научная статья по теме СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ВЫСОКОТОЧНОЙ ПРИВЯЗКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СЪЕМОК НА ПРИМЕРЕ МАГНИТОРАЗВЕДКИ Геофизика

Текст научной статьи на тему «СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ВЫСОКОТОЧНОЙ ПРИВЯЗКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СЪЕМОК НА ПРИМЕРЕ МАГНИТОРАЗВЕДКИ»

ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2015, том 55, № 4, с. 568-576

УДК 528.486.023,550.380.22

СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ВЫСОКОТОЧНОЙ ПРИВЯЗКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ СЪЕМОК НА ПРИМЕРЕ МАГНИТОРАЗВЕДКИ

© 2015 г. Р. И. Красноперов1, Р. В. Сидоров1, А. А. Соловьёв1,2

Геофизический центр РАН, г. Москва 2Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, г. Москва e-mails: r.krasnoperov@gcras.ru; r.sidorov@gcras.ru; a.soloviev@gcras.ru Поступила в редакцию 29.10.2014 г. После доработки 05.02.2015 г.

В статье кратко описаны цели и задачи международной сети геомагнитных наблюдений ИНТЕРМАГНЕТ. Подчеркнута особая важность развития российского сегмента сети как части системы мониторинга и оценки геомагнитной обстановки на территории РФ. Описывается пример использования современного высокоточного геодезического оборудования для координатной привязки полевых геофизических наблюдений. Перечислены факторы, искажающие привязку полевых наблюдений в задачах разведочной, инженерной, технической геофизики, и связанные с выполнением детальных и высокоразрешающих геофизических съемок, а также требующие соответственной точности привязки точек наблюдений. На примере магниторазведки на месте установки магнитной обсерватории стандарта ИНТЕРМАГНЕТ на п-ове Ямал описана методика геодезического обеспечения детальных геофизических съемок путем совместного использования дифференциальных ГНСС-измерений и электронной тахеометрии. Указаны основные преимущества и недостатки предлагаемой методики.

DOI: 10.7868/S0016794015040070

1. ВВЕДЕНИЕ

Мировая сеть данных ИНТЕРМАГНЕТ (International Real-time Magnetic Observatory Network, INTERMAGNET) обеспечивает регулярную регистрацию компонент магнитного поля Земли, предоставляя мировому научному сообществу магнитные данные, к которым предъявлены высочайшие стандарты регистрации и обработки. Сеть ИНТЕРМАГНЕТ является уникальным источником данных при интерполяции и аппроксимации распределения магнитного поля с целью построения его моделей и изучения геомагнитной активности [Berezko et al., 2011; Атлас ..., 2012; Atlas ..., 2013]. В частности, при достаточном количестве обсерваторий такие методы позволяют определять характеристики магнитного поля Земли в труднодоступных регионах РФ, где развертывание геомагнитных обсерваторий невозможно. На данный момент в сети ИНТЕРМАГНЕТ насчитывается более 130 магнитных обсерваторий, расположенных в различных местах, от полярных архипелагов до экваториальных областей. Для построения адекватных моделей магнитного поля Земли и распределения его вариаций наиболее важным фактором является плотность и территориальное покрытие сети геомагнитных обсерваторий. При весьма высокой плотности в Западной Европе и достаточно равномерном покрытии территории Северной Америки сеть обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ более разрежена в Азии и

на территории СНГ. В частности, на данный момент членами ИНТЕРМАГНЕТ в России являются всего 8 обсерваторий, на Украине — 2 и в Казахстане — 1. Таким образом, восполнение недостатка отечественных магнитных обсерваторий внесет существенный вклад в развитие систем мониторинга и оценки геомагнитной обстановки на территории РФ.

Первые российские магнитные обсерватории были обновлены до стандартов ИНТЕРМАГНЕТ при поддержке международного проекта CRENEGON (The Creation of a Renewed Network of Basic Geomagnetic Observatories of NIS Countries — Создание обновленной сети базовых геомагнитных обсерваторий стран СНГ), позволившего пяти обсерваториям стран СНГ присоединиться к сети ИНТЕРМАГНЕТ. Магнитная обсерватория "Иркутск" в 1998 г. начала передачу данных в узлы сбора данных ИНТЕРМАГНЕТ и в 1999 г. стала первой российской магнитной обсерваторией, официально вошедшей в сеть ИНТЕРМАГНЕТ [Потапов и др., 2011]. В 2002 г. в рамках сотрудничества Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук и Парижского института физики Земли была развернута магнитная обсерватория стандарта ИНТЕРМАГНЕТ на базе геофизической обсерватории "Борок" (Ярославская область). Эта обсерватория получила официальный статус ИНТЕРМАГНЕТ в апреле 2004 г. [Chulliat, 2008].

