的服务.
5.3根据上文的阐述可知不论是硬件系统还是方法解释技术，国外的航空电磁技术均已较为成熟，承担了大量的生产工作、应用领域广泛，并创造了可观的经济价值.然而，目前我国航空电磁技术仍然相对落后，虽然近年相继已有具备自主产权的硬件系统问世，但是到目前为止还未取得有效的勘探数据，离真正的实用还具有一段距离.因此，未来我国应加快研发步伐，紧随国际航空物探技术发展的方向，实现方法、技术的有效创新，开发具有自主知识产权的轻型化、智能化、高信噪比、高分辨率的航空物探硬件系统及相应的解释软件，进一步发挥航空电磁系统效率高、成本低的优势，满足我国地质勘探的需要.
致谢 感谢审稿专家提出的宝贵修改意见和编辑部的大力支持！| [] | Allard M. 2007. On the origin of the HTEM species[C].//Proceedings of Exploration 07:Fifth Decennial International Conference on Mineral Exploration. Toronto:[s.n.], 355-374. |
| [] | Annan A P, Lockwood R. 1991. An application of airborne GEOTEM in Australian conditions[J]. Exploration Geophysics, 22(1): 5–12. DOI:10.1071/eg991005 |
| [] | Balch S. 2004a. The emerging role of helicopter time domain EM systems[C].//ASEG Extended Abstracts 2004:17th Geophysical Conference. Extended Abstracts, 1-4. |
| [] | Balch S J. 2004b.Conductor thickness and its effect on airborne EM interpretation[C].//2004 SEG Annual Meeting.Denver, Colorado:Society of Exploration Geophysicists. |
| [] | Balch S J, Boyko W P, Paterson N R. 2003. The AeroTEM airborne electromagnetic system[J]. The Leading Edge, 22(6): 562–566. DOI:10.1190/1.1587679 |
| [] | Beard L P, Doll W E, Gamey T J, et al. 2008. Comparison of performance of airborne magnetic and transient electromagnetic systems for ordnance detection and mapping[J]. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 13(3): 291–305. DOI:10.1190/1.1759452 |
| [] | Beard L P, Doll W E, Holladay J S, et al. 2004. Field tests of an experimental helicopter time-domain electromagnetic system for unexploded ordnance detection[J]. Geophysics, 69(3): 664–673. DOI:10.1190/1.1759452 |
| [] | Chaturvedi A K, Lötter C, Rao K J, et al. 2010.Quantitative appraisal of Heliborne and ground-based Time Domain Electromagnetic surveys for uranium exploration-a case study from Rajasthan, India[C].//ASEG Extended Abstracts 2010:21st Geophysical Conference. Extended Abstracts, 1-4. |
| [] | Combrinck M, Mortimer R, Peters B. 2009. Base metal discoveries in Africa and Australia from VTEM data[C].//ASEG Extended Abstracts 2009:20th Geophysical Conference.Extended Abstracts, 1-5. |
| [] | Combrinck M, Mutton P, Lo B. 2008.Detecting basement conductors in a conductive environment:An example from the Nepean Mine VTEM survey[C].//AEM2008-5th International Conference on Airborne Electromagnetics.Haikko Manor, Finland:[s.n.], 28-30. |
| [] | Doll W E, Gamey T J, Holladay J S, et al. 2010. Results of a high-resolution airborne TEM system demonstration for unexploded ordnance detection[J]. Geophysics, 75(6): B211–B220. DOI:10.1190/1.3505817 |
| [] | Eaton P A, Anderson R G, Queen S V, et al. 2013. Helicopter time-domain electromagnetics-Newmont and the NEWTEM experience[J]. Geophysics, 78(6): W45–W56. DOI:10.1190/geo2012-0472.1 |
| [] | Fountain D. 1998. Airborne electromagnetic systems-50 years of development[J]. Exploration Geophysics, 29(1-2): 1–11. DOI:10.1071/EG998001 |
| [] | Fountain D, Smith R, Payne T, et al. 2005. The helicopter time-domain EM system applied to mineral exploration:System and data[J]. First Break, 23(11): 73–78. |
| [] | Grant F S, West G F. 1965. Interpretation Theory in Applied Geophysics[M]. New York: McGraw-Hill Book. |
| [] | Hashemi A, Meyers J. 2004. HoistEM data processing for discovery of high-grade manganese ore under regolith cover[J]. Exploration Geophysics, 35(4): 272–276. DOI:10.1071/eg04272 |
| [] | Hu P, Li W J, Li J F, et al. 2012. The advances in the development of fixed-wing airborne time-domain electromagnetic system[J]. Acta Geoscientica Sinica , 33(1): 7–12. DOI:10.3975/cagsb.2012.01.02 |
| [] | Jansen J, Witherly K. 2004. The TliKwi Cho kimberlite complex, Northwest Territories, Canada:A geophysical case study[C].//2004 SEG Annual Meeting. Denver, Colorado:Society of Exploration Geophysicists. |
| [] | Kellett R, Geoph P. 2007. A geophysical facies description of quaternary channels in northern Alberta[J]. CSEG Recorder, 32(10): 49–55. |
| [] | Lane R, Green A, Golding C, et al. 2000. An example of 3D conductivity mapping using the TEMPEST airborne electromagnetic system[J]. Exploration Geophysics, 31(1-2): 162–172. DOI:10.1071/eg00162 |
| [] | Legault J M, Plastow G, Zhao S K, et al. 2015. ZTEM and VTEM airborne EM and magnetic results over the Lalor copper-gold volcanogenic massive sulfide deposit region, near snow lake, Manitoba[J]. Interpretation, 3(2): SL83–SL94. DOI:10.1190/INT-2014-0245.1 |
| [] | Lei D, Hu X Y, Zhang S F. 2006. Development status quo of airborne electromagnetic[J]. Contributions to Geology and Mineral Resources Research , 21(1): 40–44, 53. DOI:10.3969/j.issn.1001-1412.2006.01.009 |
| [] | Ley-Cooper A Y, Davis A C. 2015.Using airborne electromagnetics (AEM) and surface nuclear magnetic resonance (SNMR) in Timor-Leste to support development of groundwater resources[C].//Near-Surface Asia Pacific Conference.Waikoloa, Hawaii:Society of Exploration Geophysicists, 208-210. |
| [] | Luo Y, Zeng Y, Shi Y, et al. 2014. The test of airborne transient electromagnetic technology in the volcanics-associated massive sulfide ore district[J]. Geophysical and Geochemical Exploration , 38(4): 840–845. DOI:10.11720/wtyht.2014.4.37 |
| [] | Mulè S, Miller R, Carey H, et al. 2012. Review of three airborne EM systems[C].//ASEG Extended Abstracts 2012:22nd Geophysical Conference.Extended Abstracts, 1-5. |
| [] | Paine J G, Collins E W. 2003. Applying airborne electromagnetic induction in ground-water salinization and resource studies, West Texas[C].//9th EAGE/EEGS Meeting.Extended Abstract, 722-738. |
| [] | Pellerin L, Beard L P, Mandell W. 2010. Mapping structures that control contaminant migration using helicopter transient electromagnetic data[J]. Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 15(2): 65–75. DOI:10.2113/jeeg15.2.65 |
| [] | Pfaffhuber A A, Grimstad E, Domaas U, et al. 2010. Airborne EM mapping of rockslides and tunneling hazards[J]. The Leading Edge, 29(8): 956–959. DOI:10.1190/1.3480009 |
| [] | Pfaffhuber A A, Monstad S, Rudd J. 2009. Airborne electromagnetic hydrocarbon mapping in Mozambique[J]. Exploration Geophysics, 40(3): 237–245. DOI:10.1071/eg09011 |
| [] | Reed L E. 1981. The airborne electromagnetic discovery of the Detour zinc-copper-silver deposit, northwestern Quebec[J]. Geophysics, 46(9): 1278–1290. DOI:10.1190/1.1441266 |
| [] | Reid J, Viezzoli A. 2007. High-resolution near surface airborne electromagnetics-SkyTEM survey for uranium exploration at pells range, WA[C].//ASEG Extended Abstracts 2007:19th Geophysical Conference. Extended Abstracts, 1-4. |
| [] | Siemon B, Christiansen A V, Auken E. 2009. A review of helicopter-borne electromagnetic methods for groundwater exploration[J]. Near Surface Geophysics, 7(5-6): 629–646. |
| [] | Smith R, Fountain D, Allard M. 2003. The MEGATEM fixed-wing transient EM system applied to mineral exploration:A discovery case history[J]. First Break, 21(7): 73–77. |
| [] | Smith R S, Hodges G, Lemieux J. 2009. Case histories illustrating the characteristics of the HeliGEOTEM system[J]. Exploration Geophysics, 40(3): 246–256. DOI:10.1071/EG09006 |
| [] | Smith R S, Lee T J. 2002. The moments of the impulse response:A new paradigm for the interpretation of transient electromagnetic data[J]. Geophysics, 67(4): 1095–1103. DOI:10.1190/1.1500370 |
| [] | Smith R S, O'Connell M D, Poulsen L H. 2004. Using airborne electromagnetics surveys to investigate the hydrogeology of an area near Nyborg, Denmark[J]. Near Surface Geophysics, 2(3): 123–130. |
| [] | Sørensen K I, Auken E. 2004. SkyTEM-a new high-resolution helicopter transient electromagnetic system[J]. Exploration Geophysics, 35(3): 194–202. DOI:10.1071/eg04194 |
| [] | Thomas S. 2010. Case study of four VTEM surveys for gold exploration in Ghana[C].//Presented at KEGS-PDAC 2010 Symposium.Expanded Abstract, 28. |
| [] | Thomson S, Fountain D, Watts T. 2007. Airborne geophysics-evolution and revolution[C].//Proceedings of Exploration 07:Fifth Decennial International Conference on Mineral Exploration.Toronto:[s.n.], 19-37. |
| [] | Viezzoli A, Tosi L, Teatini P, et al. 2010. Surface water-groundwater exchange in transitional coastal environments by airborne electromagnetics:The Venice lagoon example[J]. Geophysical Research Letters, 37(1). DOI:10.1029/2009gl041572 |
| [] | Vrbancich J. 2009. An investigation of seawater and sediment depth using a prototype airborne electromagnetic instrumentation system-a case study in broken bay, Australia[J]. Geophysical Prospecting, 57(4): 633–651. DOI:10.1111/j.1365-2478.2008.00762.x |
| [] | Vrbancich J, Annetts D W, Macnae J, et al. 2001. Time domain airborne electromagnetic reconnaissance for seadepth measurement and shipwreck localisation[C].//ASEG Extended Abstracts 2001:15th Geophysical Conference.Extended Abstracts, 1-4. |
| [] | Vrbancich J, Fullagar P K. 2007. Improved seawater depth determination using corrected helicopter time-domain electromagnetic data[J]. Geophysical Prospecting, 55(3): 407–420. DOI:10.1111/j.1365-2478.2007.00602.x |
| [] | Vrbancich J, Macnae J, Sattel D, et al. 2005. A case study of AEM bathymetry in Geographe bay and over cape Naturaliste, western Australia, Part 2:25 and 12.5 Hz GEOTEM[J]. Exploration Geophysics, 36(4): 381–392. DOI:10.1071/eg05381 |
| [] | Witherly K, Irvine R. 2006.The VTEM airborne electromagnetic system-benchmarking continuous improvement via repeat surveys over time[C].//2006 SEG Annual Meeting.New Orleans, Louisiana:Society of Exploration Geophysicists. |
| [] | Witherly K, Irvine R, Morrison E. 2004.The geotech VTEM time domain helicopter EM system[C].//2004 SEG Annual Meeting.Extended Abstracts, 1-4. |
| [] | Wolfgram P, Golden H. 2001. Airborne EM applied to sulphide nickel-examples and analysis[J]. Exploration Geophysics, 32(3-4): 136–140. DOI:10.1071/EG01136 |
| [] | Yin C C, Zhang B, Liu Y H, et al. 2015. Review on airborne EM technology and developments[J]. Chinese Journalof Geophysics, 58(8): 2637–2653. DOI:10.6038/cjg20150804 |
| [] | Zhang C D. 2006. Airborne time domain electromagnetics system:Look back and ahead[J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics , 3(4): 265–273. |
| [] | 胡平, 李文杰, 李军峰, 等. 2012. 固定翼时间域航空电磁勘查系统研发进展[J]. 地球学报, 33(1): 7–12. DOI:10.3975/cagsb.2012.01.02 |
| [] | 黄皓平. 1990. 国外航空电磁法在浅海测深中的应用[J]. 国外地质勘探技术(2): 16–18. |
| [] | 雷栋, 胡祥云, 张素芳. 2006. 航空电磁法的发展现状[J]. 地质找矿论丛, 21(1): 40–44, 53. DOI:10.3969/j.issn.1001-1412.2006.01.009 |
| [] | 骆燕, 曾阳, 石岩, 等. 2014. 航空瞬变电磁法在火山岩型块状硫化物矿区的试验[J]. 物探与化探, 38(4): 840–845. DOI:10.11720/wtyht.2014.4.37 |
| [] | 殷长春, 张博, 刘云鹤, 等. 2015. 航空电磁勘查技术发展现状及展望[J]. 地球物理学报, 58(8): 2637–2653. DOI:10.6038/cjg20150804 |
| [] | 张昌达. 2006. 航空时间域电磁法测量系统:回顾与前瞻[J]. 工程地球物理学报, 3(4): 265–273. |