Развитие сети магнитных обсерваторий стандарта ИНТЕРМАГНЕТ на территории России является важной научно-практической задачей, реализуемой совместными усилиями институтов Федерального агентства научных организаций и Росгидромета [Gvishiani et al., 2014; Soloviev et al., 2013a]. Развертывание новых магнитных обсерваторий ИНТЕРМАГНЕТ включает в себя установку и введение в эксплуатацию комплектов магнитометрического оборудования на существующих и вновь создаваемых геофизических станциях и обсерваториях. Полный комплект обсерваторского магнитометрического оборудования, как правило, включает в себя: скалярный и векторный магнитометры, деклинометр/инклинометр на немагнитном теодолите и систему сбора и передачи регистрируемых данных. При развертывании магнитной обсерватории существенное значение имеет магнитная обстановка на месте развертывания: вблизи обсерваторских зданий и сооружений не должно быть значительных локальных аномалий напряженности магнитного поля Земли и его высоких градиентов. Поэтому проведение магниторазведочных работ на месте расположения проектируемой магнитной обсерватории является важнейшим и неотъемлемым этапом в ходе ее развертывания [Нечаев, 2006; Jan-kowski and Sucksdorff, 1996; Newitt et al., 1996].

Данная специфическая задача магниторазведки направлена на детальное исследование магнитных свойств верхней части разреза и поиск места для строительства здания обсерватории, свободного от магнитных возмущений, имеющих как природное, так и техногенное происхождение, и влияющих на качество регистрируемых данных. В противном случае требуется применение нетривиальных математических методов распознавания и удаления техногенных возмущений на магнитограммах [Богоутдинов и др., 2010; Соловьев и др., 2012; Сидоров и др., 2012; Soloviev et al., 2009, 2012]. При этом в процессе магнитоградиен-тометрической съемки возникает задача разбиения на исследуемой местности регулярной съемочной сети определенного масштаба и ее координатной привязки. Традиционными способами решения данной задачи являются: вешение, использование экеров, теодолитов и топографических рулеток. Однако выполнение разбивки на местности и координатной привязки с использованием указанных инструментов является трудоемким и, зачастую, требует значительного времени. Наиболее современными и производительными являются подходы, основанные на применении электронных тахеометров (или электронных теодолитов с лазерными дальномерами) и приемной аппаратуры ГНСС (глобальных навигационных спутниковых систем). Далее рассмотрим преимущества и недостатки указанных современных подходов.

2. ПРИМЕНЕНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ

В практике полевой геофизики разбивка на местности и координатная привязка точек наблюдения нередко осуществляется с помощью мобильных потребительских ГНСС-приемников (иногда называемых GPS-навигаторами). Эти устройства имеют преимущества в относительно низкой стоимости, компактных размерах и удобстве обращения. Их применение позволяет достаточно оперативно производить разбивку съемочных сетей и привязку точек наблюдений, а также выполнять другие виды геодезического обеспечения геофизических работ. Вместе с тем использование портативных ГНСС-устройств далеко не всегда обеспечивает достаточно точную координатную привязку наблюдений. Это связано с тем, что ГНСС-приемники такого класса, как правило, осуществляют определение координат только по общедоступному открытому коду (псевдослучайная последовательность, модулирующая транслируемый спутниками сигнал), передаваемому на одной несущей частоте. Такие приемники принято называть кодовыми. Точность кодовых измерений варьируется от 2 до 5—10 м, в зависимости от условий наблюдений [Антонович, 2006]. Сопоставимая точность измерений обеспечивается встроенными или подключаемыми модулями ГНСС, которыми оснащены некоторые распространенные модели полевых магнитометров (к примеру, магнитометр GEM Systems GSM-19GW или MMPOS-1/2 производства "НПЦ Квантовой магнитометрии" [Denisov et al., 2006]). Очевидно, что для ряда технических задач геофизики, решение которых требует съемки с интервалом 10 м и менее, такая точность уже не является достаточной.

Для повышения точности координатных определений кодовыми одночастотными ГНСС-при-емниками предусматривается применение государственных и коммерческих систем дифференциальной коррекции. Использование сигналов этих систем позволяет повысить точность кодовых измерений до 0.5—1 м. Однако их использование имеет определенные ограничения. Например, американская система WAAS (Wide Area Augmentation System) и европейская EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay System) охватывают соответственно территории Северной Америки и Европы. Российская СДКМ (Система дифференциальной коррекции и мониторинга) в настоящее время введена в эксплуатацию не в полном объеме и поддерживается не всеми производителями измерительной аппаратуры. Коммерческие сервисы (напрмер, OmniSTAR) требуют оплаты своего использования и также имеют определенные территориальные ограничения.

Более точный и надежный результат может быть получен при использовании ГНСС-прием-

ников геодезического класса, позволяющих выполнять фазовые измерения навигационного сигнала от спутников. Наиболее удобным и оперативным методом, позволяющим получить навигационное решение по фазовым измерениям непосредственно в поле, является метод RTK (real time kinematic). При этом используются комплекты ГНСС-оборудования, состоящие из двух приемников. Один приемник является стационарным и устанавливается на небольшом удалении (до 10 км) от участка выполнения работ на пункте с заранее известными или измеренными координатами и играет роль так называемой базовой станции или "базы". Непосредственная разбивка и координатная привязка осуществляется подвижным приемником, так называемой мобильной станцией или "ровером". Два приемника выполняют наблюдения одновременно, при этом базовая станция по радиоканалу (GSM, УКВ) передает мобильн

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком